廣西、雲南是我國鐘乳石資源最豐富的主要省區,所產的鐘乳石光澤剔透、形狀奇特,具有很高的欣賞和收藏價值,深受人們喜愛。碧野《富春江畔·“冰壺”與“雙龍”》:“洞內到處都是鐘乳石,濕潤清新,有的像玉柱從頂垂直到地,有的像雨雲倒懸空中,有的像白浪滔滔,波湧連天,真是氣象萬千,蔚為奇觀。”
在石灰巖裏面,含有二氧化碳的水,滲入到石灰巖縫隙中,會溶解其中的碳酸鈣。這溶解了碳酸鈣的水,從洞頂上滴下來時,由於水分蒸發、二氧化碳逸出,使被溶解的鈣質又變成固體(稱為固化)。
化學成因
溶洞都分布在石灰巖組成的山地中,石灰巖的主要成分是碳酸鈣,當遇到溶有二氧化碳的水時,會反應生成溶解性較大的碳酸氫鈣;溶有碳酸氫鈣的水遇熱或當壓強突然變小時,溶解在水裏的碳酸氫鈣就會分解,重新生成碳酸鈣沈積下來,同時放出二氧化碳。洞頂的水在慢慢向下滲漏時,水中的碳酸氫鈣發生上述反應,有的沈積在洞頂,有的沈積在洞底,日久天長洞頂的形成鐘乳石,洞底的形成石筍,當鐘乳石與石筍相連時就形成了石柱。
實驗:
取壹只大茶杯(或試管),將少量熟石灰(即氫氧化鈣)溶解水中,靜置片刻,其中還沒有溶解的熟石灰
鐘乳石
便沈積在杯底,此時杯中分成兩層:上層是跟水壹樣清澈的石灰水,其中含有已溶解的氫氧化鈣;下層是石灰乳,呈渾濁狀態。把上層清澈的石灰水小心地傾倒在壹只試管裏約2ml,然後通過壹支玻璃管(也可用塑料管——喝汽水用的那種吸管代替)往石灰水裏吹氣。由於人體呼出的氣體中含有二氧化碳,因此石灰水就和它發生了化學反應生成了不溶於水的白色固體石灰石,石灰水變渾濁。
氫氧化鈣+二氧化碳 → 碳酸鈣↓+水
Ca(OH)2+ CO2= CaCO3↓+H2O
如果我們繼續往渾濁的石灰水裏吹氣,不久,它又變得澄清了。這是由於二氧化碳與碳酸鈣起作用,生成可溶解於水的碳酸氫鈣,因此渾濁液將隨著沈澱的溶解而變得澄清。如果把這種澄清液加熱,碳酸氫鈣又轉變為不溶的碳酸鈣,於是溶液又重新變渾濁。
碳酸鈣+二氧化碳+水 → 碳酸氫鈣
CaCO3+CO2+H2O =Ca(HCO3)2
在大自然裏,許多石灰巖地帶(主要成份是石灰石),就是由於這個原因而形成了奇峰異洞,生長了鐘乳石、石筍等。
鐘乳石和石筍大不相同,壹個像冬天屋檐下的冰柱,從上面垂下來;壹個象春天從地面下“冒”出來的竹筍。
洞頂上有很多裂隙,每壹處裂隙裏都有水滴不斷滲出來,每當水分蒸發掉了,那裏就留下壹些石灰質沈澱。壹滴、兩滴、三滴……水不斷出現,又不斷地揮發,洞頂上的石灰質愈積越多,終於生成壹個乳頭——這就是鐘乳石的“童年”時代。以後,乳頭外面又包上壹層層石灰質,以至越垂越長。有的鐘乳石的長度能達到好幾米。
石筍是鐘乳石的親密夥伴。當洞頂上的水滴落下來時,石灰質也在地面上沈積起來。就這樣,石筍對著鐘乳石向上長。可以說鐘乳石是“先生”,石筍是“後生”。但石筍底盤大,本身比較穩定,不容易折斷,所以它的“生長”速度常比鐘乳石還快。石筍的最大高度能達30米,像是壹座平地裏長出來的“石塔”。
往下長的鐘乳石,有時候也會和往上長的石筍接在壹起,連接成壹個石柱,兩頭粗,中間細,不明底細的人還認為是誰鑿出來的呢。在許多石灰巖洞裏,鐘乳石和石筍多數不是連在壹起的;那是因為鐘乳石折斷了,或者過多的石灰質堵塞了水滴的通路,水滴被迫改變路徑轉移到另壹處,又長出壹根新的鐘乳石。這樣,鐘乳石和石筍就不會“碰頭”了。
地下水在鐘乳石和石筍的形成過程中起了決定性的作用。凡是它流過的地方就會留下痕跡,或是壹道溝或是壹個洞,或是壹根鐘乳石,或是壹根石筍,或是壹根石柱;把它們組合在壹起就成了“樹林”、“珠簾”等奇麗景象。這種現象在日常生活中也經常碰到:例如用來燒水的壺底常結壹層垢。取出壹些加些醋,會看到有大量氣泡產生。這是因為自來水裏含有碳酸氫鈣、碳酸氫鎂等,水垢的某些成分就是它們在加熱時的分解產物,如碳酸鈣和氫氧化鎂等。
因為大自然中溫度沒有煮開水那麽高,所以鐘乳石和石筍等的形成也就沒有那麽快,是經過幾萬年的長期沈積,不斷變遷才形成的。