在全球范围内分布着许多形态各异的喀斯特地貌, 但是云南石林却是喀斯特地貌中的一个精华区域。在350 km²的区域内, 石林与其他喀斯特地貌成分如石牙、溶丘、洼地、湖泊、河流、瀑布、洞穴等一起发育并构成了各种高原喀斯特地貌类型^{[1, 2, 3, 4, 5]}。云南石林是剑状喀斯特的典型代表, 但具体形态上却比单一的剑状喀斯特更为丰富多彩。由图1可见, 宏观形态上, 拥有剑状、柱状、塔状、蘑菇状的柱状类型; 在微观形态上, 发育着溶沟、溶痕、溶纹、溶窝等^{[6, 7, 8, 9, 10]}。这些微观形态在不同的岩性中截然不同, 茅口组(P₁m)纯灰岩的表面溶痕, 细腻平滑、齐整密集; 栖霞组(P₁q)白云质灰岩的表面溶痕, 较为杂乱无章, 粗糙且凹凸不平, 这些喀斯特形态在全球的喀斯特形态中是独一无二的。

图1

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	图1 石林单体形态和表面形态

云南石林地貌是在一块有明确地理界线的喀斯特区域内, 由于地质、气候、水文条件的有利结合, 经长期演化而形成的一种喀斯特地貌组合^[2]。石林喀斯特演化过程中既包括化学溶蚀、机械冲蚀和生物溶蚀作用, 也反映了土下溶蚀与地表溶蚀的相互关系和对石林地貌的贡献。形成机理上, 起初岩石受到地球内力的挤压从而发生破裂, 并产生两组以上的垂直节理, 将区域内的石灰岩不断地分割至“ 网格状” ; 此后, 地表和地下水沿着节理面不断地往下溶蚀将破裂面扩大加深; 伴随着地面的抬升, 形态各异的石柱被剥离出来成就了石林。

该地区地面出露的石峰及石柱等形态是地壳持续抬升作用下, 地表与地下溶蚀、面状与线状溶蚀、顶部蚀低与基部加深加宽溶蚀的综合结果^[3]。其中, 地表与土下溶蚀对石林的演化作用最为突出, 土下溶蚀从两方面对石林演化产生影响:一方面岩石节理面里的土蚀作用使石柱分割、石牙的高度增加, 且有利于以后地下水的流通; 另一方面在地势较为低洼的区域, 地下水汇集并快速的溶蚀着石灰岩, 进而发育出体量密集、形体高大的石柱。地表的侵蚀和溶蚀, 主要是石柱出露后的作用, 在大气降水、藤本植物及藻类的作用下, 一是削低石柱高度, 二是形成石柱表面的微观形态, 三是改变石柱表面的颜色。

现今的云南石林立于中国第二阶梯— — 滇东高原面上, 但在早二叠世(距今2.7亿年)以及更早的早古生代时期为海相环境, 从而形成了厚达几百米的碳酸盐岩。从中二叠世末期(距今2.6亿年)起, 石林地区逐渐从海洋环境脱离并过渡到现今的高原环境^[4]。在漫长而持续的抬升过程中, 发育石林的碳酸盐岩地层始终保持了近水平的状态。尤其晚第三纪以来, 受喜马拉雅造山运动的影响, 石林周边地区的地层普遍褶皱, 如在石林盆地的西侧就可见到下第三系卷入了褶皱。而石林地区由于其特殊的构造位置, 如同处在“ 台风眼” , 地层得以保持了近水平状态。因而石林地区代表了云贵高原隆升过程中独特而典型的陆内地块垂直抬升运动方式。

云南石林地貌发育历史始于2.6亿年前的中二叠世末期, 而最年轻的石林还正在形成^[11]。这2亿多年的时间里石林的演化极为复杂(表1), 这里的石林几乎都经历了2次被覆盖及2次再出露的过程^[5]。2次被覆盖分别是被晚二叠世末期的玄武岩覆盖和被早第三纪古湖沉积物覆盖。虽然2次被覆盖, 但在持续的地壳抬升作用下被覆盖的古石林又2次出露地表, 从而呈现“ 四世同堂” 的石林景象, 这样的演化发育机制是全球独一无二的。

表1

表1

表1 云南石林演化阶段及特征

表1 云南石林演化阶段及特征

碳酸盐岩经溶蚀则形成喀斯特地貌, 在地质历史时期, 世界许多地区也许发育过类似石林的地貌, 但由于岩石的可溶性, 这些地貌经一定时期的溶蚀, 便逐渐消失, 很难保留下来。正是云南石林独特的发育历史不同于世界上著名的剑状喀斯特地貌, 大都是第三纪、甚至第四纪以来的产物, 由于有玄武岩和红层的覆盖, 使得二叠世时期的古石林地貌得以保存和再现^[12]。此外, 发育石林地貌的中二叠纪栖霞组和茅口组灰岩, 生物化石极为丰富, 局部层位的岩石几乎完全由生物碎屑组成。研究表明, 其丰富的筳类、珊瑚类、腕足类、头足类化石具有大区域对比的典型意义, 也是地球生命演化的重要记录^[6]。

为了更好地将云南石林喀斯特进行全球对比分析, 确立以下3条对比原则。1)石林喀斯特地貌的对比研究只限于与发育于碳酸盐岩中的类似剑状相比较, 而不包括发育于其他岩类中的“ 假喀斯特” 地貌, 如在砂岩中发育的“ 碎屑喀斯特” 以及发育泥岩中发育的“ 黄土喀斯特” 等^[7], 否则容易产生概念上的混淆, 使喀斯特扩大化, 不利于真正意义上的喀斯特地貌研究和对比。2)喀斯特地貌在空间分布上的一个显著特点是具有地表和地下的“ 二元结构” , 地下部分以溶洞为代表, 已形成一个相对独立的体系和研究领域。而石林属于地表喀斯特, 因而此对比研究不包括地下喀斯特。3)全球喀斯特地貌类型非常丰富, 这里只将高大的碳酸盐岩溶柱密集组合、呈林状分布的地区相比较, 而不包括像“ 峰丛” “ 峰林” 等这样已有确切定义和明显差异的喀斯特地貌。

全球喀斯特地区的面积约占陆地面积的12%, 即约2 000万km², 遍布世界各大洲, 尤其集中在地中海地区、欧洲东部、东南亚、中国南方、美国东南部, 加勒比海地区等^[8]。其中不少喀斯特区域被联合国世界遗产委员会列入世界自然遗产名录。

石林喀斯特地貌是地质、气候、水文、生物等多种有利条件综合形成的特殊喀斯特形态^[9]。由于形成条件较苛刻, 因此世界上真正意义的石林喀斯特地貌很少, 只在热带、亚热带的极少数地区发育。从地理位置分布状况分析, 全球的剑状喀斯特基本可以分为两种类型:一种是类似于云南石林的“ 大陆剑状喀斯特” (表2); 另一种是以马达加斯加地区以及马来西亚穆鲁地区为代表的“ 热带岛屿剑状喀斯特” (表3)。

表2

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表2 世界其他地区大陆剑状喀斯特地貌分布及特征 区域 典型代表 主要特征 地中海地区 喀斯、蒙比利埃(法) 面积共460 hm2; 海拔170~800 m; 地层为侏罗纪白云岩; 雨水溶蚀而成; 林柱状喀斯特地貌 陶鲁山(土耳其) 面积300多hm2; 地层为第三纪中新世砾岩; 侵蚀作用而形成数米高的不规则状岩锥、岩柱喀斯特 托克· 安提奎若喀斯特高原(西班牙) 面积28 km2; 海拔1 377 m; 年降水800 mm; 地层为侏罗纪白云岩和白云质灰岩, 层理发育, 密集裂隙; 冰缘动力侵蚀作用形成; 晚期林柱状喀斯特地貌 大洋洲 新南威尔士亚朗戈、比利布戈尼亚保护区、奇拉贡(澳大利亚) 在志留系致密块状石灰岩上沿裂隙发育成的短粗高石芽型喀斯特, 个体孤立分布; 高石芽呈尖塔状, 针状, 个别高度可达20 m 非洲 坦卡(坦桑尼亚) 海拔70 m; 属热带气候年雨量1 350 mm; 地层为侏罗纪白云岩; 剑状喀斯特, 高度在12~15 m

表2 世界其他地区大陆剑状喀斯特地貌分布及特征

表3

表3

表3 热带岛屿剑状喀斯特及特征 典型地区 主要特征 马达加斯加贝马拉哈自然保护区 面积约15.2万hm2; 海拔150~700 m; 所在区域为热带草原气候, 年雨量为980 mm; 地层为侏罗系石灰岩, 灰岩纯度很高; 典型的剑峰状和石林状的喀斯特地貌, “ 井割” , 剑状, 锯齿状, 刀刃状和利剑状石牙, 石柱, 高度密集 马来西亚沙捞越古纳· 穆鲁国家公园 面积为12 500 hm2; 海拔38~2 376 m; 所在地区为热带季风气候, 年均雨量大于5 000 mm; 第三系厚层状纯灰岩, 厚度可达1 500 mm; 垂直节理十分发育, 岩柱高度多为30~40 m, 最高可达45 m; 岩柱上部为白色, 很少有藻类附生其上, 石峰岩体下部长满苔藓和藤本植物; 剑峰上部的刃面有明显的3组溶沟 菲律宾巴拉望普林塞萨暗河国家公园 面积约2.2万 hm2; 海拔0~1 028 m; 典型的山地喀斯特, 但多数未分割成严格意义的石林喀斯特 巴布亚新几内亚凯靖德山 穆勒山海拔2 900~3 000 m, 凯靖德山海拔2 600~3 700 m; 年降雨量可达8 000 mm; 凯靖德山的剑状喀斯特分布于靠近森林线的苔藓森林附近, 发育于厚层状中新统灰岩; 发育受节理影响; 柱体高可达50~150 m; 雨蚀作用形成

表3 热带岛屿剑状喀斯特及特征

从以上分析可看出, 在全球范围内虽然喀斯特地貌发育广泛, 但在形态上能与云南石林喀斯特进行对比的只有马达加斯加贝马拉哈自然保护区等4个著名的热带岛屿石林喀斯特。这4个喀斯特区域位于岛屿环境, 分布于热带地区, 石林喀斯特发育年代较为年轻且为第三纪, 剑状喀斯特的成因相对简单, 主要由充沛雨水的地表溶蚀作用形成, 且不同于世界上其他地区的石林。云南石林位于大陆内部高原地区, 形成演化自2.7亿年前开始, 经历4个主要发育时期; 由于先后被玄武岩和红层覆盖, 古喀斯特地貌被保留并再次出露; 云南石林石柱形态主要由地下水的土下溶蚀作用而成; 石林的形态除典型剑状喀斯特外, 还有柱状、针状、塔状、蘑菇状, 不规则状等, 具有其独特的自然美; 在气候上, 云南石林是在亚热带季风气候条件下形成的高原喀斯特生态系统。这些在地貌形态、演变机制、区域构造地位、发育历史及过程、气候条件等方面的独特性, 注定了云南石林喀斯特景观的脆弱性, 在旅游开发时极易受到不可逆转的破坏。

云南石林喀斯特已于2007年列入世界自然遗产名录, 并设有核心区、缓冲区。但这些区域被农村所包围, 而石林石柱结构的特殊性使得周边农民在经济利益的驱使下, 拆毁石林石柱, 造成无法弥补的损失。同时, 为了获得更多的土地进行耕种, 一些农民在保护区内随意开荒, 对区域内的水文地质等自然条件造成了较严重的破坏。针对这些情况, 不仅要遏制这一趋势, 还要从根本上解决问题。对此, 提出以下几条建议:制定相关的保护法律法规, 做到石林遗产地保护有法可依, 同时加强宣传; 在保护区边界醒目的区域竖立保护宣传标识, 并加强相关保护队伍建设; 着力帮助保护区周边的农民提高收入和生活水平, 在石林景区建设及维护中尽可能的聘用附近农民, 以解决其就业及收入问题。

云南石林喀斯特景观由于其独特的美学价值, 同时又具有世界自然遗产、世界地质公园、国家级风景名胜区等影响力巨大的品牌, 吸引着国内外的游客, 景区游览观光人数从1999年的100万增至2005年的400万, 尤其是2015年国庆黄金周, 日均游客人数达到2.5万, 游客人数的迅速增长给云南石林喀斯特景区的基础设施带来沉重的压力。因此, 为了保护云南石林喀斯特景观, 合理的开发石林旅游资源, 结合云南石林喀斯特景观特征, 在进行基础设施建设时应注意以下几个问题。在游线规划上, 应充分利用区域内的溶蚀廊道, 尽可能少地破坏石林石柱; 在建筑选材上, 应选择与石林景观相协调的材料; 在规划设计中, 应充分分析区域内独特的水文地质环境, 维持石林发育演化的自然环境; 在绿化过程中, 应选取乡土物种, 以避免外来物种的过度繁殖对石林景观造成破坏。

虽然旅游资源具有永续性的特点, 但形成于水, 考验于火, 2次被掩埋, 2次再出露的云南石林喀斯特却经不起每年众多不文明游客的破坏行为。云南石林喀斯特岩柱是由栖霞组和茅口组碳酸盐岩组成, 里面含有大量海百合、螺类及腕足类化石, 然而许多游客在好奇心的驱使下, 常做出敲击化石的行为, 此外还有不少游客在石柱上胡乱刻字。因此, 优化游客管理刻不容缓。在此, 提出以下几点建议。首先因为云南石林喀斯特景区的游客80%以上为团队游客, 所以需要加强导游在景观保护上的培训; 其次针对游客破坏化石的行为, 可以通过发放科普手册、树立科普宣传栏等手段介绍石林的古生物化石; 最后建立健全保护机制, 一方面建设保护巡逻队伍, 另一方面将记录不文明游客黑名单。