钙华是指富含碳酸氢钙的泉水、河水或湖水,在适当的物理、化学或生物条件下,因二氧化碳损失导致碳酸钙过饱和(碳酸钙不易溶于水),结果在地表沉积形成多孔状碳酸钙。其化学反应可简化如下:
Ca2++2HCO3ˉ⇒CaCO3(钙华)+CO2+H2O
钙华形成的前提首先是水中富含碳酸氢钙,然后是具备二氧化碳损失导致碳酸钙过饱和的物理(如温度升高、流速加快)、化学(如PH值升高)或生物(如水生植物的光合作用)条件。
黄龙钙华的形成是由于区内有大量的富含碳酸氢钙的地下泉水,当泉水出露地表时,由于泉水的分压远远高于空气,泉水中的二氧化碳大量逸出,结果导致碳酸钙过饱和而发生钙沉积。泉水在向下游流动过程中,由于水温和流速不断发生变化再加上藻类等植物和携有泥沙的沟内融雪水混合的作用,导致碳酸钙沉积速率各异,并使钙华呈现黄、白、黑三种颜色,但以黄色为钙华的主色调,这也是黄龙“黄”字的一个重要由来。
(一)钙华的物质来源条件
钙华堆积体形成的物质来源主要来自地下水饱和的岩溶泉水。岩溶泉水有两种类型深部岩溶泉(转花泉群)和浅部岩溶泉(黄龙沟内的系列泉水)。
(二)影响钙华形成的几个因素
压力条件:CO2气体在标准大气压下是可溶于水,但在加压情况下,CO2气体的溶解度大幅增加,碳酸氢根离子也会相应增加,PH相应降低,碳酸钙转化成碳酸氢钙,这种情况下会加剧碳酸钙的溶蚀;反之,当水体压力减小,易于释放出CO2气体,PH值上升,碳酸氢钙转化成碳酸钙,这种情况下会加速碳酸钙的沉积。
水动力条件:水的流动会加速水体内各分子之间的碰撞,有利于水体中二氧化碳的释放,但过快的流速却不利于钙华的沉积。因此,水动力条件即水的流速,在钙华的形成过程中水的流速过大或过小都不利于其沉积。
温度条件:水温在CaCO3的溶解与沉淀过程中起到重要作用。在常温下,碳酸钙难溶于水,其溶解度会随温度的增高而降低,在5--9月份,黄龙的气温普遍高于转花池泉水温度的6.3℃,黄龙沟水温自上而下呈递增趋势。因此,水温的变化在黄龙钙华的形成过程中起到了重要作用。
生物条件:一是阻拦作用。水中飘浮的生物的枝、叶、根对钙华池等景观的形成起到最初的造型作用。二是呼吸作用。水中生长的各种生物,白天光合作用吸收水中的CO2,能促进钙华的沉积,晚上呼吸作用释放CO2会加速钙华的溶蚀。
PH值的影响:钙华的主要化学成份CaCO3具碱性特征,实验证明,当PH>8.33时,水对CaCO3的溶蚀作用不明显,当PH<6.36时,水对钙华体具有强烈的溶蚀破坏作用。而当PH值介于6.36-8.33时,水具有较弱的溶蚀作用。近年来,景区内植被和藻类发育,土壤及水体中植物有机酸增多,景区大部分水体PH值低于8.33,景区钙华溶蚀正在加剧。