方舟天辉洞温度多少度

‘壹’ 洞穴气候与石灰华

这里主要讨论的是，洞穴风(空气的运动)、洞穴温度、洞穴湿度，对洞穴石灰华沉积的影响。

1. 洞穴气候

(1)洞穴风

洞穴风是洞穴空气流动的一种自然现象。任美锷等(1983)提到:“浅层干洞中空气的流动通常是很强烈的。由于洞穴系统中各个点上的大气压力迥然不同，因而发生空气的对流……一般当洞内外的温度和湿度处于均衡状态时，洞内是没有风的……在很大的溶洞中，洞内和洞外的大气温度和湿度，绝对不会有保持均衡状态条件下的无风现象。”^［3］

以上论述表明，在一般具一定规模的岩溶洞穴中，都会有空气的流动———洞穴风的存在。

(2)洞穴温度

任美锷等(1983)提到:“洞穴平均气温是随着洞穴海拔高度的升高而降低……这种变化受地貌特征、洞穴的上升或下降以及开通程度或封闭程度的影响……还受纬度的影响……洞穴气温的年变化、季节变化和日变化都比较小。一般一个巨大洞穴系统中的气温，接近于当地的年平均气温，年较差常不到1℃……据G.阿巴尔(Abal)对奥地利沙则堡哥(Salzbourg)的30个洞穴气温观测，认为洞穴可分为6个温度带，即①洞外带，温差大;②洞口带，年较差平均在15℃左右;③寒冷带;④过渡带;⑤洞内带和⑥洞底带。③、④、⑤带均在洞内，气温年变化极小，均不超过2～2.5℃，洞底带气温略有增高。”^［3］

以上叙述表明，洞穴温度:①随洞穴所处海拔高度的增高而降低;②随洞穴所处纬度的降低而增高;③年、季、日的变化都较小，年较差常不超过1℃;④洞穴内年温度变化极小，一般不超过2～2.5℃。

(3)洞穴湿度

任美锷等(1983)提到:“洞穴内的湿度取决于当地自然地理特征和岩石裂隙及洞穴所在高度。干燥地区的洞穴相对湿度要小些，而在那些有水渗出，通风不良，特别在气温较低地区的洞穴内，相对湿度可以很高，甚至达100%。大多数洞穴内的相对湿度为95%～100%，变化极小。如巨人洞的相对湿度年平均为96.3%，年较差约6%。同一洞穴中的相对湿度是由洞底向上逐渐变小的。相对湿度的波动与溶洞内部气温状况和温度交换过程有关系，通常随着离洞口的距离加大，洞穴空气流通减弱，空气相对湿度升高。”^［3］

以上叙述说明:①洞穴内相对湿度一般很大，约为95%～100%。变化范围极小，约在5%以内;②洞穴内年相对湿度变化不大，年较差约6%;③洞穴内相对湿度，随着离洞口的距离加大，相对湿度升高。

2. 洞穴气候与沉积作用

野外岩溶洞穴石灰华沉积与洞穴气候，特别是洞穴湿度的关系非常密切。岩溶工作者对这一现象，进行过相应的观察和论述。

(1)相关文献的论述

贵州省山地资源研究所提到:“洞穴气候是洞内环境一个重要的组成部分，对洞内景观的形成起着重要的作用……温度、湿度和蒸发的变化，以及它们对洞石堆积的影响，与空气运动有关，主要通过蒸发进行……洞石堆积强弱各堆积物理特性，除与大气P_CO2，水溶液中的掺杂物有关外，尚与蒸发量，温度等环境因素有关，温度与蒸发量以正比关系改变溶液中的CO₂扩散系数而影响洞石堆积速度。在洞内温度、湿度波动较大的部位，一般蒸发较强烈，洞石堆积较快，形态规模大……在温度、湿度波动衰减的张弛长度内，蒸发强度逐渐减弱，洞石堆积速度和堆积规模逐渐变小……”。

以上论述是以石灰华的“化学沉积”理论为基础，进行的一般性论述，没有列举具体的事例。而且是将洞穴空气、洞穴温度、洞穴湿度等因素，揉合在一起的简略论述。

任美锷等(1983)^［3］对洞穴气候对洞穴堆积物(笔者注:可能主要指石灰华沉积物)的影响，在列举具体事例的基础上进行了论述。他们将贵州某些洞穴相对湿度与堆积物的关系的资料，进行了列表统计，如表3-1。

表 3-1 贵州某些洞穴相对湿度与堆积物的关系

注:据任美锷等(1983)资料简化。

他们提到:“洞穴空气情况对洞穴形成和洞穴堆积物都有重要影响……冬季洞外流入的水温度低，含CO₂量多，流入洞内后，温度增高，一部分CO₂逸出，所带来的CaCO₃就沉淀成各种形式的化学沉淀物。如贵州一些溶洞中，凡是有大量化学沉淀物的洞穴内，相对湿度均在97%以上，一些干燥的洞穴以及相对湿度小于97%的洞穴，化学堆积物就很少或没有。这种相对湿度与堆积物之间的关系表明，洞穴堆积物的形成，主要不是由于下渗裂隙水的蒸发，而可能是由于饱含CaCO₃的水从岩体中进入洞穴之后，CO₂的分压减小，CO₂逸出，Ca-CO₃就大量沉淀下来。”^［3］

这里任美锷等可能已经察觉，洞穴湿度与石灰华沉积物之间的互存关系，与一般现有理论存在某些不协调性。所以提出“洞穴堆积物的形成，不是由于下渗裂隙水的蒸发，而可能是由于……CO₂的分压减小，CO₂逸出，CaCO₃就大量沉淀下来”的观点进行论述。

可以看出，以上论述仍然是建立在“化学沉积”理论的基础上的。

(2)对“化学沉积”理论的思考

化学沉淀理论表明，一般化学溶液(真溶液)的沉淀作用，是溶液在过饱和状态下，通过蒸发增加溶液浓度，使被溶解物质析出发生沉淀。温度的升高能促使蒸发作用的发生。要使蒸发作用得以持续发生，保持周围环境的干燥是必要的条件。所以在发生沉淀作用环境的周围，过高的湿度对化学沉淀是不利的。

就岩溶洞穴环境的沉积物来说，洞穴风、洞穴温度和洞穴湿度三者之间，形成如下相互影响的关系:在洞穴水提供充足的背景下，洞穴温度的升高会促使洞穴湿度的升高，过高的洞穴湿度(就化学沉淀而言)不利于碳酸钙或重碳酸钙的沉淀;洞穴风的运动可以使洞穴湿度降低，低湿度的洞穴环境，应该对溶液的沉淀有利。如是，从化学沉积理论出发，低湿度(97%以下)的洞穴环境，应该沉积较多的石灰华。但表3-1显示，洞穴石灰华却极少或没有沉积。反而在高湿度(97%以上)的洞穴环境，沉积了大量的石灰华沉积物。这与化学沉淀理论是相矛盾的。再说表3-1中石灰华沉积物的多少与沉积与否的湿度临界点，只是在97%这一点上，大于或小于97%这一临界点，就会出现有或无的巨大差别。对于化学沉积来说，如此狭窄的湿度临界点，应该不至于对沉积物形成如此巨大的影响。这些野外实际与化学沉积理论不相符合的现象，有必要引起岩溶工作者进一步的思考与探索。

3. 石灰华的生物沉积

戎昆方等对洞穴气候与洞穴石灰华的生物沉积作用的关系，进行过简略的讨论(笔者注:1998^［24］的刊出物中“物质成因”、“物质活动”等文字，手稿中均为“生物成因”、“生物活动”，此恐为编辑改动所致)提出“反重力沉积”现象明显的洞穴石灰华，其成因与蓝藻有关，是生物沉积的。

关于洞穴风，他们提到:据资料“在洞穴空气流动太强烈或流动不畅的洞穴中，洞穴沉积物的数量和类型都很少或没有。只有在洞穴空气流动适当的洞穴中，洞穴沉积物的数量和类型才会多。这种现象，与无机化学沉淀理论是相悖的。但对于洞穴蓝藻来说，一方面空气流通性强会导致洞穴湿度的降低，另一方面空气流通性太弱又会影响洞穴空气中O₂和CO₂的循环、补充及它们之间的浓度比例。所以空气流通性的太强和太弱首先是对洞穴蓝藻(包括不同种属之间)的生长、发育不利，只有在洞穴空气流通适当，满足了生物的正常需求的情况下，才能形成数量大，类型多的洞穴沉积物。这也可以解释为什么在洞穴封闭和半封闭的部位(空气流通不畅)以及洞口部位(空气流通性强)常常是洞穴沉积物不但数量少，而且类型单调的原因。”

关于洞穴温度，他们提到:据资料“在洞穴温度的年、季、日的变化都较小，年较差常不超过1℃;洞内年温度变化极小，一般不超过2～2.5℃。如果说是由于洞穴内很小的温度变化，导致了洞穴内CaCO₃的溶解或沉积作用的发生的话，不如说它们对洞穴蓝藻的生长发育的影响来得更大些，因为生物对温度变化的敏感性，往往比溶液物质的沉淀作用要敏感得多。”

关于洞穴湿度，他们提到:据资料“洞穴内的相对湿度是比较高的，一般在95%～100%之间，而且变化范围极小，年平均为96.3%，年较差约6%……在有大量沉积物的洞穴内，相对湿度均在97%以上，一些干燥的洞穴以及相对湿度小于97%的洞穴，沉积物就很少或没有。一般在湿度高达95%以上的环境中，很难促使真溶液的蒸发，不利物质的沉淀。而且洞穴内相对湿度对沉积物影响的临界线只是97%，其间的过渡范围还不到1%，这样小的变化范围，是不足以控制CaCO₃物质的溶解和沉淀的。但对于洞穴蓝藻(包括不同种属之间)的生长、发育来说，对湿度要求有如此高的灵敏度则是可能的。调查中常常可以看到这种现象:在洞穴同一空间内，某一部位存在着大量相同类型的沉积物，而其湿度较低的附近，没有或很少有沉积物。可见湿度微细的变化，将会对生物产生更大的影响。”

以上论述给岩溶工作者提供了一条新的研究思路。当岩溶洞穴环境对洞穴石灰华沉积的影响，与以往相关的理论相矛盾时，是否可以换一个角度，从生物沉积的思路来进行研究。这样或许会得到更切合客观实际的研究结果。