Das Karstrelief - Grundlagen, Charakterformen, Karsthydrographie, Beispiele aus Deutschland

Inhaltsverzeichnis

1 EINLEITUNG

2 DEFINITION VON KARST

3 GRUNDLAGEN
3.1 DIE CHEMISCHEN GRUNDLAGEN DER LÖSUNGSVERWITTERUNG
3.2 FAKTOREN DER VERKARSTUNG UND KARSTHYDROGRAPHISCHE VORAUSSETZUNGEN

4 DER KARST-FORMENSCHATZ
4.1 GRUNDFORMEN DES KARSTES
4.2 GROß- BZW. EXTREMFORMEN DES KARST
4.3 KARSTTYPEN

5 DIE THEORIE DES KARSTZYKLUS VON GRUND (1914)

6 REGIONALER KARST
6.1 KARSTGEBIETE DER ERDE
6.2 KARSTGEBIETE DEUTSCHLANDS

7 LITERATUR

1 Einleitung

In dieser Arbeit sollen die Grundlagen des Karst, seine Charakterformen und Hydrographie in der Theorie wie auch an Beispielen aus Deutschland veranschaulicht werden. Karstmorphologie ist von unterschiedlichen Faktoren und dementsprechend unterschiedlichen Rahmenbedingungen abhängig, sowohl bezüglich der grundlegenden Voraussetzungen als auch bezüglich der Ausprägung von Karst im Sinne unterschiedlicher Karstformen. Diese Faktoren sollen hier herausgearbeitet und in einen regionalen Bezug gebracht werden. Weiteres Ziel des Referates soll sein, die Erscheinungsformen des deutschen Karstes in einen raum-zeitlichen Kontext zu bringen.

2 Definition von Karst

Ursprünglich bezog sich der Begriff des Karst auf die Bezeichnung für die bodenarme, steinige Landschaft Dinariens, nordöstlich Triest, das Gebirge, welches den Namen „Karst“ trägt.

Zum anderen bezeichnet der Begriff Karst einen geomorphologischen Landschaftstyp, welcher lösliche Gesteine aufweist, zum Beispiel und vor allem Gips, Kalk und Dolomit. (LESER 1997) Oft aber wird auch die Hydrolyse als eine karstähnliche Verwitterung von Silikatgesteinen als Karst bezeichnet.

3 Grundlagen

Die Grundlagen des Karst sind hier unterteilt in die chemischen Voraussetzungen der Lösungsverwitterung sowie die allgemeinen Faktoren der Verkarstung hinsichtlich karstbegünstigender Bedingungen und Voraussetzungen.

3.1 Die chemischen Grundlagen der Lösungsverwitterung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Verkarstung von Gips, Kalk oder Dolomit lässt sich auf die sogenannte Lösungsverwitterung zurückführen. Ursache dafür ist das in Wasser gelöste Kohlendioxid, die Kohlensäure. Kohlendioxid wird dann in Wasser gelöst, wenn der Partialdruck des CO2 in der Luft, d.h. der Gehalt der Luft an CO2 so zunimmt, dass CO2 an das Bodenwasser abgegeben wird. Zu beachten ist, dass die Aufnahmefähigkeit des Wassers temperaturabhängig ist, wobei das kältere Wasser aufnahmefähiger ist als das verhältnismäßig wärmere.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Calzit (CaCO3), das Mineral des Kalks, wird durch Kohlensäure (H2CO3) in Bicarbonat (Calziumhydrogencarbonat - Ca(HCO3)2) überführt, welches ca. 10-mal löslicher ist als das Ausgangsmineral. Der Prozess der Aufspaltung, der Dissoziation von H2CO3 und CaCO3 und somit die Entstehung von Calziumhydrogencarbonat ist proportional abhängig von der Temperatur.

Calziumhydrogencarbonat enthält CA++ sowie HCO3- Ionen, welche vom Bodenwasser abgeführt werden.

Gips ist das durch Lösungsverwitterung am schnellsten zu verwitternde Gestein, der Dolomit, das am langsamsten zu verwitternde. Kalkgestein steht bezüglich seine Löslichkeit dazwischen.

Für sämtliche der drei Carbonate gilt die mineralogische Reinheit als wichtige Voraussetzung für den Ablauf der Kohlensäureverwitterung.

3.2 Faktoren der Verkarstung und Karsthydrographische Voraussetzungen

3.2.1 Der Begriff der Karsthydrographie

Neben den rein chemischen Faktoren der Verkarstung müssen eine Reihe anderer Voraussetzungen für die Entstehung von Karstformen und deren Verbreitungsgebiete miteinbezogen werden. Neben dem Faktor Zeit und der Verkarstungsfähigkeit des Gesteins ist eine Betrachtung der regionalen klimatischen Bedingungen, der Reliefenergie und der hydrogeologischen Verhältnisse eines Gebietes von großer Bedeutung. Für die Entstehung einer typischen Karstlandschaft sind gewisse grundsätzliche Bedingungen entscheidend, welche als karsthydrographisch wirksame Faktoren zusammengefasst werden. Diese beschreiben das karstbeeinflussende Zusammenspiel der im Folgenden beschriebenen Faktoren.

3.2.2 Faktor: Wasserdurchlässigkeit des Gesteins

Oberflächig abgeführtes Niederschlagswasser ist nicht in der Lage eine hohe Lösungstätigkeit zu erzielen. Die Lösungstätigkeit von Kohlensäure erhöht sich, je länger es am Gestein wirken kann. Aus diesem Grunde ist eine gute Klüftung des Gesteins notwendig. Die Klüftung eines Gesteinskörpers ist abhängig von seiner geomorphologischen Härte, eine Voraussetzung welche z.B. das Kalkgestein erfüllt. Bei einer tektonischen Beanspruchung bricht es und es entstehen Klüfte und Schichtfugen, an welchen das versickernde Niederschlagswasser wirken kann.

3.2.3 Faktor: Lage des Gebietes zu seinem Vorfluter

Der Vorfluter ist der Wasserkörper, also ein Fluss, ein See oder das Meer, zu welchem das Niederschlagswasser eines Gebietes hin entwässert wird. Das Niveau des Vorfluters bestimmt die Entwässerungsrate sowie die Höhenlage des Grundwasserkörpers.

Die für die Entstehung karsttypischer Formen notwendige unterirdische Entwässerung findet nur statt, wenn sich das Einzugsgebiet oberhalb des Vorfluterniveaus befindet. Nur oberhalb der Höhenlage des Vorfluters und somit des Grundwasserspiegels kann eine intensive unterirdische Verkarstung i.S. von ausgeprägten Höhlensystemen stattfinden.

3.2.4 Faktor: Reinheit des Gesteins

Ist das Gestein mineralogisch unrein, d.h. ist es mit anderen mineralischen Bestandteilen durchsetzt, führt dies bei Lösungstätigkeit zur Ablagerung sog. Residuen (Lösungsrückstände, Residualtone, -lehme). Diese dichten den Untergrund ab und schützen ihn vor weiterer Verwitterung. Aus diesem Grunde ist eine hohe mineralogische Reinheit des Gesteins wichtig für die Ausprägung von Karst.

3.2.5 Faktor: Klima

Auch das Klima ist von entscheidender Bedeutung. Es werden drei wichtige Komponenten unterschieden.

Das ausreichende Vorhandensein von CO2 in der Atmosphäre. Je wärmer das Klima, desto größer ist die Produktion von CO2 durch die Vegetation. Zu beachten hierbei ist aber die sich mit der Temperatur verändernde Fähigkeit des Wassers zur Aufnahme von Kohlendioxid. Je kälter das Wasser ist, desto höher ist seine Aufnahmefähigkeit.

Temperaturbezogen ist also eine differenzierte Betrachtungsweise notwendig. Dementsprechend ist es wichtig von einer ausreichenden Produktion von CO2 zu sprechen und nicht einer maximalen als Voraussetzung für „maximale“ Verkarstung. Das Vorhandensein hinreichenden Niederschlags. Vor allem braucht die Verkarstung eines: Viel Wasser. Je mehr Niederschlag fällt, desto stärker ist die Verkarstung. Die Reaktionsgeschwindigkeit der Lösung. Auch diesbezüglich wirken warme Klimate fördernd.

Bestimmte Klimate können eine Ausschaltung der Verkarstungsprozesse in ansonsten gut ausgeprägten karsthydrographischen Systemen bewirken. Dies geschieht z.B. in ariden Gebieten mit lange andauernden Trockenphasen und plötzlich wie heftig einsetzenden Niederschlägen, wobei Kalkkrusten entstehen, welche den Untergrund vor weiter Lösung versiegeln.

Auch in Gebieten mit Permafrost kann eine Verkarstung kaum oder gar nicht stattfinden. Hier wirkt der gefrorene Untergrund einem Versickern von Niederschlag oder Schmelzwasser entgegen.

3.2.6 Faktor: Vegetation

Das Vorhandensein oder das Fehlen von Vegetation hat unterschiedliche Bedeutung für Intensität und Ausprägungsform des Karstes. So ist vorhandene Vegetation unter anderem entscheidend für die Produktion von Kohlendioxid und begünstigt somit Verkarstungsprozesse.

Zum Begriff des karsthydrographischen Systems:

Karsthydrographische Systeme existieren dort, wo die unterschiedlichen karstbegünstigenden Faktoren aufeinandertreffen. Je nach dem differenzierenden Einfluss des Klimas kann sich besonders hier eine Karstlandschaft entwickeln, welche einen karsttypischen Formenschatz aufweist.

Zu diesen karsthydrographischen Systemen gehören vor allem:

Gutes Versickern von Niederschlag in den Untergrund und somit die gute Klüftung des Gesteinskörpers. Zudem muß das versickerte Niederschlagswasser im Gestein weiterhin zirkulieren können. Steht es, d.h. ist es stationär, ist es sehr schnell kalkgesättigt und es kann keine weitere Lösungstätigkeit mehr stattfinden. Die günstige Zirkulation des Wassers ist bedingt durch die ermöglichte Entwässerung eines Einzugsgebietes hin zu seinem Vorfluter und einer guten Klüftung des Gesteinspaketes.

Karsthydrographische Systeme sind geprägt durch eine Erweiterung von Klüften und Schichtfugen in oberflächennahen Bereichen in Form einfacher Lösungstätigkeit durch versickerndes kohlensäurehaltiges Wasser.

In den tieferen Bereichen findet eine Herausbildung von den für karsthydrographische Systeme typischen Höhlensystemen durch den Prozess der Mischungskorrosion statt, auf den im Kapitel Höhlensysteme noch genau eingegangen werden soll.

3.2.7 Faktor: Mensch

Mit der Beeinflussung des Naturraumes nimmt natürlich auch der Mensch über z.B. die Vegetation Einfluss auf die Verkarstungsprozesse. Die mittelalterlichen Rodungsphasen bewirkten eine starke Dezimierung des Baumbestandes in den deutschen Karstgebieten. Die Folge: Erheblich mehr Wasser konnte seither in den Untergrund versickern und Lösungstätigkeit vornehmen. Formen des später noch zu beschreibenden sog. bedeckten Karstes wechselten zu Formen des nackten Karstes.

Die Sauberkeit des im Gesteinspaket gefilterten Karstwassers, welche sich viele Siedlungen vor allem im Bereich von Schichtquellen, als Trinkwasserquellen zunutze machen konnten,

wird durch die erhebliche industrielle Entwicklung gefährdet. Mit dem leicht versickernden Niederschlagswasser gelangen problemlos auch industrielle Schadstoffe in die tiefen Bereiche der Gesteinkörper und somit ins Grundwasser.

4 Der Karst-Formenschatz

4.1 Grundformen des Karstes

Ist das verkarstungsfähige Gestein an der Oberfläche anstehend, bzw. finden Verkarstungsprozesse an der Oberfläche statt, handelt es sich dabei um den sog. nackten Karst. Befindet sich verkarstungsfähiges Gestein hingegen unter einer Decke nicht verkarstungsfähigen Gesteins oder einer Vegetationsdecke, handelt es sich dabei um den sog. bedeckten Karst.

Zunächst kann man die einfachen, oberflächlichen Formen des Karstes beobachten. Man spricht hierbei von Karren, also Loch-, Rillen- und Kluftkarren. Sie werden auch als die Karstkleinstformen bezeichnet.

Lochkarren sind rundliche Vertiefungen im Gestein, welche sich aufgrund stehen gebliebenen Regenwassers in Vertiefungen gebildet bzw. korrosiv vertieft haben. Wichtig bei diesem Prozess ist die regelmäßige Zufuhr Lochkarren im Gran Sasso-Massiv, Italien. Quelle: AHNERT (1996) frischen, d.h. nicht kalkgesättigten Wassers durch den Niederschlag.

Rillenkarren sind lineare Karstkleinstformen. Sie entwickeln sich aufgrund von stetig linear abfließendem Regenwasser.

Selbstverständlich erfolgt auch hier eine sukzessive Vertiefung durch die Lösungstätigkeit kohlensäurehaltigen Niederschlags.

Kluftkarren entwickeln sich durch korrosive Erweiterung bereits vorhandener Klüfte des oberflächennahen Gesteins. Wichtig bei diesem Prozess ist die regelmäßige Zufuhr frischen, d.h. nicht kalkgesättigten Wassers durch den Niederschlag.

Rillenkarren sind lineare Karstkleinstformen. Sie entwickeln sich aufgrund von stetig linear abfließendem Regenwasser.

Neben den Karren existieren die sog. Karstschlote als eine weitere Form des oberirdischen Karstes. Karstschlote entwickeln sich aus den Kluftkarren, aufgrund einer Erweiterung der Klüfte und der Verfüllung mit Residuen. Der Name bezieht sich auf die schlot- oder schornsteinähnliche Erscheinungsform dieser Karstform. Liegen mehrere dieser Karstschlote nebeneinander, spricht man von den sog. geologischen Orgeln.

Rillenkarren am Stockhorn bei Thun (Schweiz). Quelle: AHNERT (1996)

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