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钟乳石形成的原理

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钟乳石形成的原理

出产石笋和钟乳石的溶洞,都是由石灰岩构成的。石灰岩的主要成分是碳酸钙,它可与水和二氧化碳反应,生成可溶于水的碳酸氢钙。碳酸氢钙从溶洞顶部裂隙渗透出来并粘附在洞顶,此后由于水分蒸发、压强降低或温度的变化,部分碳酸氢钙中的二氧化碳分解出来,析出碳酸钙沉淀,从而形成一个小突起,然后逐渐变大并向下延伸,久而久之便形成了钟乳状的钟乳石。

钟乳石的生长速度非常缓慢,大约几百年的时间才能长1厘米。

钟乳石由碳酸钙和其他矿物质的沉积形成。

原理:

溶洞都分布在石灰岩组成的山地中,石灰岩的主要成分是碳酸钙,当遇到溶有二氧化碳的水时,会反应生成溶解性较大的碳酸氢钙溶有碳酸氢钙的水遇热或当压强突然变小时,溶解在水里的碳酸氢钙就会分解,重新生成碳酸钙沉积下来,同时放出二氧化碳。

洞顶的水在慢慢向下渗漏时,水中的碳酸氢钙发生上述反应,有的沉积在洞顶,有的沉积在洞底,日久天长洞顶的形成钟乳石,洞底的形成石笋,当钟乳石与石笋相连时就形成了石柱。

实验:

取一只大茶杯(或试管),将少量熟石灰(即氢氧化钙)溶解水中,静置片刻,其中还没有溶解的熟石灰便沉积在杯底,此时杯中分成两层:上层是跟水一样清澈的石灰水,其中含有已溶解的氢氧化钙下层是石灰乳,呈浑浊状态。把上层清澈的石灰水小心地倾倒在一只试管里约2ml,然后通过一支玻璃管(也可用塑料管——喝汽水用的那种吸管代替)往石灰水里吹气。由于人体呼出的气体中含有二氧化碳,因此石灰水就和它发生了化学反应生成了不溶于水的白色固体石灰石,石灰水变浑浊。

氢氧化钙+二氧化碳 → 碳酸钙↓+水

Ca(OH)+ CO= CaCO↓+HO

如果我们继续往浑浊的石灰水里吹气,不久,它又变得澄清了。这是由于二氧化碳与碳酸钙起作用,生成可溶解于水的碳酸氢钙,因此浑浊液将随着沉淀的溶解而变得澄清。如果把这种澄清液加热,碳酸氢钙又转变为不溶的碳酸钙,于是溶液又重新变浑浊。

碳酸钙+二氧化碳+水 → 碳酸氢钙

CaCO+CO+HO =Ca(HCO)

在大自然里,许多石灰岩地带(主要成份是石灰石),就是由于这个原因而形成了奇峰异洞,生长了钟乳石、石笋等。

钟乳石和石笋大不相同,一个像冬天屋檐下的冰柱,从上面垂下来一个象春天从地面下“冒”出来的竹笋。

洞顶上有很多裂隙,每一处裂隙里都有水滴不断渗出来,每当水分蒸发掉了,那里就留下一些石灰质沉淀。一滴、两滴、三滴……水不断出现,又不断地挥发,洞顶上的石灰质愈积越多,终于生成一个乳头——这就是钟乳石的“童年”时代。以后,乳头外面又包上一层层石灰质,以至越垂越长。有的钟乳石的长度能达到好几米。

石笋是钟乳石的亲密伙伴。当洞顶上的水滴落下来时,石灰质也在地面上沉积起来。就这样,石笋对着钟乳石向上长。可以说钟乳石是“先生”,石笋是“后生”。但石笋底盘大,本身比较稳定,不容易折断,所以它的“生长”速度常比钟乳石还快。石笋的最大高度能达30米,像是一座平地里长出来的“石塔”。

在石灰岩里面,含有二氧化碳的水,渗入石灰岩隙缝中,会溶解其中的碳酸钙。这溶解了碳酸钙的水,从洞顶上滴下来时,由於水分蒸发、二氧化碳逸出,使被溶解的钙质又变成固体(称为固化)。由上而下逐渐增长而成的,称为“钟乳石。钟乳石和石笋每年只增长1毫米左右。随着时间的推移,这些沉积物就会形成钱姿百态、十分壮观的天然建筑物。