洞窟生成物
多くの洞窟生成物は石灰洞 (鍾乳洞)内で見られ、その化学組成はおもに炭酸カルシウム CaCO3 (鉱物名は方解石、岩石名は結晶質石灰岩) である。
少数ではあるが生成条件によっては同じ化学組成を有する霰石や、石膏 CaSO4・2H2O、水酸燐灰石 Ca5(PO4)3(OH)、褐鉄鉱 FeO(OH)・nH2O、珪酸 Si(OH)4、 氷 H2O、粘土、珪藻などからなる例もある。
特異な例として、金属鉱床にともなう洞窟や坑道内、熔岩中の空隙などには、針鉄鉱 FeO(OH)、孔雀石 Cu2CO3(OH)2、胆礬 (たんばん) CuSO4・5H2O、岩塩 NaCl、メノウ SiO2、蛋白石 SiO2・nH2O、石英 SiO2などの例が見られることがある。
洞窟生成物をつくる鉱物には上記したもの以外にも多くの種類があり、これらを洞窟鉱物と総称する。これまでに世界各地で約260種が確認されている。大多数の鉱物は、水の蒸発や水温の低下等によって溶存成分が過飽和に達し、結晶が析出するために生成する。しかし量的に大半を占める炭酸カルシウムからなる石灰洞内の洞窟生成物が過飽和に至る生成過程は、それとは違って以下のとおりである。
雨水は土壌中の高い二酸化炭素分圧 (空気中の数倍から数十倍) によって大量の二酸化炭素を得、弱酸性へと変わり、石灰岩の割れ目に沿って浸透する過程で石灰岩 (主成分は炭酸カルシウム) を溶解する。この地下水が洞窟内に滲出したり、地下水流をつくって流れ込むと、水中にとけ込んでいた二酸化炭素が洞内気の方へ逸散する。洞内気の二酸化炭素分圧は、煙突効果による洞内気流の存在によって、外気よりも若干高い程度に過ぎないためである。
二酸化炭素の含有量が少なくなった水は炭酸カルシウムの溶解能を著しく減少させる。