Verkarstung, mit besonderem Augenmerk auf formbildende Prozesse in den Tropen und Subtropen

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

1. Definitionen und historische Konzepte

2. Durch Lösung und Fällung bedingte Formen : Der Karst und seine chemischen Voraussetzungen

3. Die Formen des Dinarischen Karsts
3a) Dolinen
3b) Poljen

4. Die Formen des tropischen Karsts
4a) Polygonaler Karst
4b) Cockpits
4c) Kegelkarst (Cone Karst) und Turmkarst (Tower Karst)
4d) Karstrandebenen

5. Pseudokarst

6. Theorien zum Tropenkarst

7. Der Karstzyklus

8. Literaturverzeichnis

Vorwort

In dieser Hausarbeit wird versucht, die wichtigsten Prozesse, die zur Bildung von Karst führen anschaulich darzustellen. Dazu wird zunächst kurz die Entstehung der Karstforschung beleuchtet, um schließlich zu einer Definition von Karst zu gelangen. In Kapitel 2 soll auf die chemischen Prozesse eingegangen werden, die zur Bildung von Karst führen. Dies ist deshalb von Nöten, damit der Leser einen Überblick über die wichtigsten chemischen Grundlagen erhält, die bei der Lösungsverwitterung eine Rolle spielen und ohne die der Prozess der Verkarstung nicht umfassend verstanden werden kann. Danach soll im dritten Kapitel kurz auf die Lösungshohlformen des Dinarischen Karsts eingegangen werden, da deren Kenntnis später bei der Einführung des tropischen Vollformenkarsts von großer Wichtigkeit ist, und wodurch auch die grundlegenden Unterschiede dieser beiden Karsttypen herausgestellt werden. Gefolgt wird dieses nun vom eigentlichen Hauptthema dieser Arbeit, nämlich den Karsterscheinungen der Tropen und Subtropen. In diesem Teil werden ausführlich die charakteristischen Formen des tropischen Karsts in Aussehen und Entstehung erläutert. Gefolgt wird dieses Kapitel von einem Abschnitt über Pseudokarst, der begrifflich abgegrenzt werden muss. Im Anschluss werden nun im sechsten Kapitel unterschiedliche Theorien zur Entstehung des Tropenkarsts erläutert, bevor dann im letzen Kapitel abschließend der Karstzyklus dargestellt wird, wodurch noch einmal alle zuvor erläuterten Formen des tropischen Karsts in Beziehung zueinander gesetzt werden. Die Arbeit schließt mit Literaturverzeichnis und Anhang, in dem noch zusätzliches Bild– und Anschauungsmaterial aufgeführt ist, welches in der Arbeit selbst keinen Platz mehr gefunden hat.

1. Definitionen und historische Konzepte

Kein Zweig der Geomorphologie ist so voll von Terminologie wie die Karstforschung. Der Grund für diese Vielfalt liegt darin, dass Karstforschung in vielen Ländern betrieben wird und jede Sprache ihre eigenen, oft sehr speziellen Ausrücke hat, um z.B. Höhlen und andere Karstlandformen zu beschreiben. Ein anderer Teil des Problems ist historisch begründet. Die ersten systematischen Studien zur Verkarstung wurden in den Dinarischen Alpen, an der nordwestlichen Küste Jugoslawiens durchgeführt, in einer Region, die als der „Karst“ bekannt ist. Albrecht Penck (Autor der ersten Buchs zur Geomorphologie) und seine Mitarbeiter machten durch ihre Studien des Karsts denselben wissenschaftlich bekannt (Cvijić,1893; Penck 1894). Sie übersetzten serbokroatische Bezeichnungen für Karsterscheinungen zuerst ins Deutsche, dann ins Französische und später auch in andere Sprachen. In jeder Sprache wurden den Worten unterschiedliche Äquivalente zugeordnet, die sich jedoch in ihrer Bedeutung ein wenig unterschieden. Erst nach dem 2. Weltkrieg kamen Wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen der Geomorphologie überein, und schufen ein international gültiges Begriffsfeld zu Karsterscheinungen. Bevor Penck und seine Mitarbeiter mit ihren systematischen Studien am jugoslawischen Karst begannen, hatte es schon Veröffentlichungen zum tropischen Karst gegeben, welche durch Lösung entstandene Landformen beschrieben, die sich von denen des Mediterranen Karsts und anderer temperierter Karstregionen unterschieden. Sawkins (1869) beschrieb die sogenannten „Cockpits“ des jamaikanischen Karsts, eine Ansammlung von Lösungswannen, die durch steile Hügelketten voneinander getrennt werden.

Ahnert (1996) versucht dennoch bei seiner Definition von Karst, den Terminus auf das Gebiet festzulegen, in dem die Erscheinung des Karsts zuerst untersucht wurde. Er sagt :

„Die Bezeichnung Karst (slowen. Kras, ital. Carso) ist die Landschaftsbezeichnung für die Kalksteinhochflächen im westlichen Slowenien. In der Geomorphologie versteht man unter diesem Namen Landformen, die durch vorherrschende Lösungsverwitterung und -abfuhr entstanden sind.“ (Ahnert, 1996, S.311)

Kugler, Schwab und Billwitz (1980) definieren Karst in ihrer Abhandlung allgemeiner und betonen die unterschiedlichen Typen des Karstreliefs :

Ursprünglich als Bezeichnung für eine steinige, wasserarme Landschaft entstanden, bezeichnet "Karst" heute Relief, Wasserhaushalt und Landschaftscharakter in Gebieten mit löslichen Gesteinen. Die Arten der verkarsteten Gesteine (Karbonate, Sulfate, Halite) prägen unterschiedliche Typen des Karstreliefs. (Kugler, Schwab, Billwitz, 1980, S. 140)

Im folgenden wollen wir nun auf die chemischen Voraussetzungen, die zur Karstbildung führen eingehen.

2. Durch Lösung und Fällung bedingte Formen : Der Karst und seine chemischen Voraussetzungen

Die beiden wichtigsten Voraussetzungen der Karstentwicklung sind die Löslichkeit des Gesteins und ausreichendes Vorhandensein von Wasser im flüssigen Zustand. Karstformen sind daher gesteinsabhängige Formen, die zudem am besten in ganzjährig feuchten Klimaten entwickelt sind. Lange Trockenzeiten behindern ihre Entwicklung ebenso wie lange Frostperioden.

Die Verkarstung als Lösung von Gesteinen ist ein Prozess der chemischen Verwitterung. Wenn auch alle Gesteine letztlich löslich sind, so unterscheidet sich ihre Lösungsrate doch beträchtlich. So wurden beispielsweise in Mitteleuropa, d. h. in humiden Bereichen der kühlgemäßigten Klimazone bei 800 mm mittlerem Jahresniederschlag, folgende Werte für den mittleren flächenhaften Lösungsabtrag ermittelt, jeweils pro 1000 Jahre.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Demnach werden Gips und verschiedene Salze so leicht durch Wasser gelöst, dass sie unter humiden Bedingungen an der Erdoberfläche nicht auftreten. Überall dort, wo sie im Untergrund vorhanden sind entstehen durch ihre Auswaschung Hohlräume. Kommt es nun zum Nachsacken des überlagernden Gesteins, bilden sich in diesem Hohlformen (Erdfälle) an der Oberfläche. Während bei Gips und Salz die Lösung schon durch reines Wasser erfolgen kann, ist dies jedoch nur beschränkt auch auf andere Gesteine übertragbar. Bei ihnen treten größere Lösungswirkungen nur dann auf, wenn das Wasser säurehaltig ist. Die durch Kohlensäure (H₂CO₃) verursachte Lösung von Kalkstein (Hauptbestandteil: Calcit, CaC0₃) ist dabei der weltweit wichtigste Prozess der Gesteinslösung, welcher auch unter dem Begriff der Verkarstung bekannt geworden ist.

Bei diesem Prozess kommt es zu einer Intensivierung, je reiner der Kalkstein ist, d.h. je reiner sein CaCO₃-Gehalt ist. Daher ist auch die für den reinen Kalkstein charakteristische Löslichkeit nicht bei allen Karbonatgesteinen gleich.

Die Kohlensäure, welche vom Niederschlagswasser schon in geringen Mengen in der Luft aufgenommen wurde, überführt das in reinem Wasser nur wenig lösliche Calciumcarbonat in das ca. 10 mal leichter lösliche Calciumhydrogencarbonat. Dies wird in der folgenden Formel, welche auch als Verkarstungsformel bekannt ist, beschrieben :

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als Regel hierzu soll gelten, dass Wasser bei niedrigen Temperaturen mehr Kohlensäure aufzunehmen vermag als bei hohen Temperaturen. Als Konsequenz hieraus ergibt sich nun, dass sich mit zunehmendem Kohlensäuregehalt des Wassers die Löslichkeit des Kalksteins steigert.

Wichtige Voraussetzung für eine hohe Kalksteinlöslichkeit ist aber nicht nur der hohe Gehalt des Wassers an Kohlendioxid (C0₂), sondern auch der Kohlendioxidgehalt der Troposphäre und vor allem der Bodenatmosphäre. Das durch Pflanzen und Bakterien erzeugte Kohlendioxid stellt den Nachschub für das bei der Kalksteinlösung verbrauchte C0₂. So ist ein hoher C0₂-Partialdruck in der Bodendecke, die vielerorts auf Kalkstein anzutreffen ist, eine wesentliche Vorbedingung für intensive Kalksteinlösung. Der C0₂ Partialdruck im Boden erreicht unter verschiedenen Klimabedingungen annähernd gleiche Werte. Wenn trotzdem der Umfang der Kalksteinlösung (Karstkorrosion) erhebliche regionale oder lokale Unterschiede aufweist, so erklären sich diese - klimatisch oder edaphisch bedingt - durch ein jeweils verschieden großes Wasserangebot. Daher ermöglicht das hohes Wasserangebot in den feuchten Tropen einen beträchtlichen Kalkumsatz, wodurch die Kalksteinlösung besonders große Intensität erreicht.

Als eine weitere Voraussetzung für die Karstentwicklung gilt die Durchlässigkeit des Gesteins. In Karstgebieten ist die oberflächliche Entwässerung gering, wenn sie denn überhaupt vorhanden ist. Daher dringt das Niederschlagswasser rasch durch Poren oder Klüfte in das Gestein und löst dieses auf dem Weg zum Grundwasser. Das Wasser tritt in Karstquellen wieder zutage und führt das gelöste Gesteinsmaterial weg.

Aufgrund der weltweit hohen Verbreitung von Kalken und den oben beschriebenen chemischen Eigenschaften dieses Stoffes, sind Karstformen am häufigsten auf Kalken entwickelt.

Die Löslichkeit, wenn auch in schwächerer Form gilt ebenfalls für den dem Kalkstein verwandten Dolomit (ein Calcium-Magnesium-Carbonat).

Gips gehört auch zu den karstbildenden Gesteinen, wie die Karstformen im Zechsteingips am Südwestrand des Harzes zeigen. Die Löslichkeit des Gipses wächst mit steigender Temperatur bis zu ihrem Maximum bei 37°C. Zu den am löslichsten Stoffen gehören Steinsalz (NaCl) und Kalisalz (KCl) . Diese kommen jedoch gerade wegen ihrer hohen Löslichkeit in feuchten Klimaten nicht als Gesteine an der Landoberfläche vor, und selbst in ariden Gebieten bilden sie nur selten an der Oberfläche anstehende, hinreichend große Gesteinskörper. Als einzige Ausnahme ist der Mt. Sodom ('Sodom') zu nennen, ein großer aufragender Salzstock am Südende des Toten Meeres, auf dem die äußerst geringen, seltenen Niederschläge des dort herrschenden extremen Wüstenklimas ausgereicht haben, ein Karstrelief zu erzeugen.

Als letzte wesentliche Voraussetzung ist eine hohe mineralogische Reinheit des Gesteins erforderlich, um die zur Karstentwicklung nötige Durchlässigkeit aufrechtzuerhalten, d. h. ein möglichst geringer Gehalt an unlöslichen Bestandteilen. Dabei handelt es sich meistens um Ton- und Schluffpartikel, welche sich durch den Abtransport der löslichen Bestandteile des Gesteins an der Oberfläche anreichern und als undurchlässige Residualtone bzw. -lehme zurückbleiben, wodurch die Klüfte des darunterliegenden Gesteins verstopfen und die weitere Karstentwicklung behindern.

3. Die Formen des Dinarischen Karsts

Auch wenn mit den Begriffen Polje, Doline und Uvala meistens das Dinarische Karstgebiet in Verbindung gebracht wird, treten diese Lösungsholformen auch in den Tropen und Subtropen – wenn auch in einer unterschiedlichen Begrifflichkeit - auf und bilden dort die entscheidende Voraussetzung für die Entstehung der charakteristischen Vollformen der tropischen Verkarstung. Im folgenden soll nun kurz auf die Entstehung dieser Formen eingegangen werden, da die Kenntnis eben dieser Formen und der Prozesse, die zu ihrer Bildung führen, helfen können, den Entstehungsprozess des tropischen Karsts in all seinen Erscheinungsformen zu begreifen.

3a) Dolinen

Eine der charakteristischsten und in vielen klimatisch differenzierten Karstlandschaften verbreiteten Formen sind die Dolinen (slowen.: dolina = Tal). Dabei handelt es sich um trichter- oder kesselförmige Einsenkungen in der Karstgesteinsoberfläche von sehr verschiedener Größe und Tiefe. Dolinen unterscheiden sich je nach Entwicklungsstadium stark voneinander. Es gibt kleinere Dolinen mit wenigen Metern Durchmesser und geringer Tiefe , aber auch solche mit einem Durchmesser von mehr als 1km und einer Tiefe von über 300m. Allen gemeinsam ist jedoch der verhältnismäßig scharfe Rand gegen die Karstoberfläche, sowie ein meist kreisrunder Umriss.

Die für die Lösung notwendige gesteigerte Lösungskraft des Wassers war nur durch eine ehemalige reichere Vegetations- und Boden- bzw. Verwitterungsschuttdecke möglich. Die im Mittelmeergebiet oft aus Terra rossa oder Lehm bestehenden Bodenfüllungen vieler Dolinen sind nicht nur zusammengeschwemmte Zersetzungsrückstände des Kalksteins, sondern auch Reste einer früher stärker pflanzenbewachsenen und somit lösungsaktiveren Verwitterungsdecke. Dies bedeutet, dass sich die Formen des Dinarischen Karst zu einer Zeit gebildet haben müssen, als dieser Bereich noch unter dem Einfluss eines tropischen bzw. subtropischen Klimas lag.

(Leser, 1995, S. 186)

[...]