旅游干扰下中国北部庐山国家地质公园洞穴空气CO₂的动态模式与恢复力

脚下的隐秘世界

洞穴不仅仅是令人惊叹的旅游景点；它们还是地球气候系统的活跃组成部分。洞内空气储存并输送二氧化碳（CO₂），这正是推动全球气候变化的气体。对中国北部九天洞的这项研究提出了一个及时的问题：随着越来越多的人参观观光洞，地下CO₂的脆弱平衡会发生什么变化？人群离开后，洞穴能多快恢复原状？

受科学关注的特殊洞穴

九天洞位于庐山国家地质公园，处于中国北部的温带气候区。它为一条超过600米的长走廊，只有一个主入口，内部有高大的洞厅，钟乳石、石笋及其他矿物构造点缀其间。洞内全年温度接近15°C，而洞外空气则在冰冷的冬季与炎热的夏季之间波动。洞顶覆盖着一层薄薄的富含植物根系和生物活动的土壤，这层土壤产生的CO₂通过岩石裂隙向下渗透，缓慢地补给地下空气。由于九天洞为全年开放的热门旅游目的地，它成为观察人类访问如何扰动这一地下碳库的天然实验室。

科学家如何追踪洞穴的“呼吸”

从2023年3月至2025年1月，研究人员在游客路线上的四个点（从入口到最深的洞室）安装了仪器。每10分钟记录一次洞内空气的CO₂、温度和湿度。洞外有气象站测量空气状况、降雨和土壤性质，埋在土中的传感器则跟踪土壤CO₂。团队还获得了2024年的电子票务数据，以掌握每日入洞人数，尤其是在春节、劳动节和国庆等中国主要节假日期间游客激增时。通过这些高频测量，他们既能观察缓慢的季节性变化，也能捕捉与旅游相关的快速CO₂跃升。

自然的涨落与游客引起的尖峰

在季节尺度上，九天洞的表现类似于与地表相连的肺。土壤CO₂在温暖潮湿的月份更高，这一模式在洞内空气中也能看到，但有大约两到三周的滞后，这是气体向下通过岩石迁移所致。洞深处的CO₂通常更高，且与土壤CO₂的关联更强，而靠近入口处，外部风和温度波动会扰乱这一信号。在这种自然节律之上，团队还观测到明显且短暂的CO₂尖峰，与节假日人群同时出现。当游客在密闭空间内呼吸时，会释放额外的CO₂，使洞内浓度从几千ppm跃升至超过2万ppm，远高于室外空气。

洞穴恢复需要多长时间

节假日结束、闸机安静下来后，洞穴开始恢复，但不同部位的响应并不相同。温度和湿度通常在一天内就能快速回稳，洞壁吸收热量、滴水恢复了湿度。然而CO₂的消散则要慢得多。靠近入口的区域，浓度可能在大约一周内回落到接近正常的水平。在通风弱且较冷的深部洞室，密集的冷空气可能滞留，CO₂升高可持续两到三周甚至更久，有时在下一波干扰到来之前也未能完全恢复到节前水平。研究发现有两点最为关键：连续几天的游客数量（每天超过100人且持续至少四天会触发显著的CO₂累积），以及季节性通风条件。在冬季和较冷的月份，洞内外空气的密度差促成更强的入口气流，有助于冲刷CO₂；而在夏季，通风减弱，恢复变慢。

为科学与游客维护洞穴健康

对非专业读者来说，核心信息很直接：洞穴空气对我们的人类存在出乎意料地敏感。九天洞的CO₂主要来自上方的活土层，但繁忙的旅游时段会注入大规模的脉冲，洞穴只能慢慢将其消散。通过限制每日访客量、分散参观时间、缩短在最深洞室的停留时间，以及将旺季安排在通风较好的季节（如冬季），管理者可以保护这些脆弱的地下环境。这样不仅维持访客所见的美景，也保护了洞穴作为气候史天然档案的功能，并维护其作为地球碳循环中一个小而真实的组成部分的角色。

引用: Peng, S., Liu, W., Zhang, T. et al. Dynamic patterns and resilience of cave-air CO₂ under tourism interferences in the Lushan National Geopark, north China. npj Herit. Sci. 14, 31 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02306-z

关键词: 洞穴旅游, 二氧化碳, 喀斯特洞穴, 洞穴通风, 环境恢复力