喀斯特作用一词于1884年由美国地貌学家戴维斯提出,指水与重力对以
碳酸盐岩为主的
可溶岩溶蚀与
侵蚀作用、搬运与
沉积作用之总体。其中
化学溶蚀与机械侵蚀常同时进行,相辅相成。其比例随喀斯特发育程度和径流特性而异。
喀斯特作用(Kasitezuoyong)在可溶性岩石分布地区,在
地表水和地下水的
化学过程(溶解与沉淀)和
物理过程(流水的侵蚀和沉积、
重力崩塌和堆积)的共同作用下,对可溶性岩石的破坏和改造作用,称为喀斯特作用(在中国又称
岩溶作用)。水对可溶性岩石
溶解作用是化学过程的主要方面,可溶性岩石包括
碳酸盐、石膏和
岩盐,但是分布面积最广的是碳酸盐,只有在碳酸盐地层中才能发育宏伟壮观的
喀斯特地貌。纯水对碳酸盐的溶解作用是很微弱的,只有当水中含有CO2时,碳酸盐的
溶解度才能增大。其化学过程是:雨水中的CO2或土壤中的CO2与水作用形成
碳酸,即
中。总的
化学反应式如下: 上式随CO2含量变化而发生正、
逆反应,CO2增多
CaCO3溶解增强,CO2减少到一定量,水对CaCO3溶解停止,CO2再减少,则水中溶解的CaCO3再重新沉淀。石灰岩被含有CO2的水溶蚀并带走,这就造成了石灰岩
分布区地上地下的侵蚀和破坏作用。而在另外一些地方,又可能因水中CO2含量减少,而使水中的CaCO3发生沉积,这就是喀斯特作用的本质。
(2)岩石的结构影响其
孔隙度以及矿化颗粒与水的接触
表面积。碳酸盐岩矿物颗粒越小,其与碳酸水流
接触面积越大,岩石的相对溶解速度越快,有利于岩溶作用的进行。灰岩的孔隙度对岩溶有一定的影响,一般是孔隙度越大,越有利岩溶的发育。
(3)岩石的
透水性强弱影响到含
二氧化碳的地下水在岩石中的含水性及流动情况。岩石具有良好的透水性,不仅使岩石含地下水丰富,而且地下水也易于流动和交换,使其与岩石发生充分的化学作用,不断地溶蚀岩石,从而促进岩溶作用的进行。
(1)水的溶蚀性主要取决于地下水的温度和二氧化碳的含量。地下水中
二氧化碳含量越高,就能产生更多的重
碳酸根,它与岩石中的
钙离子结合成溶解度较大的
碳酸氢钙,
水溶性越高,越能促进岩溶的发育。但是,温度越高,二氧化碳的逸出量增多,则不利于岩溶作用的进行。
岩溶作用与地质构造关系密切,很多典型的岩溶区均受构造的控制,这是因为构造的发育不仅使
岩石破碎,增加了岩石与地下水接触的表面积,而且
构造带常是地下水良好的渗透带。因此沿构造带岩溶常比较发育。影响岩溶发育的构造因素有断裂和褶皱。
我国
南部地区气候湿润,降水量大,
地表径流相对稳定,为流水的下渗作用提供持续的时问补给,并且随着
大气降水使流水得以更新和有效补充。因此使岩溶作用长期的持续下去。
现代
喀斯特是在
燕山运动以后发展起来的。在
古新世时,
华南地区潮湿多雨,
峰林开始发育;华北则为
亚热带气候,则以缓丘一洼地地貌为主。但当时
长江南北却为荒漠地带,是喀斯特发育很弱的地区。渐新世时,中国
季风气候形成,奠定了现今
喀斯特地带性的基础,华南保持了
湿热气候,
华中变得湿润,喀斯特发育转向强烈。尤其是
第四纪以来,地壳迅速上升,喀斯特地貌随之迅速发育,类型复杂多样。
现今可见峰林的北界是在现代
气候条件下形成的。
中国东部气温和雨量虽是向北渐变,但
喀斯特地带性的差异却非常明显。这是因为受
冰期与问
冰期气候的影响,问冰期时中国的气温和雨量都较高,有利于喀斯特发育。而冰期时寒冷少雨,强烈地抑制了喀斯特的发育,但越往热带其影响越小。在热带峰林区域,保持了峰林得以断续发育的条件,而从华中向东北则影响越来越大,喀斯特作用的强度向北迅速降低,使类型发生明显的变化。