石笋是怎么“长”出来的?

作者: 溯鹰

来源: 果壳少年

发布日期: 2018-04-11

本文详细解释了钟乳石和石笋的形成过程,指出它们都是由碳酸钙在特定条件下析出形成的,与家中茶壶里的水垢本质上属于同一物质。文章还描述了溶洞的形成过程和钟乳石、石笋的生长机制。

说到钟乳石和石笋,我们大概会想到幽深莫测的洞窟、形貌嶙峋的怪石、阴暗湿冷的地下河,以及洞壁上滴答、滴答,仿佛另一个世界的水声……这些自然奇观,我们在日常生活中难得一见,自然也就蒙上了一层神秘的面纱。但如果我说,这些神秘的怪石,其实跟家中茶壶里的水垢本质上属于一种东西,你会作何感想呢?

钟乳石和石笋皆由碳酸钙(CaCO3)构成。碳酸钙这种简单的化合物是中学化学实验室里的常客、石灰厂烧制石灰的原料,也是我们家庭、学校大理石地砖的主要成分。这样一种随处可见的普通物质,之所以能形成如此奇特的地貌,其背后原因很简单:溶质的析出。

一种物质的溶解度,是指在给定的温度压力条件下,它在100克水中最多能够溶解的质量。当溶液已经饱和时,如果继续往里头加入溶质,多出的那部分就只能静静地以沉淀物的方式在水底呆着了。如果在饱和溶液中移去一部分水(溶剂)而保持溶质不变,同样会有多余的溶质从剩下的溶液里析出。形态怪异、分布稀缺的钟乳石,正是“析出”的产物。

钟乳石只能发育在石灰岩地区。而石灰岩的主要成分恰恰是碳酸钙。漫长的地质历史中,构造运动的力量,让天然岩层中布满了各种裂隙,而水是无孔不入的。无论降雨也好、地下水也好,一旦遇到这些岩层,就会沿着裂隙渗入,一点点溶解裂缝壁上的灰岩(碳酸钙),把裂缝一点点溶大,直至把细小的裂隙溶成巨大的地下空洞,溶洞就这样形成了。

下雨天,雨滴会在屋檐下一直挂着,可能挂很长时间,直至彻底蒸发都不会落向地面。

溶洞壁上的水滴也是如此。在溶洞形成后,水还会继续慢慢沿着洞壁上的裂缝渗出,别忘了,这滴“水”是碳酸钙的溶液,当它缓慢蒸发,逐渐达到饱和,其中溶解的碳酸钙便会沉淀下来,形成一颗挂在裂缝边缘,形状跟原始液滴差不多的沉淀物——这就是钟乳石最初的雏形。随着更多小液滴从此处滴下,沉淀物也在慢慢往下生长,久而久之,就长成了一根长长的碳酸钙沉淀物柱子。由于它长得形似钟摆,又是乳白色,人们便它叫做钟乳石。

那么,从地面往上生长的石笋又是怎么回事呢?很简单——并不是每颗小液滴都会老老实实地挂在洞壁上,不少时候,液滴会落到地面,当它们也一点一滴地蒸发,就形成了从地面往上生长的沉淀柱——石笋。

“生长”很久的钟乳石与石笋甚至能够上下连接,变成“石柱”。

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