宁武的“万年冰洞”
----晋陕八日游第二天
二O二O年十月二十一日（星期三）
（一）
下午前往“万年冰洞”。公路边见到竖直起来的层岩，腊肉一样颜色分布。显然，这里是地层相互挤压，部分地层被挤压断裂竖立起来的。这都是现代一二百年的西方科学成果产生的概念。
突然，我心中涌出这样一个问题，当年苏东坡是怎么看这种自然现象的，那么聪明的人，看到这样竖立多层岩层，难道不会问问这是为什么？为什么他写不出屈原式的“天问”？想来苏东坡这样的聪明人，知道问了也没有人回答，就不自作多情了。
又见到水平分布的腊肉色彩的山崖断面。
进入一个百米宽的平坦的山谷中。
一个个舰首式的断崖，如古代木船船首垂直面对山谷，这让我想到福建武夷山的山谷的断崖绝壁。从谷歌地图上来看，这河道是一组十多条东北走向山梁垂直扯断断裂，并分开位移出一个裂口，形成的这条近百米宽山谷。谷歌地图上这些山脉，真像树叶的叶筋脉纹路。
这山谷土地特别贫瘠，两侧的森林很密，难得见到山西这样的绿色环境。大巴车从主山谷左转到右边一个垂直方向的小山沟里，停下。阳光灿烂，山谷里的风，吹出阵阵寒意。这是“万年冰洞”公园停车场，换上电平车，走几分钟。
下车沿林中木栈道上行。小山沟东南走向。两公里范围之内，有三个村庄，人们竟然是这么多年没有发现这个郁郁葱葱山沟边森林中地下百米深的冰洞！
我十分惊奇地发现，木栈道边森林地面上覆盖着厚厚的地衣。这让我想起了云南丽江玉龙雪山脚下的森林地面上的地衣。还有美国西雅图虎山上森林地面上的地衣。森林地面上还残留有积雪。
阳光灿烂，但山沟里风，吹的很冷。森林让我忘记了这里海拔2300米左右。
我喜欢走在这里森林栈道里的阳光从树顶间隙半露下来的感觉。这里雪松树很特别，树枝先下行弯曲，再向上翘起。这样森林里，地下藏着一个天然大冰穴，的确让人觉得惊讶。
进入洞口，这几乎垂直的落下直径约几米的岩石洞口刚开始的地方，阳光半照在洞壁上，风在上面呼啸，松涛阵阵，如海浪冲击在沙滩上一样，很有诗意。
有百米长木栈道建在洞中，冰柱冰墙，彩色的人工变幻的灯光，让人弄不清楚多少是人工的冰柱，多少是天然形成的，让我心中生疑。这里旅游部门应当对游客做一定说明。
不过，这里的冰，能够被保存下来，的确是一个地质上的奇迹。有文章说冬季洞外可以达到零下二十多度，但这里夏天洞外温度可达20多度。更让人惊讶的是，附近二百多米远的山脊阳面，从宋代开始，就有自燃的煤层，太阳一照就会生火。
看了网上文章，才知道这个冰洞是一个叫闫鹏的青年人1995年发现的。我对这个洞穴，在上世纪九五年才被一个小伙子重新发现充满了惊叹。之后，我从电视台介绍“万年冰洞”发现过程节目中，才知道“万年冰洞”现代发现者闫鹏，是在听到悬空村一个老人肯定说他爷爷曾见过“冰洞”后，才在这一带山林中最终发现了“万年冰洞”。
这个冰洞真的是大自然一个巧合。竟然由一个大学生，因为听到一首古老的民歌的歌词中提到冰洞，从而执著追寻，最终有所突破！而附近的现代村民竟然没有发现！这真的是现代人类的一个传奇故事！
（二）
我在维普中文网站看了一些关于“万年冰洞”文章。
“在中纬度中山地区，冰洞的发育很少，在我国境内大约仅有１０余个，其中大部分到夏季时洞内仅存少量冰体或没有。至今为止，国内正式开放旅游的冰洞主要有张家口赐儿山冰洞、河北省涞源县冰洞、黑龙江五大连池冰洞、山西宁武冰洞等。
开发最早的一个为张家口赐儿山冰洞，位于张家口市区西部群山中的云泉寺的西崖下，该洞在相距几米内另有两个洞，这３个洞分别出风、出水和结冰，成为奇景。可惜在‘文化大革命’时在三洞之山下开凿了一个战备人工洞，从此三洞中再不出风、出水和结冰。
第二个冰洞在河北省涞源县北草原景区的东南角，洞凹入地下十几米，又水平深入十几米，洞中常年有冰，但冰体很小，一般到夏季８月上旬时，洞内冰体仅见约２ｍ２，厚度为４０ｃｍ，冰体中没有层理。据当地牧民讲，该冰洞外草原，常年十月下旬就会下雪，下雪后洞内冰体就加厚，待到第二年开春后冰就逐渐融化，每年多是如此变化。
第三个洞为黑龙江省五大连池冰洞，该洞发育在火山岩洞中，在未开发前洞内冰体约长１０ｍ，面积不大。但在开发时置入大量人造冰体，造了大量的冰灯、冰景、冰雕。现开发长度约１００ｍ，完全成了人造景观。
第四个即为山西省宁武冰洞，如果不能很好保护其生态环境，在旅游开发时不研究其游客容量的最大限度，有可能在不久的将来，冰洞里的冰也会融化消失。在国内还有一些小型冰洞，如在湖南怀化芦坪乡的冰洞、湖北五峰县白溢寨冰洞、湖北神农架冰山冰洞、陕西翠华山冰洞、河南林县石板乡的‘冰冰背’、重庆巫溪城西８０ｋｍ 的夏冰洞（巫溪冰洞）、吉林白山市白云冰洞、兰州马衔山多年冻土下的大理岩中的裂隙冰洞等，这些冰洞一般规模比较小、存冰少，地方偏僻，受到条件制约而没有对外开放。
在国外，冰洞就更少，主要有位于奥地利萨尔茨保市附近的爱斯里森卫尔特冰洞，该洞被认为是世界上最大的冰洞，在过去的１５到２０年里，冰洞增长明显；斯洛文尼亚冰洞，该洞规模较小，仅几十米长，洞中结的是自然冰，冰量不大，现为私人管理开放；东南极Ｙａｔｕｄｅ峡谷发育的冰洞（Ｔａｋａｎｏｂｕ Ｓａｗａｇａｋｉ，２００８）、瑞士Ｌｉｖｒｅｓ 冰洞（Ｍａｒｋｕｓ
Ｓｔｏｆｆｅｌ，２００９）等。
从上述比较中可以得出宁武冰洞是现在世界上已知在中纬度中高山地区保存最好，规模最大，冰体最多并可直接见到地质时期存有古冰的冰洞，所以宁武冰洞是世界级的稀有冰洞，是一种非常特殊的、罕见的、脆弱的、不可再生的地质遗迹资源。”
“为了进一步确定山西宁武‘万年冰洞’的形态、大小及其在三维空间的展布情况，笔者采用EH4电导率成像系统对山西宁武‘万年冰洞’进行了音频大地电磁测量。”
“各剖面反映的异常特征各异，可能为剖面所切冰洞洞体的不同部位引起的，但总体特征为柱状，与目前调查深度所得冰洞特征基本一
致。尤其5线最为明显，说明冰洞中心在5线中部约503～505号点之间，洞深约20～80 m，具中部大、上下小、似保龄球特征。”
“冰洞分布区具明显高阻异常反映，形态似’保龄球’状特征。”
“’万年冰洞’总体特征基本呈垂直分布的圆柱体，但形体略有变化。洞口呈近圆形，宽10 m 左右，垂直地面分布深20 m 后向南倾，延伸约20 m后又转为垂直向下延伸，至5O～70m 洞体明显加
宽为2O～30 m左右。此后洞体变窄延深约15m，直至85 m 的深度上。洞底边界线及胀大部分的边界线均呈圆滑曲线状。在‘万年冰洞’两侧，不同深度上沿水平方向有少量溶蚀洞穴存在，但规模不大，显示出不同大小和不同形态的高电阻率分布区。”
“从总体上看 ‘万年冰洞’洞体具有口小肚大的特征(图5)”
“‘万年冰洞’具有如下发生、发展过程：易溶岩(灰岩)--垂直节理发育----地表水渗漏---地表水、地下水长期溶蚀----形成洞体。”
“‘万年冰洞’是一个规模较大的岩溶系统，其洞窟的形成与垂直节理的发育和易溶岩及流水作用密切相关。首先该洞赋存于灰岩、泥质灰岩及白云质灰岩之中，这些富含,Ca、Mg的岩石，均属易溶岩。国内外一些著名的喀斯特地貌均形成于灰岩之中；其次是存在节理构造的破坏作用，在洞口灰岩中走向NNE～NE和NWW —NW 、基本垂直的丽组剪性节理非常发育，而且规模较大，上下可贯穿整个奥陶系灰岩。走向NNE和NWW 、基本垂直的两组张性节理也较发育，但规模较小。此外，灰岩的近水平层面也是易于供地下水渗入、对岩石进行溶蚀作用的弱面。在洞口每隔10～40 cm，便可见到一条节理。几组节理将灰岩切割成大小不等的柱状体。这些近于垂直的节理裂隙，为地表水和地下水的流通提供了通道，为水和岩石之间扩大了溶蚀接触面，最终形成现存的‘万年冰洞’。”
“在年平均气温高于0℃的自然条件下存在少量常年保存有冰体的洞穴，这是一种十分罕见的现象。山西宁武‘万年冰洞’是国内己发现的规模最大的冰洞，如何合理解释其内部冰体的形成和保存机制是一个科学难题。本文通过有限元暂态数值计算，模拟冰洞四季热传递过程认识到，冰体得以持续存在的控制因素有2个：（1）冬季外部空气比冰洞内空气冷，外部冷空气通过冰洞口，与冰洞内空气发生自然热对流，使冰洞内部冷却；春、夏、秋季外部空气比冰洞内热，冷空气沉在洞底，效率很低的热传导不足以使冰洞内温度显著上升。（2）由于冰---水相变潜热作用。即使夏季靠近洞口部分冰体融化。也需吸收大量热量。从而进一步阻止冰洞内部冰体的融化。计算结果显示，如果一些冰洞开发为游览景点后在洞口设置密封门，切断冬季冷空气进入洞内自然对流冷却洞体的通道，冰洞内冰体在不到40年时间内将全部融化，‘万年冰洞’将被人为破坏。”
“２．气候因素
宁武冰洞位于的晋西北高原地区气候寒冷。根据当地多年气象记录证明，宁武年平均气温６．２℃，一月为－９．９℃，七月为２０·１℃；年降雨量４７０～７００ｍｍ，无霜期１２０～１３０天。与宁武相临的五寨县，因地势较高，气候更为寒冷，年均气温仅４．３℃，一月为－１４℃，七月为１９℃；年降雨量５００ｍｍ；霜冻期为九月中旬至次年五月中旬，长达８个月；无霜期１２０ｄ；极端气温最低为－３８．１℃。虽然缺乏准确气象数据记录，但仍可以推测，洞口海拔２３００ｍ 的冰洞，比宁武、五寨的城区高出１０００多米，按正常情况下，海拔每上升１０００ｍ，气温下降６℃的规律，冰洞所在地点的外部环境气温冬季应该在－２０℃左右。
３．物理因素
宁武冰洞的洞口狭小，并且洞穴的主体位置比洞口低，因而，夏季热空气不易进入洞中。由于洞内的常年气温保持在－４～６℃，因而冬季外界气温一旦低于这一温度，便可以引起洞内外空气的对流，即更为寒冷的空气源源不断地进入洞中。每年冬天，洞外大量寒冷干燥的空气进入洞中，而且洞内外温差越大，这种交换进行得就越强烈。由于该地区冬季寒冷而漫长，夏季凉爽而短促，这样，冷空气的进入量远大于温暖空气的进入量，这就是冰洞为什么能保持数百万年的寒冷低温的机理，也是越往深处气温越低的原
因。洞体之外覆盖的巨厚的石灰岩层和黄土堆积物，则成为阻碍洞内外热交换的有效屏障。”
“万年冰洞冰体的特征据洞深**,实际调查及物探测量初步解释结果表明，冰体在洞深**以上仅有较多层状冰体保存，**以下冰体沿洞壁有较多分布。层状冰的层理由深灰色泥质构成，层厚多在数厘米左右，冰层多呈透明状，含气泡少至极少，且多呈垂直条带或呈密集成层分布。有些层面具明显融蚀、侵蚀痕迹，说明层状冰形成过程中年气温变化迅速的特征。冰层因受自身重力作用，产生明显蠕变褶皱和小型断裂、垂直裂隙构造发育（图4）。说明层状冰形成时间早，结合地表冰川遗迹，推断最少在万年以上。层状冰形成后气温迅速回升冰体下部融化迅速、解体，仅在冰洞上部见有较多层状冰体保存，应着重指出，冰体因后期开发旅游，有大量人造冰覆盖。但两者在特征上有明显不同（图4）”
我注意到这篇文章中说: “应着重指出，冰体因后期开发旅游，有大量人造冰覆盖。”
从其中一篇论文测量模拟的冰洞的空间分布图看，冰洞的洞穴几乎是垂直体，上下细，中间粗，类似圆柱体的花瓶或者陶罐，洞体四周结冰，形成中间像极了一个脖子细长的保龄球形状。真的神奇极了！
我们不难想象：这样垂直保龄球形状的空腔，夏季腔体冰点以下的空气比外面一二十度空气比重大得多，自然不会上下对流；而在冬季，外面零下二十度的空气比重大，可以下沉到洞穴中，只会空气对流使冰洞冰层温度更低。
这细脖子结构更加保证夏季的空气，对流不易。这真是上天巧合，让我们看到了这样大自然的奇迹。
神奇的科学技术，我们不用钻孔，也可以测量出冰洞的主体结构！
我从已有的论文看，关于宁武“万年冰洞”的机理研究还是刚刚开始。一个显而易见的缺陷是，“万年冰洞”缺乏一系列长期的观测数据采集系统：
一．应该在冰洞洞口和周围数百米数千米范围内，安装一定数量常年实时记录温度、湿度、风速、风向、雨量等参数探测仪，以获得“万年冰洞”外部环境的气温、气流、湿度、雨量等整体参数，这样才能用计算机建模，模拟外部环境对万年冰洞影响；
二．万年冰洞内部不同的高度应该安装多组探测传感器，常年实时纪录空气的温度和湿度甚至气流流动方向，用红外摄像机记录下冰洞整个表面温度分布；有这样对万年冰洞内部真实的数据支持；人们肯定可以建立精确物理模型，估算常年洞穴空气对流吸收和释放热量，应当可以充分解释这里冰洞生存下来的物理原理；
三．有常年洞外实时的天气数据记录，与常年洞内气温等实时参数对比，则可以建立洞内洞外相关性的模型建模，从而更好的给予万年冰洞物理模型解释。
由于现代计算机网络技术己经十分成熟，我提出的这个建议，实现起来成本并不是问题，关键是有没有人真的想做这些基础工作。
（三）
其二, 我们通过在“万年冰洞” 侧凿冰芯取样, 通过冰中花粉、微量同位素等人们已用的实验分析南北极冰芯方法, 确定“万年冰洞” 真实存在时间和推测宁武地区古代气候变迁。
大自然本来就是一部让人类惊呀的天书，只是我们人类这两百年似乎突然洞悟，了解它的大部分秘密了。
1952 年爱因斯坦生命己邻近黄昏，他在给友人一封信中写道：
“我将世界的可理解性，看作是一个奇迹或者一个永恒之谜……只有在人类有序介入的范围内，我们才能够认为这个世界是有规律的，就像是人类语词中字母的排列一样有序……即便理论中的公理是人类提出的，但这项事业的成功确实暗示了客观世界的高度有序；人类并没有理由先验地料想它就是如此。这就是‘奇迹’的含义，随着人类知识的发展，它甚至会不断增强。”
“这个世界最不可理解的就是，它竟然是可以理解的。”
这一点上，我们比苏东坡幸运得多。我们幸运地在人类可以理解这个世界时期来到了这个世界。
这就是我的“万年冰洞”之旅。
附录：
万年冰洞 - 百度百科
忻州：300万年冰洞似水晶宫殿，距火山仅隔400米 - 搜狐网
吴砺
2020.10.21
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发表于 2020-12-25 11:23:17
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