天坑、漏斗与竖井：地质地貌学中的三大奇观
天坑、漏斗与竖井：地质地貌学中的三大奇观
天坑、漏斗与竖井是地质地貌学中三种独特的地貌形态，它们在形成条件、形态特征和科学意义等方面存在显著差异。本文将通过对比分析，深入探讨这三种地貌的科学定义及其区别，帮助读者更好地理解这一领域的最新研究成果。
什么是“天坑”？
天坑，是可充分显示其名称特色的一种喀斯特景观。其含义是宽度和深度不小于100米的塌陷漏斗，并由大型洞穴崩塌而成。天坑需要适当的解释和充分的描述，其定义又必须是地貌学的。所以应该在景观地貌学和形态测量以及其成因与发育，也就是在地貌学和水文地质学背景中，从这两方面加以考虑。
四川芦山县的一处大漏斗底部的文物
漏斗的演变历史
斯洛文尼亚学者KRANJC Andrej在其论文《从“漏斗”到“天坑”看岩溶学术语的演变》中说：岩溶学是一门发展变化的科学，岩溶学术语也与时俱进。以术语“漏斗（doline）”为例，它来源于斯洛文尼亚喀斯特地区的方言，意思是谷地。19世纪上半叶随着岩溶学的发展，喀斯特高原的漏斗状地形逐渐引起研究者们的注意，德语系的奥地利地质学家们将这种地形定义为“漏斗（dolines，复数）”，相当于德语的Trichter（漏斗）。因此，在19世纪下半叶奥地利地质学家的出版物中，普遍使用这一概念。在塞尔维亚语中，dolina一般也是指谷地。因此，Cviji?在塞尔维亚语文献中不再使用dolina表示漏斗状地形，而是用vrta?a。vrta?a和我们今天使用的doline的内涵非常相近，而且在法语、德语、意大利语、英语、克罗地亚语均有相似的词汇。在20世纪中期以前，斯洛文尼亚的地理学家们为了避免使用dolina引起歧义，对于漏斗状的地形也均用vrta?a表达。根据漏斗的形态，Cviji?将其分为三种，即碗状漏斗、漏斗状漏斗和井状漏斗。随着对漏斗状地形的深入研究，V. Pano?’s根据漏斗的不同发育阶段、漏斗的成因、漏斗的形态及覆盖类型等，又将漏斗分为30种。
陕西汉中宁强县地洞河天坑
天坑的分类与特征
朱学稳先生认为：形成于碳酸盐岩中的喀斯特天坑，可分两种基本类型，即塌陷天坑和侵蚀天坑。塌陷型天坑，系指可溶性岩层中被溶蚀、侵蚀集中发生在某一地下深处，大量物质为强大的地下水动力系统(主要是地下河)所输出。在特定的地质与水文地质条件下，地下突发式或渐进式的崩塌及崩塌物被溶蚀、输出，作用持续不止，直至整个地下崩塌空间露出地表而形成；侵蚀性或冲蚀天坑，是地面的外源水在可溶性岩层的包气带中，从地表集中垂向冲蚀(侵蚀)与溶蚀形成的。其形成条件具特定性和特殊性，故其分布甚是稀少。
湖北神农架大九湖的落水孔，为汉江支流堵河源头之一
天坑与漏斗的区别
英国赫德菲尔德大学石灰岩研究组首席科学家John GUNN教授认为：天坑是塌陷漏斗类型中非常极端的一员，并且其关键问题在于是否存在与众不同的“天坑作用”，即是否存在纯粹的形态上的差别。在漏斗类型对应的另一端，爱尔兰的特涝群是指那些宽阔的封闭洼地，这些洼地为季节性湖泊。天坑和特涝与波立谷的区别在于天坑和特涝具有较小的体量，而波立谷具有更为平缓的周壁边坡，再者它们的形成过程也有差异。特别是，特涝仅发现于冰川沉积的区域且至少部分是冰川喀斯特形态，而波立谷出现在许多气候带并且位置通常被证明受地质结构的影响。特涝已被欧盟认可为具有特色植物组合的一种特殊的喀斯特形态，虽然除爱尔兰外，这个术语没有被广泛使用。很明显，天坑也存在同样的问题，即大多数天坑分布于中国，以其巨大的体量和特殊的形成过程与塌陷漏斗区别开来。是否将“特涝”和“天坑”列入喀斯特地貌学词汇之列仍存在争论。
美国纽约州立大学地球科学系Arthur N. PALMER教授认为：大部分情况下，天坑都是现代暗河通道洞顶塌陷而成。塌陷的扩大造成暗河通道的阻塞和改道，使得水力梯度变陡，溶蚀和侵蚀增强。可以说，天坑大部分空间体积的形成都是地下河大规模搬运崩塌堆积物的结果。强烈变化的大流量是搬运崩塌堆积的最佳条件，而暗河通道的改道和扩大又进一步加强了塌陷作用。与区域裂隙模式不同，新的裂隙随着崩塌周围应力释放而扩张。与原始洞穴通道形成相比，大规模天坑的形成都是源于这些作用。
广西凤山的一处天坑
天坑与竖井的区别
天坑也应该在科学涵义上与竖井区别开来。竖井是一种地面的垂向井状通道，一般直径是几米至一、二十米。深几米至几十米。深度超百米，直径超50m的竖井便是十分罕见的特大规模了。竖井多由落水洞纵深发育而成，四周垂直，在底部逐渐消失于含水层中，另一种相似与相关的岩溶形态是“地下河天窗”。天窗应与地下河（或是早期的遗弃的）直接相通，大多数由地下河顶板局部塌陷并通达地表而成，口径多在几米至数十米之内。在洞内外气温与气压差异条件下，常出现呼吸气现象，被称作“冒烟洞”，“吸气洞”，它可看成天坑发育的某个阶段形态。
湖北神农架的岩溶漏斗湖北大瓮天坑里的植物
天坑的分类与发现
在《天坑释义》一文中，对此，朱学稳和Tony Waltham先生有过详细描述：
“虽然没有必要限定天坑的最小尺寸，以作为天坑的鉴别特征，但最小尺寸并非严格限定在100m。对天坑的定义应该慎重理解，尤其那些非常明显的塌陷漏斗，不能因为仅一维尺寸欠长而排斥在天坑之外。对边缘退化和圆化的天坑可取近似度测量其直径或长度或宽度，少数非常新鲜地形除外。天坑深度本来是很容易测量的，然而在中国却偏向于从天坑边缘最高点取值。天坑边缘切割峰丘的地方与天坑的最小深度，即一般西方人偏向于从天坑边缘最低点的取值相差甚大。一般来说，最小尺寸100m的限定也适用于天坑的最大深度，但值得注意的是这个数值应把任何特殊地貌地形特点真正反映出来。塌陷形成的较小洼地最好视为大型塌陷漏斗。正是这种巨型形态将天坑与特殊形成条件联系起来，与其他类型塌陷漏斗区分开来。天坑的最小容积可能是依据形态量计定义天坑的较好的一个办法。可是，天坑体积数据只是一个近似值，因为漏斗和天坑的岩壁剖面一般难以进行非常详细的测量。”
湖北一处疑似天坑底部
天坑的发现与确认
中国地质科学院岩溶研究所张远海副研究员告诉我说，他刚刚就在前不久，确认了湖北利川一位探险爱好者发现的天坑。
四川芦山县的一处溶洞
湖北利川大瓮天坑底部的溶洞
广西凤山县的一处天坑
陕西汉中市宁强县地洞河天坑
湖北神农架大九湖的落水孔，为汉江支流堵河源头之一