斯洛文尼亚喀斯特研究_喀斯特论文

斯洛文尼亚喀斯特研究_喀斯特论文

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喀斯特系指水的汽、液、固态对可溶性岩石进行化学溶蚀与机构侵蚀的地质作用,及所形成的地表及地下形态的总称,又别称岩溶地貌。世界上可溶性岩石大体分为三大类:

(1)碳酸盐类岩石。包括石灰岩、白云岩、泥灰岩等。

(2)硫酸盐类岩石。如石膏、硬石膏、芒硝等。

(3)卤盐类岩石。如钾盐岩、钠盐岩、镁盐岩等。

按照不同的指标体系,喀斯特可以划分为不同的类型。如以出露状态分为:裸露型喀斯特、隐伏型喀斯特、覆盖型喀斯特;按岩石产出性状分为:石灰岩喀斯特、白云岩喀斯特、石膏喀斯特、盐岩喀斯特等。此外,还可按喀斯特演化所处的气候带、海拔高度、产出的地质时期以及水文特征进行分类。如热带喀斯特、亚热带喀斯特、温带喀斯特、寒带喀斯特、干旱区喀斯特、半干旱区喀斯特;丘陵喀斯特、高山喀斯特、高原喀斯特、海滨(岸)喀斯特、海底喀斯特;充气带喀斯特、浅饱水带喀斯特、深部喀斯特;化石喀斯特、古喀斯特、现代喀斯特等等。

地貌学中还有一种假喀斯特现象,它不是由可溶性岩石所构成。如由砾岩、角砾岩、砂岩等形成的碎屑喀斯特;由黄土或粘土所形成的土类喀斯特;由火成岩建造的热融喀斯特以及火山岩所构造的熔岩喀斯特等。此类喀斯特在形态上与可溶性喀斯特有某些相似之处,但却有本质上的差异,故称其为“假喀斯特”,不能计入正规的喀斯特地貌之中。

喀斯特在世界上有广泛的分布。据有关专家测算,共有5.1×10[6]km[2],占全球总面积的10%,而陆地上的喀斯特约有2.0×10[6] km[2],占地球陆地总面积的12%,成为世界上的环境脆弱带之一。 以中国的云贵高原、湘桂丘陵、青藏高原、中南欧的阿尔卑斯山、法国中央高原、俄罗斯乌拉尔山地、美国中东部印第安那州和肯塔基州、澳大利亚南部、越南北部以及西印度群岛的古巴、牙买加等分布最集中、发育较完善。

中国喀斯特面积以裸露面积计约有136×10[4]km[2]。 对喀斯特现象记载可追溯到上古时代的《山海经》。宋代沈括的《梦溪笔谈》中开始了世界上最早的喀斯特某些现象成因的探讨。尤其是明代大旅行家徐霞客,在赴云南鸡足山途中,对桂、湘、黔、滇的270 个溶洞进行了系统探察和记载,开创了大规模研究探测喀斯特溶洞的先河,成为世界上研究喀斯特杰出的先驱者。遗憾的是,清代以后,我国喀斯特研究停滞,反被西方国家超出,而没有把它建造成一门近代科学。

新中国成立以来,由于建设的需要,喀斯特区域的开发与保护研究开始受到重视,然而无论从研究经费的投入和科研队伍建设方面都远远落后于客观需要。为了加强国际学术交流,借鉴国外先进经验,推动喀斯特研究更好地为国民经济建设服务, 中国与斯洛文尼亚(Slovenija)两国政府签订科技合作协定,“喀斯特环境保护与大洞穴系统探测合作研究”被列入国际交流项目。为了执行这一协议,我们于1995年10月赴斯洛文尼亚进行为期两周的喀斯特考察。

1 斯洛文尼亚是“喀斯特”一词的诞生地

喀斯特(Karst)一词源于斯洛文尼亚共和国伊斯特拉(Istra)半岛碳酸岩高原,当地称之为“Kras”,系指岩石裸露的地方。19世纪末地理学家J·斯威茨在其代表作《喀斯特现象》一书中, 将这种奇形怪状的裸露石灰岩地形命名为“喀斯特”。此后世界各地的同类地形均称为喀斯特地形,它也就成为一个专用的学术名词。我国曾一度改称为“岩溶”。近年中国自然科学名词审定委员会又重新把它界定为“喀斯特”,使之能与国际学术界接轨。

斯洛文尼亚是1991年最先从南斯拉夫联邦分立出来的第一批新生共和国,全国总面积2×10[4]km[2],198万人口。在全国国土中有44%的面积即(9000km[2])为喀斯特地貌所覆盖。斯洛文尼亚南部出露的地 层主要是质纯层厚状的白垩系、侏罗系及上三迭系石灰岩,北部则以侏罗系、上三迭系及古生代石灰岩为主。由于受阿尔卑斯造山运动的作用,使其北部产生一系列的东西向大断裂,而南部则受扭力作用,形成一系列北—东南向断裂带。第四纪以来,新构造运动活动强烈,间歇性的抬升,形成多级夷平面及多层喀斯特溶洞。而喀斯特现象主要发育在白垩系与侏罗系的碳酸岩层之中。斯洛文尼亚喀斯特洞穴总量达到6500多个,在喀斯特地区洞穴密度达到平均0.72个/km[2], 可以称得上是世界上喀斯特洞穴最发育的国家。因此,斯洛文尼亚对喀斯特研究起步也最早,远在1633年维勒尼察洞穴(Velenica jama)就辟为观光洞穴, 成为欧洲最早的旅游溶洞。

目前斯洛文尼亚开放的旅游洞穴共生有11个,其中有1986年被联合国教科文组织命名为“世界自然与历史遗产”的斯科茨扬洞穴(Skocjan

jama )。 而接纳游人最多的旅游洞穴是波斯托依娜洞( Postojna jama)。自1818年开放以来,该洞共接待游客2600多万人, 相当于斯洛文尼亚全国人口的14倍。特别是80年代是该洞发展的黄金时期,平均每年接待80万人左右,最高年份达到95万人,其中70%为外国游客,年创汇为2000多万美元。1991年以来因南斯拉夫解体,克罗地亚及波黑战争影响,使游客锐减,年接待最低降至15万人,近年略有恢复,1995年达到30万人。

2 喀斯特及洞穴考察探测

此次野外考察活动遍及斯洛文尼亚共和国大半部分国土,而主要考察区集中在中西部和南部亚得里亚海沿岸地带。包括经典喀斯特区(喀斯特一词产生的地区—喀拉斯Kras山地),对高海拔(1200m以上)、 中海拔(200—1200m)和低海拔(200m以下)的喀斯特发育、地质背景、构造、水文、洞穴、坡立谷、盲谷、落水洞、新建通往意大利高速公路遇到的喀斯特溶洞、塌陷工程地质、喀斯特区域水系、泉水、间歇泉、首都供水水源地、坡立谷湖泊、喀斯特冰川湖以及喀斯特地区采石场、古钨矿井博物馆,斯洛文尼亚、意大利和奥地利三国交界区东阿尔卑斯喀斯特山地及旅游设施均进行了考察。考察主体部分是喀斯特溶洞,共考察6个洞穴,包括了不同地带,不同成因类型, 不同结构与功能的洞穴。

斯科扬斯克溶洞(Skocjanske jama )是斯洛文尼亚著名的旅游溶洞之一,在世界上也别具风采。它位于斯洛文尼亚南部,距波斯托伊娜40km,发现于1823年,1884年正式对外开放,1986年被联合国教科文组织批准为“世界自然与历史遗产”。 该洞全长6000m , 开辟旅游路线2300m,洞内高差225m,游程长约2个多小时。通过长150m的人工隧道进入由高山石笋组成的静宫,它长118m,高25m,有千恣百态的石笋, 笋顶戴有“雪帽”,表明它仍在发育生长中。最为壮观的是,雷卡河(R-eka)穿越洞穴,形成切割深百米的洞内峡谷,游人通过开凿岩壁上的 走廊,再穿越高悬空中悬桥,下临60多m深的峡谷,听雷卡河水奔腾咆 哮,真令人惊心动魄!1992年该峡谷发生大洪水,一棵树干尚残悬留挂在50多米高的峡谷岩壁上,成为洪水痕迹调查的有力佐证。该洞穴系统中有一锅厅(Pan Don),厅壁布列着层层石膏,造型十分神奇。 由塌陷而成的大洼地维里卡(Velika)呈园形状,洞口即在此洼地一角的底部呈现,雷卡河从中穿过,在洼地中形成奔腾的瀑布与峡谷。联合国教科文组织颁发的世界自然与历史遗产名录的标志以大理石石刻镶嵌在洞口,其旁尚有早期探洞者所镌刻的姓名。由洞口到地面尚需穿越人工开凿的数百米壁廊,犹如中国的栈道,下临深岩绝壁,上仰天际,悬崖百仞,险峻环生。壁旁尚有一洞穴,冷风习习,不知深底。绕过半壁塌陷洼地,过一悬桥,可登临一观景台,从上探视雷卡河在此形成的瀑布奇观。从观景台绕至洼地西侧,即可按动电钮,调动无人管理的自动电缆车,游人可自行入内升至百米以上的地表。斯科扬斯克溶洞之所以被列入世界自然与历史遗产名录,其构景壮观,溶洞不但有常见的喀斯特景致,而洞内的峡谷、瀑布世界罕见,而洞又与塌陷喀斯特洼地连成一体,直径数百米的洼地如同一座天井,四周绝壁悬崖,中又一水穿流形成瀑布,构成洞中奇景与洞外奇景贯成一体特殊景观结构。如此庞大的洞穴景观系统,据其经理介绍,全部只有6个管理人员,其中导游即占3人,旅游旺季时再增聘3—5名导游。因受波黑战争影响,国际游客锐减,目前年接待5万名游客。

波斯托依娜旅游溶洞(Postojna Jama )位于首都卢布尔雅娜( Ljubljana)以南56km的波斯托依娜市西北2km处,洞穴全长20km,已开放的洞穴长6km。波洞分为水旱两个洞穴系统, 部分洞穴具有水旱两种功能。水洞系统由皮夫卡(Pivka)地下暗河而贯穿,居于左侧, 由宏厅(Veliki Dom )、 奥陶斯卡(Otosda Jama )、马格达莲娜(Magdalena jama)和皮夫卡溶洞群所组成,目前尚未对外开放。旱洞系统的组成较为复杂,它包括宏厅—水旱洞、进步大厅(Kongresna Dvo-rana)、老洞(Stara jama)、 小洞(Male jame )、 十字路(R-azpotje)、无名长廊(Rov Brez lmena)、彩色长廊(Disani Rov) 、中心殿堂(Koncertna Dvorana)、高山厅(Veleka Gora)、奇妙走廊(Lepe jame)、魔鬼花园(cagic Vrt)、俄罗斯长廊(Ruski Rov),通过人工隧道进入黑洞(Crna Jama)和马太走廊(Matevzv Rov),然后由地面道路再进入皮夫卡洞穴。

考察波斯托伊娜洞最大的特色是乘小火车入洞,洞内铺有窄轨铁路,定时开行小火车,采用电瓶车牵引,有14节车厢组成系列,车厢无蓬盖,开敞式,便于游人观景。列车车厢为双排座位,四排为一组,可容8人,中速行驶,噪音小,安全性高,每列车总座位120个。波斯托依娜溶洞连同宾馆、餐厅、商店、火车司机及管理人员总计80人,其中导游就占20人,旅游旺季尚需增聘40名大学生作临时导游。通常年份营业收入2000多万美元。该洞70年代和80年代年接待游人69—95万人,其中70%为外国游客。90年代因受南斯拉夫解体及波黑战争影响,游客方锐减至15—25万人,1995年稍有恢复,达到30万人。

雪洞(Snezna Jama)位于共和国东北部山区, 属东阿尔卑斯山地,洞口在山间塌陷洼地中,我们身着喀斯特研究所提供的探洞装备,头戴安全帽,帽沿装有乙炔灯,身背乙炔发生器,入洞时点燃头灯照明。一临洞口即寒气逼人,手扶钢梯似乎贴皮,只好用手裹衣袖扶梯下降。从洞口沿钢筋梯辗转直下百余级,再沿斜梯下百数级,至一溶洞,数个巨大的冰柱迎面而立,晶莹剔透,犹如巨型玉柱从天而降。从侧面观察,恰似一座玉观音盘坐,怀中抱一玉柱。由于洞内温度保持在0 ℃以下,从穴顶渗流的水瀑布凝成冰瀑布,受人及灯光、洞风影响,冰瀑布缓缓融化而成细流,为了保护冰瀑布,洞穴管理部门对入洞人数、灯光布置等发热体都有严格限制。过了冰瀑布趟着泥水又往深处考察多个洞穴,其中有多种喀斯特景观国内未见。因为乙炔灯发出黑烟、怕熏染洁净如玉的结晶体而不能近察。此次入洞考察,斯方派6名科技人员陪同, 其中有两名是第一次探此洞。

帕瑞德亚姆斯基溶洞(Predjamski Jama )与波斯托伊娜溶洞一山之隔,它有上、中、下三层,我们由该洞管理部提供的探洞装备入洞探察,从底洞进入,从顶洞而出,洞内湿度大,涓涓细流处处可见,路泥泞而滑,主要考察洞穴结构,水文地质状况。顶洞洞口为一城堡建筑,原为16世纪一部族首领的军事要塞,现辟为博物馆,内陈列古代的军事、生活用具,连同部族首领的起居室、工作间都保留完好。

3 斯洛文尼亚喀斯特研究所的发展

由于国土面积将近一半为喀斯特地貌所覆盖,所以斯洛文尼亚很早就重视喀斯特研究。本世纪之初,便建了喀斯特研究所。由于疆域的变化,喀斯特研究所先后隶属于奥地利、塞尔维亚、意大利、南斯拉夫,直到1991年斯洛文尼亚共和国诞生后,方成为国家级研究所。

喀斯特研究所的诞生是和波斯托伊娜洞穴的旅游开发研究分不开的,研究所所址选择在波斯托伊娜而非首都卢布尔雅娜便足以说明这点。至今,研究所与该旅游洞穴仍保持密切关系,该所对洞穴有系列研究成果为其开发、利用、保护提供服务。研究所不仅局限于波洞研究,还对全国洞穴开展广泛调查,已建立洞穴档案的已达5500个,占斯洛文尼亚喀斯特洞穴总量的84.6%。该所近年还参与对首都供水系统研究,参与解决工程建设、高速公路、矿山开发相关的喀斯特工程地质问题,并参与环境整治与保护工程。

斯洛文尼亚喀斯特研究所设在市中心广场边的老式三层楼建筑中,总面积约600m[2],全所只有18名人员,其中科技人员14人(5名地理专业,5名地质专业,1名生物专业,1名化学专业,1名图书馆专业,1 名学术秘书),另外有技术工人4人,包括1名信息系统编码员。该所设一名所长两名副所长,均是兼职不设专职。所内有喀斯特地质、地貌、水文研究室外还有制图室、标本室、化学分析室和图书情报室。走廊与大厅陈列着数以千计的喀斯特标本及大型木刻地图。除个别人员外,科研人员全都取得了博士学位,最低工资为1200马克。该所还聘请了国外兼职研究人员。科研人员均掌握2—4种语言,国际学术交流频繁,信息灵通,工作效率高,节奏快,没有人浮于事的现象,在国际喀斯特学术界有很高的知名度。所长和一名副所长多次来华访问,对中国的喀斯特问题比较了解,在此次考察过程中,该所70%的人员都陪同我们出野外考察过,对我们十分友好,有问必答。

4 考察的初步体会

4.1 开展中国—斯洛文尼亚喀斯特研究合作, 有利于培养我青年喀斯特科研骨干

全世界喀斯特面积占陆地总面积的12%,达到2×10[7]km[2],而 中国的比例远高于世界平均水平。按碳酸盐分布面积(含隐伏于非可溶岩下者)达3.463×10[6]km[2],占全国国土面积的1/3以上, 按碳酸盐地层出露面积计有2.06×10[6]km[2],占国土面积的1/5强,而碳酸岩出露面积亦有9.07×10[5]km[2],占国土面积的9.5%。 全国喀斯特地区地下水资源有2×10[11]m[3]/年, 仅南方地区便有喀斯特地下河流2836条,总长度13919km,总径流量1482m[3]/s,是十分宝贵的资源。至于金属与非金属资源亦相当丰富,在我国实现可持续发展中发挥着不可估量的作用。

大西南是我国喀斯特最集中的区域,以贵州为中心,包括滇东、桂北、湘西、鄂西南、川南的广大区域,喀斯特面积达50万km[2], 使云贵成为世界上最大的喀斯特高原。在这个广大区域只有地矿部桂林岩溶研究所一个专业研究单位,和斯洛文尼亚9000km[2] 喀斯特区域设置一个有近百年历史的喀斯特研究所难以相提并论。西南喀斯特区域是我国环境最脆弱的地带,又是贫困面最大、贫困度最深的区域,强化研究喀斯特环境,借鉴斯洛文尼亚的先进经验,培养我青年科技人员,是两国科技合作的重要内容之一,我们可以从多领域,多层次学习斯洛文尼亚喀斯特研究成果,达到“洋为中用”的目的。

4.2 斯洛文尼亚喀斯特研究所小而精,效率高, 值得我们办所借鉴

斯洛文尼亚喀斯特研究所开办已有80多年的历史,当年研究所不设于首都而在波斯托依娜,这和它研究波斯托依娜旅游洞穴史有着渊源关系。即这一研究所的筹建与成长与波洞的深层次开发相伴随。尽管研究所对全国洞穴做了大量研究,例如对全国6500个洞穴的5500个洞穴进行档案登记。还对喀斯特区域环境的地质构造、溶洞发育、水文地质、溶洞水文化学、喀斯特制图进行了系统研究。许多成果以专著形式出版,并广泛参加国际学术活动,该所的整体研究水平居于世界前列。然而令人吃惊的是这个研究所只有18名人员,而行政管理只有一位秘书处理日常事务,研究所正副所长都是专业人员,承担重要的研究项目。各研究室只有2—3人组成,制图、实验室、图书馆,只有1人承担。

研究人员绝大部分具有博士学位,只有新进所的生物学专业科技人员是硕士学位。他们均能掌握2—4种语言,并驾驶汽车,全所科技人员均分别陪同过我们考察,或一二人,或三五人,使我们对他们有不同的了解。

斯洛文尼亚喀斯特研究所每年从国家获得拨款约折合20万美元,他们还从社会及国际上获得资助,每年的款数不等。

从该所的办所经验中有许多值得我们借鉴:研究所精干、职责分明、办事效率高、生活后勤全部社会化,使全所人员能集中力量进行科研活动,应是我们今后办所的努力方向。该所还利用国际网络,聘请外国学者作为客座教授进行合作研究,扩大了学术交往,加之图书资料系统与国际联网,查询亦十分方便。

4.3 中斯喀特研究合作前景广阔,借助斯方科技力量, 深化我国喀斯特区域整治与保护

斯洛文尼亚在喀斯特方面有多领域的研究、开发与保护喀斯特环境的成功经验,例如,改造喀斯特贫困环境、恢复天然植被、开发旅游洞穴、申报世界自然与历史遗产名录,合理利用喀斯特区域的水资源、保护喀斯特环境等等,都可以用于我国喀斯特区域。以旅游洞穴开发与管理为例,偌大的斯科扬斯克洞穴—1986年被批准列入世界自然与历史遗产,但其管理人员只有几个人,而其中导游即占5人,每名导游员能操4—5种语言(斯洛文尼亚语、英语、德语、法语、意大利语)向游客讲解。游人入洞后分别站在各种语言的指示牌下,听一位导游员轮流用不同的语言作导游讲解,他们讲解的内容多是科学性的解释不同喀斯特景物形成的原因和造形美学价值,不像国内旅游洞穴处处描绘为人、物象形石或编造千篇一律的神话传说而毫不涉及科学成因内涵。

斯洛文尼亚喀斯特研究处在国际前沿,信息灵通,交流渠道多,对我们访问有问必答,有求必应,我们认为,应当利用这个渠道,不但深层次的利用他们的研究成功经验,还可以此为窗口掌握国际、特别是欧洲喀斯特研究的动态,利于我们尽快与国际接轨。

值得特别提出的是利用斯洛文尼亚的科技力量,参与我国喀斯特洞穴探测与研究问题。喀斯特洞穴探测是风险性大、技术性强、难度大、装备先进的探测研究,目前我国尚处于初始阶段,利用双边合作,既可培训我青年探洞人员,又可解决我国一些地区的喀斯特科技攻关难题,我们认为这是一项投入小、效益高的科技国际交流。为此,我们与该所签订了合作研究备忘录,并邀请斯洛文尼亚学者7人分两批来华访问, 开始在地下水库建设渗漏和石林风景区保护方面进行卓有成效的合作。

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