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從化學式的左左右右 看石灰岩如何形成特殊景觀

大多數石灰岩地層是在上億年前的海洋環境形成，經地殼運動抬升到地表，在長期溶蝕、侵蝕風化、構造擠壓、 崩塌斷陷等地質作用下塑造出各種地貌形態。石灰岩的主成分──碳酸鈣（CaCO_3），其溶解和沉澱過程可透過下列化學反應式表達，該式可向兩個方向進行:往右是石灰岩被水溶解變成離子而被帶走，往左則是碳酸鈣從水中沉澱出來，形成各種石灰岩洞穴中的沉積。

CaCO₃+CO₂+H₂O⇌Ca²⁺+2HCO₃^-

一般而言雨水的pH值小於 7，在溶解土壤和大氣中的二氧化碳（CO_2）後更低，足以溶解碳酸鈣。而當地表水滲入石灰岩層溶解大量碳酸鈣後，便形成 CaCO₃ 過飽和溶液，而當此溶液封閉在岩石中，會使其中的 CO₂無法 逃逸。因此，下滲的岩溶水進入洞穴後為與洞穴大氣壓平衡，會從溶液中釋出 CO₂，造成上述反應式向左進行， 使碳酸鈣從中沉澱出來。

當然，水分蒸發也同樣會使反應式向左，發生碳酸鈣沉澱，但這種情況下，就不是所謂的平衡反應。平衡反應要求反應速度足夠慢，CO₂釋出形成碳酸鈣沉澱，這對科學上利用石筍(在洞穴中從地上向上生長的石灰岩) 獲取古氣候和古環境信息來說是非常重要的。
 

什麼樣的條件下可以得到喀斯特地形呢?

通常只要是含有石灰岩的地區，就可以形成喀斯特地形。 世界上有很多國家都有典型的喀斯特地形，例如:歐洲 的奧地利、斯洛伐克、義大利、法國、羅馬尼亞、斯洛維尼亞及亞洲的中國、越南等。該地形從熱帶到寒帶皆有分布，而不同的石灰質母岩所形成的喀斯特地形也不同。碳酸鹽母岩，主要以石灰岩（limestone，即碳酸鈣）和白雲岩（dolomite，即鈣鎂碳酸鹽）這兩種岩石為主， 前者相比後者更容易被地表水溶蝕，形成的喀斯特地形更為突出和典型。

氣候對喀斯特地形的形成也至關重要。一方面多雨的熱帶地區提供了豐沛的地表水溶蝕石灰岩，下滲到岩層中 溶蝕形成地下溶洞;另一方面，繁茂的植被腐解後會分解大量CO₂，炎熱潮濕的氣候使得細菌作用旺盛，石灰岩溶蝕更加強烈。因此，熱帶和亞熱帶的喀斯特地形通常起伏明顯，如:越南北部和廣西南部的喀斯特地形。

除了氣候和母岩性質對喀斯特地形造成影響，還存在一個重要的因素──構造活動和時間。通常構造抬升強烈的地區，造成地表下切的速度也較快，容易形成喀斯特地貌;而經過侵蝕風化時間越久的石灰岩地區，喀斯特地貌發育越久。以貴州省興義市的萬峰林（圖一）為例， 納灰河途經的村莊和八卦田的一線盆地是古老斷層通過的地方，靠近斷層一帶多為孤峰聳立的峰林地貌，向西北方向的高原則多為峰峰相連的峰叢地貌，侵蝕不如東南邊的峰林地區。......【更多內容請閱讀科學月刊第594期】