走进天坑的神秘“王国”

张亚丽 张远海

天坑，是一个从民间走进科学殿堂的岩溶学专用术语，指的是碳酸盐岩地区的溶洞大厅形成的，口径和深度不小于百米，和（或）容积大于一百万立方米，四周或大部分周壁为陡崖，且与或曾与地下河溶洞相通的特大型漏斗。

有不少人问，天坑明明形成于地上，为什么不叫“地坑”，而命名为“天坑”呢？

其实，天坑作为一种特殊的岩溶地貌形态，国内外不同地区对其称呼也不同，例如：重庆市奉节县称之为“天坑”、云阳县称之为“龙缸”、武隆区称之为“石垸”，四川省兴文县称之为“岩湾”，广西乐业县称之为“石围”，湖北省利川市称之为“大瓮”，陕西省宁强县称之为“地洞”、镇巴县称之为“圈子崖”。

 广西的大宴坪退化天坑（摄影/唐全生）

在这些民间称谓中，中国岩溶地质学家朱学稳先生觉得“天坑”最能确切地表达这种地貌的形态特征。天，是特别大的意思;坑，指负地形。而“地坑”一词多指黄土高原地区的地下窑洞，不适合用于指中国南方的岩溶地貌。

天坑的形成，经历了碳酸盐岩溶蚀作用-地下河形成-溶洞大厅-重力坍塌的过程。而上述各地对天坑不同的称谓，从某种程度上，反映了天坑的不同演化阶段的形态，例如：“瓮”“缸”

“垸”，分别对应不成熟天坑、成熟天坑和退化天坑，即：洞顶不完全崩塌的天坑，洞顶完全崩塌、四周崖壁直立的天坑，以及天坑崖壁退化形成豁口的天坑。

20年前，全球发现的天坑数量仅为79个。近年来，得益于高清晰度的卫星影像图，研究者们在全球发现了300多个天坑。

其中，世界最大的天坑是重庆市奉节县的小寨天坑，天坑四周被险峻的、几乎直立的石灰岩陡壁圈闭，最大和最小深度分别为662米和511米，容积为1.19亿立方米。

最大的天坑群是中国广西大石围天坑群，由29个天坑组成，分布于162千米长的百朗地下河中游。其中，最大的大石围天坑，东西长600米，南北宽420米，最大深度613米，最小深度378米，容积0.745亿立方米。

天坑的“年龄”有多大？它们在地球上存在了多久呢？

2007年，中国地质科学院教授黄保健通过对广西大石围天坑周壁石灰岩的研究，认定其形成年代在距今3万～2万年之间。

2017年，陕西省地质调查院高级工程师任娟刚利用多種研究方法，认定陕西汉中天坑群的形成年代在距今18.9万～12.6万年之间。

湖北西部的天坑群位于长江南岸分水岭地带，三峡古夷平面上的古冰川开始融化，河流快速下切，石灰岩在地表雨水和地下水的同时作用下，发生溶蚀作用形成天坑，这些天坑的“年龄”基本不超过10万年。

那之前有没有天坑呢？有，但天坑崖壁是最不稳定的边坡，终究经受不住岁月的考验。在那些更久远的地质历史中，并非没有天坑，而是我们无缘看见，它们全部淹没在地球历史演化的滚滚红尘之中了。

天坑，始于地下河、溶洞，成于塌陷露出地表，终止于崖壁退化，消失于洼地、谷地之中。天坑见证了岩溶地貌演化的奇迹，记录了岩溶地质演化的历史。这是天坑的地球科学价值所在。

 冒气洞（不成熟天坑） （摄影/李晋）

其次，天坑形成之后，绝壁环绕，免受外界干扰而形成了独特的生态系统。尤其是在现代地质与气候变化、生境片段化以及岩溶石漠化的背景下，天坑成为了现代生物的“避难所”。这是其生物学价值所在。

第三，天坑四周崖壁圈闭下的“坐井观天”，与俯视天坑底部的“无底深渊”形成强烈对比，而天坑所依托的壮丽石峰，特殊生境下的天坑植被，都彰显了天坑与众不同的魅力。这是其美学价值所在。同时，这一属性，决定了天坑具有很高的旅游开发价值。

 广西大石围天坑 （摄影/李晋）

作为一种新的岩溶学理论，天坑的研究尚处在发现、调查阶段，未解之谜还有许多。

虽然卫星影像图越来越清晰，但我们还是不知道全球究竟有多少天坑，这些天坑，或天坑群之间究竟有多少差异。

虽然天坑的“年龄”有了几个个例，但天坑形成的地质年代仍然充满了未知数。

虽然我们大致知道天坑的演化路径，但我们不知道天坑的巨型崩塌与地震有多大关系。

虽然我们大致知晓天坑是现代生物的“避难所”，但我们不知道青藏高原的抬升和全球环境变化对天坑的生态系统是否有影响。

位于广西的白洞天坑，与1.1千米外的冒气洞相通，一边洞口“呼气”，另一边洞口“吸气”，形成了两处会“呼吸”的山洞。这是怎么回事呢？

原来，白洞天坑与冒气洞的洞口和底部几乎处于同一水平面上，形成了一个U形结构。而白洞天坑的坑口和冒气洞的地下暗河之间410米的高度差导致的温度差和气压差，形成了空气对流现象。

冒气洞内部温度常年保持在18摄氏度。冬季，冒气洞内部温度相较于天坑高、气压低，水汽便从冒气洞“呼出”;夏季，冒气洞内部温度相较于天坑低、气压高，水汽便从冒气洞“吸入”。

关于自然界的这些未解之谜，都有待我们大胆探索，采用多种技术手段，推动跨学科系统研究。

（责任编辑 / 高琳  美术编辑 / 周游）