欢迎光临广州华金科技
马上发布信息
详情描述
丹霞地貌中的特殊景观:天生桥与岩洞形成机制全解析

丹霞地貌以其鲜艳的红色、陡峭的崖壁和奇特的地貌形态著称,其中天生桥和岩洞(洞穴)是最引人注目和最具标志性的景观之一。它们的形成机制紧密关联,核心在于丹霞地貌岩石的特性(红色砂砾岩为主)以及一系列特定的外力作用过程。下面进行详细解析:

一、 基础:丹霞地貌岩石的特性
  • 岩性: 主要由陆相(河流、湖泊、山麓堆积)沉积形成的红色碎屑岩构成,包括砾岩、砂砾岩、砂岩和粉砂岩。这些岩石通常胶结程度中等或较差,尤其是粉砂岩和泥质胶结的砂岩、砾岩相对较软。
  • 结构:
    • 层理明显: 不同时期沉积的岩石层在成分、粒度、胶结物上存在差异,形成软硬相间的层状结构。坚硬的砾岩、砂岩层与相对软弱的粉砂岩、泥岩层交替出现。
    • 垂直节理发育: 由于地质构造运动(如抬升、挤压)和岩石本身的收缩冷却,在岩体中产生了大量垂直或近垂直的破裂面(节理)。这些节理是水流侵蚀、风化深入岩体内部的通道。
二、 天生桥的形成机制

天生桥是横跨沟谷的天然岩体桥梁,其下方有流水的通道。丹霞天生桥的形成是一个长期、多阶段的过程,核心在于差异风化与侵蚀崩塌作用的结合。

节理发育与沟谷下切:

  • 地表水流沿着垂直节理(尤其是两组相交的节理)向下侵蚀切割,形成狭窄的深切沟谷(巷谷)或峡谷。
  • 沟谷不断加深、拓宽。

侧向侵蚀与软弱层掏空:

  • 沟谷形成后,河流(或间歇性水流)在弯曲处对谷壁进行侧向侵蚀(旁蚀)。
  • 侧蚀作用优先掏空沟谷崖壁上相对软弱的下部岩层(如粉砂岩、泥岩层)。这些软弱层更容易被水流冲刷、溶蚀(即使胶结物中有少量可溶成分)和风化剥落。
  • 随着软弱层的持续掏空,其上方相对坚硬的岩层(如厚层砾岩、砂岩)就逐渐悬空突出,形成类似“帽檐”的结构。这个掏空的空间称为穿洞的雏形。

崩塌作用与桥拱成形:

  • 随着软弱层被掏空得越来越深,悬空的坚硬岩层下方失去支撑,其自身重力以及内部存在的节理裂隙,使其变得不稳定。
  • 在重力作用下,或受地震、暴雨等因素触发,悬空坚硬岩层沿节理面发生局部崩塌
  • 崩塌不是整体垮塌,而是有选择性地崩塌。最终保留下来横跨沟谷、连接两侧崖壁的、相对完整的坚硬岩层拱形体,就是天生桥。崩塌下来的岩块则被流水搬运走。
  • 崩塌作用是天桥最终形成的关键一步,它清理了掏空区域上方的部分不稳定岩体,塑造出桥拱形态。

持续作用:

  • 天生桥形成后并非一成不变。流水继续在桥下侵蚀(包括对桥墩基础的侵蚀),风化作用(物理、化学、生物风化)持续作用于桥体本身(尤其是桥拱顶部和侧面)。这些作用可能导致桥体进一步变薄、变窄,甚至最终发生垮塌。

总结天生桥形成关键点:

  • 软硬岩层互层: 提供差异侵蚀的物质基础。
  • 垂直节理: 控制水流侵蚀的初始路径和沟谷形态。
  • 流水侧蚀: 优先掏空下部软弱岩层。
  • 重力崩塌: 选择性崩塌形成拱形桥体。
  • 时间: 漫长地质年代的持续作用。
三、 岩洞(洞穴)的形成机制

丹霞地貌中的岩洞形态多样,大小不一,主要类型包括额状洞(扁平洞)、蜂窝状洞穴群、穿洞等。它们的形成机制同样是差异风化和侵蚀主导,但具体过程和侧重点有所不同:

额状洞(扁平洞、岩廊)的形成:

  • 岩性差异与差异风化: 这是形成额状洞最主要的原因。
    • 在陡峭的崖壁上,如果存在一层相对软弱的下伏岩层(如粉砂岩、泥岩、胶结差的砂岩),其上覆盖着坚硬的上覆岩层(如厚层砾岩、钙质胶结砂岩)。
    • 软弱岩层暴露在崖壁上,受到物理风化(干湿交替、冻融作用导致表层剥落)、化学风化(水、氧气、生物作用导致的分解,尤其当含少量可溶盐时)、生物风化(植物根系作用)的强度远大于其上覆的坚硬岩层。
    • 结果:软弱岩层迅速地向崖壁内部凹进风化剥蚀,形成凹槽。而上覆的坚硬岩层则因抗风化能力强而突出悬空,像“帽檐”一样遮盖着下方的凹槽,最终形成扁平、沿崖壁延伸的洞穴,即额状洞或岩廊。
  • 层理面控制: 凹进风化主要沿着软弱岩层的顶、底面(即层理面)进行,因此额状洞的形态和延伸方向受地层产状控制,通常平行于崖壁走向。
  • 雪檐效应: 突出的坚硬岩层像雪檐一样,遮挡了下方软弱岩层免受大部分降雨的直接冲刷,但反而促进了凹进部位相对湿润的小环境,有利于化学风化和生物风化持续进行,使洞穴向内加深。

蜂窝状洞穴群的形成:

  • 岩性不均一与差异风化: 在成分和胶结程度不均一的砂岩或砾岩崖壁上,某些局部区域(如含泥质、铁质结核周围、胶结差的部分、含易溶矿物颗粒)的抗风化能力较弱。
  • 风化作用聚焦: 物理风化(盐风化、热胀冷缩)和化学风化(溶蚀、氧化)优先作用于这些薄弱点,形成一个个小凹坑。
  • 正反馈循环: 凹坑形成后,更容易聚集水分、盐分和生物,加速坑内的风化剥蚀,凹坑不断扩大、加深。
  • 相邻凹坑合并: 随着凹坑不断加深扩大,相邻的凹坑可能相互连通、合并,最终在崖壁上形成密集的、状如蜂窝的洞穴群。水流(如沿节理渗入的水)会加速这一过程。

穿洞的形成:

  • 类似天生桥初期: 穿洞的形成机制与天生桥的前期阶段非常相似。水流沿着垂直节理或软弱岩层侵蚀(侧蚀和底蚀),在陡崖或山体中穿透,形成通到另一侧的洞穴。
  • 崩塌作用参与: 侵蚀掏空过程中或之后,洞顶或洞壁可能发生崩塌,扩大洞穴空间。穿洞与天生桥的区别在于,穿洞洞顶的岩层最终没有崩塌形成孤立的桥拱,而是保持了相对连续的顶板。 或者可以说,天生桥是穿洞顶板大部分崩塌后留下的残余拱形结构。
  • 位置: 常出现在山脊或崖壁相对较薄的位置。

总结岩洞形成关键点:

  • 岩性差异/不均一性: 是洞穴形成的根本原因。
  • 差异风化与侵蚀: 物理、化学、生物风化优先作用于软弱或薄弱部位。
  • 层理与节理: 控制洞穴的位置、形态和延伸方向。
  • 水流作用: 对穿洞和部分蜂窝洞的形成至关重要,对额状洞主要是提供风化介质(水)。
  • 崩塌作用: 在穿洞和天生桥形成中扮演重要角色,可扩大洞穴空间或塑造最终形态。
四、 天生桥与岩洞的关系 形成基础相同: 都依赖于丹霞地貌特有的软硬相间层状结构和垂直节理发育。 核心机制相同: 都以差异风化与侵蚀为主导作用力。 演化关联:
  • 穿洞是天生桥的“前身”: 一个穿洞在持续掏空和崩塌作用下,如果洞顶大部分崩塌殆尽,只留下中间的拱形部分连接两侧,就演变成了天生桥。
  • 额状洞是局部掏空: 额状洞可以看作是侧壁掏空过程的产物,如果掏空非常强烈且发生在山脊较薄处,也可能发展成穿洞。
  • 蜂窝洞是表面差异风化的集中体现: 虽然规模通常较小,但反映了岩体风化过程的细节。
空间分布: 它们常常在同一区域共存,共同构成丹霞地貌丰富奇特的景观组合。例如,一个崖壁上可能布满额状洞和蜂窝洞,而沟谷中则发育着穿洞和天生桥。 五、 总结

丹霞地貌中天生桥和岩洞的形成,是特定岩性(红色砂砾岩、软硬互层)、特定结构(垂直节理发育)在特定的外动力作用(流水侵蚀、差异风化—物理、化学、生物风化、崩塌作用)下,经过漫长地质时间尺度的塑造结果。差异风化与侵蚀是贯穿始终的核心机制,它使得软弱岩层或岩体薄弱部位被优先剥蚀掏空;崩塌作用则是塑造天生桥拱形结构和扩大洞穴空间的关键环节;垂直节理为侵蚀和风化提供了深入岩体的通道;层理面控制了洞穴发育的规模和形态。这些因素相互作用,共同造就了丹霞地貌中这些令人叹为观止的自然奇观。理解它们的形成机制,有助于我们更好地欣赏和保护这些珍贵的地质遗产。