科學研究
科研曆史
19世紀末，南斯拉夫學者茨維奇（J.Cvijic）借用亞德裡亞海北部沿岸喀斯特高原的名稱來形容石灰岩的地貌、水文現象。
“喀斯特”在地理學和地質學中作為岩溶地貌的代名詞始于20世紀初歐洲地質學家H·Stelle對喀斯特高原的KarstVillage的研究。
中國是世界上對喀斯特地貌現象記述和研究最早的國家，早在宋代和明代的王守仁和宋應星，就對石灰岩岩溶地貌做過比較确切的描述。特别是宋應星，還對岩溶及石灰華的再沉積機理，做過開創性的研究和記述。但明代徐宏祖（1586年—1641年）所著的《徐霞客遊記》記載最為詳盡。
喀斯特地貌是長期發育的産物，其演化模式在侵蝕循環學說的影響下，從早期格朗德（A.Grund）、雅庫斯（L.Jakucs）和威廉姆斯（P.W.Williams）的模式，基本為定性3-4階段模式。
20世紀50至60年代，中國地學界對喀斯特地貌的研究主要集中于類型方面。
1966年，中國在第一屆喀斯特學術會議上提出将喀斯特改為岩溶，作為Karst的同義語。
1972年史密斯（D.I.Smith）等提出外成喀斯特地貌演化數學模型後，用數學方法建立喀斯特地貌發育與動力、形态因素的數學模型開始得到發展。如1988年懷特（W.B.White）又提出喀斯特地形發育速率過程模型。
20世紀70-80年代，中國學者進一步開展喀斯特溶洞、溶盆及發育演化規律的研究。
20世紀80年代初，中英岩溶地質學家在中國的聯合洞穴探險活動中發現了四川興文特大型漏鬥——“大岩灣”和“小岩灣”。
1988年，中國自然科學名詞審定委員會公布《地理名詞》，喀斯特地貌仍被定名為喀斯特，又稱岩溶。
20世紀90年代後，中國學者對喀斯特地貌的研究逐漸跨入喀斯特水環境、生态地貌分類分區研究。
進入21世紀，中國地學界針對石漠化生态修複與建設等問題，深入開展了土壤侵蝕特征、小流域生态恢複、SAR影響配準及石漠化岩性、土地利用關系等方面的研究。為探索喀斯特地區侵蝕模數與侵蝕因子的相關關系，開展了不同坡度條件下土壤侵蝕模數的多因子方程篩選回歸模型研究，提高了緩坡、陡坡侵蝕産沙預測精度。
科研成果
2000多年前，中國古書《山海經》對溶洞、伏流、石山等現象已有提出。
宋代沈括的《夢溪筆談》、範成大的《桂海虞衡志》和周去非的《嶺外代答》對岩溶現象已有較多記載。
明代徐宏祖的《徐霞客遊記》對喀斯特地貌的研究比歐洲早250餘年。其對喀斯特地貌的類型、分布和各地區間的差異，尤其是喀斯特洞穴的特征、類型及成因，有詳細的考察和科學的記述。在廣西、貴州、雲南，他探查過的洞穴有270多個，且都有方向、高度、寬度和深度的具體記載。并初步論述其成因，指出一些岩洞是水的機械侵蝕造成，鐘乳石是含鈣質的水滴蒸發後逐漸凝聚而成等。
近現代西方對喀斯特地貌的發育理論研究成果主要有“循環演化論”（以w．M台維斯為代表）和Davis和Ground的喀斯特地區地理循環理論。
中國學者根據Davis和Ground的喀斯特地區地理循環理論和總結了中國喀斯特研究的實踐，提出了一套喀斯特發育理論，如漸進演化論（以何宇彬、楊明德為代表）；“地殼上升速度與剝蝕速度對比論”（以張之淦、盧耀如為代表）；“同時态系統演化論”（以朱學穩、朱德浩為代表）。
21世紀現代喀斯特地貌的研究趨勢表現為喀斯特地區的生态系統研究、喀斯特古環境與全球變化研究、風景旅遊洞穴環境的改善與景觀老化的防治和實驗和量化喀斯特地貌的研究；如“水利水電建設中喀斯特滲漏問題”研究成果1987年獲國家優秀勘察獎、廣西壯族自治區科技進步一等獎。
對于喀斯特與旅遊地貌的研究成果，主要為1972年，中科院地理所地貌室設置喀斯特地貌研究組。研究組主動借鑒國外技術，并自主完善和創新改進，緊密結合國家和地方水利水電工程、廠礦道路建設、區域旅遊開發等生産實踐，不斷深入研究喀斯特地貌地球物理化學過程，探索喀斯特地貌發育演化規律，先後承擔并完成了國家和地方重大科研項目20多項，出版著作10多部，發表相關論文100多篇。
研究組在中國喀斯特洞穴發育的區域分異、地帶性因素、洞穴成因與溶蝕作用、洞穴發育雙酸模式、碳酸鹽岩表層硬度、喀斯特溶蝕強度分析與估算、表層喀斯特發育與生态系統關系、喀斯特地貌系統對氣候響應過程模型等方面展開了廣泛和深入研究。發現了堿性鈣溶液吸收二氧化碳化學動力學機理，建立了碳酸水與硫酸水雙成因洞穴發育的雙酸模式，弄清了生物對土壤二氧化碳貢獻及土壤二氧化碳對皮下帶表層喀斯特過程的驅動作用，揭示了岩石表面生态及其對岩石表面色彩與石林溶蝕形态形成的作用，構建了溶蝕對降水、氣溫等的複雜響應過程模型等，豐富了喀斯特地貌基礎理論。
針對喀斯特地區的水庫滲漏、電站安全以及地下水的開發利用等方面，研究組做了卓有成效的應用研究工作。如成功解決了紅水河第一級水電樞紐大化水庫以及岩灘水電樞紐庫區的喀斯特滲漏問題、完成了北京牛口峪水庫北方喀斯特懸托谷的防滲工程，分析了貴州獨山南部、德江、普定以及大連金州、河北曲陽等喀斯特地下水開發利用等。針對紅水河流域環境地質綜合評價國家任務，先後完成了'紅水河流域環境喀斯特研究、報告及其專題地貌圖，随着區域研究積累，還進行了中國喀斯特地貌連片綜合研究。
在喀斯特地貌的基礎和應用研究過程中，研究組很早就引進并改進先進技術，在具體的研究中又自己發明創造了各種新技術和手段。如應用染色石松孢子和螢光素示蹤法，進行不同季節喀斯特地下水通道的示蹤試驗，成功地斷定不會跨越地下分水嶺向鄰谷滲漏，完成了水庫建設可行性論證方案。首創并應用“窪地分析法”、利用與地下水聯系密切的地面窪地走勢，在室内繪出喀斯特地下通道大體平面分布，指導實地調查和洞穴探測。使用環境同位素示蹤分析，查清了滲漏因素與途徑，制定了多層次水庫防滲方案。此外，該研究組還首先将航空紅外遙感技術應用到探測岩溶的試驗中，取得了良好的示範效果。
中科院地理所最早涉足旅遊地貌等應用研究領域是喀斯特地貌研究組。該研究組從20世紀90年代就開始了旅遊洞穴的應用研究，在洞穴穩定性以及喀斯特景觀旅遊資源評價等方面做了很多首創性的工作。先後完成了浙江瑤琳洞、河北臨城白雲洞、雲南彌勒白龍洞、福建龍岩龍眡洞、路南石林景觀等典型喀斯特景觀的形成、發育、演化及其景觀評價的調查論證科研報告。這些成果很大程度上指導了岩溶洞穴、喀斯特地貌景觀的旅遊開發和保護。1997年~2004年組織的雲南石林與國外劍狀喀斯特對比、雲南石林和貴州荔菠峰林及重慶武隆芙蓉洞——天坑喀斯特捆綁式，中國南方喀斯特申請世界自然遺産名錄論證報告，為成功申遺奠定了堅實基礎。随着旅遊業的發展，業界對旅遊資源的調查、分類、評價等提出了更加準确和科學的要求，20世紀90年代以來，地貌室科研人員又積極參與國家旅遊标準化研究和國家标準起草工作，完成了多項與旅遊地貌緊密相關的國家标準。
地質作用
機制原理
化學機制
1884年，美國學者戴維斯（Davis）提出喀斯特地區地理循環理論，指出喀斯特作用的化學機制為當水中含二氧化碳時，水對石灰岩的溶解能力很強，二氧化碳與水化合形成碳酸，後者電解析出氫離子，與石灰岩中的碳酸根離子作用形成離子狀态的溶解物質鈣離子和碳酸氫根離子，并随水流失，其反應式如下：
CO2+H2O⇌H2CO3⇌H++HCO3-
H2CO3+CaCO3⇌Ca2++2HCO3-
上述反應是可逆的，當水與空氣中二氧化碳減少，碳酸含量亦減少，碳酸鈣将發生沉澱。濕熱氣候條件下土壤二氧化碳含量比空氣中高數十倍，且反應速度很快，因而岩溶作用強，喀斯特地貌分布較廣。
物理機制
水的溶蝕能力、岩石化學性質及透水性對喀斯特過程起着決定性作用。濕熱氣候區地表水與地下水流量大且活動性強，故喀斯特作用強，反之幹旱高寒氣候區喀斯特作用很弱。
在地殼長期穩定且河流切割較深的可溶性岩石分布區，地下水垂直分帶明顯，包氣帶地下水以垂直向下運動為主，可形成極深的落水洞；淺飽水帶地下水以水平流動為主，常發育水平溶洞與暗河；過渡帶地下水水位随季節升降；承壓水帶地下水活動受地質構造控制，可發生深部喀斯特。新構造強烈上升區石灰岩地層中不可能形成相同的地下水位，地下水垂直分帶不明顯。
岩性構造
碳酸鹽類岩石包括石灰岩、白雲岩和泥灰岩等；硫酸鹽類岩石如石膏、硬石膏；鹵化物鹽類如岩鹽與鉀鹽，均屬于可溶性鹽類。按溶解度排序，鹵化物鹽類最大，硫酸鹽居中，碳酸鹽類最小，但喀斯特地貌卻主要發育在碳酸鹽類岩石尤其是石灰岩分布區，這與其分布極廣且長露出地表有關。
石灰岩的礦物成分主要為方解石，泥灰岩兼有大量不溶解黏土，白雲岩則以白雲石為主。按溶解度從大到小排序為：石灰岩、白雲岩、泥灰岩。因此石灰岩最易喀斯特化，尤其是節理發育、層厚、質純和位于區域性斷裂帶的石灰岩，喀斯特作用最強。
發育過程
喀斯特地貌發育與地下水位關系密切，而後者又随當地河面或海平面而變化，因此河面或海平面即是喀斯特地貌的侵蝕基面，從另一種意義上說可溶性岩石的底闆則是地下喀斯特的基面。喀斯特地貌的演化模式在侵蝕循環學說的影響下，從早期格朗德（A.Grund）、雅庫斯（L.Jakucs）和威廉姆斯（P.W.Williams）的模式，基本為定性3-4階段模式。
如地殼上升後長期穩定，石灰岩緻密、層厚且産狀平緩，将首先發育石芽、溶溝、漏鬥和落水洞，繼而形成獨立洞穴系統，地下水位高低不一。随後獨立溶洞逐漸合并為統一系統，地下水位亦趨一緻。地下水位之上出現幹溶洞、地下水位附近發育地下河，地面成為缺水的蜂窩狀。再後地面蝕低，淺溶洞與地下河因崩塌而露出地表，地下河陸續轉變為地面河，破碎的地面出現溶蝕窪地與峰林。最後，喀斯特盆地不斷蝕低、擴大，地面廣布蝕餘堆積物，形态接近準平原，但仍然殘存孤峰。
上述過程隻是一種理想過程，僅見于廣西賓陽縣黎塘鎮和貴港市一帶。喀斯特發育過程的實際情況則是地殼運動與氣候變化經常對喀斯特地貌發育發生幹擾，以緻中緯度地區大量保留多種氣候條件下形成的喀斯特地貌形态，雲貴高原新生代熱帶峰林在高原上升後成為一種遺迹。而現代喀斯特地貌，已經改向與其亞熱帶氣候相适應的喀斯特丘陵發展。
地貌類别
喀斯特地貌類别劃分有不同的分類标準，較為常見的為按喀斯特作用發生地分為地表喀斯特和地下喀斯特。此外，按出露條件劃分為裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特；按氣候帶劃分為熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特、溫帶喀斯特、寒帶喀斯特、幹旱區喀斯特；按岩性劃分為石灰岩喀斯特、白雲岩喀斯特、石膏喀斯特、鹽喀斯特。
地表喀斯特
石芽
石芽指可溶性岩石表面溝壑狀溶蝕部分和溝間突起部分。石芽為蝕餘産物，熱帶厚層純石灰岩上發育形成的高大石芽常高達數十米，成為石林。
溶溝
溶溝是地表水沿岩石裂隙溶蝕、侵蝕而成，寬20厘米至2米，深2厘米至3米，底部常填充泥土或碎屑。
喀斯特漏鬥
喀斯特漏鬥由流水沿裂隙溶蝕而成，呈蝶形或倒錐形窪地，寬數十米，深數米至10餘米，底部有垂直裂隙或落水洞。
落水洞
落水洞多分布在較陡的坡地兩側和盆地、窪地底部，為流水沿裂隙侵蝕的産物。寬度一般不會超過10米，深可達數十米至數百米。廣西、重慶及四川南部地區稱之為“天坑”，一般稱豎井。
溶蝕窪地
溶蝕窪地通常由喀斯特漏鬥擴大或合并而成，面積小于10平方千米，具有封閉性。
喀斯特盆地
喀斯特盆地又稱為坡立谷，是一種大型喀斯特窪地，面積一般為10-100平方千米以上，邊緣略陡并發育有峰林，底部平坦且覆蓋殘留紅土，多分布在地殼相對穩定的區域，如雲南硯山縣、羅平縣和貴州安順市。
喀斯特平原
喀斯特盆地繼續擴大即形成喀斯特平原，地表覆蓋紅土并發育孤峰殘丘，如廣西賓陽縣黎塘鎮和貴港市。
峰叢
峰叢是同一基座而峰頂分離的碳酸鹽岩山峰，常與窪地組合成峰叢-窪地地貌。
峰林
峰林為分散碳酸鹽岩山峰，通常由峰叢發育形成，但因受到構造影響而形态多變，在水平岩層上多呈圓柱形或錐形，在大傾角岩層上多呈單斜式。氣候條件對峰林形态有影響，藏南古峰林遭寒凍風化破壞，峰林僅30-50米高，雲貴高原峰林也因遭到破壞而較渾圓矮小，黔桂兩省區交接帶氣候較為炎熱，地下水垂直運動強烈，峰林高達300-400米。
孤峰
孤峰是峰林發育晚期殘存的孤立山峰，多分布于喀斯特盆地底部或喀斯特平原上。
地下喀斯特
溶洞
地下水沿岩石裂隙或落水洞向下運動時發生溶蝕，形成各種形态的管道和洞穴，并相互溝通或合并，行成統一的地下水位。地殼上升，地下水位将随河流下切而降低，洞穴轉變為幹溶洞。水平溶洞的發育大多與當地侵蝕基面相适應，因此此類溶洞與階地及河面對比可反映構造上升量。垂直溶洞深度可達數百米至數千米，可視為地殼上升的标志。
地下河
地下河亦稱暗河，是以溶蝕作用為主形成的地下廊道、溶洞和溶蝕組成的喀斯特地下管道系統。
暗湖
暗湖是地下河相通的地下湖，和地表湖泊一樣，暗湖也具有水源調蓄作用，其可儲存和調節地下水。
石鐘乳
石鐘乳是幹溶洞頂部裂隙滲出的地下水中所含碳酸鈣因溫度升高、壓力減小與水分蒸發而沉澱，自洞頂向下增長形成。
石筍
石筍是自石鐘乳上滴落到洞底的水中所含碳酸鈣沉澱形成自下而上增長形成。
石柱
石柱是石鐘乳與石筍相接形成。
空間分布
中國分布
石林景觀
中國喀斯特地貌分布廣泛，類型衆多。喀斯特地貌在中國的分布面積達344萬平方千米，占國土面積的三分之一；此外，裸露型喀斯特地貌面積達120萬平方千米。碳酸鹽岩石以桂、黔和滇東部地區分布最廣，湘西、鄂西、川東、魯、晉等地分布也較廣。世界前十大天坑中，中國占有9個（另一個位于巴布亞新幾内亞）。
中國東部喀斯特地貌呈緯度地帶性分布，自南而北為熱帶喀斯特、亞熱帶喀斯特和溫帶喀斯特。中國西部由于受水分的限制或地形的影響，屬幹旱地區喀斯特（西北地區）和寒凍高原喀斯特（青藏高原）。
熱帶喀斯特
熱帶喀斯特位于低緯度地區，包括熱帶和南亞熱帶季風區的喀斯特。由于高溫多雨，一方面水的循環快，溶蝕力強，喀斯特作用可以終年進行，而且由于氣溫高，水的化學反應速度快，産生的氫離子多，使水的溶蝕力加快；另一方面在濕熱條件下，植物茂盛，它會産生大量的二氧化碳及分泌出大量有機酸，增強了水的溶蝕力。因此熱帶喀斯特的溶蝕力最強，地表和地下地貌都很發育，其中峰林石山是其他喀斯特地貌所沒有的。熱帶喀斯特地貌以峰林一窪地為代表，分布于中國廣西、廣東西部、雲南東部和貴州南部，安地列斯群島（西印度群島），印度尼西亞等地。該區地下洞穴衆多，地下河支流較多，流域面積大，地表發育有衆多窪地，呈現峰林一窪地地貌。峰林的坡度很陡，一般大于45度。奇峰異洞是熱帶喀斯特的典型特征。中國熱帶海洋的珊瑚礁是最年輕的碳酸鹽岩，構成礁島的珊瑚礁多溶孔景觀。
亞熱帶喀斯特
亞熱帶喀斯特地貌以緩丘一窪地（谷地）為代表，分布于秦嶺淮河一線以南。地下河較熱帶多而短小，窪地較少，幹谷的比例較大。洞穴數量較熱帶喀斯特大為減少，以溶蝕裂隙性洞穴居多，南部多溶蝕型拱狀洞穴。黔中、黔南和滇東高原上，碳酸鹽岩分布面積與厚度亦都較大。這些地區喀斯特地貌是地質時期氣候條件下發育起來的。一般在海拔2000米或2000米以上的高原面上主要是溶蝕小窪地、漏鬥和落水洞等以及散布其間的一些低矮的峰林和石林，石林分布于路南、宜良、東川、彌勒、羅平一帶。在海拔1000~1500米的地面上，則以大型溶蝕窪地、矮小的丘陵或石林為特征，大型窪地中有許多落水洞和漏鬥，它們成連串分布，其地下往往是暗河。貴州南部向廣西盆地降落的斜坡地帶，高大的峰叢往往伴以深陷的圓窪地，地表河流多半轉入地下。黔北、鄂西、川東、湘西一帶，碳酸鹽岩分布亦廣泛，溶蝕窪地、漏鬥、落水洞等的密度和深度都很大。
溫帶喀斯特
溫帶喀斯特處于中緯度地區，氣溫較低，雨量較少，且有明顯的幹季，喀斯特作用受到一定限制。溫帶喀斯特地标地貌不很發育，以少數喀斯特化山地幹谷、溶鬥和溶蝕窪地為代表，石芽及溶溝發育不好，而且多被風化物覆蓋。但地下地貌如溶洞、地下河、溶隙及喀斯特泉等較發育，其地下洞穴一般為裂隙性洞穴，規模較小，喀斯特泉較為突出，一般有較大的彙水面積和流量，因此有“隐喀斯特”之稱。溫帶喀斯特以法國、捷克、烏拉爾、密西西比平原、中國華北、中國東北等地為代表。
幹旱區喀斯特
幹旱地區喀斯特處于熱帶、亞熱帶和溫帶的幹旱氣候區，終年氣溫較高，雨量稀少，植物缺乏，因此其喀斯特現象發育微弱，由于還有少量地下水的存在，而且水中含有較多的硫酸根離子，因此喀斯特作用仍能進行，不過地貌發育極差，偶有小型孔洞出現。幹旱區喀斯特地貌僅在少數灰岩裂隙中有輕微的溶蝕痕迹，有些裂隙被方解石充填，地下溶洞極少，已不能構成滲漏和地基不穩的因素。
寒凍高原喀斯特
寒凍高原喀斯特或稱寒帶及高寒地區喀斯特，位于高緯度、高原和高山地區，由于終年氣溫低，水的凍結時間長或有凍土層存在，水的流動及溶蝕作用受到了極大的限制，因此不論地表或地下地貌發育都很差，地表以溶溝為多見，地下有小型孔洞、溶隙和喀斯特泉等。寒凍高原喀斯特以西伯利亞、加拿大、青藏高原等地為代表。中國青藏高原的寒凍高原喀斯特處于冰緣作用下，凍融風化強烈。常見的有凍融石丘、石牆等，其下部覆蓋冰緣作用形成的岩屑坡。山坡上發育有很淺的岩洞，還可見到一些穿洞，偶見窪地。
世界分布
分布情況
喀斯特地貌在世界分布較為廣泛，可溶性岩石占地球面積的10.2%。中國、越南、印度尼西亞、馬來西亞、緬甸、泰國、土耳其、俄羅斯、德國、波蘭、匈牙利、捷克、斯洛伐克、西班牙、法國、英國、愛爾蘭、比利時、瑞士、奧地利、希臘、羅馬尼亞、保加利亞、克羅地亞、波斯尼亞和黑塞哥維那、意大利、美國、墨西哥、波多黎各（美）、牙買加、古巴、巴西、阿爾及利亞、埃及、索馬裡、叙利亞和澳大利亞等國家和地區都有喀斯特地貌分布；其中，澳大利亞、伯利茲、巴西、保加利亞、加拿大、中國、克羅地亞、古巴、匈牙利、意大利、馬達加斯加、馬來西亞、墨西哥、黑山、菲律賓、俄羅斯、斯洛伐克、斯洛文尼亞、所羅門群島、美國和越南等國家共有37處喀斯特地貌被列入《世界遺産名錄。
地域分異
喀斯特地貌的演變發育因地域氣候分異、所處地形區不同而具有地帶性特征。熱帶濕潤氣候條件下水中含有大量二氧化碳與有機酸，地上與地下喀斯特作用均很強烈，溶蝕哇、喀斯特盆地、喀斯特平原和峰林地貌普遍發育。亞熱帶季風氣候條件是地帶性熱量條件與非地帶性降水條件相結合的産物，喀斯特作用仍然較強烈，但地貌類型以喀斯特丘陵與溶蝕窪地為代表。溫帶季風氣候有利于地下喀斯特地貌發育。幹旱區地下水富含硫酸根離子，尤其利于地下喀斯特作用進行。寒帶和高原寒冷氣候下，由于多年凍土妨礙地下水下滲，即使水中二氧化碳含量較多，也隻能發育小型溶溝和淺窪地，凍土層下也可形成溶洞。
價值意義
喀斯特地貌因其具有多種多樣的造型地貌，美學價值較高，許多喀斯特景觀地被開發成旅遊景點，如雲南石林、貴州荔波、重慶武隆、重慶金佛山、貴州施秉、廣西桂林和環江，聯合以“中國南方喀斯特”列入世界自然遺産名錄。
喀斯特溶洞是屏蔽放射性輻射的安全場所，在戰争時期既可保護國家的重要檔案和物資，又可保護軍民的寶貴生命。以滇黔桂三省的衆多岩洞而言，大則可以容納數萬軍民，小則也可以千計算。
中國的雲貴地區在第四紀冰期時沒有大面積冰川覆蓋，成為衆多古老動植物的避難所。又喀斯特地貌區地貌複雜，生境多樣，因此長期以來地區人類對環境的幹擾較小，雲貴地區得以物種遺存完好。區域内的梵淨山也被列入聯合國人與生物圈自然保護區網和世界自然遺産名錄；荔波茂蘭喀斯特森林自然保護區尚完整地保存着同緯度地區最完好的喀斯特原始森林，森林覆蓋率達90%以上。
1994年底，北京天文台（今中國國家天文台）牽頭國内20所院校，提出建設“喀斯特工程”。最終選址在具備穩定地質條件、大口徑天坑和缺乏無線電幹擾的位于貴州的大型落水洞大窩凼。FAST射電望遠鏡為世界最大單口徑射電望遠鏡，最終于2016年9月25日在貴州省平塘縣落成使用，被譽為“中國天眼”。
此外，喀斯特地貌有豐富的地下水資源，埋藏着大量的古生物和古人類化石，或成為儲存鋁土礦、砂礦及油氣的良好場所，因此喀斯特地貌具有重大的科研意義與生産價值。
