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石林的形成

作者:  来源:  发布时间:2021-07-15

说起云南,就自然会联想起石林。来到云南,如果不去石林一游,无疑会留下“不到长城”般的遗憾。的确,石林已成为云南这块红土高原上最显著的标志之一。



石林世界地质公园位于云南省石林彝族自治县境内,总面积约400平方公里。公园整体呈南北向展布,在公园范围内,大大小小的石林成簇成片分布于山坡、岭脊、沟谷和洼地中,辟为游览区的大小石林、乃古石林只是其中具有代表性的两片。

到石林之前,无论人们对它如何想象,一旦真正置身其中,还是免不了要被它独有气势和无以伦比的美所震撼,进而是对大自然鬼斧神工和神奇力量的赞叹。

震撼和赞叹之余,自然又有几分疑惑:这罕见的自然奇观从何而来?何时有之……要了解石林,还得先从“喀斯特”一词说起,因为石林也被称为喀斯特地貌。“喀斯特”是德语“karst”一词的译音。喀斯特原是前南斯拉夫西北部石灰岩高原的地区名称。十九世纪末,南斯拉夫学者J?斯威奇(cvijic)对那里奇形怪状的石灰岩地形进行了研究,并在其代表作《喀斯特现象》一文中将该地貌命名为“喀斯特”。此后“喀斯特”一词逐渐成为世界各国通用的地学专门术语。在中国,“喀斯特”的同义词是“岩溶”。因此,石林也同时被称为岩溶地貌。



形成石林的岩石主要是石灰岩,属于碳酸盐岩。而碳酸盐岩又属于沉积岩,既岩石是在水体中沉积形成的。石灰岩最大的特点是容易被水溶解,尤其是当水中富含二氧化碳时,因此石灰岩又被称为可溶性岩石。

在中国,碳酸盐岩分布的面积约为130万平方公里,其中60%也就是约80万平方公里分布在贵州、广西、四川西部和云南东部,形成了世界上一块最大的岩溶区。由于面积巨大,跨越不同的纬度和海拔,处于不同的地理环境,也就不难理解为什么这块区域被称为世界上研究喀斯特的理想之地。也就明白了为什么在这块区域内发育丰富多彩的喀斯特地貌,包括象石林、桂林山水这样奇特的景观。



有了石灰岩,并非就能形成石林,否则石林就成了随处可见的一般景观了。实际情况是石林的面积只占喀斯特面积中极小极小的部分,在中国西南这片最大的喀斯特区域,石林的面积连万分之一都不到。由此可见石林景观的独特和珍贵,它的形成可以说是一部真正的地质传奇。

石林的形成是由地质、气候、水文等许多因素有利的结合,甚至是巧合的结果,缺少了任何一方面都不可能形成石林。

在地质方面,首先是区域大地构造条件,或者说要有地壳的抬升作用。发育石林的石灰岩最初形成于海底,而今的石林已伫立在近2000米的高原之上。这其中经历了间歇性的持续抬升过程,因为只有不断的抬升,才能使水有较大的向下侵蚀的动能,才能发育像石林这样的垂向立体景观。否则一个地区如果长期处在稳定状态,久而久之,自然风化,削高填低,地形就会形成越来越平缓,最终向平原演化。其次地壳在抬升过程中,岩层要大致保持水平,不能发生明显的倾斜。或者有过倾斜,但随后又恢复水平。这对石林的发育和保存至关重要,否则那竹节状高大的石柱就会战立不稳,顺“节”(层理面)滑塌。



石林是因高大的石灰岩溶柱呈树林状分布而得名。而这些石柱又是怎样丛当初完整的石灰岩中分离出来的呢?那是因为岩石受到力的作用后,在垂直方向上产生了两组以上的裂隙,在平面上将岩石分割成了网格状,以后水和生物等沿着这些裂隙往下溶蚀,随着溶沟的加深加宽,一个个石柱就逐渐分离出来,组合在一起,形成了石林。可见,如果岩石中只发育一组裂隙,那么溶蚀后,形成的就不是石林,而是一道道石墙了。

另外,两组裂隙的密度要适宜,不能太密集也不能太稀疏。太密集则岩石容易被全部溶蚀,太稀疏则只形成一些石丘。

发育石林地貌,往往还要有盖层条件的配合,就是石灰岩顶部要有一层其他岩石的覆盖。此盖层的存在有两方面的重要意义,一是盖层可以改变地表水和地下水的运动方式,造成局部水的集中,有利于盖层下面石林的发育。二是盖层的存在可以保护早期形成的石林。石林地区在地质历史上就曾被厚厚的玄武岩覆盖,历经了上亿年剥蚀,如今玄武岩已大部分消失,只剩下零星残余。如果没有这层玄武岩的存在,不要说古老部分的石林保存不下来,恐怕连发育石林的石灰岩都已不复存在了。

气候条件对石林的发育也很重要,气候主要是通过降水量和气温来影响喀斯特作用的。降水多、气温高有利于石灰岩的溶解和石林地貌的形成。研究表明石林地区2亿多年来,古气候几经变化,曾长期处于低海拔、低纬度的温暖潮湿热带地区,雨量充沛,气温较高,为石林的发育提供了很好条件。如今石林地区已处于亚热带高原季风气候,对石林的发育来说已非最佳时期。



水文条件主要是指水的类型及活动方式对喀斯特的影响。石灰岩溶隙与溶洞中的地下水,被称为喀斯特水,它们主要来自大气降水和地表河水。进入岩石后便以分散流或管道流等方式,迂回曲折神出鬼没,最终又以泉水的形式流出地表。在此过程中,水就象一把神奇的雕塑刀,将岩石雕塑成千奇百怪的喀斯特形态。

石林的历史有多长?简而言之,形成石林的石灰岩的年龄是2.7亿年,而从这些岩石中发育石林地貌则是从2.5亿年前开始,并延续至今。  

地质上称为早二叠世的2.7亿年前,石林地区是一片广阔的海洋,阳光充足,温度适宜,海水中生活着大量的贝壳、珊瑚类生物。海底则慢慢沉积形成了几百米厚的石灰岩。生物死亡之后,他们的躯壳会被保留在岩石中,成为化石。在石林的一些地方,仍可以看到岩石几乎全部由这些生物躯壳和残片组成,既所谓的生物碎屑灰岩,可见当时是个多么热闹和充满生机的海底世界。

2.7 亿年前的早二叠世 , 石林地区为海洋环境。海底沉积形成了石灰岩 , 后期上升为陆地 , 石灰岩受到挤压破裂 ,形成两组裂隙。

2.5 亿年前的早二叠世未期 ,石林地区为海洋边缘环境。石灰岩中发育了最早期的石林地貌。

2.4 亿年前的晚二叠世早期 , 石林地区受火山作用影响 , 早期石林被玄式岩覆盖并一直持续到中生代末期。

6千5百万年前的新生代早期 , 玄式岩大部分被剥蚀,局部一些地方 早期石林再次出露地表。

5千2百多万年前的早第二纪始新世-渐新世 ,石林地区受到掀斜式抬升, 西侧形成路南古湖,部分石林被湖泊沉积物覆盖。同时 ,湖周又有新的石林发育。

2千多万年前的晚第三纪中新世以来,古湖消失,逐渐向现今的高原河谷(巴江)环境演变。同时发育了最新一期的石林。

2.5亿年前,地壳运动,石林地区脱离海洋环境,上升成为陆地,同时石灰岩受到挤压,产生破裂,在海洋边缘湿热气候条件下,雨水等沿裂隙溶蚀,形成了最早期的石林。

随后的晚二叠世初期,沿四川西部、贵州西部和云南东部一线,爆发了大规模的岩浆喷溢活动,基性岩浆从地下深处沿断裂溢出地表。在石林地区,灼热的熔岩流进石林,使早期形成的石芽、石柱被烘烤和掩埋。使这些来自水中的岩石经受了一次火的考验。熔岩冷却后成为玄武岩,厚度可达四、五百米,就象一层厚厚的棉被覆盖在早期石林之上。

2.2亿年前,二叠纪结束,进入中生代时期(由三叠纪、侏罗纪、白垩纪三个纪组成)。在延续1.6亿年的整个中生代时期,石林地区一直处于被玄武岩覆盖和缓慢抬升状态。由于剥蚀作用,玄武岩盖层变得越来越薄。至6千万年前,中生代结束,新生带开始,石林地区局部玄武岩盖层全部被剥蚀,石灰岩和早期石林重新出露地表,并开始新一轮石林的发育。这一轮石林发育的时间并不太长,只持续到早第三纪古新世末。  

至5千多万年前的始新世时,石林地区的地貌格局又发生了重大变化。由于受到早喜马拉雅运动的影响,产生了区域性的掀斜式抬升,石林地区形成了一个大型的内陆山间湖泊,称为路南古湖。由于地表水不断从湖周向古湖汇集,同时也将剥蚀下来的物质带入湖中,在湖底形成了厚厚的碎屑沉积,因颜色呈红色,又称红层沉积。路南古湖存在了约3千万年(始新世?D?D渐新世)。这一时期,石林的发育又分两种情况,一是在湖水淹没范围,早期石林又被湖泊碎屑沉积物所覆盖。二是湖周地区,因为有较强的水动力条件,在早期喀斯特地貌的基础上,延续石林的发育演化,很有可能这一时期湖周山坡上有一片片不亚于现今所见的高大雄伟的石林。   

到2千3百万年前的渐新世末期,石林地区由于地壳抬升,古湖中心南移,湖水面积也逐渐缩小,最后在南部大叠水一带出现地貌裂点,湖水泄出,古湖消亡。

从晚第三纪至今,伴随着青藏高原的隆起,石林地区处在持续的抬升过程,这期间形成了以巴江为侵蚀准面的地貌格局并延续至今。由于剥蚀作用,一些曾被湖泊沉积物覆盖的石林再次出露地表,继续发育。

从上不难看出,石林地区在2亿多年的时间里,地理环境从海洋到陆地,从湖泊到高原河谷几经变迁。早期形成的石林先后被火山熔岩和湖泊碎屑沉积所覆盖。

如今见到的石林可谓“辈分”齐全。

那些刚从玄武岩中露出脑袋的石牙,是形成于2.5亿年前的最早期的石林,它们黑乎乎的身躯,似乎在诉说着被炽热岩浆烘烤和被埋藏了2亿多年的经历。

那些刚从红土层中冒出的石林,是6千多万年前形成的,它们曾被湖水淹没和被湖底沉积物所覆盖,如今也重见天日。

那些位于山顶、岭脊之上的稀疏石柱,也有几千万年的历史,只是由于不曾被湖水淹没,历经风吹雨蚀,如今已零零星星,歪歪倒倒,呈垂暮之态。

那些位于现今洼地之中,甚至还泡在水中的石牙、石柱,是真正的“新生代”,它们密密匝匝,尖锐锋利,呈现出向上的活力。   

石林由众多石柱组成,石柱的形状千姿百态,难以一一划分和描述,其中有四种较为典型和常见,分别是柱状石林、剑状石林、塔状石林和蘑菇状石林。

世界其他一些地区也有类似的石林地貌,如马来西亚的穆鲁、巴布亚新几内亚的凯靖德、马达加斯加的安卡林那以及欧洲的西班牙、美州的古巴、大洋州的澳大利亚等。但上述石林地貌同中国云南石林相比,要么面积狭小,要么形态单一,要么是位于热带雨林深处使人难以到达。很少有能象云南石林这样,成片成片的石林分布在一个地区的山岭、沟谷、斜坡、洼地等各种地形上。而且每片石林形态各异,犹如将世界各地的石林都搬来这里展示,使人觉得忽而到了古巴,忽而又到了西班牙……无怪乎石林被中外喀斯特专家学者誉为集石林形态之大全的“石林博物馆”,有着极高的美学价值。

石林地区除石林地貌外,还发育有其它喀斯特地貌,如石牙原野、溶蚀岩丘、溶蚀洼地、漏斗、溶蚀湖、暗河、天生桥、瀑布、溶洞及洞穴沉积等等,它们与石林一起构成了一幅从地上到地下完整的喀斯特全景图,是研究喀斯特的理想之地,具有重要的科学价值。

石林以其演化的古老性、复杂性,以其类型和形态的多样性和重要的科学、美学价值而被列入世界地质公园名录。

石林是大自然鬼斧神工的杰作,在我们观赏和体会其神韵和美丽的同时,别忘了对这一珍贵地质遗产和世界奇观的保护。


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