溶洞里的化学

溶洞给人以神秘，梦幻的色彩，千姿百态的钟乳石﹑石笋﹑石幔和石花都给人以美的感受。神奇的是，他们竟在悄悄的游走，长高，变小，可生物学上已经否定钟乳石等是生物的命题。而今天，我要讨论的角度不同，从化学角度分析钟乳石的不断变化和不同姿态的形成，破解溶洞的形成。

溶洞中构成乳石的是石灰岩，而石灰岩的性质与大理石，石灰石相似，主要成分为碳酸钙（CaCo3），而钟乳石一系列变化的产生原因来源于主要成分碳酸钙的一系列变化。

所以，我们不得不探究的是碳酸钙的性质。

CaCO3碳酸钙有这样一种性质：当它遇到溶有CO2的水时就会变成可溶性的碳酸氢钙[Ca（HCO3）2]其化学反应式为[Ca（HCO3）2]CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2溶有碳酸氢钙的水如果受热或遇压强突然变小时溶在水中的碳酸氢钙就会分解，重新变成碳酸钙沉积下来，并同时放出二氧化碳。Ca（HCO3）2=CaCO3↓+CO2↑+H2O

可见溶洞中的各种景象的形成是遵循这两条反应的。CaCO3在两条反应中分解又析出，不断发生上述反应，就形成了溶洞中各种奇异的，游走变化的乳石。

参观过溶洞的人不难发现，乳石互不相依，上面的图案各不相同，十分有层次感，像层层云朵。若仅考虑上文提出的两条反应是无法解释这一现象的。

接下来在已提出的两反应的基础上，让我们探讨乳石的层层叠叠，图案各异的效果是如何形成的。而雕琢这幅杰作的大师是石灰石地区地下长期溶蚀的结果。

石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙。由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同，被侵蚀的程度不同，（即参与反应的CaCO3的量不同）就逐渐被溶解分割成互不相依、陡峭秀丽，层层叠叠的山峰和奇异的溶洞。例如于世的桂林溶洞、北京石花洞，就是由于水和二氧化碳的缓慢侵蚀而创造出来的杰作。

分情况来说，还是遵循着两条反应的，只是溶有碳酸氢钙的水，当从溶洞顶滴到洞底时，由于水分蒸发或压强减少，以及温度的变化都会使二氧化碳溶解度减小而析出碳酸钙的沉淀。这些沉淀经过千百万年的积聚，渐渐形成了钟乳石、石笋等。如果溶有碳酸氢钙的水从溶洞顶上滴落，随着水分和二氧化碳的挥发，则析出的碳酸钙就会积聚成石幔、石花。如若洞顶的钟乳石与地面的石笋连接起来，就会形成奇特的石柱了。总结来说，石灰岩中CaCO3的不断反应溶解，不断析出，再加上水和二氧化碳的缓慢侵蚀以及外界环境提供的不同反应条件，都联手打造出溶洞这美丽的奇迹。