萬(wàn)年不融冰洞

鹿小安

如果問(wèn)你哪里有冰洞，你可能會(huì)想到北極，也可能想到哈爾濱的冰雪大世界，其實(shí)找冰洞或許不用去那么北的地方，就在山西，就有中國(guó)最大規(guī)模的冰洞。

這里有個(gè)大冰洞

山西省寧武縣是一個(gè)山嶺縱橫的地方，這片區(qū)域一般海拔在2千米左右，屬溫帶大陸性氣候，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，夏天氣溫又會(huì)陡然上升，日照增強(qiáng)。稍顯寒冷的春季終于過(guò)去，溫度更舒適的夏天到來(lái)時(shí)，就在這個(gè)縣城西50千米處的春景畦鄉(xiāng)境內(nèi)，一個(gè)洞穴吸引了大批游人前往。

這個(gè)洞穴位于超過(guò)2300米海拔的山上，洞外地表溫度在17℃以上，植被茂密、繁花盛開(kāi)時(shí)，走進(jìn)洞穴，卻是另一番景象。洞內(nèi)地面、過(guò)道、洞壁都被厚厚的冰層覆蓋，寒氣襲人，冰柱林立，冰鐘乳石、冰瀑布垂掛，冰石筍“拔地而起”，在五彩燈光的照射下，仿佛是一個(gè)夢(mèng)幻的冰晶宮。沿著臺(tái)階，越往下走，洞穴冰層越厚，溫度越低，冰洞深度達(dá)到了85米。

據(jù)考證，這個(gè)冰洞形成于新生代第四紀(jì)冰川期，距今已經(jīng)有約三百萬(wàn)年的歷史。人們結(jié)合地名和形成時(shí)間，將其命名為寧武萬(wàn)年冰洞。

我們知道，一般，洞穴是由流水侵蝕基巖形成，這些基巖洞穴通常絕熱于地表，溫度基本上是恒溫的，大約相當(dāng)于地表的年平均溫度。所以，在一些高緯度高海拔地區(qū)，大夏天里有冰洞并不是什么稀奇事。因?yàn)檫@些地區(qū)年平均溫度低于零度，當(dāng)夏天地表冰雪融化后，水流入低于冰點(diǎn)的洞穴時(shí)，就會(huì)結(jié)冰。

然而，寧武縣地處溫帶，雖然冬季非常寒冷，但年均溫度在2.3°C以上，根本構(gòu)不成形成冰洞的環(huán)境，其地下怎么會(huì)形成低于0°C的龐大冰洞呢？

不可思議的冰洞

一些人猜測(cè)寧武萬(wàn)年冰洞所在地，是不是為凍土層，這種凍土層形成的洞穴溫度會(huì)低于冰點(diǎn)。雖然在高緯度地區(qū)，凍土層非常常見(jiàn)，但在一些溫帶地區(qū)，也會(huì)分布有永久凍土層。這是因?yàn)槿绻硞€(gè)地區(qū)的冬季風(fēng)非常強(qiáng)勁，而地表又沒(méi)有被雪覆蓋，不影響冬季土層的冷卻和凍結(jié)，可能會(huì)使得冰凍土層可以保存于地下很深的位置，尤其是在不容易吸收熱量的淺色巖石中。

然而，由于凍土層一般很堅(jiān)硬，地表水很難滲透，所以如果凍土層形成了冰洞的話，冰洞里的冰量也會(huì)非常少，這樣的洞穴越往深處走，越干旱，最終完全無(wú)冰。但顯然寧武萬(wàn)年冰洞并不是這樣的。

一些人提出了地?zé)岵痪碚?，認(rèn)為有的時(shí)候地幔層的熱流不會(huì)流經(jīng)某個(gè)區(qū)域，導(dǎo)致這個(gè)區(qū)域溫度過(guò)低，如果這個(gè)區(qū)域正好有個(gè)洞穴，經(jīng)年累月，冰冷的沉積物將在洞穴沉積，形成冰洞。

不過(guò)，這個(gè)理論也沒(méi)法解釋寧武萬(wàn)年冰洞。雖然在地球上，地?zé)岽_實(shí)有所不同，但如果由于地?zé)岵蛔悖瑢?dǎo)致洞穴溫度過(guò)低，地表溫度也會(huì)較冷。然而在寧武萬(wàn)年冰洞，即使洞穴溫度在零度附近，地表的夏季氣溫也可能達(dá)到20°C，差距相當(dāng)大。

真正的原因

實(shí)際上，寧武萬(wàn)年冰洞的形狀、空氣對(duì)流等諸多因素，共同創(chuàng)造出了這種獨(dú)特的自然景觀。

寧武萬(wàn)年冰洞形狀就像一個(gè)口袋，洞口狹小，“肚子”大，洞穴的主體位置又比洞口低，可以充當(dāng)冷陷阱的作用。在春夏秋天，外部空氣比洞內(nèi)熱，洞內(nèi)的冷空氣沉在洞底，不會(huì)產(chǎn)生熱對(duì)流。雖然此時(shí)熱量從外界向冰洞內(nèi)傳遞，但由于巖石和空氣的熱傳導(dǎo)率都不高，不足以使冰洞內(nèi)的溫度顯著上升。

在冬天，洞穴外的溫度會(huì)下降到-15°C。由于洞內(nèi)常年氣溫保持在-1°C左右，因而冬季外界氣溫一旦低于這一溫度，寒冷的空氣就會(huì)源源不斷地進(jìn)入洞中。洞外沉重的冷空氣進(jìn)入洞穴后，洞內(nèi)較暖的空氣升起并逃逸，進(jìn)一步降低了洞穴內(nèi)溫度。

而一旦洞穴中形成冰塊，就可以作為平衡洞內(nèi)溫度的“緩沖劑”。在夏天，如果溫暖的空氣進(jìn)入洞穴，很大一部分熱量用于使冰融化，可以防止洞內(nèi)溫度升得過(guò)高，讓洞穴中的其他部分不會(huì)過(guò)熱。

到了冬天，當(dāng)非常冷的空氣流入時(shí)，洞穴中的液態(tài)水將凍結(jié)，釋放熱量，使得洞穴的溫度不會(huì)降得過(guò)低。這個(gè)過(guò)程可以在一定程度上讓洞穴中的溫度相當(dāng)恒定，所以冰洞的溫度一年內(nèi)變化幅度會(huì)很小。

在這些因素的共同作用下，最后的結(jié)果就是寧武這個(gè)冰洞可以保持幾百萬(wàn)年不會(huì)融化的奇跡。

科學(xué)家們認(rèn)為，寧武萬(wàn)年冰洞自身可以維持非常穩(wěn)定的凍結(jié)狀態(tài)，即便游客和安裝在冰洞中的燈泡會(huì)散發(fā)熱量，也并不會(huì)破壞冰洞的環(huán)境。

人類行為可能弄巧成拙

然而，一些人類的保護(hù)行為反而可能弄巧成拙。比如，在中國(guó)黑龍江省，有一個(gè)五大連池冰洞，科學(xué)家們認(rèn)為這個(gè)冰洞很可能會(huì)在40年內(nèi)融化，而造成這一后果的竟然是人類。

原來(lái)，該景點(diǎn)的管理人員為方便管理，在洞穴入口處安裝了一個(gè)金屬門(mén)。正是由于金屬門(mén)會(huì)阻擋冷空氣進(jìn)入洞穴，使得洞內(nèi)溫度逐年升高，最終導(dǎo)致整個(gè)冰體融化。如果寧武萬(wàn)年冰洞的氣流受阻，同樣也會(huì)遭遇這樣的命運(yùn)。

其次，氣候變暖也會(huì)對(duì)冰洞造成威脅。南極的拉森B冰棚曾經(jīng)在地球上穩(wěn)定存在了1.2萬(wàn)年，但由于氣候變化，在2002年，只用了一個(gè)多月的時(shí)間，這座面積約3250平方公里的冰架就損失了2/3的面積。同樣在溫帶，由于冬季天數(shù)變短，春天提前到來(lái)，補(bǔ)充冰洞的冷空氣變得更少，在這種情況下，寧武萬(wàn)年冰洞也隨時(shí)可能消失。

寧武萬(wàn)年冰洞的消失不只是會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)造成影響，冰洞實(shí)際上是記錄過(guò)去地球大氣和環(huán)境狀況的“檔案庫(kù)”。比如，一些古老的氣泡困于冰中，對(duì)氣泡中氣體的研究，可以揭示古老地球大氣的組成成分。保存在冰中的花粉、葉片以及微生物還可以為科學(xué)家們提供數(shù)百萬(wàn)年前的地球生命信息。

現(xiàn)在，極地地區(qū)雖然存在大面積的永久凍土，但在溫帶地區(qū)，永久凍土是罕見(jiàn)的，所以保存好寧武萬(wàn)年冰洞，實(shí)際上也有助于科學(xué)家們了解溫帶地區(qū)過(guò)去的氣候變遷。endprint