洞穴形成的初始阶段：超越一维范式

石灰岩洞穴的溶蚀起源在一个多世纪前就已得到认识，但欠饱和溶液的短穿透长度使得长通道的形成似乎不可能。这与野外观察相矛盾，在喀斯特环境中发现了延伸的通道，有时长达数公里。然而，CaCO$_3$在接近饱和时溶解速率的急剧下降为反应物更深的穿透提供了一种机制。“动力学触发”的概念——在狭窄浓度范围内速率常数的突然变化——已成为洞穴成因建模中广泛接受的范式。然而，它基于裂缝内流体和溶质输运的一维模型，假设溶解锋面在垂直于流动的方向上是平面的。这里我们证明这个假设是不正确的；完全均匀裂缝中的平面溶解锋面对无穷小扰动是不稳定的，并且不可避免地分裂成高度局域化的溶解区域。这为洞穴形成提供了一种替代机制，即使在没有动力学触发的情况下也是如此。我们的结果表明，溶解裂缝中的侵蚀模式存在一个固有波长，该波长取决于反应速率和流速，但与初始粗糙度无关。与一维模型相比，二维模拟表明突破时间对动力学阶数的依赖性很弱；流动的局域化倾向于使溶解锋面中的欠饱和度保持在非线性动力学阈值之上。