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京西古道蹄窝的成因——兼答嵇少丞教授的质疑: 热度 2 dkysdc 2018-3-11 14:11; 蹄窝是岁月在古道留下的痕迹，是历史的见证。京西古道上的蹄窝已经存在数百年，几十年前赶着牲口在古道上驮运货物的脚夫在京西地区尚有健在者，中国西南地区的马帮还没有完全消失，他们都是生活和历史的见证人。地质学家与蹄窝的亲密接触始于1863年，当时美国地质学家庞派来（K.Pumpelly）对北京西山的煤矿进行了调查，这是北京西山地区最早的地质考察，至今已有150年的历史。此后，亲身骑着毛驴和马匹走过京西古道、亲眼目睹蹄窝形成的中外知名和不知名的地质学家数以千计，没有任何一位地质学家把古道上的蹄窝当作河水或雨水冲蚀形成的壶穴，因为他们是蹄窝的见证者。 20 世纪70年代开始，古道上的驮队逐渐销声匿迹，年轻的地质学家已很难见到驮队或马帮的踪影，因此，对原本没有任何争议的蹄窝成因出现了完全不同的解读：先是有人认为京西古道上的蹄窝是冰臼，这个说法很快被否定，因为数百年来每天人来人往的古道不存在冰臼形成的条件。最近几年，有人又提出了新的说法，认为古道上的蹄窝是暴雨冲刷形成的壶穴，并在互联网、科学杂志和专著上大肆宣传，把本没有太多争议的蹄窝成因搅得混乱不堪。为正本清源，笔者不得不从北京西山的地质特点、中外古道的修建史、壶穴的形成条件以及蹄窝争论的缘由等多方面进行论述，文章稍微有点长，但读者可以从中了解一些中外古道的历史、北京西山的地质研究简史以及很多关于科学争论的相关知识，希望您能多花几分钟耐心读下去。 1. 北京西山地质简介北京境内的西部山区统称北京西山，是北京西部的天然屏障，也是连接北京与河北、山西和内蒙古等地的重要通道。北京西山拥有异常丰富的地质现象，华北地区代表性的地层绝大部分在北京西山都有出露。北京西山的许多地质遗迹被写入经典的地学文献或教科书。现今流行的许多地质名词是在北京西山首先研究并根据西山的地名命名的，例如，门头沟区的青白口（地层）、下马岭（页岩）、马兰（黄土）、窑坡组（含煤地层）、龙门组砾岩、髫髻山（火山岩）、芹峪（运动）等等。房山区周口店的北京人遗址更是享誉世界的文化遗产，此外，十渡、圣莲山、石花洞等等都是十分珍贵的地质遗迹。遍布西山全境的地质遗迹对于地学研究、地质科普和地质旅游都具有重要意义。北京西山还拥有丰富优质的煤炭资源和建筑材料，是元代以来京城最重要的能源和建材基地。从19世纪中期开始，外国地质学家就开始了对北京西山的地质考察。继1867年美国地质学家庞派来（K.Pumpelly）对北京西山进行煤矿调查之后，德国科学家李希霍芬（F.V.Richthofen）于1869年考查考察了京西玉泉山和昌平的南口，1871年又考察了从北京至门头沟斋堂和怀来矾山堡的沿途地质。1910至1912年，在北大任教的德国教授索尔格博士（F. Solger）在教学之余对北京西山进行了考察，并草绘了1：20万西山地质图一份。 1916 年8月，在章鸿钊、丁文江、翁文灏以及瑞典人安特生的指导下， 13名中国培养的第一批地质专业学生对北京西山进行了较系统的地质调查，绘制了第一幅1：5万北京西山地质图（出版时缩小为1：10万），编写了第一本主要由中国地质工作者完成的中英文版《北京西山地质志》，并于1920年正式出版。直到二十世纪50年代，“这部书和附图一直是多所大学地学专业教学的范本”（中国地质调查百年画卷，2016）。这项主要由中国人完成的地质调查成果标志着中国地质调查工作的正式开始。此后，北京西山成为中国地质学家最多关注和考察的地方，也是中国最早培养地质人才和开展地质研究的基地，被称为中国地质学的摇篮。图1 《北京西山地质志》主要作者在兵马司胡同15号院合影前排3位为指导老师（左起）：翁文灏、章鸿钊、丁文江 2. 京西古道北京西山景色优美、地势险要，是京城重要的宗教圣地和军事屏障。数百年间，在京西重要军事设施、寺庙、煤矿和数百个自然村落之间形成了一个由不同级别和形式的道路构成的纵横交错的交通网络，现在统称为京西古道。仅在门头沟区境内的古道累计长度就有680余公里。这些道路纵横交错，四通八达，在军事、商贸、文化交流等诸多领域为古代中国的发展与进步、为中华文明的传播与延续起到了极其重要的作用。道路周边的古建遗迹、历朝历代的碑刻典籍、大量的文学作品等等记录了数百年来古道的发展与兴衰。京西古道是京城连接河北、山西和内蒙的重要通道。数百年间，运货拉煤的驴马骡等成群结队，年复一年、日夜不断地穿行往来，把古道上铺就的坚硬的石块踩磨得锃光瓦亮，在基岩路面或者较大的石块上留下了永久的痕迹，那就是因长时间持续不断的踩踏形成的串串蹄窝。这些蹄窝有时零星散布在较大的石块表面，有时三三两两出现在小面积裸露的基岩路面，更多的蹄窝成群、成串出现在玉河古道（西山大路中道）的峰口鞍以及西山大路北道的牛角岭、石佛岭这3个完全由人工开凿的面积较大的基岩路段（图2）。下面分别描述。图2 门头沟境内京西古道分布图（1）玉河古道：又称为西山大路中道，最初从模式口向西，在麻峪村跨永定河，经大峪、东辛房，翻过峰口鞍（庵），过黄石港、十字道等村到达王平口，然后经千军台、斋堂至河北、山西等省（图2）。此条道路是通往王平口最近的大道，但高差较大，麻峪村附近的永定河到峰口鞍关城的距离约10km，但海拔从100米陡升到810余米，道路沿途有多个煤窑分布。这样陡的道路车辆根本无法通行，所有货物均靠驴驮人背。然而，正是这条道路在清代是顺天府通往河北和山西最重要的大道（《北京历史变迁地图》，侯仁之，1988），到上世纪60年代末才逐渐衰落直到废止。玉河古道的坡度虽然很大，却少有塌方或落石之扰，是相对安全的通道。峰口鞍东侧的盘山路是玉河古道最为壮观的路段，此段盘山路面一般宽4-6米，最宽处达6.5米，绝大部分路面用石块铺砌而成，每隔1~1.5 m会栽立石一排，立石不是平铺在表面，而是深埋地下，并高出平铺路面约3-15cm左右，这种立石也称为路牙。路牙的好处主要有：1.有效地保护道路，可防路面石块松动下滑；2.可有效地将雨水引导到道路两侧，能阻挡绝大部分雨水对路面的冲刷破坏；3.下山时（特别是在雨雪天气）可为行人和驮运货物的牲畜起到防滑刹车的作用，上山时可以起到很好的蹬踏助力作用（图3）。古道拐弯处和大的石块上经常见到稀疏的蹄窝（图4），大量的蹄窝则分布在峰口庵西南侧的基岩路段。图3 玉河古道18盘图4 京西古道18盘路段上的蹄窝（红色箭头）峰口庵位于九龙山与绝石梁之间的垭口，海拔812m（图2），至今留有古代关城遗址。GPS坐标为:东经115°59'57，北纬39°55'33。关城向南西方向120余米处为数十米高突兀陡立的侏罗系厚层粉砂岩阻挡，通往王平口方向的古道只能用人工开凿的方法取道通过（图5）。图5 玉河古道峰口庵基岩路段蹄窝的分布与古道两侧岩石（镜头向北）道路中央的蹄窝分布极为规律，道路东侧（照片的右半部分）基岩表面风化程度很低，没有任何类似古道上的凹坑如果道路中的凹坑是壶穴，那么壶穴应该形成于右侧的基岩的下面，那里落差最大，而事实恰恰不是。峰口庵基岩路段长约23 m，总体呈南北走向，分内外两部分。内侧（东侧）基岩路面从拐角处向南长16 m，路面宽平均1.7m左右，平面上呈北宽南窄的梯形，北侧接近拐角处最宽，达3.2 m；与之平行的外侧（西侧）路面由大的石块铺就而成，宽度随地形变化而变化，平均宽度在1.5m左右。此路段形态较为规则的蹄窝有120余个，其中只有一个位于铺设路面，其余均出现在基岩路面，其中近60个密集分布在坡度急剧变化的转角处（图6）。坡度较小的直路段蹄窝排列极为规律，呈近等间距双排串珠状，平均间距50 cm左右，俯视图上明显可以看出是动物行进的轨迹（图6）。图6 峰口庵基岩路段古道及蹄窝的分布特征（俯视图），这么规则分布的蹄窝被故意忽视，为什么？或者说明反对者没有进行过考察，或者说故意制造混乱、混淆视听！绝大多数蹄窝为规则的圆筒形或椭圆筒形，顶大底小，顶面呈圆形或椭圆形，一般圆形蹄窝上部直径为15-20 cm，部分较大呈椭圆状蹄窝的长轴可达30cm。受路面坡度影响，蹄窝的深度变化大，拐角处地形较陡，蹄窝普遍较深（最深者约30cm），坡度较小路段蹄窝的深度介于1cm至15 cm之间，蹄窝底部多为圆形的平面，一般直径10cm左右。有些较浅的蹄窝或者深蹄窝的底部有特别明显的蹄铁印痕（图7）。图7 峰口庵基岩路段拐角处蹄窝的分布特征（镜头朝向：南西），道路两側的岩石没有任何冲刷磨光痕迹，这些蹄窝的形态极其完好，被嵇少丞教授说成毫无规则蹄窝路段岩层走向近东西，倾向正北，倾角45-50度。地层中节理发育，共三组节理，最大一组节理的走向345-360度，这段基岩路面的古道即是沿这组节理的走向修建的。另有两组呈X状相交的节理，走向分别为108度和60度。然而蹄窝的分布并不受地层的层理和节理的控制，蹄窝的总体排列方向与古道严格一致，单个蹄窝的长轴方向总体也与古道的走向一致。从图5至图7都可以明显看出，峰口鞍蹄窝段古道两旁的基岩露头新鲜，棱角分明，没有任何明显的冲蚀痕迹，说明古道开凿历史很短。内外两部分古道路面的高度及修建方法截然不同，为明显分期建造的证据。拐角处部分蹄窝被外侧铺路的石块充填，说明外侧的铺路石之下，为更早的基岩路面。据此推断，此段古道可能经历了至少三次较大的修建工程。（2）西山大路北道又被称为王平古道，始于永定河东侧的三家店，经琉璃渠、斜河涧、水峪嘴，牛角岭关，再经桥儿涧、石佛岭、王平村等古村落，在王平口与玉河古道相汇。过去斋堂附近所产的煤炭，大部分通过这条古道用驴骡等驮运到三家店，再换用骆驼或车辆运往京城。西山大路北道的坡度较小，是京西古道中使用时间最长的道路，一直到1977年下苇甸－清水公路修通之后，这条古道才自然废止。古道沿途，尤其是在牛角岭和石佛岭两个人工劈山开凿的基岩路段处有大量的蹄窝。牛角岭段的蹄窝位于水峪嘴村与韭园村之间的垭口（GPS坐标为北纬39°57'49.53，东经116°2'13.29)，垭口两侧约100 m左右的基岩路段完全由人工开凿而成，关城处海拔368 m，高出山下的永定河河床约230m。垭口两侧岩石为上古生界钙质和泥质胶结的粉砂岩和含砾砂岩为主，有轻微变质现象。岩石中节理非常发育，主要有两组，其一走向123度，多被方解石充填，其2走向333度，近直立。关城两侧基岩路面上密集分布着410余个蹄窝，关城西侧98个，东侧312个。整体上蹄窝的分布与古道的坡度变化呈正相关的关系，坡度变化大和古道转弯处蹄窝密集。呈串珠状排列的蹄窝之间距离多在40-60cm之间。蹄窝的分布方向与路面的走向基本一致，绝大部分蹄窝明显位于水流冲刷不到的局部高地，说明蹄窝的形成与路表面流水之间根本没有必然联系（图8-11）。有些蹄窝分布在台阶状的岩石断块之上，明显是驮畜上下台阶时的着力点（图12）。图8 牛角岭关城东侧蹄窝（红色箭头）及水流通道（蓝色），镜头方向：自东向西垭口附近的蹄窝绝大多数高于流水通道，不可能接受强烈的水流冲蚀，蹄窝中的水基本上是天然降水。图9 牛角岭蹄窝分布与水流的关系蓝色箭头指示可能的水流方向，红色箭头为在脊状隆起处的蹄窝，根本不可能有水流的直接冲蚀。请参见图20和图20-1的说明。图10 牛角岭“永远免夫交界碑”北侧的典型蹄窝图中蓝色箭头指示的是主要的节理和流水方向，蹄窝的分布与节理没有任何关系。如果蹄窝是水流冲蚀形成，它们应该分布岩石破裂的地方，即图中的节理周围。图11 牛角岭关城西南侧的典型蹄窝水流经过的地方没有壶穴，而中间的蹄窝怎么会是水流形成？蓝色箭头指示的是主要的节理和流水方向，蹄窝位于古道的中央，如果蹄窝是水流冲蚀形成的壶穴，它们应该分布在蓝色箭头指示的水流通道处和地质锤右侧的红色区域处。图12 牛角岭古道的蹄窝与节理的关系这张照片充分展示了蹄窝与解理之间没有成因关系。如果是壶穴，应该形成在红色的解理面右侧低凹处！类似这样的现象在京西古道上非常常见。图中较粗的红色虚线为近南北向的节理，3条细红色虚线代表次级节理，大的蓝色箭头为古道方向，3个蓝色小箭头代表从北侧边坡方向可能的水流。根据地形条件和力学原理，图中南北向节理与次级节理相交处是力学性质最薄弱的部位，3个白色圆圈所在的区域为最可能发育壶穴的位置。而实际情况表明，红色箭头处的3个蹄窝与节理没有任何关系，显然蹄窝的形成过程没有按照自然法则，因此不是天然水流冲蚀形成的。石佛岭段蹄窝主要分布在东、西石古岩村之间的垭口（GPS坐标为北纬39°58’29”，东经116°0’27”），因古道边有石佛而得名。这段古道穿过奥陶系灰岩地层，地层的产状为倾向40°，倾角75°，岩性主要为厚层灰岩、虫迹灰岩与含砾屑的薄层条带状砾屑灰岩，在岩石中发现了角石化石。此段古道修建于永定河河床边的悬崖峭壁之上，古道最高点处海拔217m，高出永定河河床40余米，有8m长、2.5 m宽的基岩垭口路段完全由人工开凿而成，上有深浅不等的蹄窝30个（图13），其中13个蹄窝的底部基本平直，形态为近圆形，直径10-12cm，一般深度小于5cm，只有一个蹄窝的深度接近10cm。垭口基岩路段上不规则蹄窝有17个，其分布和表面形态受岩层界线与节理的控制较为明显。所有蹄窝均分布在道路中央，大部分远离边坡，而且垭口两侧边坡均是风化程度很弱的新鲜岩石，因此古道中的蹄窝不可能是从边坡处的流水冲蚀而成。而垭口处的路面均高于两侧，如果这些蹄窝是山区暴雨冲蚀而成，那么，垭口周边乃到整个北京西山的山体表面会有无数类似的凹坑，但事实完全不是。峰口庵、牛角岭以及石佛岭古道两侧的岩石表面没有任何类似蹄窝的冲蚀或冲刷坑。图13 石佛岭垭口基岩路段的蹄窝分布垭口两侧明显为人工开凿形成的，只有一点点天然降水，哪里来的山脊洪水？垭口基岩路段向南西方向至石碑处距离为130m，基本为铺砌的路面，在大块的路石上发现蹄窝38个，大多数为较规则的蹄形或近圆形。垭口路段向北东至东石古岩村长度约310m，有3处小面积的基岩路段，有形态不甚规则的蹄窝接近20个，大部分铺砌路石被后人挪作他用，少量残留的路石上有11个蹄窝。图14-17为石佛岭段典型蹄窝的照片，从中可以明显看出，它们的形成不可能是路石表面上经过的雨水！如果存在足够动力的水流，那么古道路面上大多数石头表面均应有类似的蹄窝出现，而不可能选择性极强地分布在极少量的石头表面。图14 石佛岭古道蹄窝图15石佛岭古道蹄窝水流总是从软的地方侵蚀，怎么可能不走石块的松散处，而要从坚硬的岩石上流过？图16 石佛岭古道蹄窝图17 石佛岭古道蹄窝图18 石佛岭古道蹄窝 3. 古道蹄窝的形成原因下面这张照片拍自玉河古道峰口庵西侧，接近十字道村。这块岩石质地坚硬，且明显高出古道路面，正常流水会沿着岩石两侧绕石而去，不可能穿石而过。即便有穿石而过的水流，那么应该在高差最大、且有明显节理破坏的岩石下方形成壶穴，不可能在岩石的落差小又无节理的地方形成深坑，因此，只有骡马等牲畜的铁掌长期踩踏才能形成这样底面平直的凹坑（蹄窝）以及规则的凹槽。图19 玉河古道上的蹄窝如果是壶穴，应该发生在节理面附近的低凹处，不可能在岩石中间形成底平的的坑穴。图20 古道蹄窝的形成过程下面的图20-1是进一步用图示说明：图20-1 古道蹄窝的形成图示请对照图9、图20，从中可以看出蹄窝之间经常见到的类似“滑道”的沟槽状构造的截面类似为直角的矩形，只有在铁蹄长期磨擦才能形成，任何天然的水流都不可能形成这样的构造。这是牛角岭古道中经典的蹄窝，可以明显看出蹄窝的形成过程。早期、中期和后期的踩踏形成的蹄窝印迹非常明显。从32号蹄窝迈向34号蹄窝时，铁掌刮蹭岩石形成的沟槽形态非常规则，底部光滑平坦，这种印迹是是骡马或驴行走过程中蹄子落在斜坡上向下方滑动的痕迹，任何水流都不会形成这种规则的痕迹，而类似的蹄窝和规则的凹槽在京西古道上却是普遍现象。图21 京西古道上遗留的铁掌京西古道上川流不息的驮队都是由挂有铁掌的骡马驴等组成的，古道上的蹄窝和蹄窝之间的沟槽状印迹主要是由这些铁掌完成的杰作。笔者在古道上就曾经拾到过两个掉落的铁掌，这是名副其实的铁证。事实上，很多常走古道的户外人士都有类似的收获。图22 行人踩踏形成的脚窝照片22拍摄于2009年3月，左侧的钟楼仍然指示着2008年5月12日汶川大地震的发生时间。地震之后不到一年，行人已经在钟楼旁踩出一条通往钟楼后方广场的脚窝小路。有户外生活经验的人都会走过类似的小路。那么，京西古道上规则排列的蹄窝是完全由驮畜自然踩踏形成的么？显然不是。京西古道是人工开凿修建的，所有蹄窝均位于古道上，其中大部分位于人工开出的垭口路段，且都没有贴着边坡。少部分蹄窝分布在零散的路石上面，基岩垭口路段和路石的始作俑者绝大多数都是修路人！这也是为什么笔者在相关的博文或文章中总是强调“人工修建”的原因。 23 河北省丰宁县喇嘛山上的简易道路丰宁县喇嘛山在当地是个宗教活动场所，山上有泉水和大型洞穴，为了方便游人，景区承包人用传统的修路方式修建了简易的道路——脚窝（图23）。左侧是近景，右侧是全景。京西古道上的蹄窝与这样的脚窝原理都是类似的！但京西古道上的脚窝在形成过程中，主要由负重的骡马驴等动物的铁掌踩踏而演变成现在的样子。类似这样的古道实例在中国很多，图24是位于北京古崖居的道路，可以清楚地看到脚窝与台阶混用的修路方式，空间有限的地方用脚窝，空间足够且容易修建的地方修成了台阶。图24 北京古崖居的道路但是，类似古崖居的以台阶为主的道路只能供行人用，负重的骡马驴等动物无法走台阶，请看下面的视频。欧洲一些国家在重大场合喜欢用骑警做表演，有时需要走一些台阶。虽然这些高头大马都经过了长期严格的训练，但走到台阶路时只能以极慢的速度行进，且依然经常马失前蹄。研究壶穴多年的地质学家吕洪波教授在其博客中描述了他的的亲身经历：冬天在斜坡土路上赶车上坡行走时往往停滞不前甚或倒退，这时就得有人帮忙推车。不仅骡马需要找低洼处落脚，连人都得找坑洼处落脚才能用上力气推车。而冻结的土路上的坑中很多就是蹄窝。有的新路没有蹄窝，就会人为地用镐头刨坑以便提供落脚点而减少滑倒（吕洪波博客，http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=39040do=blogid=980561）。视频1 西班牙骑警在台阶上摔倒（视频截图）显然，这种台阶道路不适宜骡马驴等动物，基本无法运送货物。而采用蹄窝方式的中国古道，骡马驴等动物稍加训练，就可轻松应付（图25）。如果没有这些蹄窝做支撑，骡马等根本不可能负重上下坡。图25 骡子驮重物上坡的视频（节自北京电视台的纪实高清）（视频截图） 4. 古车道上蹄窝类似京西的山区古道上出现蹄窝非常正常，但是供车辆行驶的古道上是否也有蹄窝呢？一般来讲，能行车的古道都比较平坦，但是修建这类道路时依然要考虑防滑问题。通常把道路表面的岩石凿出一些防滑的纹理即可。但是遇到坡度较大的路段，依然需要类似蹄窝的构造，崤函古道上就有明显的蹄窝（图26）。认为古车道上没有蹄窝的人是因为根本没有做过详细考证。图26 崤函古道上的蹄窝事实上，国外的古道上也有类似蹄窝的防滑构造（图27-30）。图27 国外（马耳他）古道上的类似蹄窝构造（http://www.cartrutsmalta.com/images/zerriegha-cart-tracks-steps-malta.jpg）图28 外国（马耳他）古道上的类似蹄窝构造图29 外国（克里米亚）古道上的类蹄窝构造图30 外国（意大利西西里岛）古道上的类蹄窝构造 5. 古道蹄窝的成因争论前已述及，150年来，亲自考察过北京西山的中外地质学家和普通地质工作者成百上千人，没有任何一位地质学家把古道上的蹄窝当作河水或雨水冲蚀形成的壶穴。北京西山地区还有许多老人都是古道的见证人。把蹄窝当做壶穴的只有加拿大华裔地质学家嵇少丞教授。在回答嵇少丞教授的所谓质疑之前，先回顾一下质疑的过程，这对于读者全面了解这一争论的过程十分必要。（1）争论的由来 2011 年9月26日中国地震局地质研究所研究员周永胜在科学网博客上发表了一篇介绍京西古道蹄窝的博文，名为“京西古道上的马蹄窝”。该篇博文很短181字，6张照片，原文如下： “在北京门头沟山间，保留着很多古道。由于门头沟是北京唯一的产煤区，在过去交通运输不便的条件下，只能依靠马、驴、骡，甚至骆驼驮运煤炭和其它货物。日积月累，在山间形成多条古道，经过数百、上千年，在古道基岩（细砂岩、石灰岩）中踩踏出壮观的蹄窝。深深的蹄窝，既体现出时间的韧性，也显示出生活的艰辛。古道上最陡的一段台阶路，接近70度，主要供人行，大牲口要多绕很远，才能上去” （http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=51171do=blogid=490671）。这篇博文的第一个评论者是嵇少丞教授，他在26日20：03问了一句：“是地质作用产生的吧？”第二个评论者陈三茂在21：21问了句：“是否是冰臼呀？” 9 月27日上午10：07，周永胜回复嵇少丞说：“不是地质作用形成的天然坑。在古道上，零星发现少量马蹄涡，在三处古道垭口处的基岩中，有这些马蹄涡。路面除了马蹄涡，有人工痕迹。“，接着又回复陈三茂：“不是地质作用形成的天然坑。在古道上，零星发现少量马蹄涡，在三处古道垭口处的基岩中，有这些马蹄涡。路面除了马蹄涡，有人工痕迹。” 9 月27日16：07，吕洪波教授留言：“周老师可以给出更详尽的解释。谢谢！”。当天18：28，周永胜回复道：“古道的大部分段沿着山坡沉积物走，或者是卵石砌的小路。只有在几处山的垭口处出现马蹄涡。垭口处是由人工开凿出来的一个凹槽，凹槽两侧的石壁上盖有关城，是古代兵勇驻扎、收税、驿站等场所，附近还有庙宇。可惜大部分都坍塌了，仅留有局部关城废墟。路面的石头磨的非常光滑，马蹄涡就在光滑的石面上。而路两侧和边缘的石头保留了天然的粗糙表面。我去了三处马蹄涡，两处是细砂岩，一处是石灰岩。其中一处交通相对便利，可以开车直接到旁边，需要买票才能进去。马蹄涡已经开始申报历史文化遗产。” 之后，周永胜研究员发现在上述回复中把“马蹄窝”误写成了“马蹄涡”，就把给吕洪波教授的回复文字做了修正，补充到了正文中。230字的补充文字照录如下： “古道的大部分段沿着山坡沉积物走，或者是卵石砌的小路。只有在几处山的垭口处出现马蹄窝。垭口处是由人工开凿出来的一个凹槽，凹槽两侧的石壁上盖有关城，是古代兵勇驻扎、收税、驿站等场所，附近还有庙宇。可惜大部分都坍塌了，仅留有局部关城废墟。路面的石头磨的非常光滑，马蹄窝就在光滑的石面上。而路两侧和边缘的石头保留了天然的粗糙表面。我去了三处马蹄窝，两处是细砂岩，一处是石灰岩。其中一处交通相对便利，可以开车直接到旁边，需要买票才能进去。马蹄窝已经开始申报历史文化遗产“。周永胜研究员的这篇博文并没有引起嵇少丞教授的进一步质疑。我看到周永胜的博文时已经是2012年4月。原来，2012年3月我在科学网上发表一篇反映汶川地震的博文，里面的照片都是我本人亲自拍摄的，一位读者看到我的照片与嵇少丞教授公开出版的一本科普书中的照片相似，便怀疑我盗用了嵇少丞教授的照片。我便找到这本书，发现不是我盗用嵇少丞教授的照片，而是他盗用我们实验室人员的照片，其中有的照片是经过我复制给别人之后流传到他手中的。多张照片在嵇少丞的书中都没有注明来源，他不但不道歉，反而对我怀恨在心。 2012 年3月30日，我在科学网上发表一篇博文：“一步跨越亿万年——穿越于京西山水间”（http://blog.sciencenet.cn/blog-39317-553525.html）。这篇博文是介绍门头沟地质的，里面提到了京西古道，其中一句提到了蹄窝：“至今在门头沟的牛角岭、石佛岭等地还可看见清晰的蹄窝。”于是，立刻招致了嵇少丞教授的强烈反应，想追溯历史的读者可以参见这篇博文：由“蹄窝”的真假说一说“大牛科学家”是如何做科学的（http://blog.sciencenet.cn/blog-39317-553922.html）。科学网上另有一篇比较详细的文字，记述了我与嵇少丞教授这场争论的缘由（回顾一场由博文回复引发的血案，http://bbs.sciencenet.cn/forum.php?mod=viewthreadtid=548555highlight=%D2%FD%B7%A2%B5%C4%D1%AA%B0%B8）。当今的科学日新月异，任何一个科学家也不可能精通所有科学理论。地质学是包罗万象拥有大量分支学科的科学，还有许许多多未解之迷。名气再大的地质学家，也不可能对地质学中的所有分支学科都了如指掌，不可能明白所有自然和人为现象的确切成因。对别人的观点有质疑或有完全不同的解释是非常正常的现象。但是，了解我和嵇少丞教授的这段历史，才能明白，有“著名华人科学家”、“反科学不端斗士”美称、经常攻击大陆科学家的嵇少丞教授质疑古道蹄窝的初始原因不是从科学角度出发的，而是起因于他盗用别人照片而不署名的科学不端事件。时至今日，他也未对他的不端引用而道歉，反而在多种场合利用多种媒体为他的不端行为辩解。这就是蹄窝成因争论的起源。争论的缘由和动机不是因科学，而是因为嵇少丞盗用照片事件被揭露之后，想利用蹄窝一事为他挽回点面子。所以读者可以明白他为什么不是在2011年的9月看到周永胜研究员的博文后进行争论，而是选择与我争论。也可以明白为什么嵇少丞教授多篇所谓质疑博文、演讲、科普文章或所谓科学文章中夹杂着大量的人身攻击语言。后来，嵇少丞教授又在科学网和多个网络平台上发表多篇对其他人的人身攻击博文，被科学网博客除名，并删除了他的博文。但是，读者仍然可以在其他网站上搜索到这位“科学精英”的博文或所谓论文。 2017 年3月，嵇少丞在《矿物岩石地球化学通报》上发表“从美国羚羊谷看基岩河道的底侵深掘机制”一文，为了强调古道蹄窝是壶穴成因，特别与美国和南非的所谓壶穴进行了对比，他写道：有人错误地以为壶穴必须是在水很深的河道里才能形成，忽略暴洪对山坡的冲刷与携带岩块对基岩的磨蚀作用。在地质时间尺度里，暴洪即使在中国北方也是常见的事件，例如，2012年7月21日至22日8时左右，北京市的房山区，平均降雨量高达460mm，其中房山区河北镇，降雨量更高达519mm，山洪暴发，冲垮公路、铁路、桥梁、房屋，山坡上出现许多大大小小、深浅不一的冲刷坑。请读者注意这行红色的文字，这是嵇少丞教授所写，但他没有提供任何图像证据！ 2017 年5月，嵇少丞在《矿物岩石地球化学通报》上发表“暴雨流冲刷：山坡壶穴的成因”一文，正式提出了古道蹄窝为山坡壶穴的说法。2017年7月13日，在西双版纳召开的第二届罗梭江科学教育论坛。嵇少丞教授为大会做了一场特邀报告——《科学教育从何做起》，在这个报告中，他又一次指出，骡马驴在坚硬的天然的石面上留下蹄窝( Hoofholes) 或( Hoof prints) 这样的事，只在中国大陆有所报道( 苏德辰，2016; 中央电视台摄制的《茶马古道》视频) ，并作为京西古道或茶马古道的实物证据。然而，这样的石头蹄窝在欧美以及世界其他地方的古道上却从未报道过。北京西山的京西古道、云南的茶马古道、连接湖南与广东二省的湘粤古道上所谓的蹄窝皆是暴雨流形成的山坡壶穴。2017年11月，嵇少丞教授的科普专著《地球的奥秘——岩石、地震与人的关系》正式出版，其中第1章第20篇文章的标题是“暴雨流冲刷：山坡壶穴的成因”。2017年12月，嵇少丞教授在《大地构造与成矿》上发表了“关于基岩山坡上的暴雨流冲刷坑被误认为驮兽蹄窝的讨论”，这篇文章的投稿日期是2017年6月25日。这几篇文章的主要思想几乎一致：京西古道上的蹄窝是暴雨流冲刷而成的壶穴。在正式回答嵇少丞教授一系列文章中列出的所谓质疑前，有必要指出，嵇少丞教授的这些文章或言论中充斥着非科学的行为。在微信群中有人夸奖“嵇少丞教授是一位有国际水平和善于跑野外、热爱地学素描的严肃的科学家，每一句话每一张照片都是自己亲自做的，值得景仰和学习”。然而，在前述所指出的嵇少丞这些文章或口头报告中，很多数据都不是他亲自测量的，但他又完全没有注明，但给人的印象是他亲自实测的。请问嵇少丞教授：你在西双版纳的讲座和多篇以前的博文中提到，你和你的科研团队共同对古道进行了考察，这个科研团队其他成员的贡献体现在哪里？做了什么具体工作或者有什么科学的想法？你的文章中提到京西古道有三处蹄窝密集发育的地方，你考察过几处？牛角岭410个蹄窝你测量了几个？平均有多深，顶底直径有多大？东、西两侧各有多少？峰口庵和石佛岭的蹄窝你亲自观察过几个？京西古道这三个蹄窝密集发育地相距并不远，一天的时间就可以基本看完，你到底去了几处？请展示你的证据。除了基岩路段外，其他路段的蹄窝你考察过多少么？你的论文中对明显的客观现象进行选择性忽视，利用一切可能的机会，不惜东拼西凑、生搬硬套大量与蹄窝成因无关的所谓证据，完全是为了争论而争论。你的这些文章虽然大同小异，但你也应该在后面发表的文章参考文献中注明才符合规范吧？经常纠缠于别人学术不端的国际著名地质学家为什么一而再再而三地出现这些不规范行为？类似这样的问题今天暂且不再深入讨论。下面回复嵇少丞教授的主要质疑。（1）北京存在嵇少丞教授所谓的基岩山坡上的暴雨流冲刷坑么？为强调暴洪对山坡的冲刷与携带岩块对基岩的磨蚀作用，嵇少丞教授在2017年3月 “从美国羚羊谷看基岩河道的底侵深掘机制”一文中指出： 2012 年7月21日至22日8时左右，北京市的房山区，平均降雨量高达460mm，其中房山区河北镇，降雨量更高达519mm，山洪暴发，冲垮公路、铁路、桥梁、房屋，山坡上出现许多大大小小、深浅不一的冲刷坑。请问嵇少丞教授，这些山坡上的“许多大大小小、深浅不一的冲刷坑”到底有多大？有多深？分布在什么地方？证据在哪里？这么重要的证据为什么不在文章中详细展示？如果拿不出证据，这属于什么行为？北京西山地区的地貌至少存在百万年以上的时间了，如果一场洪水即可在基岩山坡上形成许多冲刷坑的话，北京西山的山坡表面将遍布冲刷坑！事实是什么样呢？下面就以嵇少丞教授去过的牛角岭为例说明。图31是牛角岭关城附近的卫星照片，照片中的红色箭头处为牛角岭关所在地，位于山脊线上，蹄窝主要发育在关城两侧，根本不存在任何汇水条件。同样，峰口庵、石佛岭附近也不存在形成壶穴的水流条件，蹄窝附近的基岩表面新鲜，没有任何与蹄窝相似的凹坑。图31 牛角岭关城附近卫星照片（2）嵇少丞教授所有关于京西古道蹄窝的描述都是以偏盖全甚至是颠倒黑白例如，在描述峰口鞍的蹄窝时，嵇的原文称：“侏罗系粉砂岩山坡路面上有暴雨壶穴120 多个，最大直径达30 cm，深度达33 cm，壶穴之间的距离无规律性”。请读者对照本文的图5和图6，看看这些蹄窝之间的距离是否是真如嵇少丞教授所言没有规律？古道蹄窝中散落的一些轻飘飘、没有任何磨圆的风化颗粒被嵇少丞教授当做形成壶穴的宝贝；大量形态完好、与蹄铁形态极为相似的蹄窝被选择性忽视，嵇少丞的作品中声称，没有任何凹坑具有马蹄形状；蹄窝中积水蒸发后形成的水平痕迹被当做横向圆圈刻痕，大量纵向的由踩踏形成的规则凹槽又被嵇少丞教授选择性忽视。为了让别人相信“暴雨冲刷坑”和“壶穴”成因说，嵇在他的博文和论文中均声称“有的壶穴具有明显涡旋形状。受地势影响，流水从一侧进入冲刷坑，涡流裹挟着沙砾研磨坑壁，逐渐形成涡旋形状的壶穴，这样的坑是骡马驴踩不出来的”，但又拿不出证据，在他的一篇博文中只能用其他地方的壶穴照片。在“关于基岩山坡上的暴雨流冲刷坑被误认为驮兽蹄窝的讨论”一文中，嵇少丞教授指出：“ 许多凹坑出现在陡坡上(图6e)或紧贴山岩陡壁的地方，那些地方明显是骡马驴不可能常去的地方 ” ，并且给出了如下照片（图32），很明显，嵇少丞的原文中所称的图6e是标注错了，应该是图6f。关于图6e和图6f的问题本来我在2016年的科学网的博客中已经回答过了，但是嵇少丞教授仍然在2017年的文章中当作问题提出来，我就借助本文再回答一遍。这是嵇少丞教授以偏盖全或故意隐瞒真相的又一例证。单凭他的图6f，任何人都无法判断所谓的“那些地方明显是骡马驴不可能常去的地方”的真假，不妨放大一下图6f，加上两个红色动画箭头（图32）。图32 嵇少丞教授所称的骡马驴不可能常去的地方修建和维护山区古道最大的难点在垭口处。削低垭口、降低坡度是对古道最大的工程。降低坡度，就是把原来的坡尽可能铲平。这个过程中，古道上更老的遗迹一般要铲掉(井陉古道和河南崤函古道也都有分期施工修建的证据)。但会在边部遗留一些。嵇少丞教授找到的这两个蹄窝正是遗留的老蹄窝。其实不止这两个，还有更多，但全部都在通往牛角岭关城的路线上，不在路线旁。嵇少丞教授为什么不放一张取景范围大一些的或者全景的照片呢？别人能够判断这张照片的位置么？图33 牛角岭西段的古道，图中红色箭头处就是嵇少丞教授所称的骡马驴不可能常去的地方，实际上是早期古道的遗迹。（3）东拉西扯，回避重点几年前嵇少丞教授开始质疑蹄窝的成因时，就把许多与壶穴无关的洞穴照片当作壶穴，最近嵇少丞教授的一系列文章中依然如此。嵇少丞教授“关于基岩山坡上的暴雨流冲刷坑被误认为驮兽蹄窝的讨论”一文图1中引用的美国加州华斯克巨岩州立公园内山坡上的坑根本不是暴雨冲刷所形成，而是典型的差异风化穴。同篇文章图3中的大部分凹坑也是差异风化的产物，并不是暴雨冲刷所形成，与真正的壶穴或蹄窝完全没有可比性，只能蒙骗不懂地质的外行。如果认为京西古道上的蹄窝不是踩踏形成，而是所谓山坡暴雨流冲刷成因，就应该在京西古道附近的岩石中、至少是在北京西山附近的山坡上寻找壶穴。将只有数百年最多千年的古道与数百万年甚至上千万年之久的澳大利亚的大红山上的地质现象进行对比，这种思维方式完全是错误的。古道上的小小蹄窝，已经不仅仅是岁月的见证，对其成因的科学解读涉及到最基本的地质学原理，反映了最基本的科学态度和科学方法，是真假学问的试金石。请参考： 1.苏德辰：是蹄窝，不是壶穴—北京西山古道蹄窝成因考 2.苏德辰：对高山、嵇少丞教授等人关于蹄窝等疑问的答复 3.吕洪波：北京西山古道蹄窝形成过程解析 4.苏德辰：由“蹄窝”的真假说一说“大牛科学家”是如何做科学的 5.Laokanke：回顾一场由博文回复引发的血案 6. 周永胜：学术争鸣：京西古道上多处基岩中的“坑”是壶穴还是蹄窝？ 7. 苏德辰：京西古道上的科学擂台：是蹄窝，还是壶穴？| 争鸣; 个人分类: 地学科普|398 次阅读|4 个评论

[转载]是“蹄窝”还是壶穴？: 热度 1 laserdai 2016-6-9 05:18; 立即注册登录华人科学网 (华科网) 返回首页嵇少丞的个人空间 http://shaochengji.sciencenets.com 空间首页动态记录博客相册主题分享留言板个人资料博客已有 256 次阅读 2016-6-8 03:51 | 个人分类: 科普 | 系统分类: 学术打假 | 苏德辰 , 地质论评 , 壶穴 , 蹄窝是“蹄窝”还是壶穴？是 “ 蹄窝 ” 还是壶穴？嵇少丞上网查查 , 有很多、很多文章谈到 “ 京西古道 ” ，神气活现地谈到在一个叫 “ 牛角岭关城 “ 的关隘西南的山坡石头上留下了 156 个大大小小、深浅不一的 “ 蹄窝 ” 或 “ 蹄痕 ” ，最深的达半尺多深。有人以此感慨岁月穿梭， “ 当年的京西古道，车马云集，马帮畜蹄日月不息地蹬踩踢踏，形成如此奇观 ” 。蹄窝最为密集的地方竟然主要集中于一段十几米长的基岩路面上。为了配合北京西山韭菜园村的的旅游开发以及证明王平镇韭菜园村干部的““京西古道”，最近中国地质科学院地质研究所苏德辰研究员在中国地学核心期刊《地质论评》发表了一篇可笑的“论文”，题目是《是蹄窝，不是壶穴 — 北京西山古道蹄窝成因考 “ ，重复王平镇韭菜园村干部的“学术观点”：北京西山韭菜园村缓山坡上的各式形状的坑是以前骡马或驴子的蹄子踩出来的，而非流水造成的壶穴。可是，据本人的实地考察发现，实际的地质事实与不懂地质的村民的结论恰恰相反。证据 1. 岩石“酒窝”，无论内中有水无水，皆有岩砾、沙粒，正是流水冲动它们在坑水中旋转研磨着洼处的石面，久而久之形成冲刷坑。坑中岩砾与沙粒就是我们要找的“作案凶手”。雨后坑内积水，水 - 岩长期发生化学反应，使岩石发生风化蚀变，呈红黄色，岩石软化，更容易被研磨刻蚀，形成洼坑。本人骑过驴子骑过马、发现马很聪明，驴也不傻，它们专捡草地或土上走，不喜欢走在石头上，特别是不走石头窝窝里，或许经验告诉它们，石头窝窝里，有水，不知深浅，要是壶穴弯弯，蹄子插进去，弄破了，小事，要是拔不出来，怎么办？而且，石头窝窝里常有咯蹄的砾石。农民的 “ 蹄窝说 ” ，要求驴马步步迈进石头窝窝里，不能以自己的想象度衡驴马的智力。上幅照片中一个坑很像人的脚印，是人踩出来的？证据 2. 石面上还有许多比驴蹄、马蹄小得多的冲刷坑，有的直径还不到硬币大小，这些坑不可能是驴蹄出来的、马踩出来的。见下图及其一角硬币作为比例尺。证据 3 ：冲刷坑具非对称性，即进水处缓、出水处陡，指示水流方向从上到下，这是沉积岩中冲刷构造的普遍特征。若是马踩驴踢出来的就没有这样的非对称性了。证据 4 ：冲刷坑内只见横向圆圈刻痕，却不见纵向刻痕，见下列照片。横向圆圈刻痕是流水冲击岩粒刻画泥岩而成。若是由马踩驴踢，纵向刻痕必不可少。证据 5 ：没有任何洼坑具马蹄形状（见下图）。冲刷坑形状受两组节理走向与岩石层理走向控制，可以形成菱形，三角形 , 哑铃形等。菱形的冲刷坑，不可能是马踩驴踢出来的。马蹄长这样子。证据 6 ：有的“蹄坑”出现在驴马明显地不可能去的地方，例如，倾角较陡、并不是路面的山坡上，下图中的 2 个箭头处。证据 7 ：冲刷坑起源之地总是出现在岩石层面与两组共轭或多组节理交界处，那里原为薄弱地段，形成初始的洼坑，然后岩砂进入，被流水带动开始冲刷刻蚀，坑越来越大，坑壁越来越光滑。见下图：有人错误地以为壶穴必须是在水很深的河道里才能形成，忽略暴雨对山坡的冲刷与携带岩块对基岩的磨蚀作用；还有人错误地以为任何地方的壶穴必须具有口小、肚大、底平的特点，不知壶穴在不同环境形成的形态多样性。硬说北京西山坡上壶穴是驴踢的，你问过驴吗？别以为驴傻，几百年总按着画好位置的点反复踩。驴马畜蹄在坚硬的基岩上焉能踩出 “ 大大小小、深浅不一，最深半尺多 ” 的 “ 蹄窝 ” ？其实，这些所谓的 “ 蹄窝 ” 在地质上叫壶穴 (Pothole) ，是暴雨之中从坡上流下来的携带碎石的雨水磨蚀与腐蚀而成，其形成主要受两种地质作用控制：（ 1 ）磨蚀作用 (Abrasion) ，水流中挟带砂、砾石刮擦、磨蚀不规则石面河床而产生的圆形、椭圆形、或近圆形的凹坑，然后，水流进入凹坑，形成涡流，盘旋冲击并转动坑内石子或砾石，不断磨蚀着坑壁，越磨越大，越磨越深，若在深部再遇到软弱岩层或薄弱面如节理或破裂等，冲蚀刮磨的速度就更快、效率更高，造成凹坑的侧向扩展、延长，使得一系列壶穴甚至在地下相互连通，形成地下河流。上述是机械作用。（ 2 ）腐蚀作用（ Corrosion) ，即壶穴中水特别是酸性的溶液对岩石的溶解和腐蚀等化学作用。在现代山区河床或洪水多次泛滥的倾斜山岩上，壶穴或水流的冲蚀坑非常之常见。在我带学生去怒江和金沙江考察时，我都会顺便让学生看壶穴，给他们讲壶穴成因。壶穴有大有小，大的就是深潭，小的就是驴 “ 蹄窝 ” ，更小的不到指甲大。壶穴或激流的冲蚀坑有两个显著特点：一是坑壁光滑如镜，在坚硬、各向同性的岩石之中更为明显，例如，花岗岩、大理岩、灰岩、泥岩、砂岩等。二是，只要没有人动过，坑内总有砾石存在，其表面非常光滑，磨圆程度高。原先有棱角的石块，在涡流的冲击下，反复研磨着坑壁，石头磨石头，最后，棱角磨圆了，呈鸭蛋和鸡蛋状，大小不一。壶穴是由水流携带乱石、砂子对原先小幅低凹之地（例如，节理与层理交界处）岩石进行研磨、摩擦、刻划、撞击等过程形成的。研磨有壁磨和底磨之分。底磨主要由壶穴内大石块完成，而壁磨主要由冲进壶穴内的碎石与砂子完成。壶穴的直径与深度之比主要取决于壁磨和底磨作用的相对比例。高速水流推动石子猛烈撞击石面，使原先破裂张开、水被压进岩石裂隙内部、细沙子也挤进裂隙。水中携带的气泡撞进岩石裂隙内部还会产生爆破，产生新的微破裂。随之，从石头上裂解出来的颗粒或岩屑就被流水冲走。壶穴之间可以相互合并，形成复杂的形态。壶穴形成的速度相当惊人，例如在二战之中人工开挖的一条渠道底部，渠水仅用 60 年时间就在坚硬的玄武岩上形成长 1.1 米、宽 0.8 米，深 1.29 米的壶穴 (Vishwas Kale and Veena Joshi (2004 ， Current Science, 86,23-726) 。在阿拉斯加上乌卡克（ Ukak ）河，仅用了 85 年时间就形成直径 4-6 米、深 2-3 米的壶穴（ Whippe et al., 2000, Geology, 28, 835-838 ）。在页岩和粉砂岩上， 20 年的时间使壶穴的大小增加 4 倍（ Bloom et al., 2002 ） . 壶穴是基岩上河流下切的重要过程。山间河流的下切速率为 0.01-0.10 米 / 年。当你走进长江三峡、虎跳峡、怒江峡谷，你看到的两岸悬崖峭壁，正是河流快速下切的结果。怒江峡谷有个石月亮的地方，山顶上有个圆圆的洞，看上去就像挂在半空的月亮。其实，那个圆圆的洞就是个壶穴，当时河底还在那个高度。如果河流每年下切 5 厘米，则每一万年河底就要下降 500 米。这个速度是非常惊人的。就是这样，山里的物质源源不断的被水流搬运到海洋，再沉积下来。由于地壳的均衡作用，山区地表物质的被搬运走了，又进一步导致那里地壳的整体抬升，就如漂浮水面的船，船上货物被卸载下来，船就抬升起来，侵到水下的船体高度就减小了。通过山体的剥蚀作用，原先深藏地下 20-30 公里的岩石就抬升出来、暴露地表了。所以说，壶穴作用对于地壳抬升意义重大。所以，看大的深的壶穴必须去水流湍急、岩石坚硬的峡谷去看。因其交通便利，长江三峡是普通游客看壶穴的最佳地方。您可以结伴去重庆万州 -- 奉节的瞿塘峡 — 巫山巫峡 -- 湖北巴东楠木园一带的长江两岸。最佳时间只能在每年 3-4 月份，因为其他时间长江水位高，壶穴淹没于江水之中，只有冬春枯水时节才露出水面。但是，三峡地区在每年 3—4月份为多雾季节，若碰上一个好天气是您的运气。三峡壶穴是记录长江地形、地貌变迁、江水与岩石相互作用的关键性证据。这是美国加州 Los Angeles 县 Sierra Pelona 山顶，不是 “ 京西古道 ” ，依然 “ 蹄窝 ” 醒目。这里可以类比北京西山那段 “ 蹄窝 ” 斜坡路面。美国加州北部海滩上美丽的 “ 蜂窝 ” 构造，有的像 “ 蹄窝 ” ，有的像 “ 脚印 ” ，还有的像高尔夫球洞，其中许多还保留小块鹅卵石。这些都是水溶的坑。普通游客把岩面上壶穴或水流的冲蚀坑臆想成古畜的 “ 蹄窝 ” 或 “ 蹄痕 ” ，可以原谅，毕竟他们缺失必要的基础科学知识。但是，著名的地学期刊也这么讲，就误人子弟了。在远古，生产力的低下，人们对自然科学无知不解，缺少道路和交通工具，更无通信设备和地理定位与定向设备，对材料包括岩石的物理化学性质知之甚少，对自然现象只能用神话、迷信、臆想去解释。现在，我们生活在 21 世纪，无需把浅的壶穴说成人（神）的 “ 脚印 ” 或兽的 “ 蹄坑 ”。意大利庞贝古城大理岩铺的路上留下留下车轮的沟槽，独独不见蹄坑钢铁浇注的车轮或包了铁皮的车轮几百年在大理岩路面上不断机械研磨，留下沟槽，可是车是马拉的，为啥石头路面上没有留下马的蹄窝？大家知道，载重车的圆车轮的与石头的接触点上的压力比马蹄下面高多了，再说马不会老踩同一点。这证明所谓的蹄窝说不可能。上图是苏德辰下雨后专门去牛角岭拍的照片，可见“蹄坑”与斜坡上的流水槽子（ C) 受控于岩石中两组共轭的剪切节理。 A 、 B 两凹穴紧靠岩壁，驴马驼若走在苏德辰指定的 “ 穴 ” 位上，其身体必然撞上岩壁，更不谈这些畜牲身上还驮着向两侧外延的货物及包装。放着好好的 “ 路中间 ” 不走，这些畜牲偏偏找死往石头上撞，自杀寻解脱？俗话说，老马识途，就是驴子也不傻。 “ 蹄窝 ” 沿着岩石的劈理（薄弱面）分布。驼马驴聪明地能利用劈理？形成壶穴的磨损机理示意图风化作用的化学过程，包括化学反应、溶解 - 搬运 - 沉淀、氧化、水解等过程。在水、酸雨、盐水中溶解度越大的矿物（方解石、盐等）越容易失去，从而使岩石留下空洞。风化的物理过程和化学过程还可以相互促进，使得风化速度变得更快。例如，水 - 岩作用使得岩石发生蚀变，形成软矿物，更容易被磨蚀。磨蚀造成的微裂隙又会使水 - 岩化学反应加速。水滴石穿就是 “Drop impact erosion” 这个陡坡，驴子肯定踩不上去，怎么也有 “ 酒窝 ” 有的人从“壶穴”这个“壶”字，就联想到茶壶或水壶的形状，以为“上面小，下面大”。其实不然，壶穴发展有个过程，先开始是浅盘子、然后深盘子、碗、桶 ……还有，桶底相连，形成地下河流。就看我们在野外看到的是那个阶段。各种阶段的壶穴，我都看过。壶穴的直径向下能否变大，主要取决于向下的岩性是否更软或更硬。若有软岩，则变大。我参观过无数国外的地质公园，壶穴看过不少，没有一处采用 “ 驴踢 ” 或 “ 马踩 ” 这样荒唐的 “ 学说解释岩石的风化空洞。上次我在课堂上介绍了某先生的 “Potholes” 形成的最新学说 —— “ 蹄窝 ” ，老外学生笑翻了。 “ 为什么这样不值一驳的 “ 学问 ” 偏偏出现在中国并有一定市场？驴拉磨 : 北京西山 “ 蹄窝 ” 形成的证伪实验我们不妨一起再做个 “ 驴拉磨 ” 的思想实验，看驴很否在坚硬的石头上踩出半尺多深的 “ 蹄窝 ” 。许多人见过驴拉磨，驴沿着磨道、围绕着磨轴、拉着沉重的磨石，不断地原地转圈 ……. 我们把单位时间内、单位道路面积上、驴蹄踩地的次数，定义为 “ 蹄踩量 ” 。如果驴拉磨一天的蹄踩量可能不比京西古道一年的平均蹄踩量少，一年的驴拉磨的蹄踩量相当于京西古道 365 年的蹄踩量，两年多的驴拉磨的蹄踩量相当于京西古道在元、明、清三朝的总蹄踩量。如果，磨道是用牛角岭同样的岩石铺成，只用了两年多的时间，驴子就能在石头上踩出半尺多深的 “ 蹄窝 ” ？我看不可能。这驴走在砖头路上，不留蹄迹其实，驴子是不喜欢走在坚硬的石头上（伤蹄子），喜欢走在松软的泥土上。所以，农村里懂驴、爱护驴的主人用泥巴铺磨道给驴走。把西山坚硬石头上的壶穴成因，硬说是驴干的，驴也承受不起。有人认为：北京西山 “ 处于长年干旱的北方、又位于山脊上的牛角岭根本不具备形成壶穴的河流条件 ” ，所以，山坡上的洼坑肯定就是驴马的 “ 蹄窝 ” 。我在前面已经讲过，山坡上的壶穴可以由暴雨造成的流水形成。北京西山真的长年干旱，从不下暴雨吗？ 2012 年 7 月 21 日北京地区降大暴雨，其中房山区高达 460 mm ，暴雨造洪灾， 79 人死亡，房屋倒塌 10660 间， 160.2 万人受灾，经济损失 116.4 亿元。北京周围的山区，洪水冲垮了很多道路、桥梁、田埂、农庄、房屋，搬动了多泥沙、土壤、石块？石块之间经过多少次相互碰撞、刻划、摩擦、研磨、旋转？北京不建大空间的排水系统其实也与 “ 北京长年干旱这样错误认识有关。 “ 北京长年干旱这是的错误观点真是害人不浅！历史上北京地区有过多少次这样的暴雨？下图是近 70 年来北京特大暴雨的部分记录：下面 7.21 暴雨造成北京地区道路、桥梁、村庄的破坏情况。学地质的一定要知道流水的作用。反思：科学是实实在在的东西，主观臆想不能代替科学研究。全国旅游区这类“人文景观”或“赝品文物”还有不少，有必要从自然科学的角度重新认识，给出正确的解释，不能以诈传诈，误导游客特别是青少年。中国大陆个别科研人员，缺少基本的科学素质与研究能力，又去迎合商业利益，不惜牺牲自己学术信誉，胡编乱凑，制造“成果”，招摇于市。本文地址: http://www.sciencenets.com/home.php?mod=spaceuid=3do=blogid=12601 本文发表在《华人科学网》博客，转载请注明出处并署上作者姓名，商业用途须获得作者和本站授权。路过鸡蛋鲜花握手雷人分享到： QQ空间微博腾讯微博微信更多 0 收藏分享邀请举报评论 ( 0 个评论) 您需要登录后才可以评论登录 | 立即注册验证问答换一个评论嵇少丞加为好友给我留言打个招呼发送消息全部作者的其他最新博文 • 地震、大洪水、古文明 • 嵇颖的研究 • 印尼苏门答腊岛海域发生7.8级地震 • 校园冰雨 • 令地震局衙门头痛的李有才 Archiver | 手机版 | 小黑屋 | 华人科学网 (华科网) GMT+8, 2016-6-9 05:14; 个人分类: 科普|3566 次阅读|1 个评论

是风是水还是冰？: 热度 20 Majorite 2014-8-30 02:51; 是风是水还是冰？嵇少丞地科院的小赵正与同事在新疆哈密巴里坤地区地质考察，昨天电邮一封信与几张照片。信件如下：嵇老师：您好！给您发一些我在新疆出差拍的野外照片（新疆哈密地区巴里坤），花岗岩表面形成大小不一的圆或椭圆空洞，很漂亮，希望您再做科普时能用上。我认为照片上现象的成因与壶穴类似是与水相关的，但是有同事认为是风成的，还请您给出权威的观点。照片拍的质量远不如您的，以后还要多练习。赵卫华下面是他发来的照片坚硬的花岗岩表面甚至彼此联通的凹坑是水成的还是风成的？巴里坤哈萨克自治县是新疆维吾尔自治区东北部的一个边境县，位于天山山脉东段与东准噶尔断块山系之间的草原上，地理坐标为东经 91°19′30″ ～ 94°48′30″ 、北纬 43°21′ ～ 45°5′19″ ，东邻伊吾县，南接哈密市，西毗木垒哈萨克自治县，北界蒙古人民共和国，中蒙国界长达 309 公里。全县总面积 38445.3 平方公里，平均海拔 1650 米，地势东南高，西北低。地形特征是三山夹两盆。南部是巴里坤山，中部是莫钦乌拉山，北部是东准噶尔断块山系。在海拔 3600 米以上的山峰，终年积雪，分布着大量的冰川。我想持风成说的人，主要基于下列考虑：巴里坤属于大陆性冷凉干旱气候区，冬季严寒，风大，夏季凉爽，光照充足，四季不分明。年均气温 1 ℃ ，极端最高气温 35 ℃ ，极端最低气温 -43.6 ℃ 。无霜期 98—104 天。年降水量仅 220 毫米左右，蒸发量 1638 毫米。这些是现代的情况，问题是花岗岩上这些凹坑实际形成于什么时代？若形成于几百万年前，那个时候的气候与现在一样吗？风对新鲜坚硬的花岗岩的侵蚀作用可能很小，除非花岗岩遭受强烈的风化而变得酥松。相反，含砾流水特别是冰水对花岗岩的刨蚀作用却很强。看看美国亚利桑那州位印地安人纳瓦霍族（ Navajo ）部落的保留区内的羚羊谷（ Antelope Canyon ）吧，沿着不起眼的地缝钻下去，却是干枯的地下河道，人们可以不湿鞋地水对五彩岩石的鬼斧神工。曾经的流水把地下河道两壁冲刷出光滑柔美如流水般的曲线，让人们忘记岩石骨子里的坚硬，一不小心就会碰头。阳光通过岩石缝隙或孔洞 “ 探头 ” 进来，然后倾泻而下，经过五颜六色岩石的多次反射，形成梦幻般五彩缤纷的色彩、好像天堂开了一扇拱门，人们由衷地惊叹大自然的美妙！羚羊谷所在的地区干旱少雨，蒸发量大，气温高得使岩石氧化发红，但是就连当地的印第安人也没有认为羚羊谷是风吹出来的，而将之称作 Tse bighanilini （大水穿透岩石的地方），即流水形成的。例如， 1997 年 8 月 12 日那天，有 12 个� 有纳瓦霍族导游陪同下擅自进入下羚羊谷，其中有 7 位法国游客， 2 位美国游客，还有英国和瑞典游客。当天峡谷所在地正下着毛毛雨，但在 20 公里的上游下了一场不足 4 厘米的暴雨，水流涌入狭窄的下羚羊峽谷中，形成暴洪突然沖走了那 12 位游客中的 11 位，只有一位 28 岁的美国青年幸运获救。由此可见，形成这样的地貌，不需要天天有水，几十年有一次大水也行，含砾流水的作用不能低估。美国亚利桑那州的羚羊谷美国亚利桑那州的羚羊谷下面再放几张壶穴的照片，这些壶穴之间可以相互合并，形成彼此打通的复杂的形态，并不是人们想象那样呈碗状或壶状，壶穴在地下岩石中逐渐贯通，水流下切，这就是河床越切越深的动力机理。这些壶穴的形成主要主要受两种地质作用控制：（ 1 ）磨蚀作用 (Abrasion) ，水流或冰水中挟带砂、砾石刮擦、磨蚀不规则石面河床而产生的圆形、椭圆形、或近圆形的凹坑，然后，水流进入凹坑，形成涡流，盘旋冲击并转动坑内石子或砾石，不断磨蚀着坑壁，越磨越大，越磨越深，若在深部再遇到软弱岩层或薄弱面如节理或破裂等，冲蚀刮磨的速度就更快、效率更高，造成凹坑的侧向扩展、延长，使得一系列壶穴甚至在地下相互连通，形成地下河流。上述是机械作用。（ 2 ）腐蚀作用（ Corrosion) ，即壶穴中水特别是酸性的溶液对岩石的溶解和腐蚀等化学作用。在现代山区河床或洪水多次泛滥的倾斜山岩上，壶穴或水流的冲蚀坑非常之常见。中国长江三峡的壶穴岩中国长江三峡的壶穴，彼此贯通，切割甚深中国长江三峡的壶穴，切割甚深所以，即使在新疆地区新鲜坚硬的花岗岩表面出现的凹坑、特别是那些彼此联通的串穴，我依然不认为主要是由风吹出来，而是地质史上流水或冰水与冰川流动形成的。我希望还在野外考察的小赵，仔细观察现场，看凹坑是否具下列特点：一是坑壁是否光滑如镜，在坚硬、各向同性的岩石之中更为明显，例如，花岗岩、大理岩和灰岩等。二是，坑内是否有砾石存在，其表面非常光滑，磨圆程度高。原先有棱角的石块，在涡流的冲击下，反复研磨着坑壁，石头磨石头，最后，棱角磨圆了，呈鸭蛋和鸡蛋状，大小不一。电熨斗岩; 个人分类: 地震与地球|4631 次阅读|29 个评论

壶穴: 热度 1 florazou 2013-7-3 13:24; 白水寨的山水之外还有石头。石头上有天然的凹陷、洞穴和“脚印”，是为壶穴。关于“壶穴”的科普文章，请看嵇少丞教授“构造地质学”科普系列之十九、是“蹄窝”还是壶穴？ http://blog.sciencenet.cn/blog-51597-553825.html 二十、石头上留下“神的脚印”？ http://blog.sciencenet.cn/blog-51597-554152.html 二十一、石头“酒窝”的形成机理 http://blog.sciencenet.cn/blog-51597-555095.html 二十二、中国，去哪看壶穴？ http://blog.sina.com.cn/s/blog_6836ca5a0102eeae.html; 个人分类: 天地风貌|3929 次阅读|3 个评论

中国，去哪看壶穴？: 热度 20 Majorite 2012-4-14 11:14; 中国，去哪看壶穴？嵇少丞《构造地质学》科普之22 原文已经删除，请去我的新浪博客看吧： http://blog.sina.com.cn/majorite 壶穴之间可以相互合并，形成复杂的形态。; 个人分类: 地震与地球|5282 次阅读|23 个评论

驴拉磨: 北京西山 “蹄窝”形成的证伪实验: 热度 12 Majorite 2012-4-7 00:01; 驴拉磨: 北京西山 “蹄窝”形成的证伪实验嵇少丞驴拉磨的年画在科学研究中，不能人云亦云，而要独立思考。如何证明或证伪一个观点，这很重要，是一门大学问！为了培养研究生的证伪能力，现举一例，加以说明。中国地质科学院教授级研究员苏德辰砖家在其一篇博文中，神气活现地谈到北京西山在一个叫“牛角岭关城“的坚硬山坡的石灰岩和细砂岩上有100多个大大小小、深浅不一的“蹄窝”，最深的达半尺多深，于是感慨岁月穿梭，“当年的京西古道，车马云集，马帮畜蹄日月不息地蹬踩踢踏，形成如此奇观”。出于科学家的责任感与好奇心，本人已经在前几篇文章中分别从不同的侧面论证，西山石头的“酒窝”不是“驴蹄”的“蹄窝”，而是一种常见的地质现象——“壶穴”风化作用。现在，我们不妨一起再做个“驴拉磨”的思想实验，看驴很否在坚硬的石头上踩出半尺多深的 “蹄窝”。许多人见过驴拉磨，驴沿着磨道、围绕着磨轴、拉着沉重的磨石，不断地原地转圈……. http://v.youku.com/v_show/id_XMjc0Njk1NzAw.html 我们把单位时间内、单位道路面积上、驴蹄踩地的次数，定义为“蹄踩量 ”。如果驴拉磨一天的蹄踩量可能不比京西古道一年的平均蹄踩量少，一年的驴拉磨的蹄踩量相当于京西古道365年的蹄踩量，两年多的驴拉磨的蹄踩量相当于京西古道在元、明、清三朝的总蹄踩量。如果，磨道是用牛角岭同样的岩石铺成，只用了两年多的时间，驴子就能在石头上踩出半尺多深的 “蹄窝”？我看不可能。驴拉磨之歌作者：郭晓光我就喜欢拉磨身拖着磨盘心中唱着歌每天转来转去的生活心中有苦却不说我磨磨磨就是磨磨出豆浆为你喝除了拉磨什么都不做人喝了豆浆心里快活我还是喜欢拉磨虽然是磨磨叽叽的生活这比下地干活要强了许多我磨磨磨就是磨磨出豆浆为你喝除了拉磨什么都不做人喝了豆浆心中快活驴走在松软的土上会留蹄印，但不伤蹄。这驴走在砖头路上，不留蹄迹半尺多深的驴蹄窝，哪去了？乐哈哈地把自己当驴使大清朝的驴亦踩不出半尺多深的蹄窝苏德辰研究员自己拍的西山碾子周围也没蹄窝（苏德辰的照片）。其实，驴子是不喜欢走在坚硬的石头上（伤蹄子），喜欢走在松软的泥土上。所以，农村里懂驴、爱护驴的主人用泥巴铺磨道给驴走。【搞笑照片】把西山坚硬石头上的壶穴成因，硬说是驴干的，驴也承受不起。【搞笑照片】砖家工作的宇宙级重点实验室, 实验重地，闲人免进研究课题：坚硬山岩路面蹄窝形成的动力学机理资助单位：宇宙古道旅游公司窗口2块砖，谁不认可砖家的研究“成果”，砸谁。村干部说山坡上的“窝是驴踢的”，宇宙级重点实验室的砖家想都不用想，“定是驴踢的”。（苏德辰提供照片） “现在讲与国际接轨，今后要改用电驴，蹄窝会是啥样？” （全部插图来自网络，特此致谢！）; 个人分类: 地震与地球|5482 次阅读|21 个评论

马蹄长什么样？: 热度 14 Majorite 2012-4-5 09:29; 马蹄长什么样？嵇少丞北京西山有段劈理化的石灰岩和细砂岩的基岩路面上有携沙流水冲刷风化的壶穴，中国地质科学院教授级研究员——苏德辰砖家说是马踩的。看样子，这位砖家不知道马蹄长啥模样，特撰此文对其科普。观察马的足迹，知道什么是马步，下中国象棋的人都知道马怎么迈步。马在松软的海滩上踩的蹄印也就怎么深。要是踩在坚硬的石头如花岗岩、辉长岩、大理岩上，几乎不留痕迹。海滩上人留下的脚印不比马的浅多少。现在让我们看一个马蹄印，凹坑呈什么形状？正如赛马场的挂牌所示，马蹄印是这样的。苏德辰在北京西山基岩石面上见过这样的蹄窝吗？没有打蹄铁的马脚打了蹄铁的马脚，所以在大多数情况下，蹄印主要反映蹄铁的形状。不同的动物有不同的蹄印，没有搞清楚马蹄长什么样子，苏德辰砖家就敢肯定北京西山石头的壶穴肯定是马的蹄窝，哪还有啥正确的科学态度？再来一个农田里的马蹄印这是马蹄岛，多像马蹄铁的形状。马的运动有4档，这是最快档。这不是马蹄印，而是恐龙的脚印，留在德国 Hannover附近一亿四千万年老的海滩沉积岩中，恐龙走到松软的海滩，海滩布满海浪的痕迹，恐龙留下蹄印，紧接着就被一层沙子掩埋了，后来成了岩，保存下来。壶穴形成的“蹄窝”说为什么没有诞生在科技发达的西方国家？原来，在西方国家的制度下没有苏德辰这样“教授级研究员”的大砖家！（全部插图来自网络，博主整选，特此致谢）; 个人分类: 学术与学养|11370 次阅读|18 个评论

编辑视角：“蹄窝”与“壶穴”之争的几点认识: 热度 5 ysxbhxf 2012-4-2 18:17; 在最近发生的 “ 指狗为狼 ” 的事件里和最近听到的 “ 两只乌龟 ” 的段子中，其中必然出现的 “ 专家 ”已经成为了大家的笑料。俺想在笑过之后，大家还应该静下来思考一下，自己是否也犯过类似的错误呢？古代有 “ 盲人摸象 ” 的故事，现在对当代的科学家依然有深刻的含义。故事里的盲人其实都接触到真相的一部分了，但却忘记了自己的局限性，以为自己接触的是真相的全部，由此才有了明眼人看到会嘲笑的那场乱哄哄的争吵。对现代科学研究来说，科学家应该尽量避免自己犯类似故事里盲人所犯的错误，在没有全面、深入研究之前，不应该武断地把话说绝。也许有的人喜欢用这种把话说绝的方式来证明自己的权威，那就是另一会事了。下面就回到 “ 蹄窝 ” 与 “ 壶穴 ” 之争这件事上吧。很高兴看到曾教授用学术讨论的方式将 “ 蹄窝 ” 与 “ 壶穴 ” 之争从争吵中引导出来，这样俺也放心地将自己对于“蹄窝”和“壶穴”形成的几点认识写成博文与大家分享，供各位分析和批评。在 “ 蹄窝 ” 与 “ 壶穴 ” 的形成机制与判别依据方面，俺有几点思想实验后的认识： 1. 在长期的自然力量和人类社会活动的影响下，石头这样的硬质材料上也会或多或少留下相应的痕迹，但两者的差异是明显的。 “ 壶穴 ” 应该是长期的流水作用在特定的自然条件下形成的，详细的形成机制可参见嵇教授相关博文的具体内容。 “ 蹄窝 ” 的形成则与人类的生产和运输活动场地紧密相关，其形成机制本人目前尚未见到有专业性的研究论文报道，但根据字面含义， “ 蹄窝 ” 主要是人类的骡马运输活动形成的结果，或许自然力量也起到了一部分的作用。 “ 蹄窝 ” 与 “ 壶穴 ” 所在位置上的区别如下： “ 壶穴 ” 所在的位置大多数是远离人类的生产和运输活动场地，与流水作用的痕迹紧密相关，而 “ 蹄窝 ” 所在的位置必然与人类的生产和运输活动场地紧密相关。 2. “ 蹄窝 ” 与 “ 壶穴 ” 由于形成机制的不同，在形态上也各有特点，这个在曾教授的博文中有提到：形态上，一般来说，“蹄窝”口大，底小；特征上，“蹄窝”没有明显的刮擦痕迹，而“壶穴”则明显有刮擦痕迹。从宏观上来看，如曾教授所说 “蹄窝”没有明显的刮擦痕迹，但从微观上看，“蹄窝”也会有刮擦痕迹。两者痕迹的差别有两点：一是“壶穴” 刮擦痕迹较明显，迹线为环形；二是“蹄窝”的刮擦痕迹较细，甚至要在放大镜或显微镜下才能看到，迹线为光滑线段。 3. 如曾教授所说：力学上，“蹄窝”形成的力小。骡马负重加上其体重，一般约 500kg, 也就是说，“蹄窝”是石头在这样的静压力下由于马蹄铁的冲击和摩擦而形成，当然冲击和摩擦的次数有多少只有靠其他学者来估计了。曾教授说“壶穴”形成的力往往比较大，但俺觉得倒不一定了，因为“壶穴”是由涡流中沙石对石头的研磨作用的结果，水流的总体力量是很大的，但作用到具体的研磨沙石上的力量也许比不上骡马一只腿的冲击力，但涡流推动沙石所产生研磨次数却远远超过了骡马对“蹄窝” 冲击和摩擦的次数。 “ 蹄窝 ” 和 “ 壶穴 ” 形成所经历的时间是不可比拟的，前者不过 1000 年，而后者形成的时间跨度估计至少是万年以上（我的估计或许不对，但这可以通过实际研磨试验来估算）。 4. 在 “ 蹄窝 ” 与 “ 壶穴 ” 的形成过程中，水的腐蚀作用肯定都是存在的，但都不会是主要作用。雨水和流水对石头的腐蚀作用一般都是面状分布的，虽然最初的腐蚀形式可能都是点蚀，长期腐蚀的结果是石头有水经过的表面都会受到腐蚀，而在某些有特定缺陷的部位会产生溶洞和地下暗河。此外，容易被水腐蚀的岩石一般是灰岩、白云岩和玄武岩等钙镁质岩石，而产生 “ 壶穴 ” 的地方一般是比较耐腐蚀的岩石，而不是容易被水腐蚀的岩石。 5. 成群出现的 “ 蹄窝 ” 的大小和深浅应该有统计上的极值，而成群出现的 “ 壶穴 ” 的大小和深浅则可能有更多的变化性。 PS: 以上是俺的几点认识，如果无意中得罪了哪位，敬请宽宏大量地原谅俺；如果俺有认识错误，也欢迎批评指正，但谢绝人身攻击，暂时拒收板砖。; 个人分类: 观点辨析|7383 次阅读|7 个评论

从材料腐蚀学看“蹄窝”与“壶穴”之争的科学本质: 热度 17 rczeng 2012-4-2 00:05; 近日，科学网博主苏德辰教授和嵇少丞教授的“蹄窝”与“壶穴”之争进入白热化。 2012年3月30日15点苏教授发表博文《一步跨越亿万年——穿越于京西山水间》， 31日 12点嵇教授发表博文《什么动物的“蹄窝”都不是》， 31日18点苏教授发表《由“蹄窝”的真假说一说“大牛科学家”是如何做科学的》， 31日21点嵇教授发表《一则博文留言引发的“血案”》， 4月1日嵇教授发表《石头上留下“神的脚印”？》.... 本文试图从材料腐蚀的角度来分析他们争论的“蹄窝”与“壶穴”的科学本质。材料包括钢铁等金属和石头、混凝土、高分子材料等非金属材料在自然环境中都会发生不同程度、不同类型的腐蚀。所谓材料腐蚀是材料受其周围环境介质的化学、电化学和物理作用下引起失效破坏的现象。其中：金属腐蚀是金属与周围环境（介质）之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。非金属腐蚀是非金属材料由于在环境介质的化学、机械和物理作用下，出现老化、龟裂、腐烂和破坏的现象。有时人们把腐蚀称为老化。材料在受力条件下出现的腐蚀有：应力腐蚀、腐蚀疲劳和腐蚀磨损三种类型。其中腐蚀磨损（ corrosive wear ）简称磨蚀，前苏联科学家称为腐蚀机械磨损（ Corrosion mechanical wear ） , 国内称为磨损腐蚀（ Erosion Corrosion ）。腐蚀磨损是指摩擦副对偶表面在相对滑动过程中，表面材料与周围介质发生化学或电化学反应，并伴随机械作用而引起的材料损失现象。腐蚀磨损通常是一种轻微磨损，但在一定条件下也可能转变为严重磨损。主要是由于流动的固体粒子或液滴或气泡通过反复的变形和切削作用对材料表面产生冲击引起的。例如，金属构件如船舶的螺旋桨、水电发电机组的叶片、水泵、弯头常常出现腐蚀磨损现象。流体流速对相对腐蚀速度有重要影响（图 1 ）。可见，流体相对于金属的流动能增加金属的腐蚀速度。当流体以高速度由层流变成紊流时，流体会产生明显的磨损腐蚀。当流速更高时，则会产生空泡腐蚀。图 1 流体流速对腐蚀速率的影响磨损腐蚀是金属表面受高流速和湍流状的流体冲击，同时遭到磨损和腐蚀的破坏。它分为三类：湍流、冲击腐蚀和空泡腐蚀。湍流腐蚀：在设备或某些特定部位，介质流速急剧增加形成湍流而导致的腐蚀。其特征是：在金属表面出现深谷或马蹄形的凹槽，按流体的方向切入金属表面层，蚀谷光滑没有腐蚀产物残存。冲击腐蚀：磨损腐蚀的主要形态。是金属表面与腐蚀流体之间由于高速相对运动而引起的金属破坏现象。冲击腐蚀时，腐蚀产物在高速流体或含颗粒、气泡的高速流体冲击下而离开金属表面，保护膜破坏，破口处裸金属加速腐蚀。如果流体中含有固体颗粒，磨损腐蚀就更严重。其特征：局部性沟槽、波纹、圆孔和山谷形，通常显示方向性。暴露在运动流体中的设备如：管、弯头、三通、阀、鼓风机、离心机、叶轮、换热器、排风筒等都能产生冲击腐蚀。部位：冲击腐蚀多发生在流体改变方向的部位。如弯头、三通、旋风分离器，容器内和入口管相对的部位。冷凝器和换热器管束入口处，流体由大截面进入小口，产生湍流，在管入口数十毫米处常发生严重腐蚀。在这些部位，水流往往呈湍流状态并带有空泡，湍流的机械作用，气泡的冲击作用和气泡中氧的去极化作用，造成严重的局部腐蚀。对于活性金属，气泡中的氧加速腐蚀；对于钝性金属，氧促进了保护膜的形成。此时的磨蚀速度取决于冲击作用（使膜破坏）和气泡中氧与金属结合形成氧化膜的竞争过程。空泡腐蚀简称空蚀或气蚀，是磨损腐蚀的一种特殊形态。空泡腐蚀是由于金属表面附近的液体中有气泡产生和溃灭，造成材料表面粗化，而导致材料破坏的现象。通常发生在高速流体经过形状复杂的金属表面，液体压强变化的场合，如气轮机叶片、船用螺旋桨、泵叶轮等。在高速液体中含有空泡，使磨损腐蚀十分严重。空泡的形成是由于液体的湍流或温度变化引起局部压力下降，空泡内只含少量水汽，存在时间非常短暂 , 气泡破裂时产生冲击波压力可高达 4000 大气压，使金属保护膜破坏，并可引起塑性形变，甚至撕裂金属粒子。膜破口处裸金属受腐蚀，随即重新生膜。在同一点上又形成新空泡，又迅即破裂，这个过程反复进行，结果金属表面生成致密而深的孔，外表很粗糙。泵叶轮和水力透平机等常产生空蚀。（资料来源：曾荣昌等《材料的腐蚀与防护》，化学工业出版社，2006）不仅金属会发生腐蚀或磨损腐蚀。同样地，岩石或石头在一定条件下也会产生腐蚀或磨损腐蚀。俗话说，滴水可以穿石。究其科学道理在于：滴水穿石有有两个因素：水和重力。这里的水可能是含有二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等气体氧化物形成的具有侵蚀性的弱酸性水溶液。石灰岩、白云岩及其矿物：文石、方解石、菱镁矿等化学成分中碳酸钙（镁）含量大，在这种雨水和重力的冲击作用下，石头局部形成了可溶性的碳酸氢钙或硫酸钙，形成蚀孔。图1为贵州屯堡山顶上一寺庙屋檐下石板产生的蚀孔。其化学过程为： H 2 O+CO 2 +CaCO 3 （固） → Ca(HCO 3 ) 2 (液) (1) 图 2 滴水穿石证据，图中石板上水渍部分中蚀孔周围有些白色的结晶物（碳酸钙）（摄于贵州屯堡）随着环境的日益恶化，我国北方和西部空气污染严重，酸雨（pH值小于5.6）频发，这也会加剧金属和石材修建的建筑物、构筑物的腐蚀。污染源主要是二氧化硫，还有汽车尾气二氧化碳。 2SO 2 +O 2 →2SO 3 (2) SO 3 +H 2 O→ H 2 SO 4 (3) CaCO 3 (固) + H 2 SO 4 → CaSO 4 (液) + H 2 O + CO 2 (4) 图 3 滴水穿石示意图去年夏天去北京故宫，发现所有石材包括地砖均被严重腐蚀破坏，当然还有人为因素，如游客流量大，加大了磨损。现在回到壶穴和蹄窝之争，实际上两种是有相似和区别的地方。壶穴 (Pothole) 是急流中挟带砂砾石磨蚀河床而产生的圆形凹穴，因急流中常有涡流伴生，砾石便挖钻河床，河流中断层、岩性不同或是跌水的下方在水流的磨蚀作用或许其中还有空泡的作用下，往往形成很深的坑穴。其特征是由于水流中携带的砾石对坑穴的侧壁进行不断刮擦，使得坑穴壁光滑如镜，其形似井，地貌学上称之为壶穴；壶穴由于造形特殊，素有「石面桶」之称。近年来，在中国东部的山脊上发现了一些壶穴，形态上与河谷壶穴相近：口小、肚大、底平，壶壁光滑。（资料来源： http://baike.baidu.com/view/605686.htm ）比较苏教授牛角岭 “ 蹄窝 ” 照片和嵇教授提供的 “ 壶穴 ” 照片，既有相似之处，又有不同之处。相似之处是：（1）它们都在某种石头上形成的孔穴，（2）它们都有水 “作案” 的痕迹，参与了孔穴形成过程。（3）它们都是石材在化学和机械力学的交互作用下，经过漫长时间而产生的。但从形态上和特征来看，似乎两者之间有较明显差异。（1）形态上：一般来说， “ 蹄窝 ” 口大，底小； “ 壶穴 ” 口小，底大。（2）特征上： “ 蹄窝 ” 没有明显的刮擦痕迹，而 “ 壶穴 ” 则明显有刮擦痕迹。（3）力学上： “ 蹄窝 ”形成的力小，而而 “ 壶穴 ” 形成的力往往比较大。至于 “ 蹄窝 ” 是否真的是牛或驴蹄造成的，本人认为有待进一步科学研究。首先，分析水质成分；然后，分析岩石的成分、结构、硬度和在弱酸性水溶液中的耐蚀性能等物理化学性能；最后，查阅过去的地质、水文、历史资料。从而，则可推断 “ 蹄窝 ” 成因。本人认为， “ 蹄窝 ” 成因还是与水有关。尽管牛角岭处在北方，雨水很少。或许以前就是一条河流，逐渐干枯成为 “ 京西古道 ” ；或许山洪爆发，不断冲洗。没有水的腐蚀作用，石头上不大可能形成所谓 “ 蹄窝 ” 形貌。本人认为， “ 蹄窝 ” 的形成过程中腐蚀作用大于力学（机械）作用； “ 壶穴 ” 的形成则是力学（冲刷）作用大于腐蚀作用。另外，材质成分的影响很大。本人仅略知材料，非地质专业人士，如有错误，敬请指正。; 9281 次阅读|43 个评论

嵇少丞、苏德辰两位博主每人一百分: 热度 18 famingkuang 2012-4-1 16:18; 关于牛角岭上的这些石头上的凹穴，苏德辰老师说是“蹄窝”是古代数百年间，无论商旅通行还是攻防征战，数不清的商人脚夫、马帮驼队无休无止地在这条古道上穿行，留下了不可磨灭的印迹。至今在门头沟的牛角岭、石佛岭等地还可看见清晰的蹄窝。嵇少丞却说是雨水冲刷，自然形成的。他说：其实，这些所谓的“蹄窝”在地质上叫壶穴(Pothole)，是水流中挟带砂、砾石刮擦、磨蚀不规则石面河床而产生的圆形、椭圆形、或近圆形的凹坑，然后，水流进入凹坑，形成涡流，盘旋冲击并转动坑内石子或砾石，不断磨蚀着坑壁，越磨越大，越磨越深，若在深部再遇到软弱岩层或薄弱面如节理或破裂等，冲蚀刮磨的速度就更快、效率更高，造成凹坑的侧向扩展、延长，使得一系列壶穴甚至在地下相互连通，形成地下河流。上述是机械作业，还有壶穴中水-岩之间存在的溶解等化学作用，对壶穴形成亦有贡献。其实，我认为他俩的学说对于牛角岭上“蹄窝”（或壶穴）的成因都是有贡献的。牛角岭既然是京西古道必经之处，那么这里一定一天到晚人来畜往，络绎不绝，也就是说这是一条官道，亦即我们今天所说的公路，因而是有专人维修的，道路一出现坑洼不平就会有人用沙石填平，绝不象今天我们所看到的这个样子，我们今天看到的是它年久失修了的样子。这样一来就具备了稽少丞老师所说的壶穴成因所需要的条件了。首先订了铁掌的马蹄在石头上踩踏，出现了较浅的凹坑，为了人、马、牛、车等在上面好走些，就在浅坑里铺上一些沙石，下雨了，坑里就有了沙石和水，人、马、牛、车等在上面行走，给了这些沙石以动力去摩擦下面的岩层，周而复始，这些坑就会越来越深，最后成了今天我们所看到的样子了。这就是牛角岭处于高地势，虽然没有流水的冲刷也能形成壶穴（“蹄窝”）的真正原因了。所以牛角岭上“蹄窝”的形成不仅仅是“蹄”的杰作，也是雨水和沙石的杰作。 “蹄”是原凶，沙石和雨水是帮凶。所以嵇少丞和苏德辰两位博主每人一百分，发发也一百分。哈哈哈。; 个人分类: 生活点滴|5962 次阅读|41 个评论

什么动物的“蹄窝”都不是！: 热度 38 Majorite 2012-3-31 12:37; 是“蹄窝”还是壶穴？嵇少丞构造地质学科普系列之19 南非Blyde峡谷的Bourke's Luck壶穴群上网查查, 有很多、很多文章谈到“京西古道”，神气活现地谈到在一个叫“牛角岭关城“的关隘西南的山坡石头上留下了156个大大小小、深浅不一的“蹄窝”或“蹄痕”，最深的达半尺多深。有人以此感慨岁月穿梭，“当年的京西古道，车马云集，马帮畜蹄日月不息地蹬踩踢踏，形成如此奇观”。蹄窝最为密集的地方竟然主要集中于一段十几米长的基岩路面上。牛角岭的所谓“蹄窝”与两个沉思的游客（网络照片）牛角岭的所谓“蹄窝”（照片来自“叶落归根”博客, http://blog.sina.com.cn/s/blog_8f137e2d0100z6rf.html ），大片地方没有“蹄窝”，什么样的驴马专踩凹坑，步子迈得了那么大吗？踩不上点啊？牛角岭的所谓“蹄窝”（照片来自“叶落归根”博客,http://blog.sina.com.cn/s/blog_8f137e2d0100z6rf.html）.古洪水从这里流。牛角岭的所谓“蹄窝”（网络照片）,看前面中央这个窝是什么蹄踢的，而且几十万次都踩一个地方，驴子或马才进去不会摔跤吗？驴马畜蹄在坚硬的基岩上焉能踩出“大大小小、深浅不一，最深半尺多”的“蹄窝”？其实，这些所谓的“蹄窝”在地质上叫壶穴(Pothole)，其形成主要受两种地质作用控制：（1）磨蚀作用(Abrasion)，水流中挟带砂、砾石刮擦、磨蚀不规则石面河床而产生的圆形、椭圆形、或近圆形的凹坑，然后，水流进入凹坑，形成涡流，盘旋冲击并转动坑内石子或砾石，不断磨蚀着坑壁，越磨越大，越磨越深，若在深部再遇到软弱岩层或薄弱面如节理或破裂等，冲蚀刮磨的速度就更快、效率更高，造成凹坑的侧向扩展、延长，使得一系列壶穴甚至在地下相互连通，形成地下河流。上述是机械作用。（2）腐蚀作用（Corrosion)，即壶穴中水特别是酸性的溶液对岩石的溶解和腐蚀等化学作用。壶穴中的清水像一面镜子。按其大小，这又是什么兽的“蹄窝”，恐龙？壶穴中的砾石尚在，作案凶手还留在现场。凶手可以是本地的也可以是外地随大流来的。角闪岩中壶穴内的砾石尚在，作案凶手还在现场。美女与壶穴在现代山区河床或洪水多次泛滥的倾斜山岩上，壶穴或水流的冲蚀坑非常之常见。在我带学生去怒江和金沙江考察时，我都会让学生看壶穴，给他们讲壶穴成因。壶穴有大有小，大的就是深潭，小的就是驴“蹄窝”。壶穴或激流的冲蚀坑有两个显著特点：一是坑壁光滑如镜，在坚硬、各向同性的岩石之中更为明显，例如，花岗岩、大理岩和灰岩等。二是，只要没有人动过，坑内总有砾石存在，其表面非常光滑，磨圆程度高。原先有棱角的石块，在涡流的冲击下，反复研磨着坑壁，石头磨石头，最后，棱角磨圆了，呈鸭蛋和鸡蛋状，大小不一。大小壶穴在一起，最小如狗“蹄窝”，大的由三个壶穴合并而成，呈心形。壶穴无论大小，内总有砾石，其表面非常光滑，磨圆程度高。坑内总有砾石，其表面非常光滑，磨圆程度高牛角岭的所谓“蹄窝”，放大照片，“壶穴”周围为啥没有蹄印？坑内总有砾石，其表面非常光滑，磨圆程度高台湾野柳公园的冲蚀坑台湾野柳公园的冲蚀坑，这是什么“古道”？流水冲蚀坑是非常普通的地质现象，非人类所为。壶穴在地下彼此贯通，形成地下河流。这个壶穴很深，洪水时就是一个旋涡。这下知道为什么山间河流里总有许多旋涡了吧，人下去卷进旋涡必死，头碰石头受伤，出不来。不懂地质的人把岩面上壶穴或水流的冲蚀坑臆想成古畜的“蹄窝”或“蹄痕”，可以原谅，毕竟他们缺失必要的基础科学知识。但是，做导游的人最好还是要讲些科学素质，不然误人子弟，游客信以为真。典型的壶穴变质岩中的冲蚀坑半尺多深的冲蚀坑要找收藏石到冲蚀坑内找。壶穴群壶穴形成原理示意图香港屏嘉石澗的山流，看斜坡上正在形成的一系列壶穴有人是否要将这张照片说成是哪位英雄（张飞、关羽、八仙、二郎神、...)的脚印？搞科学的不会这么做。王母娘娘的“三寸金莲”的脚印？不良导游会这么胡吹。（全部照片来自网络，博主只管其科学解释，特此致谢}; 个人分类: 地震与地球|7333 次阅读|44 个评论

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