大自然的鬼斧神工——雅丹、丹霞与喀斯特

科普园地|大自然的鬼斧神工——雅丹、丹霞与喀斯特引言：地球是宇宙中的一个神奇的存在。在地球之上，不仅生活着到目前为止所知道的最高级智慧生命
——人类，还存在着许许多多神秘的自然景观，为科技工作者留下了众多研究的课题。虽然有些还有待进一步探索，但也有许多已经初见成效，并广
为人知，比如雅丹、丹霞和喀斯特地貌。不过，如果您见到了这三种地貌，是否能一眼辨认出来？能准确地说出是雅丹还是丹霞抑或是喀斯特地貌？
是否能解释它的成因呢？下面的文章或许可以给您解疑。大自然的鬼斧神工——雅丹、丹霞与喀斯特[1]郑秀娟1，旷红伟2１.中国石油大学（
北京）期刊社2.中国地质科学院地质研究所１雅丹地貌雅丹地貌，又叫风蚀垄槽，泛指风蚀土墩和风蚀凹地相间的地貌组合，发育在第四纪河
湖的土状堆积物中，以罗布泊洼地西北部的古楼兰附近最为典型，分布面积最广。说起该名称的由来，还有一段故事，而其地貌也很有特色。1.1
名称起源20世纪初，瑞典人斯文赫定和英国人斯坦因赴罗布泊地区考察，在罗布荒原中发现大片大片隆起的土丘，遂向作向导的当地人询问该
处地名，向导却误以为询问这种地貌形态在当地的称呼，便告知其为”Yardangs”，这是当地维吾尔人对这些”陡峻土丘”的称呼，从此Y
ardang一词便流传于国外地学界。再译回中文就成了”雅丹”。于是，”雅丹”一词就成了世界上地理学和考古学的通用术语。1.2景观
特点“雅丹”地貌通常也发育在干旱地区的湖积平原上，由于湖水干涸，黏性土因干缩裂开，盛行大风沿裂隙不断吹蚀，裂隙逐渐扩大，使原来平坦
的地面演变成许多不规则、具有顺盛行风向平行延伸陡壁的垄岗（墩台）和宽浅不一、沟槽相间的奇特地貌。雅丹地貌最特别的是那些形状奇异、大
小不等、排列有序的土阜、土丘。土丘又干又硬、栉次鳞比，有的拔地而起，如柱、如树、如竹、如伞（图1A）；有的匍匐在地，似狮、似虎（图
1B）；有的怪异，像神、像魔鬼（图1C）；有的肃穆庄重，像城堡、像帐幔、像房屋（图1D–1F）。在那”土丘林”的沟壑中，鹅黄色的沙
堆，蜿蜒起伏，金波粼粼，犹如匹匹锦缎。每当云影飘过，或细风撩起轻沙，土阜土丘似乎缓缓漂移，像船启航，宛如鲸鱼遨游，扑朔迷离，给人以
无限暇想。图1?形状奇异的雅丹地貌A、D：青海敦煌雅丹地貌B：新疆乌尔禾魔鬼城的风蚀狮子和海豹（旷红伟摄）C：新疆阿奇克谷地
三垅沙?E、F：新疆乌尔禾魔鬼城风蚀城堡（旷红伟摄）1.3典型雅丹地貌世界各地的不同荒漠都有雅丹地貌，其中包括突厥斯坦（T
urkistan）?荒漠地区，美国的莫哈韦沙漠（MojaveDesert），非洲乍得盆地（ChadBasin）的特贝斯荒原，
伊朗的卢特荒漠（LutDesert）东南及约旦西南的瓦迪伦。中国的雅丹地貌面积约2万km2，主要分布于青海柴达木盆地西北部、
疏勒河中下游和新疆罗布泊周围。新疆的雅丹地貌仅3000~4000km2，规模小，典型的雅丹高4~5m，也有高达10~20m的
雅丹台地。而敦煌古海雅丹高20~100m，属于中大型雅丹群，其造型丰富多彩，高密集型为世界罕见。最有名的有罗布泊周围的龙城和白龙
堆，乌尔禾魔鬼城、敦煌雅丹魔鬼城、奇台县西南沙漠中的风城、阿奇克谷地东段的三陇沙雅丹等。1.3.1?新疆白龙堆雅丹白龙堆是第四纪
湖积层抬升形成的砾质土丘地貌，由于水蚀和风蚀作用，形成东北至西南走向的长条状土丘群，绵亘近百千米，横卧于罗布泊地区的东北部。白龙堆
在灰白色沙泥岩夹石膏层的基础上发育，高10~20m，长200~500m以上，弯曲延伸，远望就如蜷伏在大漠上的白色巨龙（图2A）
。它的外形确乎像龙，有的高昂龙首；有的伏卧于道；有的头部徽挹，随时准备腾飞而起。白龙堆在史书上常被提及，都被描绘成十分险恶的区域，
喻有鬼怪出没。实际上白龙堆到目前仍是一处危险的无人区，环境十分恶劣，途经此地的人一般给养已用去大部分，若遇上数天沙暴，人就会被困住
，不是饿死就是渴死，一般人不会进入此地区（图2B）。图2中国典型雅丹地貌——新疆白龙堆雅丹A：长条状土丘；B：典型雅丹地貌1.3
.2?非洲乍得盆地特贝斯荒原雅丹群全球最大的雅丹地貌是非洲乍得盆地特贝斯荒原的雅丹群，约有26万km2。从外形看，雅丹地貌尽是些
形状奇异、又干又硬的土阜、土丘，它们有的拔地而起，伟岸挺拔；有的匍匐在地，似狼虎雄狮；有的怪力乱神，似人非人；有的庞大连绵，像城堡
般雄伟壮观（图3）。图3?非洲乍得典型盆地特贝斯荒原雅丹群??1.3.3?伊朗卢特荒漠雅丹世界上最高大的雅丹在伊朗的卢特荒漠
东南部，约2万km2，雅丹高200m，风蚀谷宽500m，雅丹呈垅脊状延伸，长数千米至十几千米。在卡卢兹一带，可以看到这壮观的景
象，一座座的”沙丘城堡”矗立在沙漠中，无比壮观（图4），其南部边缘的小镇沙赫巴德（ShafiAbad）距离克尔曼约100km。卢
特沙漠是世界上最热的地方之一，根据美国国家航空航天局地球气象站的一项7年全球地表温度研究，卢特荒漠有5年高居全球最热榜首，最高温可
达159.3华氏度（70.2℃）。图4?伊朗卢特荒漠雅丹2丹霞地貌丹霞地貌属于红层地貌。所谓“红层”是指在中生代侏罗纪至新
生代古近纪沉积形成的红色岩系，一般称为”红色砂砾岩”。现在悬崖上可以看到的粗细相间的沉积层，颗粒粗大的岩层叫”砾岩层”，细密均匀的
岩层叫做”砂岩层”（砂和砾以直径２ｍｍ为界）。名称的由来有怎样的故事？地貌特点与典型地貌有哪些？2.1名称起源“丹霞”一词源自曹
丕的《芙蓉池作诗》，“丹霞夹明月，华星出云间”，指天上的彩霞。广东仁化丹霞山，则因其“色若渥丹，灿若明霞”而得名。我国学者在20世
纪20年代以丹霞山为基地率先对红层地貌开展科学研究。1928年，冯景兰等将构成丹霞山的红色地层及粤北相应地层命名为“丹霞层”。19
38年，陈国达首次提出“丹霞山地形”的概念。1939年，陈国达正式使用“丹霞地形”这一分类学名词，因为地形与地貌的概念一直没有进行
明确的区分，丹霞地形被默认为就是“丹霞地貌”。直至1961年黄进才首次提出丹霞地貌的定义：丹霞地貌是由水平或变动很轻微的厚层红色砂
岩、砾岩所构成，因岩层呈块状结构和富有易于透水的垂直节理，经流水向下侵蚀及重力崩塌作用形成陡峭的峰林或方山地形。正式提出“丹霞地貌
”这一术语时，已到了1978年（曾昭璇教授提出）。遵循发源地的地质、地貌特征，运用岩石地貌命名五项原则（岩石性质、地层时代、地貌造
型、形成动力、实例），郭福生等（2019）将丹霞地貌定义为：发育于中生代至新近纪陆相近水平厚层状紫红色砂岩、砾岩中的丹崖赤壁及方山
、石墙、石柱、峡谷、洞穴等地形的统称。2.2?景观成因及特点近于水平产状的中-新生代红色砂砾岩系是形成丹霞地貌的物质基础，但丹霞
地貌的发育则始于喜马拉雅造山运动。这次运动使部分红色地层发生倾斜和舒缓褶曲，并使红色盆地抬升，形成外流区。流水向盆地中部低洼处集中
，沿岩层垂直节理进行侵蚀，形成两壁直立的深沟，称为巷谷。巷谷崖麓的崩积物在流水不能全部搬走时，形成坡度较缓的崩积锥。随着沟壁的崩塌
后退，崩积锥不断向上增长，覆盖基岩面的范围也不断扩大，崩积锥下部基岩形成一个和崩积锥倾斜方向一致的缓坡。崖面的崩塌后退还使山顶面范
围逐渐缩小，形成堡状残峰、石墙或石柱等地貌。随着进一步的侵蚀，残峰、石墙和石柱也将消失，形成缓坡丘陵。比如广东仁化的丹霞山，先前在
燕山运动中因地壳下沉形成南岭山脉中一个山间湖盆，由于河流或沟谷流水把周围山地的大量的沙砾带到盆地中沉积，又因为当时丹霞山所在的华南
板块处于北纬14°～17°，气候比较干热，形成强氧化环境，所以沉积物被氧化铁染成了红色。丹霞地貌最突出的特点是“赤壁丹崖”广泛发育
，形成了顶平、身陡、麓缓的方山、石墙、石峰、石柱等奇险的地貌形态（图5）。红色陡崖坡是丹霞地貌最重要的识别要素，不同形态和体量的陡
崖坡组合成堡状、墙状、柱状等各类丹霞地貌的基本坡面。在幼年期和青年期丹霞地貌区，大部分陡崖坡则构成峡谷的谷壁。图5?五彩斑斓的丹
霞地貌A：广东丹霞山;B：贵州赤水;C：江西龙虎山仙桃石;D：湖南崀山;E：浙江江郎山;F：宁都县黄石镇水上丹霞2.3?
典型丹霞地貌丹霞地貌在热带、亚热带湿润区，温带湿润-半湿润、半干旱-干旱区和青藏高原高寒区均有分布；最低海拔可以形成于东部的海岸带
，最高海拔可以出现在4000m以上的青藏高原上。丹霞地貌主要分布在中国、美国西部、中欧和澳大利亚等地，在中国目前已查明丹霞地貌1
005处，分布于全国28个省(自治区、直辖市、特别行政区)，但相对集中分布在东南、西南和西北三个地区。特别是广东、浙江、福建、贵州
、湖南和江西六省联手，其丹霞地貌被入选了代表性的”中国丹霞”世界自然遗产（图5）。2.3.1?广东省韶关丹霞山丹霞山位于广东省韶
关市仁化县境内，于粤北山区仁化盆地锦江一带，韶关市东北50km，离仁化县城8km，与西樵、罗浮、鼎湖山合称“广东四大名山”。丹
霞山世界地质公园总面积292km2，是2004年经联合国教科文组织批准的中国首批世界地质公园之一，山体色如渥丹，灿若云霞，故名丹
霞山（图6A），有“中国红石公园”之称。丹霞山整体是呈红色砂砾岩峰林地貌，其中含有石寨、石峰、石堡、石墙、石柱600多座，它们是
丹霞山中的造型地貌。其中主峰巴寨海拔618m，其他大多数山峰在300～400m之间。丹崖峭壁则是丹霞地貌的最典型特征之一。丹霞
山中最美的景区之一锦石岩属水平浅洞，这些洞穴与石灰岩洞穴明显不同，它的宽度特大深度小。由于它在半山之中，比较干爽，少蚊虫，往往形成
早期人类岩居之地，丹霞山的石窟寺等就建在锦石岩。它的形成争论也不少，有人认为是锦石岩没有升起来前，那里是河流侵蚀面，因经常性水位侵
蚀，瀑布的侵蚀形成了凹槽，以后再加上崩塌扩大，才形成了锦石岩。锦江纵贯盆地南北，切割丹霞层形成岗丘，呈现“顶平、身陡、麓缓”的地貌
特征，成为地理学上“丹霞地貌”的诞生地和该地貌类型的典型代表。图6?中国典型的丹霞地貌A：广东韶关仁化丹霞山；B：甘肃张掖丹霞（
图片来源同图5）2.3.2?美国拱门国家公园拱门国家公园位于美国犹他州的中东部，占地约310km2，拥有世界上最密集的岩石拱门
。这些拱门是在一系列独特的环境中形成的，其最重要的构造特征为盐谷—隐谷处的盐墙或底辟。随着科罗拉多高原的隆升，从新近纪开始一直持续
到现在，科罗拉多河及其支流侵蚀了沉积岩层。在侵蚀程度足够深后，地下水到达了该地区盐墙的上部，随后的崩塌形成了现今覆盖在盐墙上的地堑
。然后风化作用侵蚀软弱层所在区域，如地层边界、层理面和软裂隙，在岩墙之间或穿过岩墙形成壁龛和拱门，因此大多数拱门都位于盐谷边缘。沿
着盐谷-隐谷地堑的每条小路都可通向几个拱门。这些拱门其实是一个盐背斜的展示。公园大部分地区地下都有厚厚的盐层，盐的溶解促成了岩石
拱门的形成。有句老话说：只见树木不见森林”，这在拱门国家公园是千真万确的。许多游客从一个拱门走到另一个拱门，却没有看到形成拱门的地
质构造的壮观展示。由此地标景观（图7D），你几乎能看到所有拱门国家公园内所有景观。图7?美国拱门国家公园A：三剑客；B：平衡石总
高度39m（上部巨石高17m，重3500t）；C：精拱门；D：地标景观（旷红伟摄）３喀斯特（岩溶）地貌喀斯特(Karst)地
貌，又称岩溶地貌，在世界上分布面积达5100万km2，占地球总面积的10％。从热带到寒带，由山区、平原到海岛都有它的踪迹。名称的由
来有怎样的故事？地貌特点与典型地貌有哪些？3.1?名称来源Karst原为南斯拉夫西北部石灰岩高原(现为斯洛文尼亚、克罗地亚等国所
在地)的地名，该术语是由美国地貌学家戴维斯于1884年提出的，19世纪末南斯拉夫学者士威直（Cvijic）对该地区各种地貌进行研究
，并于1893年正式用“Karst”来概括喀斯特高原的地貌景观。以后该术语为全世界通用。中国地质学会第一届喀斯特学术会议（196
6年2月，桂林），建议在我国使用“岩溶”一词，并把它作为Karst的汉语同义语。我国对岩溶地貌的认识历史悠久，早在800多年前的
宋代《梦溪笔谈》（沈括）、《桂海虞衡志》（范成大）和《岭外代答》（周去非）中已有记载，但最著名的是明代《徐霞客游记》（徐霞客，15
86–1641）。徐霞客是一名地理学家，曾经深入湘、桂、黔、滇等地进行岩溶地质地貌考察，成为我国和世界上最早的岩溶研究学者。3.2
?形成原因与景观特点喀斯特（岩溶）地貌的形成主要是由于地下水的溶蚀作用，地下水的作用包括冲刷和溶蚀（合称潜蚀），而溶蚀作用是岩
溶地貌形成的主要原因。溶蚀作用也称岩溶作用，是指地下水对可溶性岩石进行溶蚀，并形成各种地貌的过程。岩溶作用的影响因素主要有气候（
湿热气候条件）、岩性（碳酸盐类岩石）、构造和水动力。岩溶作用所形成的地貌称岩溶地貌或喀斯特地貌。在地表发育的称地表岩溶地貌，地下的
一般是溶洞。喀斯特形成的基本条件为：有可溶性岩石，可溶性岩石具有透水性，存在具有一定溶解能力的水，水在可溶性岩石中是不断流动的。
喀斯特（岩溶）景观，是指富有游览观赏价值的岩溶地貌，系碳酸盐类、硫酸盐类及卤盐类可溶性岩石，在一定地质、气候和水文条件下，经地表水
和地下水的溶蚀及一系列化学反应而形成。它不仅发生于地表，更主要是在地下，由此产生的地貌可分为地表岩溶和地下岩溶两类。地表喀斯特地
貌众多，主要有石芽与溶沟（图8A）、岩溶漏斗和落水洞（图8B）、溶蚀洼地和喀斯特盆地(图8C)、干谷和盲谷、峰丛、峰林和孤峰。在岩
溶山地，通常峰丛分布于山地的中心部位，峰林位于山地的边缘，而孤峰则位于比较大的喀斯特盆地，峰林、峰丛和孤峰山体的表面都有石芽、溶沟
，山峰之间的低洼处，常有落水洞，山体的各个部位都可能发育有溶洞（图8D、8E）。地下喀斯特地貌是喀斯特地区最富有特色的地貌，其中
主要有溶洞和地下河（图8D）两种。溶洞大小不一，形态多样，有时彼此连通，或多层发育。沿裂隙发育的溶洞有水平状、管道状、袋状和多层洞
穴。图8喀斯特（岩溶）地貌的典型种类A：石芽；B：溶洞和落水洞；C：喀斯特盆地；（旷红伟摄）D：溶洞-地下河；（白华青摄）E
：贵州铜仁思南喀斯特石林（贾国庆摄）3.3?典型岩溶地貌喀斯特（岩溶）景观主要分布在中国两广和云贵、越南北部、斯洛文尼亚的迪
纳里克山区、意大利和奥地利交界的阿尔卑斯山区、法国中央高原、俄罗斯乌拉尔山、澳大利亚大陆南部、美国肯塔基和印第安纳州、古巴和牙买加
等地。其中，许多典型喀斯特地区多成为旅游胜地。岩溶景观的主要形态类型有峰林、峰丛、孤峰、石林、天生桥、溶洞、石笋、石钟乳等。3.3
.1?云南石林昆明市石林风景区位于云南省昆明市石林彝族自治县境内，距省会昆明市78km，昆石高速公路仅需50分钟的行程。昆明
市石林风景区经度为103°30''，纬度为24°81''，面积3.94km2。大石林由密集的石峰组成，尤如一片石林盆地。这里的石林直
立突兀，线条顺畅，并呈淡淡的青灰色，最高大的独立岩柱高度超过40m。其中有莲花峰、剑峰池、千钧一发、极狭通人、象距石台、幽兰深谷
、凤凰梳翅等典型景点，最著名的当数龙云题词“石林”之处的“石林胜景”，而“望峰亭”为欣赏“林海”的最佳处（图9A）。景点主要有独石
山、大尖山、二尖山、三尖山、磨盘山、蓬莱岛、圆湖等。3.3.2?贵州兴义万峰林万峰林位于贵州省兴义市东南部，南端与广西交界，西到
滇、桂、黔三省(区)交界处的三江口，北接乌蒙山主峰，总面积2000km2。万峰林，长200km以上，宽30~50km。万峰林
由近20000座奇峰翠峦组成，是中国西南三大喀斯特地貌之一。峰林密集奇特，气势宏大壮阔，堪称中国锥状喀斯特博物馆，被称誉为天下奇
观。峰、龙、坑、缝、林、湖、泉、洞八景分布广泛。在360多年前，徐霞客就来到过万峰林，他还发出这样的赞叹：“天下山峰何其多，唯有此
处峰成林”(图9B)。图9?中国典型喀斯特（岩溶）地貌A：云南石林；B：贵州兴义万峰林3.3.3越南下龙湾下龙湾是越南北方广宁
省的一个海湾，也是越南最著名的风景区。下龙湾中的小岛都是石灰岩小山峰，且造型各异，景色优美，与桂林山水有异曲同工之妙。传说很久以前
，有一条母龙降落在这个海湾，挡住了汹涌的波涛，使这一带人民安居乐业，因此人们便把这个海湾称为“下龙湾”。下龙湾喀斯特地貌的形成经历
了约20Ma的时间，存在着多种多样的峰丛、峰林喀斯特地形（图10）。图10?越南下龙湾A：下龙湾代表性岩溶地貌；B：斗鸡岛据世界自然奇观（2008）4?结语游完了名山大川，心情一定无比愉悦。坐下来回忆一下，脑海中除了对大自然鬼斧神工的惊叹，保留了哪些知识点？这些雅丹地貌、丹霞地貌和岩溶地貌形成的物质基础是什么？形成早晚有没有大致区别？形成的动力条件又是什么？从物质基础上来说，雅丹地貌是干旱地区湖泊成因的砂岩层，主要出现在荒漠之上；丹霞地貌以中—新生代已固结成岩的河流相砂砾岩层为主；岩溶地貌是碳酸盐岩（石灰岩或白云岩）。从形成过程来说，它们都经历了幼年期（开始形成）-青年期-壮年期-老年期（消亡）的发展历程；从形成时间来说，雅丹地貌形成的时间距我们最近，丹霞地貌居中，喀斯特（岩溶）地貌形成时间距我们最久远。但实际上，凡是这些地层出露的地方，这些过程仍在继续进行。从形成的动力条件来讲，雅丹地貌以风成为主，丹霞地貌主要是水的作用，也有风的作用，而岩溶地貌则基本靠水，还有水中的一些矿物离子在起作用。风和水，是大自然雕刻地球的两大常规武器。