萬年冰洞

中國科學院的楊少華和石耀霖將這個85米的洞穴全做成數值模型，研究其萬年冰穴形成的原理，發現，洞口的形成讓冬天的冷風進入洞穴，但是夏天的熱風卻進不去，所以造成了天然的冰庫。如果將洞口封閉的話，這個萬年冰穴只需要40年就會完全熔化。二位科學家的著作發佈在國際著名的 Cryosphere 上。

S. Yang and Y. Shi. Numerical simulation of formation and preservation of Ningwu ice cave, Shanxi, China. The Cryosphere. Vol. 9, October 22, 2015, p. 1983. doi: 10.5194/tc-9-1983-2015.

洞內製冷機制最強、冰儲量最多，現開發近百米。已開發部分分三層，有冰簾、冰鍾、冰花、冰人、冰菩薩等，不一而足。洞內壁上皆冰，堪稱一個冰的世界，在五彩燈光的照射下，呈現出夢幻般的景象。 ^[1] 

距冰洞不遠處，還有一處“火山”，做了鄰居的“火山”與冰洞形成了一大自然奇觀。有的資料介紹，“火山”距冰洞僅有二百米之遙，兩者尚有一定距離，需要翻越一個小山丘，而且沒有公路可通。該“火山”並非科學意義上的“火山”，而是埋藏於地下的煤層因多種原因造成的歷時千年的自燃現象，在山西境內並不算罕見。在東寨鎮前往天池的三岔路口的對面山上，即可看到這種自燃現象，遙見輕煙繚繚。

萬年冰洞(5張)

山西省寧武縣，千百年來流傳着一個傳説：在當地一座深山中，有一個掛滿冰錐的冰洞。讓人費解的是：在四季分明的山西省寧武縣，為什麼會存在這麼一個千萬年不化且冬暖夏涼的神奇洞穴。如果冰洞真的存在，洞裏又會是一番什麼樣的天地。

山西寧武冰洞中的情形讓所有的人大開眼界，沒想到世界上真有這樣一個晶瑩剔透的冰的世界。其實，只有一年三百六十五天都是結冰的洞穴才能夠被稱之為是冰洞，那麼，在世界上也只有像西伯利亞和南北極等地，少數緯度高而且是異常寒冷的地方才發現過冰洞，而且是數量少規模小。所以大家百思不得其解的是，這個冰洞所處的位置既不是異常寒冷的南北極，也不是終年積雪的雪山，而是在四季都很分明的山西省寧武縣，就形成了這樣一個常年不化的冰洞。那這個冰洞到底是如何形成的呢。

閆鵬，畢業後就來到寧武縣旅遊局工作，在他無意中聽了這個傳説後，從小喜歡探險的他決定趁工作之餘，尋找這個傳説中的神奇洞穴。隨着日子一天天過去，閆鵬爬遍了附近的許多山頭，依舊沒有任何的頭緒。然而，正當他心灰意冷準備放棄的時候，一個意外出現了：一天，他和同伴來到了當地的管涔山中，當他們爬上一個山頭後，他們驚奇的發現：在山的陰面有一個洞口模樣的地方，而接下來的事情讓所有人都始料不及。

閆鵬説：“走到洞口附近感覺涼颼颼的，感覺這個地方風比較大，而且背陰的崖壁上竟掛滿了冰花，一切都與周圍的環境大相徑庭，一個一米見方深不見底的洞口更是冒出一絲絲的寒氣。”這難道就是傳説中的那個神奇冰洞嗎。

一年多的渴望，讓閆鵬忘記了恐懼和危險，他決心對這個洞一探究竟。閆鵬説，他們順着洞口下去，冰洞下邊黑咕隆咚，腳底滑得根本沒有登的地方，反正是靠上邊繩子拽着，多少有點能附着在冰壁上。後來到了一個稍微開闊的地方，站穩腳後，拿着火把向四周一看，眼前豁然開朗。所有人都驚呆了，他們彷彿置身於一座晶瑩的宮殿，四處都是冰的世界：冰柱、冰錐、冰瀑、冰筍、冰花，沒有一個人想到，小小的洞口背後，竟然是這樣一個美妙的世界。

閆鵬完全被吸引住了，直到他的腳感覺被凍僵了，他才發現不知不覺已經進洞兩個多小時了，温度計清楚地顯示，洞中的温度為零度左右，這與初夏時節的洞外，整整相差了20多度。在接下去的日子裏，閆鵬分別在不同的季節下過冰洞，他發現洞中似乎永遠保持在零度左右，洞裏洞外完全是兩個不同的世界。

閆鵬説，七八月份，洞外都是鮮花爛漫、綠樹成蔭，而洞內卻是堅冰不化，；冬天，洞外邊比較冷，幾乎達到零下30多攝氏度，穿着大衣，到了洞內，由於沒有風，反倒比洞外暖和了許多，有一種冬暖夏涼的感覺。 寧武縣有個暑天冰洞的消息一經傳開就引起了不小的轟動，許多人紛紛猜測這種神奇現象的真正成因。 ^[2] 

為此，中科院地質研究所的陳詩才也專門從北京趕到寧武進行考察。然而當第一次進入冰洞後，即使見多識廣的他也連連稱奇。 他看完後，感覺非常驚奇，洞內冰的類型起碼有上十種，比如冰柱、冰石筍、冰的鐘乳石、冰的渦管、冰花、冰葡萄、還有冰的結晶片等。他發現，儘管冰的厚度不一，但是所有的冰都是附着在石灰岩上的，整個冰洞高達100多米。

陳詩才説，這個冰洞的規模，絕對不會是人造的，雖然冰洞的傳説已經有幾百年的歷史了，但是從現場可以推測，這個冰洞形成的時間已經遠遠超過了幾百年，差不多有100多萬年了。這個天然的洞穴是100多萬年前由水沖刷形成的，可為什麼這個並不符合結冰條件的洞裏卻結滿了冰。這麼大數量的冰又是什麼時候形成的呢。

這時候，閆鵬忽然想到了什麼。他説：“以自己的理解，這個地方有火山，也有水，可能是本身的地質結構發生了改變，才形成了結冰的環境。”但陳詩才卻認為這種説法並不科學。他認為，火山的發生緣于山西一帶，有煤的自燃現象。因為煤挖出來後，一些煤矸石裏，含有磷、硫這類東西，一見陽光，就氧化自燃了。

正是因為洞的形狀並不利於洞裏洞外空氣的交換，因此儘可能減少了冰的損害。但是，即使有了這些外在的保護因素，可是這麼大數量的冰究竟是如何形成的呢。顯然，這是一個非常漫長的過程。這時候有人提出了冰川學説。

科學研究表明，地球自誕生以來，氣候一直在變化當中。早在幾億年前，地球就出現過大規模的冰川運動，而且只有冰川運動才會擁有如此猛烈的能量，才能形成許多地質奇觀，所以有人認為，正是因為冰川運動，使大量的冰湧進了一個沖刷成形的洞中，也就形成了非常神奇的冰洞。

按照這種推測，寧武縣暑天冰洞的成因就可以解釋了。但是，儘管常人看來洞中的冰都是一樣的，可經過專門的取測後人們發現，冰的年齡卻是各不相同。

陳詩才説，冰也分層，也有個核心層，核心部分的冰，從結冰的情況和它所含的一些沉積物來看，這部分冰比較老。外面的、靠近洞口或者靠近主流水道的這些冰比較新。而根據閆鵬這兩年的觀察，山上雨水多的時候，雨水常常會流進洞中並且融蝕掉不少冰，但是經過一段時間，在原來冰融化的地方，又都自動地恢復了原貌，也就是説，這個神奇的冰洞具有非常奇特的再生功能，一旦冰量減少，它還會進行自我修復。因此，陳詩才認為冰川學説似乎也存在漏洞。因為冰川學説的解釋是冰融了就融了，永遠空了，化一點就沒一點，它不會自己再生。

陳詩才經過走訪後認為，儘管寧武縣的地理位置和氣候條件並不適合冰洞的形成，但還是有不少的外部因素能夠減少冰的融化。由於管涔山的海拔達到了2000多米，而洞口所處的位置在山的陰面，這對冰的常年不化都起到了一定的保護作用，而整個洞的形狀，也對洞內温度的保持起到了很好的作用。他認為，洞是一個正口袋形，這樣在夏天，洞外温度熱，洞底的温度涼，它不交換。如果洞形倒過來，在夏天，洞外温度熱、比重低，洞內温度涼、比重高，熱量需要交換，這樣就損害了冰的保存量。

冰洞應該還有一個下口與外界相通，冬天內部温度高於外部温度，冷空氣從下口進入，使洞內温度下降，水氣凝結，冰洞成長。夏天外界温度高於內部温度，氣流翻轉，冰洞融化。由於外界晝夜温差大，在洞內温度間與晝夜温度之間時，氣流晝夜交替，形成各種冰的奇觀。只要冰洞凝結大於消融，冰洞就逐步成長。

夏天冷氣下流，使出口空氣達到飽和凝結成水，隨着外界温度的上升，內外温差增大，下口流出的冷空氣增大，出口達到成冰條件，形成“夏日冰洞”。

其實不僅是山西省寧武縣的這個冰洞成因存在着很大的爭議，就是在整個地質界都存在着很大的分歧。如果是冰川運動時，大量的冰湧進冰洞，但是隨着時間的推移，這些冰早就應該化了。最關鍵的是，這個地方根本就沒有一年四季都結冰的氣候條件。

最近有一些人就提出了一個比較被認可的説法：叫做地熱負異常説。地熱正異常説指的是越向地心走，温度越高，地心的温度大概是6000多度，和太陽表面的温度差不多，也就是越往下走温度越高，這是合乎常理的。而地熱負異常説恰恰相反：它説越往下走，温度越低，低得能夠製冷，能夠製造出大容量的冰來。

對此，陳詩才認為，這就好比空調或冰箱，它都有一個製冷的機制，它是通過機電來製冷。而冰洞的製冷機制，還是岩石下的某種機制，形成了製冷的機制，從而達到製冰的效果。那麼可以猜測，正是因為山本身的最深處很可能存在我們仍未探明的製冷機制，它不僅能保持洞中的温度，並且仍在日復一日地結冰，再加上相對較高的地理位置，以及洞口位置的巧合，因此，形成了這麼一個神奇的冰洞。 ^[2] 

“地熱負異常現象”，這一假設必須挑戰我們已知的多個物理定律。首先是在普遍“高温”的地下怎麼形成，如果這一過程是“自主”形成的，最恰當的解釋是向外散熱使自身降温，可這不符合我們已知的熱量從高温物體流向低温物體的物理學定律；其次，在不考慮冷源形成的情況下，冷空氣密度較大，是怎樣從地下向上流動的。再次，如果確有地下冷源，又能向上輸送，由於水的密度遠大於氣體密度，地下水勢必向下流動，固化，直至堵死冷氣通道，且越積越多，直至整個洞被冰填滿。

冰洞形成的條件：

1、必須有兩個出口，且兩個出口必須有足夠的高差，之間密封保温良好。

2、洞內下部必須有一定的水源，且進洞冷空氣不足以使其完全凝結。

3、0℃以下天氣足夠長。

4、上部出口在山的陰面或山坳裏。

5、冰洞附近山體相對陡峭，但其他部分山勢較高且沒大的溝壑。

冬季洞內氣流上行，飽和氣流流出洞口遇冷空氣凝結，在相對濕度較低的冬季，會最先出現冰凍現象。

夏天洞內氣流下行，出口處會形成相對清涼的小氣候或出 ^[1]  現低於正常地温的泉水流出。

冬季在馬路護坡施工留下的孔洞裏發現的冰花和冰洞裏的冰花形態是同樣的。