“tiankeng”一词是由我国著名岩溶地质学家朱学稳教授于2001年首次提出,并在2005年国际天坑研讨会中确定其定义,由中文“天坑”音译而来,大致相当于英文的 sky hole或heaven pit,是继“石林（shilin）”“峰林（fenglin）”以及“峰丛（fengcong）”之后第四个来自中国的国际通用岩溶科学术语。

天坑是在碳酸盐岩地区由溶洞大厅形成的口径和深度大于百米和（或）容积大于百万立方米,四周或大部分周壁陡崖环绕,且与或曾与地下河溶洞相通的特大型漏斗。从上述定义来理解,天坑其实就是一个巨大的陷坑,科学家曾将这种大陷坑归入“竖井”地貌类型中。随着后来很多类似的陷坑被发现,它又被归为“漏斗”地貌类型。这些具有相似特征的同一地貌形态既叫“漏斗”,又称“竖井”,岂不矛盾?于是,“天坑”概念应运而生。

时间是大自然的刻刀,时间短了,天坑就无法形成,时间长了,形成的天坑早就退化得无影无踪。一般来说,天坑的形成需要满足以下基本条件：第一,要具备可以溶解的岩石,比如石灰岩;第二,石灰岩地层要厚,因为天坑的深度需要较厚的岩石作为支撑,同时也为满足水入渗的深度要求提供空间;第三,要有水和充沛的降雨量,且水力落差要大,水的搬运能力才能发挥,将塌落下来的石头冲走;第四,石灰岩中要有水运动的缝隙,一般来说这些缝隙是地壳运动产生的;最后一点就是要有足够的时间。

根据成因,天坑可分为冲蚀型天坑和塌陷型天坑。

我们可以打个比方来描述。有这样一个巨大的“三明治”,其顶上是隔水的砂岩,中间是连续沉积的石灰岩,地下也是隔水的砂岩。这个特殊的“三明治”顶上的砂岩岩层断断续续,中间和底部的岩层却是连续的。顶上岩石不连续的地方,就有石灰岩露了出来,于是,周围汇聚的地表水就从此处渗透到地下,并在适当的地方找到出水口。久而久之,山上石灰岩出露的地方就形成了一个落水洞,在落水洞和山下出水口之间形成了一条地下河,这个落水洞随着汇聚水量的增加,也变得越来越大,甚至形成一个岩屋,当有一天大岩屋崩塌了,天坑就形成了。从坑底向上仰望,从坑壁流下的水流就像珍珠散落般迷人,在阳光的照射下熠熠发光。这样的天坑叫冲蚀型天坑,如陕西汉中的天悬天坑。

另外一种情况是,在地下暗河中,逐渐形成了一个大型的洞穴系统,那些裂隙交叉处形成了溶洞大厅,有的大厅崩塌较快,地下河溶蚀搬运的速度也很快。后来洞顶崩塌,露出了一丝亮光,就形成了天窗。然后又经过不断崩塌、溶蚀和搬运,终于,洞顶彻底崩塌,露出了四周陡壁的大陷坑,从地面洞口向下看像是一口深井。这种天坑叫塌陷型天坑,如广西乐业的大石围天坑。国家及广西科考组几次进入大石围天坑底部考察,至2013年,考察长度约6千米。至于地下河还有多长,其源头和出口在哪里（暗河一直向东北流到位于乐业境内的百朗大峡谷的洞口成为地面河,然后汇入红水河）,为什么河水一热一冷等,至今仍是个谜,尚待后人去探明。

天坑的形成既有地下水的化学溶蚀作用,又有物理的淘蚀作用;既有地质构造作用,又有崩塌作用。

首先,形成天坑的碳酸盐岩地层中的可溶岩遇水会发生化学反应,由碳酸氢钙分解为碳酸钙和水,即溶蚀作用,由于水中成分的改变,会结晶形成钟乳石。

其次,水的巨大冲击力对岩石形成了强烈的物理作用,根据水量的大小和可持续性不同,形成的力量大小也不同。所有溶洞和天坑的形成并非一蹴而就,它们基本上都有着200万年以上的历史,而化学的溶蚀和物理的淘蚀是天坑形成的主要作用。一般来说,洞穴中1厘米的石笋生长时间是100年,1米石笋需要生长10 000年,可见地质作用是多么漫长。

再次,地下水总是沿着岩石的构造面、节理、裂隙、软弱面率先开始溶蚀。也就是说,形成天坑的地层本身的结构和构造是天坑形成的基本条件,不同岩性对水的作用反应不同。软的岩石首先被溶蚀或淘蚀成洞。这样的洞一般呈串珠状,可以是水平分布的,也可以是垂直分布的。

崩塌作用是天坑形成的一个重要环节,当洞顶部被溶蚀的部分不能承受重力的作用时,就垮塌下来,形成暴露在地表的坑口。当然,崩塌不仅会从顶部塌落,也可能是从侧向崩落,所以我们在溶洞里经常会看到陡直的岩壁。

天坑是研究地球演化的重要证据,是研究岩溶动力系统演化的重要载体,是一种极具科研价值的旅游资源和地学科普的基地,更是探险者的乐园、勇敢者的天堂。天坑之美,不仅展现出大自然的粗犷与力量,身临其境,更能够体会到原始的匠心与空灵。

被誉为“天下第一坑”的重庆小寨天坑就被认为是构成地球第四纪演化史的重要例证,更是长江三峡成因的“活化石”,是当今世界洞穴奇观之一。小寨天坑的底部有一条巨大的暗河,暗河的水来自一条被当地人称为“地缝”的神秘峡谷。地下暗河长8.5千米,水位落差364米,多年平均流量每秒近10立方米,具有强劲的水动力条件,为小寨天坑崩塌物质的搬运并向纵深发展提供了基础。而与暗河相连的地表河流全长达37千米,流畅于地缝之中,地缝最窄的地方不足1米,而地缝最深处达300米,形成气势恢弘的“一线天”。因此,地缝和天坑也被认为是记录长江三峡演化的直接证据。

天坑与地下河密不可分。天坑是地下河发育洞穴到非常成熟的形态,其在地下形成溶洞大厅,然后在地表的体现坑模样。另外,天坑也是我们认识地下岩溶世界的一个窗口,通过天坑,我们可以了解控制地下洞穴的地质构造因素、古地下河和现代地下河走向等水文特征。

天坑景观是游览价值极高的旅游资源,对于户外爱好者来说,天坑能给他们带来的探险乐趣是不可言喻的。比如汉中天坑群大部分发育于岩溶台原面上,岩溶台原与四周陡崖构成独特的险峻美;其次以台原为中心发育众多深谷,甚至地缝,在卫星影像上都一目了然。由于汉中天坑群所在的地层有泥质夹层,构成相对不完全隔水层,因此在天坑周壁或底部,或发育跌水、瀑布,或发育坑中阶梯状平台,或发育成洞穴,增添了天坑群的无穷魅力。

广泛发育的汉中天坑群,为某些动植物提供了避难所,为植物的生长发育提供了特殊的环境条件,增加了秦岭与大巴山之间植物区系的丰富性、复杂性和独特性。另外,天坑群也为洞穴动物提供了最重要、最显著、最适合的自然栖息地,为研究秦岭南部生物的多样性或新物种的发现提供了有利条件。

2005年之前,世界上发现天坑70余个,其中40余个在中国。

2016年,随着“全国重要地质遗迹调查” 项目在全国尤其是滇黔桂地区的开展,越来越多的天坑被发现。这些天坑跨越不同纬度带和气候区,从赤道高湿山地气候区的巴布亚新几内亚和马达加斯加,到中纬度中亚热带湿润气候区的我国西南大部分地区和北亚热带的米仓山地区,再到高纬度地中海气候区的斯洛文尼亚和克罗地亚均有分布。

除了前面提到的目前世界上已知规模最大的岩溶天坑——重庆奉节小寨天坑以外,比较著名的还有位于广西乐业同乐镇至花坪乡一带的百朗地下河流域中游的大石围天坑群,其中共发现天坑29个,为世界上分布最集中的天坑群区域,区域海拔900~1 500米,地形落差达1 200米。大石围天坑称得上是塌陷型天坑的范例,天坑周边均为峭壁,西侧绝壁下有地下河天窗,天坑东西长600米、南北宽420米,天坑最大深度613米,天坑坑口投影面积16.66万平方米,底部投影面积10.5万平方米,天坑容积74.5百万立方米。

大石围天坑底部、绝壁及其周围生长着茂密的植物,天坑底部为原始森林,低处植物几乎均为阴生肉质草本植物,中层为灌木层,上层以乔木香木莲为主。森林生态环境吸引了大批野生动物栖息于斯,以鸟类为主,亦见飞猫、松鼠等动物出没。

另一处著名的陕西汉中小南海天坑群由4个天坑群组成,天坑数量总计35个,分别位于南郑县小南海镇（10个天坑）、西乡县骆家坝镇（7个天坑）、镇巴县三元镇（13个天坑）和宁强县禅家岩镇（5个天坑）。小南海地下河系统为该地区规模最大、结构最复杂的地下河。其中小南海天坑群中最典型的天坑为伯牛天坑,伯牛天坑位于台原上大型洼地内,坑口投影形态呈脚掌状,坑口投影面积1.8万平方米。近东西向长200米,南北向宽145米,最大深度319米。坑口最高处海拔1 289米,最低处海拔1 241米,最大高差48米。

比起小寨天坑和大石围天坑,小南海天坑群底部缺乏大型块石崩塌堆积体,而且很多天坑洞壁光滑,有的甚至有流水痕迹,也许可以说明小南海天坑群演化与早期冲蚀成因有关。

这么多天坑,他们是如何形成的?是地下暗河长期腐蚀造成巨大地下空洞后引起地表大面积坍塌吗?截至2017年底,全国发现天坑数量超过250个,与此同时,国外共发现天坑34个。天坑之多之深是科学待解之谜,值得更深入探究思考。

1983年,海南师范学院杨世燊,出版了关于四川兴义的《石海洞乡》,将兴文小岩湾作为喀斯特漏斗的特例进行了论述。

1988年,袁道先主编的《岩溶学词典》,将天坑归为竖井一类。

1994 年,朱学稳发现重庆奉节县的小寨天坑和云阳县的龙缸天坑。

2000年,朱学稳在广西乐业县发现了大石围天坑群：同年发现重庆市武隆“箐口漩坑” 。

2001年,朱学稳发表了“中国的喀斯特天坑及其科学与旅游价值”一文,提出将“天坑”从“大型漏斗”中分离出来 ,并成为喀斯特形态学中的一个新成员——“喀斯特天坑”。

2004年,朱学稳和同事出版了《广西乐业大石围天坑群——发现 探测 定义与研究》一书,建立了天坑理论体系。

2005年,中外科学家在桂林举办国际天坑研讨会,天坑理论正式被国内外学者接受并传播。

2006年,中国、英国和美国同时出版了天坑专刊。

2007年至2015年,随着全国重要地质遗迹调查项目的开展,中国南方喀斯特区域,包括云南、贵州、广西、湖南和湖北发现了更多天坑群。

2012年,天坑被收录在艾斯维尔出版集团编撰的洞穴百科全书中。

2016年,汉中天坑群被发现。

2018年,中外科学家在汉中举办国际天坑研讨会,天坑的定义被修订。