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石筍

(溶洞中的碳酸鈣沉積物)

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石筍(Stalagmite),為碳酸鈣石灰岩,位於溶洞洞底的尖錐體,是喀斯特地形的一種自然現象。
中文名
石筍
外文名
Stalagmite
別    稱
錦川石或松皮石
類    別
沉積岩類
顏    色
常呈灰白色
化學式
CA(HCO3)2==CACO3+H2O+CO2

石筍石筍定義

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石筍指在溶洞中直立在洞底的尖錐體。
石筍
石筍(10張)
石筍是由飽含着碳酸鈣的水通過洞頂的裂隙或從鐘乳石上滴至洞底,一方面由於水分蒸發,另一方面,由於在洞穴裏有時温度較高,水溶解CO2的量減小,所以,鈣質析出,沉積在洞底而形成的。日積月累就會自下向上生長的是石筍,從上往下生長的是石鐘乳。石筍形如竹筍出土,自下向上生長。石筍與鐘乳石成長緩慢,一萬年約長高一米。

石筍形狀影響因素

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石筍是由於含碳酸的水不斷點滴到一處,碳酸鈣沉澱而形成的。可以有不同的形狀,水滴的流量、滴水的高度以及地面的狀況均會影響石筍的形狀。

石筍水滴內的物質

假如滴水和裏面含的礦物質均勻的話會形成比較細長,粗細均勻的石筍,它們可以以均勻的直徑達到數米的高度。

石筍水滴的流量

假如滴水比較強,而且是來自滲入洞裏的雨水的話那麼會形成圓錐狀的石筍,它們在根部可以達數米直徑。

石筍滴水高度

滴水高度會影響石筍頂部的形狀。高度小的話石筍的頂是圓的,高度越大它越平,在極限狀態下甚至可能是凹的。 [1] 

石筍成因

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石筍是碳酸鈣遇到溶有二氧化碳的水時,會反應生成溶解性較大的碳酸氫鈣;溶有碳酸氫鈣的水遇熱或當壓強突然變小時,溶解在水裏的碳酸氫鈣就會分解,重新生成碳酸鈣沉積下來,同時放出二氧化碳。洞頂的水在慢慢向下滲漏時,水中的碳酸氫鈣發生上述反應,有的沉積在洞頂,有的沉積在洞底,日久天長洞頂的形成石鐘乳,洞底的形成石筍。
還有是因為由於地殼不斷運動,海水退去,出現了綿延不斷的喀斯特岩溶地貌石灰岩山峯。這些露出來的石山,長期受雨水風霜沖刷,頂部變成刀山劍石狀了。石峯底座,由於地史時期地下水的長期溶蝕,河水的長期衝擊,漸漸地形成了溶洞。溶洞繼續被溶蝕擴大,而溶於水中的石灰岩溶液,從洞頂往下滴,甚至往下流,促進二氧化碳進一步擴散,同時溶液受蒸發作用,形成飽和,剩餘的碳酸氫鈣沉澱,就形成了自下而上生長的石筍。石鐘乳的形成,同石筍形成的過程是一樣的。只不過石鐘乳從上往下長就是了。那些頂天立地的“靈芝柱”,就是石筍和石鐘乳對接起來之後形成的。據説,石筍和石鐘乳,每百年才長高一釐米,長1米,就是10000年了。在地上長成一個尖錐體,很像竹筍,故名石筍。

石筍反映氣候變化

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除了特別乾旱的年份,洞頂不再往下滴水外,石筍一般每年都會生長。隨着季節的變化,洞頂滴下的水裏面含的物質成分不同,這樣一來,與樹木形成的樹輪一樣,石筍也會形成自己的年輪,通過年輪還可以數出石筍的年齡。許多石筍是很久之前形成的,後拉由於沒有滴水就不再生長,成為“死掉”的石筍,而研究人員有辦法準確的測出這些石筍生長的年代。
隨着氣候的變化,石筍石灰質中含有的物質也會變化,科學家測定這些物質的變化,可以復原過去的氣候變化情況。中國有許多石灰岩洞穴,其中生長了大量的石筍,成為古氣候研究的重要材料。比如貴州的董歌洞、南京的葫蘆洞以及甘肅的萬象洞等,都是利用石筍研究古氣候的風水寶地。世界各地的科學家都在研究這些石筍,由於可以準確的定年,石筍也被認為可鞥成為深海沉澱物、冰芯和黃土之後的又一古氣候研究支柱材料。 [2] 

石筍相關新聞

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西南大學研究發現石筍記錄第四紀氣候變化
2009年,李廷勇在喀斯特地貌明顯的金佛山羊口洞,發現鈾濃度極高的石筍。“通過鈾含量衰變的規律,可以測算出石筍的‘年齡’。”李廷勇説,羊口洞罕見的高鈾濃度石筍,為獲取準確的地質年代奠定了基礎。
此後7年,李廷勇帶領團隊陸續從洞穴收集倒塌的石筍樣本,並與國內外多所高校開展合作,最終通過放射性衰變序列的方法,精確測定其中一段石筍沉積於距今5.8至7.9萬年間。此外,團隊通過該石筍高分辨率的氧18同位素比值變化的記錄,精確重建了距今5.8至7.9萬年之間亞洲夏季風變化的歷史。
“在亞洲季風區,夏天的降水都由夏季風帶來。此次我們發現亞洲夏季風變化不僅受北半球高緯度地區氣候變化的影響,還受到熱帶海洋以及南半球氣候的影響。”李廷勇介紹,在全球氣候變暖的情況下,各種極端天氣頻發,未來需要分析地球氣候系統本身的變化規律,然後綜合人類活動的影響作出氣候預測。該石筍的研究成果,為一系列氣候突變事件的準確標定提供了參考,對今後分析環境變化、建立預測參考模型,都有很重要的意義。 [3] 
為預測未來的氣候變化提供重要參考
通過洞穴中發現的一顆石筍,就能為了解古氣候變化和預測未來氣候變化提供重要參考,這聽起來有些神奇。然而這就是西安交通大學全球環境變化研究院程海教授帶領他的團隊所做的科研項目,該項目的論文《過去64萬年的亞洲季風記錄和冰期終止》在2016年發表於國際頂級學術期刊《自然》(Nature)上,引起了國際的關注。
據程海教授介紹,亞洲季風的變化規律、趨勢及其與全球氣候變化的聯繫一直是備受關注的科學問題和研究熱點。該項研究基於在中國中部神農架三寶洞內獲得的洞穴石筍樣品,利用西安交通大學同位素實驗室擁有的全球領先水平的鈾系測年技術,將亞洲季風的洞穴石筍氧同位素記錄延伸至過去640,000年(從過去的37萬年拓展到64萬年)。研究所獲得的洞穴石筍氧同位素記錄是全球最長尺度高精度高分辨率的亞洲季風石筍記錄,覆蓋了過去7次主要冰期結束期。該記錄具有全球可比對性,對研究亞洲季風與全球氣候變化的聯繫及驅動因素具有重要意義。該項目的研究成果為預測未來的氣候變化提供了重要參考。 [4] 
參考資料