Karst – Entwicklung

Voraussetzungen der Karstentwicklung

Wichtigste Voraussetzungen für die Entwicklung von Karsten sind die Löslichkeit des Gesteins, das ausreichende Vorhandensein von Wasser (im flüssigen Zustand), die Wasserdurchlässigkeit des Gesteins und die Möglichkeit der Drainage zum Vorfluter. Auf diese Voraussetzungen wird nun hier im Einzelnen näher eingegangen (vgl. (vgl. Baumhauer 2017):

Die höchste Löslichkeit unter den Gesteinen besitzen Salzgesteine wie Kalisalz oder Steinsalz. Sie kommen aufgrund ihrer extrem hohen Löslichkeit, außer unter extrem ariden Bedingungen, nicht an der Oberfläche vor. Treten  Salzgesteine im Untergrund auf, kommt es bei Kontakt zu Boden- oder Grundwasser zu Auslaugung (Subrosion), wodurch Einbrüche oder Sackungen an der Erdoberfläche durch die entstandenen Hohlräume auftreten können. Lösungserscheinungen an Salzgesteinen bezeichnet man auch als Salinarkarst.

Die wichtigste Gruppe der verkarstungsfähigen Gesteine stellen jedoch die weit verbreiteten Carbonate dar, deren Löslichkeit stark vom Kohlensäuregehalt des Wassers abhängt. Neben Kalkstein (CaCO3)  ist hier außerdem der etwas schwerer lösliche Dolomit (CaMg (CO3)2) zu nennen. Desweiteren können Korrosionserscheinungen auch an Silikatgesteinen (z.B. Sandsteinen) beobachtet werden.

Zweite Voraussetzung ist die Verfügbarkeit von ausreichend Wasser. Dieses muss Kohlendioxid enthalten, um den Kalkstein angreifen zu können, was im Normalfall erfüllt ist. Das Wasser darf jedoch nicht stagnieren, da sich ansonsten eine gesättigte Lösung bilden würde.

Daher ist auch die Wasserwegsamkeit im Untergrund und die Drainage des kalkgesättigten Wassers zum Vorfluter von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund findet man Karstgebiete immer oberhalb des Grundwasserniveaus. Verkarstungsprozesse können ferner nur auftreten, falls das verkarstungsfähige Gestein höher als der Vorfluter liegt und somit eine Drainage möglich ist.

Wenn sich das Wasser durch Risse, Klüfte oder Fugen im Kalkstein seinen Weg bahnt, werden diese zunehmend durch Lösung erweitert und die typischen Karstformen bilden sich heraus (vgl. Baumhauer 2017).

Korrosionsprozess

Bei der Entstehung von Karst treten Korrosionserscheinungen auf. Korrosion bezeichnet die chemische Lösung von Kalk durch CO2-haltiges Wasser. Pro Liter Wasser können, abhängig von CO2-Gehalt und Temperatur, 100 bis 400 mg CaCOaufgenommen werden. Je mehr Kohlendioxid das Wasser enthält, desto höher ist auch dessen Fähigkeit, Kalk zu lösen (vgl. Baumhauer 2006).

In reinem Wasser sind Karbonate praktisch unlöslich, wohingegen sie im sauren Milieu aufgelöst werden können. Niederschlagswasser nimmt COaus der Luft (00,3 Vol.% CO2)auf. Wenn das Wasser im Boden versickert, kommen weitere Anteile aus der Bodenluft (bis zu 10 Vol.% CO2) dazu. Die Hauptmenge des Kohlendioxids bleibt als Gas gelöst und der chemische Verwitterungsprozess der Karbonate des Ca oder Mg setzt die Bildung von Kohlensäure voraus.

Dies läuft in folgender Reaktionsgleichung ab:

H2O + CO2 H2CO3
Wasser + Kohlendioxid Kohlensäure

Auch wenn Kohlensäure relativ schwach ist, kann sie Karbonat effektiv zersetzen. Die Anwesenheit der Kohlensäure lässt Hydrogencarbonate entstehen. Die Löslichkeit steigt dabei mit zunehmendem CO2-Partialdruck und abnehmender Temperatur. Das Calcium-Hydrogenkarbonat (Ca(HCO3)2) ist leicht löslich und wird mit dem Wasser weggeführt.

CaCO3 + H2CO3 2HCO3-+ Ca++
Calcit + Kohlensäure Bicarbonat-Ion + Ca-Ion

Karbonate werden in Gesteinen bevorzugt angegriffen, da sie im Vergleich zu Silikaten eine größere Löslichkeit aufweisen (vgl. Arndt et al. 2000).

Quellen

Arndt, J., Götze H., Jacobshagen V., Martmann D., Wallfass C. (2000): Einführung in die geologischen Wissenschaften. Stuttgart.

Baumhauer, R. (2017): Einführung in die Physische Geographie. Darmstadt.

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