科普 | 中国南方喀斯特，有多美？

（本文经微信公众号“星球研究所”授权转载）

聚沙可以成塔

滴水可以穿石

如果水量高达亿万吨

持续冲刷大地亿万年

会是怎样一番景象呢？

在中国南方

水对大地的改造持续上演

大地溶蚀、山岳重塑

新的景观不断产生

它们被统称为

中国南方喀斯特

（喀斯特是水对可溶性岩石改造后形成的一系列地貌，因西方地理学家最早在南欧的喀斯特高原进行研究而得名，也被称为岩溶地貌；下图为中国南方喀斯特分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所，依据王世杰等《中国南方喀斯特地貌分区纲要》）

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其分布面积高达55万平方千米

涉及湖北、湖南、四川、重庆、贵州

云南、广西、广东等多个省市自治区

是世界上规模最大、最壮观的

喀斯特地貌分布区

桂林山水、云南石林

重庆武隆的天坑、天生桥

贵州荔波水上森林

以及九寨沟和黄龙的钙华堆积

一众名声在外的超级风景

都是它的家族成员

（中国南方喀斯特主要景点分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所）

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近年来

在这片不断溶蚀的大地之上

还密集建立起一个个超级工程

例如桥梁隧道占到总里程74%的

宜万铁路

从谷底到桥面高达565米的北盘江大桥

以及口径达500米

世界最大单口径的射电望远镜

中国天眼（FAST）等等

（中国南方喀斯特主要工程分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所）

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中国南方喀斯特

为什么会拥有如此众多的美景？

又为什么会出现

如此众多的超级工程？

缘起

数亿年前

中国南方还是一片汪洋

大量海洋生物的钙质骨骼

以及其他碳酸盐类物质不断沉积

形成了总厚度达10千米的碳酸盐岩地层

之后

沧海桑田、汪洋成陆

巨厚的碳酸盐岩从海底抬升为陆地

加上中国南方气候湿热

每年1000-2000mm的降雨不断落下

水流流量大、流速快

（碳酸盐岩的沉积与抬升，制图@郑伯容/星球研究所）

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水中的二氧化碳与碳酸盐

发生化学反应

碳酸盐被溶解

并随着流水流走

（含有二氧化碳的水对碳酸盐溶解的化学反应式；可溶性岩石包括碳酸盐岩及多种蒸发岩类，如石膏岩、盐岩）

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无数次的化学反应

积少成多

居然开始重塑地表

四道超级风景

即将逐一诞生

超级风景

水流沿着岩石表面流动

溶蚀出凹槽

凹槽愈溶愈深

中间突出的部分愈发尖削高大

如同30-40米的微型山峰

第一道超级风景

“峰”

诞生了

万千“峰”群铺天盖地

又好似一片岩石森林

因此得名石林

（石林形成过程示意图，石林是一种高大的石芽，制图@郑伯容&兰泽玉/星球研究所）

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在重庆

万盛石林如同一簇簇石质火炬

指向苍穹

（重庆万盛石林，摄影师@彭渤）

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在湖南

碳酸盐沉积时

因夹杂了氧化铁等物质而呈现紫红色

流水溶蚀与风化剥蚀之后

发育出了独特的古丈红石林

（古丈红石林，图片源自@图虫创意）

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在云南

石林呈剑状、塔状、柱状等等

形态丰富，千变万化

（云南石林，摄影师@姜轲）

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方圆400平方千米

有如刀墙剑阵

这便是声名赫赫的云南石林

（请将手机横屏观看，云南石林全景，摄影师@姜轲）

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但中国南方的石林又何止于此

它散布各处

数量不低于40处

（中国南方喀斯特区域主要石林分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所）

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石林之外

另一种“峰”更加庞大

在极厚的可溶性岩石区域

水流切割出连绵不绝的群峰

如果山与山之间基座相连

则被称为峰丛

在广西大化县七百弄

486平方千米的范围内

分布着9000多座800米以上的石峰

平均每平方千米18.51座

是世界上密度最大、数量最多的喀斯特峰丛

从高处俯瞰

千峰万刃排山倒海

气势恢宏

（广西大化七百弄峰丛，摄影师@江海荣）

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当峰丛进一步溶蚀

基座被切开

山与山之间变得相对独立散布

则为峰林

广西桂林漓江两岸

正是典型的喀斯特峰林地貌

疏密有致、挺拔秀立

（桂林阳朔兴坪镇相公山，摄影师@蒙洪中）

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日出时分，云海蒸腾

如在仙境

（请将手机横屏观看，桂林尧山云海日出，摄影师@黄一骏）

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然而

人们以为桂林山水甲天下

殊不知

全国喀斯特峰林峰丛分布面积

高达14万平方千米

相当于一个安徽省大小

类似桂林山水的景象绝非鲜见

在云南

罗平县的一座座喀斯特山峰

圆润得如同小馒头、小豆包

（云南罗平金鸡岭峰林，摄影师@韦革宁）

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丘北县的普者黑

喀斯特峰林层层叠叠

构成了一幅天然水墨画

（请将手机横屏观看，云南普者黑，摄影师@覃光辉）

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在贵州

兴义市的万峰林

近两万座奇峰翠峦

组成了长200多千米、宽30-50千米的

超大喀斯特峰林

气势磅礴，景观奇特

（兴义万峰林，摄影师@陈喆）

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当峰林继续溶蚀

许多山峰消失无踪

广袤的平原上有时会徒留一座山峰

是为孤峰

（孤峰，桂林伏波山航拍，摄影师@陆宇堃）

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从峰丛到峰林

再从峰林到孤峰

中国南方大地上

喀斯特山峰拔地而起、群峰竞秀

如教科书般展现了

峰丛峰林演化的典型模式

（喀斯特峰丛峰林地貌演化模式图，制图@郑伯容&兰泽玉/星球研究所，依据@朱学稳《桂林岩溶地貌与洞穴研究》）

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与此同时

流水的溶蚀还开启了

地下世界的大门

（贵州紫云县格凸河燕子洞，摄影师@李贵云）

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南方充沛的降水

通过各种缝隙、孔洞进入地下

制造出巨大的洞穴与地下河系统

这便是中国南方喀斯特的

第二道超级风景

目前流量在50升/秒以上的地下河

在中国南方已知超过2800条

仅广西的地下河总长就超过1.3万千米

相当于两条黄河的长度

如此庞大的地下河水系偶尔露出地面

会形成壮观的瀑布

“口若悬河”

（贵州清镇市暗流河，摄影师@李贵云）

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喀斯特洞穴更是以数十万计

其中实测长度超过5千米的有79个

长度大于10千米的有26个

深度大于400米的有20个

绝大部分位于中国西南部

（上述的数据源自张远海等《中国大型岩溶洞穴空间分布及演变规律》；下图为中国南方喀斯特主要大型洞穴分布，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所）

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在贵州

流水溶蚀出了长达257.4千米的

双河溶洞

是中国目前已知最长的喀斯特洞穴

长度相当于北京五环路的2.6倍

（贵州双河洞，摄影师@无影）

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洞穴中还拥有地下世界的“殿堂”

即洞穴大厅

最大者厅高200米以上

面积11.6万平方米

相当于16个足球场

（目前已知最大的洞穴大厅为贵州紫云县的苗厅；下图为双河洞大厅，注意下方的探洞者，摄影师@赵揭宇）

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原本溶解了碳酸盐的水

从洞顶上滴下来

碳酸盐析出并再次沉淀为固体

形成千奇百怪的钟乳石

（刺猪洞，位于黔西县素朴镇塘山村营盘坡观音岩，摄影师@赵揭宇）

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如洪钟

（荔波天钟洞，摄影师@李贵云）

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如神灯

（广西乐业的溶洞，摄影师@韦革宁）

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如幽冥世界

（广西乐业溶洞中的湖水镜像，摄影师@韦革宁）

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当洞穴的溶蚀继续

洞穴大厅发生坍塌

第三道超级风景便孕育而生

天坑

（请将手机横屏观看，云南镇雄县天坑群，摄影师@柴峻峰）

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位列全球前三的大型天坑

全部位于中国西南部

在重庆

小寨天坑深达666米

是目前已知全球最深的天坑

可以将上海“三件套”轻松放入

（奉节小寨天坑，上海三件套中最高的上海中心为632米，摄影师@李贵云）

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在广西

乐业县的地下溶洞系统坍塌频发

造成天坑数量和密度

居于世界首位

堪称“天坑王国”

（广西河池市凤山县江州向地下长廊，摄影师@蒙洪中）

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从空中俯瞰

著名的大石围天坑

巨大的凹陷令人目眩神迷

其容积达751万立方米

可以盛下半个西湖的水量

（广西乐业大石围天坑，摄影师@覃光辉）

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如果天坑四周岩壁溶蚀坍塌

还会形成天然的桥梁

人称“天生桥”

（广西凤山江洲天生桥，天生桥的成因有多种，地下河通道坍塌也是其中一种，摄影师@李贵云）

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位于湖南张家界的锅灶天坑

其南侧溶蚀崩塌后

一个跨度达50米的天生桥

便诞生了

（湖南锅灶天坑，摄影师@童迪）

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至此

水流溶蚀出了山峰

溶蚀出了地下洞穴和天坑

它裹挟着溶解后的碳酸盐离子四处流淌

穿过峡谷

（请将手机横屏观看，贵州安顺油菜河，摄影师@陆宇堃）

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穿过森林

（贵州荔波樟江风景区，摄影师@卢文）

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但是岩与水的化学反应并未停止

在适宜的条件下

水中的碳酸盐离子因为饱和而沉积

这便是第四道超级景观

钙华

著名的九寨沟、黄龙

即是钙华堆积地貌的代表

在河流跌水处

碳酸钙堆积形成钙华坝

以及瀑布

（九寨沟钙华瀑布，摄影师@魏炜）

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在高山海子的底部

微生物群落在钙华表面生长

形成色彩斑斓的湖池

（九寨沟的海子，摄影师@曾勇前）

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由石坝相围而成的钙华池

数量众多

藻类生长繁茂

层层叠叠、绚丽多姿

（黄龙，摄影师@刘夙培）

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峰、洞、坑、钙华

这便是中国南方喀斯特的四道超级风景

它们之中最具代表性的部分

相继在2007年和2014年

以“中国南方喀斯特”为名

入选世界遗产名录

作为大自然的创造

超级风景得到了世界的认同

那么

超级风景之中

又为什么会诞生超级工程呢？

超级工程

在人们印象中

拥有超级风景的中国南方喀斯特区域

都应是桂林一样的田园生活

（桂林兴坪镇大面山，摄影师@桂林大河）

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然而事实并非如此

因为大地已经被溶蚀得

支离破碎、峰谷密布

（卫星拍摄的都安瑶族自治县隆福乡的喀斯特地形，制图@巩向杰/星球研究所，底图源自@Esri World Imagery）

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道路阻隔

闭塞落后

（广西河池市大化县莲花山，摄影师@江海荣）

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全国14个连片特困地区中

有3个位于喀斯特集中分布的区域

（中国南方喀斯特范围内的集中连片特困区，制图@郑伯容&巩向杰/星球研究所）

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云南、贵州等地的人均GDP

更是曾经常年位居全国末位

（以2010年各省人均GDP排名为例，云南贵州广西排名都靠后，制图@郑伯容/星球研究所）

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想要改变这种落后状况

交通

是其中的关键

但是在喀斯特地质条件下修路造桥

是一件难度非常大的事

首先

群峰连绵、峡谷纵横

大量路段都需要架桥或穿凿隧道

（广西河池市小三峡，摄影师@江海荣）

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其次

交通工程多以桩作为基础

脆弱的碳酸盐岩极易被溶蚀坍塌

根本无法支撑

所以必须钻到更深处

同时进行大量混凝土充填加固

（贵昆铁路天生桥大桥，这幅作品中可以明显看到大桥建于暗河之上，形成了桥上桥的奇观，摄影师@高坤煜）

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第三

建设过程中

发达的地下河水系会带来大量涌水

严重威胁施工安全和后续运行

必须进行导流，将水排出

（施工中的地下涌水，源自纪录片《讲述:中国建设者穿越喀斯特》）

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最后

即便建设完成

一些隐匿的地下洞穴也随时会引发塌陷

毁坏道路

（地面塌陷）

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所有这些都会造成

建设和维护的成本大大增加

所以中国南方喀斯特区域的工程

一旦开工建设

都必将是高难度、高投入、高技术含量的

超级工程

2003年开工的宜万铁路

试图穿越连片的喀斯特区域

连通湖北宜昌和重庆万州

然而直到2010年才得以建设完成

7年间

平均每年只能推进50余千米

（宜万铁路龙鳞宫隧道施工场面，摄影师@文林）

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这段总长377千米的铁路

共有隧道159条、桥梁253座

桥隧相加占全部里程的74%

其中

长达10千米的齐岳山隧道

历经6年才打通

相当于一天推进5米

宜万铁路桥梁的桥墩

平均高度达到50米

墩高超过100米的桥梁5座

最高的主墩达128米

相当于40多层楼

为当年世界铁路桥梁墩高之最

堪称“云中筑路”

（宜万铁路大桥，拍摄于建始县境内野三河，摄影师@文林）

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宜万铁路还穿越20余条暗河

100余处大型溶洞

战胜了100余次严重地质灾害

至少20名工人付出生命的代价

平均每千米投资6000万元

是青藏铁路的两倍

被称为中国铁路史上最难修的铁路

（湖北恩施市白果乡的宜万铁路与高速交汇，摄影师@文林）

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2008年

作为普速铁路的宜万铁路尚未修完

穿越南方喀斯特的第一条高速铁路

从贵阳到广州的贵广高铁

便也已开工建设

它全长857千米

隧道长度却占了464千米

相当于有一半穿行于地下

这已经不是修高铁

而是在修建“超级地铁”

（刚从隧道中钻出的贵广高铁，幸福源水库大桥，摄影师@刘慎库）

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虽然有一半在地下穿行

贵广高铁的标准却并未降低

沿线通讯信号全面覆盖

不仅可以正常接打电话

刷微博、玩微信统统不在话下

　（贵广高铁穿越桂林农田，摄影师@黄一骏）

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2010年开工建设的贵昆高铁

同样不容小觑

仅是在贵州境内

就有隧道92座144千米

桥梁126座63千米

相当于每100千米

就有77.5千米的桥梁和隧道

（贵昆高铁北盘江大桥，高铁列车正在通过，摄影师@王璐）

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铁路之外

公路建设也是奇迹不断

为跨越峡谷

2005年开建的沪昆高速坝陵河大桥

用6.5万吨钢材

25万立方米的混凝土

80万个螺栓组

让大桥跨度达到1088米

在高山峡谷区修建如此大跨度的桥梁

为世界建桥史上的首次

（沪昆高速坝陵河大桥，摄影师@李贵云）

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但是一山更比一山高

一桥更比一桥长

2013年开建的贵瓮高速清水河大桥

以1130米的主跨度

随即打破了坝陵河大桥的记录

（贵瓮高速清水河大桥，摄影师@龚小勇）

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同年开建的杭瑞高速北盘江大桥

则在另一个指标上发起冲击

其桥面到谷底的垂直高度达到565.4米

相当于近两百层楼的高度

为世界桥面最高的桥梁

从桥上俯瞰

奔腾的北盘江渺小如溪流

（杭瑞高速北盘江大桥，摄影师@龚小勇）

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这是中国南方喀斯特区域

桥梁建设的黄金年代

截止到2017年年底

仅贵州一省便在喀斯特高原上

架起了2.1万座公路桥梁

世界高桥前100名中

有46座在贵州

称其为“桥梁博物馆”毫不为过

（密密麻麻的贵州省公路桥梁分布，每一个点代表一座公路桥，制图@巩向杰/星球研究所）

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这些公路桥梁

穿云入霄

（2016年10月7日清晨，湖北宣恩县境内的恩来高速公路贡水河大桥宛如仙境，摄影师@文林）

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在溶蚀的大地上

虎踞龙盘

（百色合那高速，摄影师@韦革宁）

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连通四方

（请将手机横屏观看，合那高速，摄影师@江海荣）

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而对喀斯特运用最巧妙的超级工程

当属近年声名大噪的

中国天眼（FAST）

它是一个接收面积相当于30个足球场的

大型射电望远镜

超大的口径

令选址成为首要破解的难题

喀斯特峰丛间的洼地

拥有天然的碗型结构

可以降低工程建设成本

在经过反复比较后

峰丛洼地最终脱颖而出

（FAST原址：克度镇航龙村大窝凼洼地，摄影师@李贵云）

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2016年9月25日

历时22年

“中国天眼”在贵州的大窝凼洼地落成

从此成为世界上最大的

单面口径球面射电望远镜

（中国天眼，摄影师@李贵云）

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秀丽的峰林、魔幻的溶洞

以其奇异和神秘吸引着世界的目光

飞速的高铁、横亘的长桥

让内外沟通如此便捷

（请将手机横屏观看，桂林阳朔兴坪镇全景，摄影师@李一鸣）

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中国南方喀斯特

一片溶蚀的大地

一片你可能并未认真了解过的土地

大自然在这里创造了超级风景

人类在这里创造了超级工程

风景与工程共同开启了

我们认识这片土地的两扇窗口

（桂林平乐县粉岩，摄影师@黄俊霖）

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撰稿：GentleGeGe、王昆

设计：郑伯容

地图：巩向杰

审校：云舞空城、纪秋梅

主要参考文献：杨景春等《地貌学原理》、李高聪《中国南方喀斯特地貌全球对比及其世界遗产价值研究》、尤联元等《中国地貌》、张远海等《中国大型岩溶洞穴空间分布及演变规律》

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星球研究所

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