Karst

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Turmkarst-Landschaft,Guilin(China)
Pinnacle-Karst-Landschaft,Shilin(China)
Glaziokarst-Landschaft,Orjen(Montenegro)
Karst-Wasserfälle und Seen-Landschaft:Nationalpark Plitwitzer Seen(Kroatien)
Karst in El Torcal de Antequera,Andalusien(Spanien)

UnterKarstversteht man in derGeologieundGeomorphologieunterirdische Geländeformen (Karsthöhlen) und oberirdische Geländeformen (Oberflächenkarst) inKarbonatgesteinen(auch in Sulfat-, Salzgesteinen und Sandsteinen/Quarziten), die vorwiegend durchLösungs-undKohlensäureverwitterungsowieAusfällungvonbiogenenKalksteinenund ähnlichenSedimentenmit hohem Gehalt anCalciumcarbonat(CaCO3) entstanden sind. Hauptmerkmal ist der überwiegend unterirdischeWasserhaushalt,der nicht auf einer primärenPorositätdes Gesteins beruht, sondern sekundär und in geologischer Zeit auf einerKorrosiondes Gesteins, derVerkarstung.

Großräumig findet sich Karst um dasMittelmeersowie inSüdostasienundSüdchina,auf denGroßen Antillen,derHalbinsel Yucatánund imIndoaustralischen Archipel,kleinräumiger in den deutschen Mittelgebirgen (Schwäbische Alb,Fränkische Alb), demFranzösischen und Schweizer Jura,anderen Teilen derNord-wieSüdalpensowie allgemein inWesteuropa.

Humangeografischunterscheidet sich insbesondere die Naturraumnutzung von Karstlandschaften des Mittelmeerraums (=Mediterrans) und Südost- undOstasiens.Herdenviehhaltung und eine saisonal angepasste halbnomadische Herdentierwanderung sind in den Karstgebirgen des Mediterrans seit derAntikeverbreitet, eine entsprechende Nutzung vonKarsthochflächenaußerhalb des Mediterrans aber kaum; sie wird oft für deren stärkere Degradierung undEntwaldungmit anschließender Schädigung der Bodendecke verantwortlich gemacht, jedoch weisen postglaziale Faunen mit hohem Anteil alpin angepasster Tierarten auf tieflagigen Karstplateaus darauf hin, dass selbst in der heute am höchsten entwickelten mediterranen Karstlandschaft derDinaridenpostglazial keine Entwicklung zu Waldlandschaften stattgefunden hat.[1]Kulturtopologisch diametral ist in tropischen Karstländern eine differenziertereagroökonomische Wirtschaftsformmit Kleintierhaltung undBewässerungsfeldbauetabliert.

Tiefgründig entwickelte Karstlandschaften können trotz reichlicher und teilweise hoher Niederschlagsmengen völlig trockene Böden aufweisen. Karstlandschaften unterliegen einem alterungsbedingtenErosionszyklus.Prinzipiell bedingt sich dieser durch stärkereKorrosionundErosionunterfeucht-tropischenKlimaverhältnissen. Unterscheidungserheblich sind tropische und außertropische Karstformen, ebenso geomorphologisch voll entwickelter Karst (Holokarst) und wenig entwickelter Karst (Merokarst). Verkarstung und Erosion des Karstreliefs sind Teil eines globalen biogeochemischenStoff-und geologischenGesteinskreislaufs;speziell hängt derCarbonat-Silicat-Zyklusdurch biogene und geologische Prozesse, die Resultat derEvolutiondes Lebens sind, direkt mit demKohlenstoffzykluszusammen. Carbonate (CalcitCaCO3undDolomitCaMg(CO3)2) sind zudem die größten Kohlenstoffspeicher der Erde.

Etymologie der Begriffe

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Karst-SeenlandschaftBaćina-SeennahePločeim SüdenKroatiens

AlsTyplokalitätund damit namensgebend für das geologische Phänomen Karst gilt die LandschaftKarst-Plateau,die auf halber Strecke zwischenLjubljanaundTriestamsüdöstlichen RandderAlpenliegt.

In dieser bedeutenden Karstlandschaft, in der auch der größte Karstsee (Sickersee) der Erde liegt, derCerkniško jezero(deutschZirknitzer See), wurde das Phänomen Karst erstmals eingehend erforscht.

Die Forschungsergebnisse durch Wissenschaftler derHabsburgermonarchie,wieMarko Vincenc Lipold(1858),Dionýs Štúr(1858) undGuido Stache(1859)[2],wurden indeutscher Sprachepubliziert und daher setzte sich international der deutsche NameKarstdurch.

Der BegriffKarstund all seine in anderen Sprachen ähnlich klingenden Namen stammen vom lateinischen Eigennamen der vorwiegend aus Karbonatgesteinen aufgebauten Gebirgslandschaft östlich von Triest,Carsusmit der rekonstruiertenindoeuropäischenWortwurzel*kar-in der Ursprungsbedeutung „Stein, Fels “ab (systematisierte Bezeichnung aus dem 19. Jahrhundert:slowenischkras,kroatischkršoderkras,serbisch-kyrillischкршoder крас(т),italienischcarso,lateinischcarsusmit der regionalenmittellateinischenBedeutung „Fels(wand) “; aber immer ursprünglich abgeleitet vom jeweils groß geschriebenen Eigennamen des Gebirges bei Triest, dessen Name wohl von indoeuropäisch am ehesten*kar-„Stein, Fels “kommt).[3][4]

Erst im Gefolge des ersten StandardwerksMorphologie der Erdoberfläche(Albrecht Penck,1884) und insbesondere durch das Wirken des ersten KarstologenJovan Cvijić,ab 1893 Professor an derUniversität Belgrad,etablierte sich dieGeomorphologieals eigenständige Wissenschaft. Dabei wurden auch die Lokalbezeichnungen von Karstformen derdinarischen Länderaus demSlowenischen,KroatischenundSerbischenfür diedeutscheundfranzösischeFachsprache verallgemeinert (beispielsweisedolina,polje,ponor,hum). Die Arbeiten von Cvijić mündeten schließlich 1898 in seiner in Wien veröffentlichten Schrift „Das Karstphänomen: Versuch einer morphologischen Monographie “, die als erste zusammenfassende Darstellung von Karsterscheinungen in einer Gesamtbetrachtung gilt.[5]

Mit der Erforschung tropischer Karstgebiete der Karibik und Südostasiens erweiterte sich das Begriffsspektrum (so um diespanischenBezeichnungenMogoteundCenoteund denenglischenBegriffCockpit). Die Karstterminologienutzt damit heute eine Vielzahl von Begriffen unterschiedlicher Sprachen. Durch die historische Entwicklung der Karstforschung weichen einige im Englischen genutzte Begriffe von denen in Mitteleuropa ab.

Entstehung und Merkmale

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Karbonat und Kohlensäureverwitterung, weitere chemische Verwitterungsvorgänge

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Karst entsteht inhumidenbissemi-aridenGebieten, die aus harten, durchKohlensäurekorrodierbarenMassengesteinen mit hohen Gehalten an Kalziumkarbonat(CaCO3), wieKalkstein,aufgebaut sind. Das Ausgangsgestein ist nicht primär porös; vielmehr verhindern primär poröse Karbonate wieKreidejede tiefe Verkarstung. Umgekehrt kann die Verkarstung in Gebieten, die aus einförmigen mächtigen Massenkalken aufgebaut sind, bis mehrere tausend Meter unter die Erdoberfläche reichen.

Bei Korrosion von Kalziumkarbonat reagiert zunächst in Wasser physikalisch gelöstesKohlenstoffdioxidmit diesem chemisch zuKohlensäure:

Jene reagiert mit Kalziumkarbonat zuKalziumhydrogenkarbonat:

[6]

Beides zusammen ergibt als Bilanzreaktion der Lösung von Kalziumkarbonat:

Der Doppelpfeil steht für die Umkehrbarkeit der Reaktion, dennkalkgesättigteLösungen können durchWiederausfällungvon Kalziumkarbonat Gesteine wieTravertinoderTropfsteinneu bilden.

Die Mischung zweier mit Kalziumkarbonat gesättigter Lösungen kann weiteres Kalziumkarbonat in Lösung bringen, wenn die Konzentration des Kalziumkarbonats in den Ausgangslösungen verschieden ist (=Mischungskorrosion). Dabei wird umso mehr zusätzliches Kalziumkarbonat gelöst, je höher die Konzentration in der kalkreicheren Ausgangslösungen war („Paradoxon der Mischungskorrosion “). Dieser Effekt erklärt aber nur zum Teil, warum die im Karstgebirge beobachteten großen Lösungshohlräume nicht an der Eintrittsstelle des Wassers, sondern im Innern des Gebirges zu finden sind. Tatsächlich spielt die Mischungskorrosion nur eine untergeordnete Rolle bei der Höhlenbildung im Karst, da die Unterschiede der Sättigungsgrade der verschiedenen Lösungen meist zu gering ist, um viel Gestein lösen zu können.[7]

Stattdessen hat dieses Phänomen mit der Sättigungskurve kohlensäurehaltigen Wassers mit Kalziumkarbonat zu tun. Das Wasser kann zwar bis zu einer Sättigung von rund 80 % schnell Kalziumkarbonat aufnehmen, danach lässt die Lösungsgeschwindigkeit aber stark nach. Bis zu einer vollständigen Sättigung dauert es sehr lange und so bleibt das Wasser auch in tiefen Gebieten des Karstes noch leicht aggressiv und kann Gestein langsam lösen.

Drohnenvideo der Karstlandschaft in Kostivere, Estland

Eine andere Verwitterungsreaktion, die bei Verkarstung eine Rolle spielen kann, ist die Chelat-Komplexierung von Metallionen durch im Boden vorfindliche organische Säuren, etwaHuminsäuren.Der Prozess wird alschemisch-biotische Verwitterungbezeichnet.

JurazeitlicheViñales-Formationeines tropischen Karstkegels (Mogote) imValle de ViñalesaufKuba

Da Karstgestein durch Kohlensäure gelöst wird (=Kohlensäureverwitterung) undNiederschlagswasserdurch dabei entstehende Kanäle unterirdisch abfließt, entspringen im Karst kaum Flüsse. Dafür fließen durch alle Karstregionen andernorts (d. h. im Nicht-Karst) entsprungene Flüsse; fachsprachlich: Flüsse in Karstregionen sindallochthon,nichtautochthon.Besonders in den feuchten Tropen tragen Flüsse stark zur Formung dortiger Karstregionen bei. Karstformen sind daher nicht nur als größere oder kleinere geschlossene Formen zu finden, sondern insbesondere in den Tropen auch als Mischformen mit den offenenErosionsformenflussdurchzogener Reliefe. Der Karst ist also nicht grundsätzlich ein außerpolarer Gegenpol zu flussfeuchten Regionen, auch wenn dies oft behauptet wird.

Wenngleich Karsterscheinungen im Mikro- wie auch im Makrobereich ausnahmslos Folgen chemischer Vorgänge sind, ist doch dieReliefbildungvon Karst-Großlandschaften auch anderen Prozessen unterworfen, die vonhydrogeographischenund klimatischen Bedingungen undtektonischenVoraussetzungen abhängen. Beispielsweise wird vergletscherter Karst in Hochgebirgen alsGlaziokarstbezeichnet, dortige Gletscher selbst alsKarstgletscher,und an Karstgletscher gebundene physikalische Vorgänge bedingen ein besonderes Relief des Glaziokarstes unter ihnen.

Klimatisch-geologische Vorbedingungen

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Prinzipielle Voraussetzungen der Entwicklung eines Karstreliefs sind fürKohlensäureverwitterunganfälliges Gestein sowie die Verfügbarkeit flüssigen Wassers (somit eine passende Temperatur), damit die gegebeneKlimazoneundHöhenstufe.Karst entsteht typischerweise aufanstehendemKalksteininsubhumidenbishumidenKlimazonen, von den Tropen bis zukühlgemäßigtenBreiten, von derKüstebis in subnivale[8]Höhenlagen derHochgebirge.

Verkarstung wird durch hohe Bodenkonzentration vonHuminsäurenim Boden befördert (s. o. Abschnitt „#Karbonat und Kohlensäureverwitterung, weitere chemische Verwitterungsvorgänge“). In den Tropen begünstigt die Vegetation diesen Umstand und damit hiervon abhängige Verkarstungsvorgänge. In gemäßigten Breiten ist der Zusammenhang nur im Mikrobereich wirksam, vor allem unter Moospolstern.

Qualitativ hängt die Bildung des Karstreliefs vor allem von der Niederschlagsmenge und von der Reinheit sowie Mächtigkeit derMassenkalkeab. Reinheiten des Kalziumkarbonats von 99 % und jährliche durchschnittliche Niederschlagsraten von bis zu 5000 mm im Jahr inMontenegroundNeuguineaoder auch von 2500 mm pro Jahr in Südwest-China sind der Entstehung ausgeprägter Karstformen förderlich. Geringere Reinheiten des Kalziumkarbonats und Niederschläge unter 500 mm im Jahr verhindern stärkere Verkarstung. Auch verkarsten weiche Kalksteine mit hohen Tongehalten (Mergel) kaum, harte korrosionsbeständige Carbonate mit hohen Magnesiumgehalten wieDolomitsehr langsam.

Voll entwickelte Typformen des Karstes, so genannteVollformen(vgl. Abschnitt „Klimageomorphologische Karsttypen “), sind darüber hinaus immer Ergebnis einer ununterbrochenen Entwicklung mit nur geringer klimatischer Variation über geologische Zeiträume, in denen die genannten günstigen Bedingungen der Verwitterung vorherrschten.

Bedeutende Karbonatserien

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AufgeschlossenesKarbonatgestein(ohneEvaporite) bedeckt ca. 20 % der eisfreienLandfläche
DieEisriesenwelt(Dachsteinkalk) inÖsterreich

Im alpinen Mitteleuropa ist besonders derDachsteinkalkein verkarstungsfähiges Gestein, während derHauptdolomithier keine Karstlandschaften bildet. Den Hauptteil desDinarischen Gebirges,des größten europäischen Karstgebiets, stellen fast ausschließlichdolomitischeund anderekarbonatischeSedimente, deren Entstehung vomDevonbis Neuzeit reicht. Die Mächtigkeit derkretazischenundjurassischenKalke beträgt hier in derHochkarstzonemehr als 4 km, und die Verkarstung reicht bis unter das Meeresniveau hinab, was untermeerische Karstquellen belegen. Verwandte Karstregionen finden sich in denzirkummediterranenKalkdeckenderjungalpidischenFaltengebirgedesThetysbeckenszwischen Marokko und Iran.

Harte, reine mesozoische Kalke liegen auch den Turm- undKegelkarstformationender Tropen wie etwa den geologischen Formationen des OberenJura[9]imkubanischenValle de Viñaleszugrunde. Die Basis der dortigenMogotenbildet der älteste, hauptsächlich aus sehr unreinen Kalken wechselnder Ablagerungsbedingungen bestehende Abschnitt namensJagua.DieMogotenselbst hingegen entsprechen dem alsViñales-Formationbezeichneten mittleren Abschnitt, einem sehr reinen Massenkalk (über 98 % CaCO3).

Des Weiteren liegen Turm- und Kegelkarsten kontinuierliche und langsameHebungendurchneotektonischeVorgänge zu Grunde. Bei rascherer Hebung überwiegt Erosion gegenüber Korrosion, und trotz reiner, mächtiger Kalke und hoher Niederschlagsraten entsteht keine dem Turmkarst vergleichbare Form, sondern eine Steilstufe. Ein Beispiel ist dieBucht von Kotor,die durch die rasche neotektonische Hebung derAdriatischen Platteentstand.

Erosionszyklus von Karstlandschaften

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Die qualitativen Voraussetzungen einer Verkarstung (siehe Abschnitt „Klimatisch-geologische Vorbedingungen “) bestimmen auch deren Fortschreiten. Wenngleich ähnliche Erscheinungen zwischen den ausgemachtenKarstregionenbeobachtbar sind, sind verschiedene Karsttypen regional unterschiedlich häufig. In geologischer Zeit spielen hierbei weitere Einflüsse wie Faltungen und Verwerfungen der Gesteinsschichten eine Rolle. Bei rascher tektonischer Hebung kann Erosion die Karstbildung auch verhindern, wie beispielhaft in derBucht von Kotorzu beobachten ist (siehe Abschnitt „Bedeutende Karbonatserien “).

Insbesondere die vonWilliam Morris Davisbegründete Anschauung des Erosionszyklus machte die zyklische Entwicklung der Karstlandschaften verständlich. Das vonAlfred Grund(1914) als Betrachtung des JamaikanischenCockpit countryvorgestellte, einfache vierstufige Modell ist heute ein Modell für Karstgebiete der Tropen.Jovan Cvijićskomplexes Erosionszyklus-Modell (1918) für den (ursprünglich für exemplarisch gehaltenen)Dinarischen Karsttrifft nur auf Karstgebiete zu, in denen wasserdurchlässige und wasserundurchlässige Sedimente einander schichtweise abwechseln, wie etwa imFlyschder Dinariden.[10]

Karstquelle derLoue

Ein Karst bildet ein typspezifisches unterirdischesAbflussregimeaus, daskarsthydrologische System.Solche Systeme gestalten diegeomorphologischeEntwicklung von Karstlandschaften wesentlich mit. Unterschiedliche Anschauungen über ihre Funktionsweise führten innerhalb derKarstologiezu heftigen Debatten (Schule des Karstgrundwassers versus Schule der unterirdischen Karstflüsse). ErstAlfred Grund(1903, 1914) undJovan Cvijić(1893) entwarfen, auf Beobachtungen in denDinaridengestützt, eine weiterführende Theorie. Karsthydrologische Fragestellungen sind bis heute ein Schwerpunkt der Karstforschung und berühren die hydrogeologische Ingenieurwissenschaften, die im Karst besonders schwierige und aufwändigeTrinkwasserversorgung,denHochwasserschutzsowie die Errichtung von Wasseringenieurbauten wie große Stauwehren undWasserkraftwerke.Zur Untersuchung der in Karstgebieten auftretenden wasserwirtschaftlichen und kulturlandschaftsbezogenen Probleme finden eigens hierfür entwickelte karsthydrologischer Untersuchungen Anwendung, bei denen insbesondereTracerund geologische Bomben zur Verfolgung des Karstwassers eingesetzt werden.

Zum Schatz der Karstformen (der ebenfalls als „Karsthydrologie “bezeichnet wird) zählen außer den unterirdischen auch alle speziellen, die im Gefolge vonPonoren,Estavellen,Karstquellen,Poljen,Trockentälern,TurloughsundSickerflüssenim Karst auftreten. Für ihre Entstehung ist die dreischichtige hydrologische Zonierung des Systems wesentlich, wie sie erstmals vonGrundundCvijićbeschrieben wurde; diese Autoren führten auch den BegriffKarstgrundwasserspiegelein.

Karsttypen und geologische Entwicklung von Karst

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Klimageomorphologische Karsttypen

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TropischerKegelkarst,Chocolate Hillsauf der InselBohol,Philippinen
Subtropische Karstkegel (Humi,im Bild rechts) imSkutariseeinMontenegro
Tropischer Turmkarst (Fengcong) amLi JianginGuilinin Südwest-China

Klimageomorphologischwird zwischen den Karstformen dergemäßigten,subtropischenundtropischenRegionen unterschieden. Lediglich anteilig verkarstete Landschaften werdengeomorphologischalsMerokarstbezeichnet. Sie sind in den gemäßigten Breiten zu finden, weil dort außerhalb derHochgebirgemeist mächtige Massenkalke fehlen, und die geologische Evolution des Karstreliefs durch dieEiszeitenbesonders stark beeinträchtigt wurde.

ImFluviokarstsind definitionsgemäß fluviale Formen wie Großschluchten oderKlammenzu finden, dieallochthonin anderen geologischen Formationen entspringen (s. AbschnittVerkarstung). Allerdings wird Merokarst häufig unscharf als „Fluviokarst “bezeichnet, obwohl der Karst selbst im Fluviokarst voll entwickelt sein kann. Fluviokarst tritt zumeist in gemäßigten Breiten auf.

Der voll entwickelte Karst,Holokarstgenannt, bildet tropische und subtropische Karstlandschaften. Im tropischen Holokarst vorfindlicheVollformen(s. AbschnittKlimatisch-geologische Vorbedingungen) sind die steil aufragende Bergkuppen desKegel-und desTurmkarstes.Im mediterranen Raum sind vereinzelte,Humgenannte Karstkegel in den feuchteren und wärmeren Regionen des dinarischen Karstes (Herzegowina,Montenegro) bezeugt; ansonsten fehlen dort Vollformen überwiegend, da ihre Bildung durch diepleistozänenKaltzeiten unterbrochen ist.

Entwicklung und Einteilung von Karsttypen

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Karstlandschaften unterscheiden sich vor allem durch die Ausprägung der unterirdischen Karsthydrologie, die einen Großteil der oberflächlichen Karstformen erklärt. Ist die Karsthydrologie vollständig entwickelt, so erfolgt ein praktisch vertikaler Wasserabfluss, der sich besonders im Holokarst zeigt. Hier fungieren als BesonderheitPoljenals intermittierende horizontalehydrologische Knotendes karsthydrologischen Geschehens, weil Poljen oft kurze periodische oder beständigeSickerflüssehaben, sowie saisonal überschwemmt werden können.

Ist ein karsthydrologisches System nicht vollständig entwickelt, wird vom Merokarst gesprochen. Dieser zeigt nur einen Teil des Karstformenschatzes; Großformen wieUvalas,Poljen sowie tiefeKarstschloteund alle Vollformen fehlen.

Merokarst tritt in kühlgemäßigten Breiten auf. Bekannt ist Merokarst in Mittel- und Westeuropa.

Typisch entwickelt sindKarrenundSchlucklöchersowie kleine und flacheDolinen.Da diese Karstlandschaften immer vegetationsbestanden sind, wird hier auch vom „Grünen Karst “(= Karst unterHumusoderSedimentschichten) gesprochen.

Holokarst tritt in tropischen, subtropischen und teilweise in gemäßigten Breiten auf.

Im Holokarst treten alle Karstformen auf, insbesondere die großen Einebnungsflächen der Poljen, in den Tropen gehäuft auch die Vollformen der Karstkegel. Das karsthydrologische System ist dabei nicht zwangsläufig nur unterirdisch, und eine Wechselwirkung zwischen geomorphologischen Prozessen der Verkarstung und fluvialer Reliefdynamik, so insbesondere im Süd-Chinesischen Karstgebiet vonGuilin,können kennzeichnend sein. Für den Holokarst der Subtropen ist zudem die Interferenz zu den pleistozänen Prozessen von Bedeutung. Durch eiszeitliche Abkühlung und vermehrte glaziale, fluvioglaziale und periglaziale Prozesse sind insbesondere Karsthochgebirge sowie an deren Gebirgsfuß liegende Poljen durch die Dynamik von fluvioglazialen- und teilweise auch glazialen Ablagerungen umgestaltet. Dies trifft insbesondere für alle Karstgebirge des Mediterrans zu.

Zum Holokarst zählen die Karstlandschaften desDinarischen Karstes,KegelkarstesundTurmkarstes.

Dinarischer Karst
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An der montenegrinischen Küste ist das überfluteteKarst-TrockentalderBucht von Kotorüber 1000 m in die Hochkarst Zone eingeschnitten

Dinarischer Karst oder „Dolinenkarst “ist Typform des mediterranen Karstes, der durchDolinen-Reichtum, Großpoljen und oberflächliche Wasserarmut gekennzeichnet ist. Er ist im mediterranen Becken verbreitet. Übergänge des Typs des Dinarischen Karstes erfolgen bei hohen Niederschlägen (per-humides Klima) zum Polygonalen Karst und bei hohen Niederschlägen und gleichzeitig hohen Temperaturen (subtropisch (per)-humid) zum Cockpit-Karst. Alle Hochgebirge des Dinarischen Karstes haben insbesonderemindelzeitlicheine starke Vergletscherung erfahren. Die Schneegrenze sank hier auf unter 1200 m und geomorphologische Formen desGlaziokarstes,sowie glaziale undfluvioglazialeSedimente nehmen große Bereiche ein.

Polygonaler Karst
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An den Stellen, wo sehr viele Dolinen auf sehr engem Raum auftreten, und zum Teil nur schmale Rücken dazwischen stehen bleiben, spricht man von polygonalem Karst, die Durchmesser bis zu 400 m erreichen. Diese Form ist in Neuguinea, Neuseeland und den littoralen Dinariden verbreitet.

Cockpit-Karst leitet sich von einer Landschaft Jamaikas ab, dieCockpit countryheißt. Das Cockpit-Country war eine der ersten bekannt gewordenen Karstlandschaften der Tropen.

Das eigentliche Cockpit-Country ist eine unzugängliche, wie mit Pockennarben übersäte Landschaft, das aus sehr steilen, zum Teil bis 120 m tiefen Vertiefungen, den so genannten Cockpits, und diese trennende Hügel und Grate aufgebaut ist. Cockpits finden sich in allen Karstregionen, die über sehr hohe Niederschläge verfügen, haben aber regional unterschiedliche Namen: JamaicaCockpit,NeuguineaPolygonaler Karst,Dinarische RegionBoginjavi krš.

Der Boden der Cockpits ist meist flach und kann von eingeschwemmten Sedimenten bedeckt sein. Im Unterschied zur Doline ist der Boden deutlich ausgeweitet und die Hänge sind nicht trichterförmig (nach innen konkav), sondern bestehen aus mehreren zum Inneren des Cockpits konvex vorgewölbten Segmenten. Deshalb ist der Boden der Cockpits auch nicht rund, sondern sternförmig.

Pinnacle Karst, Shilin, Süd-China

Zuerst als Karstform des südchinesischen Karstes beschrieben, ist der Pinnacle Karst eine Form der Großkarrenbildung tropischer Klimate.

Zu dieser Typform des volltropischen Karstes gehörenMogote,CockpitundHoneycomb.Sie entsteht in Abwesenheit starker fluvialer Erosion und ist in Kuba und Jamaica verbreitet,[11]daneben in Indonesien und auf den Philippinen.

Turmkarst ist eine Typform des randtropisch-subtropischen und tropischen Karstes, der durch starke Erosion entsteht; jene wird häufig durch wasserreiche Flüssen oder die See verursacht. Turmkarst ist in Südwest-China verbreitet, dortige Formen heißenpeak cluster(chin.fēngcóng) oder Turmwald (peak forest,chin.fēnglín). Die Typform kommt auch in Vietnam, Indonesien, Malaysia und Thailand vor.

Schichttreppenkarst, nördlicher Hang des Jastrebica-Kamms
Schichttreppen im Steinernen Meer
Glazial umgestaltetes Trockental mit Grund-, Seiten- und Endmoräne sowieerratischen Blöcken,Orjen

AlsGlaziokarstoder Alpiner Karst werden rezent aktive Karstlandschaften der Hochgebirge bezeichnet, die während der Eiszeitenvergletschertwaren und reliktisch alpineGlazialformenaufweisen, jedoch meist keine rezente fluviale Dynamik mehr zeigen. Charakteristische Formen im Glaziokarst sind Karst-Hochplateaus, steileKarschwellenund Kartreppen,SchichttreppenundRundhöcker,die durch glazialeAbrasionvon Karstgebirgen gekennzeichnet sind und auf denen es nur langsam zuBodenbildungkommt. Die rezente Verkarstung der ehemals vergletscherten Gebiete ist daher meist sehr jungen Datums und von geringer meist oberflächlicher Entwicklung, jedoch fehlen in den meisten der zum Glaziokarst gehörenden Gebirge üblicherweise Quellen und zumeist auch die sonst üblichenKarseen,da auch hier die unterirdische Karsthydrologie rasch nach dem Abschmelzen der Gletscher überwiegt. Dolinen sind klein und flach, Höhlen können aber schon während glazialer Phasen durch Schmelzwasser der Gletscher teilweise auch direkt unter den Gletscheroberfläche entstanden sein. Das präglaziale Relief spielte für die Bildung von Gletschern zum Teil eine entscheidende Rolle und ein besonderer Gletscher-Typus wird auch nach seiner geomorphologischen Begünstigung alsKarstgletscherbezeichnet. Glaziokarst findet sich insbesondere in den Hochplateaus der NördlichenKalkalpen(z. B. Zugspitzplatt, Leutascher Platt, Koblat, Hoher Ifen, Reiteralpe, Steinernes Meer, Lattengebirge, Untersberg) und in einigen Hochgebirgen der Dinariden sowie weiteren eiszeitlich vergletscherten mediterranen Gebirgen. Die Umbildung von Karstformen zu glazialen Formen ist meist gut zu erkennen und zeigt überdies auch einen anderen glazialen Formenschatz, da die Karbildung in Karstgebirgen andere morphologische Vorbedingungen nutzte und insbesondere Karst-Hochplateaus als reliktische Tertiäre Landschaftsformen die Vereisungen modifiziert überstehen konnten. EhemaligeKarsttäler(Uvalas) sind meist als modifizierte Kare durch glaziale Ablagerungen gefüllt und durch fluvioglaziale Erosionsformen in Form enger Klammen (z. B.PartnachklammundReintal) auch meist offene Formen.

Sulfat- und Salzkarst

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Auch in Sulfatgesteinen (Anhydrit und Gips) und Salzen, insbesondere Steinsalz, treten Karsterscheinungen auf. Eine der weltweit wertvollsten Sulfatkarstlandschaften befindet sich im Südharz im Dreiländereck Sachsen-Anhalt, Thüringen und Niedersachsen. Dazu gehört auch derKohnstein,in dessen Stollen die Nationalsozialisten dasMittelwerkals Rüstungsbetrieb einrichteten. Eine Gipskarstfläche beiSorbas (Spanien)ist als Naturpark ausgewiesen (Karst en Yesos de Sorbas). Bekannte Salzkarstflächen befinden sich in Israel und Spanien.

Karstbildungen in den letzten Jahren führten wiederholt zu Bodeneinstürzen in Tirol, sodass per Gipskarstverordnung von 2011 vor der Errichtung von Bauten bestimmten Gebieten Tirols Bodenprobebohrungen angeordnet wurden und der Österreichische Landesgeologentag 2011 in Innsbruck statt Versickerung von Regenwasser etwa von Dachflächen die Ableitung in Gewässer empfiehlt.[12]Zuletzt ist am 12. August 2013 beiReutteein Loch in einer Wiese eingebrochen, mit 7 m Durchmesser und tiefer als bis zum 7 m tief liegenden Grundwasserspiegel, daher vermutlich durch eine Gipsauswaschung ausgelöst.[13]

Sandsteinkarst / SiO2-Karst

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SandsteineundQuarziteunterliegen bei geeigneten klimatischen Voraussetzungen ebenfalls der Verkarstung, wobei diese Vorgänge und die resultierenden Formenschätze oft nur weniger auffällig erkennbar sind, da sie langsam und mit geringen Lösungsraten einhergehen.[14]Neben mittelamerikanischen Vorkommen dieser Verkarstungsart sind vor allem südafrikanische Quarzitkarsthöhlen, der zum UNESCO-Welterbe zählendePurnululu-NationalparkAustraliens, die Quarzit-Tafelberglandschaft (präkambrischeRoraima-Supergruppe) desRoraima-Gebietes imGuayana-Schildvon Zentral-Venezuelaoder das zentralafrikanischeEnnedi-Massivdafür bekannt.[15][16] In der Terminologie der Geographen, Geologen und Speläologen sind dies synonyme Begriffe für solche Landschaften und Felsgebiete, die durch weitgehend unterirdische Entwässerung, eigentümliche Oberflächenformen und Höhlenbildungen charakterisiert sind. Ähnlich wie beim (klassischen) Kalk(-stein)-Karst, beim seltenen Gips-Karst und beim besonders schnell voranschreitenden Salz-Karst unterliegen auch (Quarz-)Sandsteine und Quarzite einer für die sonstigen Gesteine untypischen Auflösung. In engeren Grenzen gilt das auch für andere, stark quarzhaltige Gesteine (z. B. Granite). Diese Auflösungsvorgänge werden als Korrosion bezeichnet, es gehen die namensgebenden Minerale (Kalkspat / Kalzit; Gips mit seiner Vorstufe Anhydrit, Kochsalz / Steinsalz; Quarz, Opal, bedingt auch Silikate) in wässrige Lösungen über.

Ein Kennzeichen der Karst schaffenden Korrosion ist es, dass die beteiligten Minerale auch reversibel wieder in fester Form als Sinterbildungen (Speleotheme) ausgeschieden werden können. Sie sind im Kalkkarst besonders auffällig (Tropfsteinhöhlen, Sinterterrassen), Gips-Tropfsteine und Quarz-Opal-Sinter zählen zu den seltenen und meist unauffälligen Sinterbildungen in derartigen (Gips- oder Sandstein-) Höhlen. Sie alle sind geeignete Belege für die vorangegangene Korrosion. Es handelt sich also nicht um das mechanische Abtragen von Gestein durch die Erosion, bei der kein Ausscheiden von Sintern stattfinden kann.

Sandsteine mit ihrer hohen Porosität weisen gegenüber den nur auf Kluftflächen verkarstenden und in Auflösung befindlichen Kalksteinen einen deutlichen Unterschied auf. Während die in ihrem Inneren kaum wasserdurchlässigen Kalksteinkörper im Wesentlichen nur längs ihrer Begrenzungsflächen (Klüfte, Schichtgrenzen) wassergängig sind und von diesen ausgehend Lösungsformen zeigen, geht beim Sandsteinkarst die sogenannte Innere Verkarstung vor sich. Dies bedeutet, dass im gesamten Volumen zwischen den Sandsteinkörnern Wasser zirkulieren kann. Dadurch kommt es zum sehr langsamen Auflösen des Bindemittels zwischen den (Quarz-)Sandkörnern und auch zu einem mehr oder weniger vollständigen Auflösen der Sandkörner selbst. Die Vorgänge lassen sich mit der folgenden Formel beschreiben:

Ihrerseits nicht verkarstende, weil wasserundurchlässige Schichten (tonige Zwischenlagen) stauen die im gesamten Sandsteinvolumen zirkulierenden Wässer und konzentrieren die Quarzauflösung auf bestimmte Bereiche. Als Folge entstehen Schichtfugenhöhlen. Die in tiefen Horizonten verkarstenden Sandsteinbereiche lassen darüberliegende (hangende), mächtige Felspakete in Bewegung geraten und sind die genetische Ursache von „tektonischen “Klufthöhlen. Im Sandsteinkarst sind lockere Sande die Rückstände der Auflösung, das entspricht den Lehmen beim Verkarsten unreiner Kalksteine.

Weil die Auslösungsgeschwindigkeiten von Steinsalz über Gips und Kalksteine hin zu Sandsteinen und Quarziten jeweils in Zehnerpotenzen abnehmen, sind die geologischen Vorgänge der Verkarstung dieser letztgenannten Gesteine zwar in ihren Ergebnissen (Wasserarmut der Oberflächen, Turmkarst, Sandsteinkarren, Kamenitsas (Felskessel), korrosive Schichtfugen- und Klufthöhlen, Karstquellen, warzenförmige Sinterbildungen) auffällig, aber das sehr langsame Voranschreiten der Verkarstung bleibt dem flüchtig Beobachtenden oft verborgen. Das war auch Anlass, weshalb in einigen Ländern (mitunter sogar fälschlich für sämtliche Höhlen außerhalb des Kalkkarstes) von „Pseudokarst “gesprochen wurde, was sich aber sehr bald als ein unbrauchbarer und undifferenzierender Fachausdruck erwies.

Den SiO2-Karst (Sandsteinkarst, Quarzitkarst) gibt es in mehreren Klimazonen. Als Beispiele gelten die bis 350 m tiefen Höhlen von Simas de Sarisariñama / Venezuela, die Gebiete Eisernes Viereck und Chapada Diamantina in Brasilien, wo sich die 1,6 km lange Sandsteinhöhle Gruta do Lapão befindet. Markante Sandsteinhöhlen finden sich verbreitet auch in der Republik Südafrika, aber auch in Australien und der Sahara.

Mikroklima im Karst

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In der geschlossenen Depression des Funtensees (Uvala) werden die tiefsten Fröste in Deutschland gemessen. Ein relativ hohersky view factorist dafür unerlässlich, da er die Intensität der langwelligen nächtlichen Ausstrahlung maßgeblich bestimmt.
Dersky view factorist der Anteil des sichtbaren Himmels (Ω, graue Fläche) über einem bestimmten Beobachtungspunkt. Zweidimensionale Darstellung einer Uvala in den Süddinariden.

Regional haben Karstlandschaften ein wärmeres Bioklima als Landschaften, die nicht aus Karbonatsteinen aufgebaut sind. Die größeren Wärmesummen im Karst sind durch eine geringmächtige Bodenentwicklung, die relativ große Dominanz anstehenden Gesteins und fehlende oberflächige Fließgewässern bedingt. Karstlandschaften haben dadurch häufig den Charakter von Halbtrockenlandschaften. In den Alpen sind Bereiche mit Kalksteinunterlage bioklimatisch wärmer als benachbarte Regionen, in denen silikatisches Gestein den Untergrund bildet. Trotzdem treten im Karst häufig mikroklimatische Kälteinseln auf, die unter Umständen regional und subkontinental zu den tiefsten Frösten führen.[17][18]Es sind Dolinen und Uvalas, in denen in strahlungsreichen Nächten durch die geschlossene Gratlinie keine normalen Zyklen des Berg-Tal-Windes wirksam sind. Daher bilden sich unter Hochdruckeinfluss und trockenen Witterungsverhältnissen tägliche Temperaturinversionen, in denen sich in den Nächten Kaltluft sammelt. Solche Kaltluftseen sind in den Alpen seit den 1930er Jahren klimatologisch untersucht worden. So wurde für die Uvala desGrünlochsin Österreich eine Minimaltemperatur von unter −52 °C gemessen. In Deutschland ist die Uvala desFuntenseesin den Berchtesgadener Alpen mit −45,8 °C der landesweite Kältepol.

Eine Vorbedingung für extrem tiefe Fröste ist, dass dieHorizontüberhöhungin Dolinen relativ gering ist und der sogenanntesky view factoreinen hohen Wert einnimmt. Dies ist dann gegeben, wenn die mittlere Hangneigung nicht sonderlich groß und die umgebenden Berge nicht zu hoch sind. Dolinen mit sehr steilen Hängen und starker Einengung durch hohe Berge oder Gebirgsgrate haben in strahlungsreichen Nächten eine geringere langwellige Ausstrahlung.[17]

Neben der Frostanfälligkeit zeigen Frost-Dolinen häufig eine Umkehrung der Vegetationsstufen. Diese ist insbesondere in den Nordwestdinariden in klassischer Form beschrieben worden. Hier zeigen einige Dolinen die StufenabfolgeSchneetälchen– Krummholzkiefer – Fichtenwald – Buchenwald, die von unten (kälteste) nach oben (wärmste) erfolgt.[19][20]

Geomorphologie der Karstformen

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Kluft- und Spitzkarren amPremužić-Pfad,(Nationalpark Nördlicher Velebit)

Oberirdischer Karstformenschatz

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Die typischen oberflächlichen Merkmale einer klassischen Karstlandschaft sindKarren,Dolinen,Schlunde,Cenote,Uvalas,Poljen.

  • Karre:Karren bilden sich an der Oberfläche von Kalksteinen. Es können Rinnen im Millimeter- bis Zentimeter-, Rillen im Zentimeter- bis Dezimeter- oder sogar Formen der Megakarren im Meterbereich gebildet werden. Karren sind in sehr unterschiedlichen Formen anzutreffen und Klassifikationen unterteilen diese nicht nur nach Form und Inklination des Felsens, sondern vor allem dem Bildungsort.
  • Doline:Dolinen sind regelmäßige zumeist flache, geschlossene Eintiefungen von überwiegend ovaler Formen im Meter bis Dekametermaßstab, seltener als Megadoline auch deutlich größer ausfallend. Überwiegend als oberflächliche Lösungsform dem Typ derLösungsdoline(Doline im eigentlichen Sinne) zugehörend, kommen vereinzelt auchEinsturzdolinen(unechte Dolinen, Einsturztrichter und Erdfälle) vor, die auch mehrere hundert Meter Tiefe erreichen und übersteilte Seiten haben.
  • Schlund(Schlundloch): eine schachtartige, tiefreichende, meist kreisrunde Röhre von einigen Metern Durchmesser. Er entsteht durch Auflösung des Kalks entlang vonKlüftenund Gesteinsfugen und wird durch späteres Fließen des Wassers versteilt. In der Tiefe bilden sich größere Hohlräume und Verbindungen zum unterirdischen Gewässernetz.
  • Uvala:Eine Uvala ist eine größere geschlossene Depression von Dekameter bis Hektometer Tiefe sowie Hektometer bis Kilometer Größe und unregelmäßiger Form. Der Grund ist häufig durch einen flachen und etwas unebenen Boden, der mit eluvialen, dünnen Sedimenten im dezimeter Maßstab bedeckt ist, gekennzeichnet. Eine Uvala entsteht durch Zusammenfallen mehrerer Dolinen.
  • Polje:Ein Polje ist eine tiefe große Depression im Kilometermaßstab, die durch einen ebenen Grund und mächtige akkumulierter Sedimente geprägt ist. Ein Polje bildet sich an tektonischen Strukturen durch seitliche Korrosion. Die Sedimente der Bodendecke behindern dabei gleichzeitig eine weitere vertikale Eintiefung. Karstpoljen haben eine besondere Stellung im Karsthydrologischen System, in dem sie hier hydrologische Knoten bilden. Im dinarischen Raum wie in benachbarten mediterranen Regionen existieren Poljen, die je nach Stellung im Karsthydrologischen System permanent, periodisch oder episodisch überflutet werden. Neben Ponoren können in einem Polje sowohl Estavellen als auch permanente Karstquellen und Karstflüsse existieren.
  • Hum:Ein Hum ist in den Subtropen ein isolierter Hügel, der in einem Polje steht. Synonym ist der tropisch verbreitete Mogote (veraltet deutschKarstinselberg).
  • Mogote:Tropischer Karstkegel. Ursprüngliche Bezeichnung von Karstkegeln in Kuba, wird der Begriff heute für alle tropischen Karstkegel genutzt.

Karsthydrologischer Formenschatz

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Lapiaz de Loulle im Jura

Zu den Karsthydrologischen Formen zählenTrockentäler,Ponore(Schluckloch, Schwinde) undSchlunde,Estavellen,Karstquellen,SickerflüsseundHöhlen.

Für Karstlandschaften typische Flussformen sind die Ponornica (Versickerung), dasTrockental,derCanyonund dieKlamm.

Karstebenen und -plateaus

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UnterKarstebene oder Karstplateau(englisch:karst plain) versteht man eine große flache Oberfläche im Karst, die durch Erosion und Korrosion entstanden ist und (2) eine Ebene, auf der sich geschlossene Senken, unterirdische Entwässerungen und andere Karstformationen entwickeln können.[21]

Landschaftsprägende Karstebenen und -plateaus finden sich teils als stufenförmig angeordnete Poljentreppe wie im mitteldalmatisch-herzegowinischen Gebiet, als Karstbecken wie in Griechenland in derStymfaliaoder als Karstplateau der „Lapiaz de Loulle “im französischenJuraoder imCausseinSüdfrankreichoder imBurrenin Irland, in allen Karstgebieten der Erde.

Unterirdischer Karstformenschatz

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Zum unterirdischen Karstformenschatz gehören dieHöhleund ihreSpeläotheme,also der durch Ausfällen von Kalk entstandeneHöhlenschmuck,der vor allem durch Formen derTropfsteine(Stalaktiten,Stalagmiten,Stalagnaten) undSinterbeckengekennzeichnet ist.

Internationale Fachtermini für ausgewählte Karstformen

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Obwohl die Geowissenschaften eine Fachterminologie entwickelt haben und auf einheitliche, oder konsistente Bezeichnungen Einfluss nehmen, sind die Namen je nach Kultursprache und Geographie recht unterschiedlich. Der international genutzte Begriff der Doline für geomorphologische Formen des Karstes stammt zwar aus dem Slowenischen, Kroatischen und Serbischen, wird in den Ursprungsländern aber nicht für die Karstform genutzt, sondern steht hier allgemein für ein Flusstal. Als genauere Bezeichnung wurde hier versucht, den ZusatzKarst-Dolineeinzuführen, ebenso wie für den Begriff des PoljesKarst-Polje,da dieser Begriff übersetzt nur allgemein ein Feld bezeichnet. Synonymie von Begriffen ist damit eines der Probleme der Fachsprache und hat schon seit den 1970ern zu umfangreichen Werken geführt, die sich nur mit dem Karst-Glossar beschäftigen.[22][23][24][25]

Deutsch Englisch
(differenziert)
Französisch Italienisch Spanisch
(differenziert)
Serbisch/Kroatisch Chinesisch Polnisch Russisch Slowenisch Slowakisch Tschechisch
Karre grykes lapiaz,
lapiés
lapies Lapiaz
(Dente del perro,
Kuba)
Шкрапа / škrape lapiez карры škraplja škrapy škrapy
Kamenitza,
Karstnapf
kamenitza,
solution basin
kamenitza, cupule,
cuvette de dissolution
kamenitza cuenca de disolución каменица,
бассейн растворения
kamenice kamenica
Doline sinkhole
(Cockpit,
Jamaika)
doline dolina Dolina
(Cenote,Mexiko)
Вртача / ponikva Tiankeng dolina krasowa долины vrtača závrt závrt
Uvala uvala ouvala uvala Увала / uvala uwala увала uvala uvala uvala
Polje polje poljé polje Poljé Крашко поље / polje polje полья polje polje polje
Karstschlot jama cheminée karstique camino carsico sima Јама / jama czeluść krasowa шахты jama komín krasový,
krasová jama
komín krasový
Karstsee karst pond Локва / lokva jezioro krasowe крастовое озеро krasové jezírko
Trockental lost river perte de rivière rio sumente Sушица / sušica dolina sucha
dolina martwa
исчезная река Reka ponikalnica údolní úsek suchý
Flussschwinde ponor, disappearence, sink perte, ponor perdita, ponor ponor, sumidero Понор / ponor ponor
czeluść krasowa
понор
крастовая полость
ponor ponor říční ponor (propadání)
Submarine Karstquelle
Vrulje
submarine karst spring,
vruljas[26]
source karstique sousmarine sorgente carsica sottomarina manantial cársico submarino vrulje, vrulja,
podmorskih izvora slatke vode
żródło krasowe podmorskie субмаринный карстовый источник prameň krasový podmorský pramen krasový podmořský
Hum hum butte karstique / houm hum Mogote Хум / hum ostaniec krasowy карстовый останец Hum hum hum
Mogote mogote mogote mogote mogote могот hum mogot mogot
Cockpit karst cockpit karst karst cockpit campo carsico a doline karst esponja Богињави крас / boginjavi krš boginjavi krš kras cockpitový,
tropický závrtový
Kegelkarst cone karst,
conical karst
karst à pitones,
karst à cônes
carso a coni Karst de conos,
carso cónico
stožasti krš kras stożkowy конический карст stožčasti kras kras kuželový kras kuželový
Turmkarst tower karst karst à tourelles carso a torri, campo Karst de torres boginjavi krš Fengcong / Fenglin kras ruinowy башенный карст kras věžový kras věžový
Glaziokarst glaciokarst glaciokarst carso glaciale carso glacial Глациокарст / glaciokarst kras glacjalny Гляциокарст glaciokras,
kras glaciální
Schichttreppen Schichttreppenkarst karst à banquettes structurales kras stupňovitý
Schichtrippen Cuestas Cuestas
Sandsteinkarst,
Pseudokarst,
Quarzitkarst
sandstone karst,
quartzite karst
karst gréseux,
karst quartzitique
carso in quarzite carso en quarzíta карст песчаниковый kras kremencový,
kras kvarcitový
kras křemencový,
pseudokras

Quantifizierung der Kalkabtragungsraten (Karstdenudation)

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Der Kalkabtrag beschreibt die Oberflächenerniedrigung pro Zeitspanne (z. B. mm/Jahr; µm/Jahr; cm/10.000 Jahre) und kann mit verschiedenen Methoden gemessen werden. Eine Methode, die in den früheren Forschungsperioden der 1950er und 1960er Jahre (z. B. Bögli 1951,[27]Bögli 1960;[28]Bauer 1964[29]) Anwendung fand, ist die morphometrische Messung in Karsthohlformen (z. B. Bestimmung der Tiefe von Karren oder Karrenfußnäpfen). Hierbei wird in ehemals im Pleistozän vergletscherten Gebieten der Kalkabtrag auf die letzten 10.000 Jahre nach der völligen Eisfreiwerdung bezogen. Es wird davon ausgegangen, dass der oberirdische, präglaziale Karstformenschatz (z. B. Interglaziale) durch glaziale Erosionsprozesse bereits abgetragen worden ist. Der morphometrisch ermittelte Abtragswert wird deshalb als postglazialer Kalkabtrag (cm/10.000 Jahre) bezeichnet.

Beispiele für morphometrisch ermittelte Karstabträge in den Nördlichen Kalkalpen:

Untersuchungsgebiet Kalkabtrag
(cm/10.000 Jahre)
Methode Autor, Forschungsarbeit
Zugspitzplatt, Wettersteingebirge, mittlerer Gebietsabtrag 28 Tiefe von Rinnenkarren Hüttl, 1999[30]
Zugspitzplatt, Wettersteingebirge, nackter Karst 4–10 Tiefe von Rinnenkarren Hüttl, 1999[30]
Zugspitzplatt, Wettersteingebirge, halbbedeckter Karst 8–50 Tiefe von Rinnenkarren Hüttl, 1999[30]
Steinernes Meer, Berchtesgadener Alpen, halbbedeckter Karst 15–20 Karrenfußnapf-Methode Haserodt, 1965[31]
Hagengebirge, Berchtesgadener Alpen, nackter Karst 6–14 Höhe von Karrendornen Haserodt, 1965
Warscheneckplateau, Österreich, nackter Karst 10–20 Tiefe von Rinnenkarren Zwittkovits, 1966[32]
Raxplateau, Österreich, nackter Karst 4–10 Höhe von Karrendornen Zwittkovits, 1966
Warscheneckplateau, halbbedeckter Karst 10–30 Tiefe von Rundkarren Zwittkovits, 1966

Am häufigsten kommt jedoch bis heute die indirekte Bestimmung des Kalkabtrags (z. B. mm/Jahr) über den Karbonatgehalt (CaCO3mg/l) in Karstwässern (z. B. Fließgewässer, Quellen) zum Einsatz. Hiermit lässt sich dann aus der gelösten Karbonat- bzw. Kalkmenge ein Oberflächenabtrag berechnen. Möchte man in einem Karstgebiet auch verschiedene Einflussfaktoren (z. B. Schichtneigung, Kleinrelief, Vegetations- und Bodenbedeckung) mit berücksichtigen, dann hat sich die chemische Analyse von Ablaufwässern (Regen- und Schneeschmelzwässer) von Felsoberflächen, aus Schuttkörpern und Bodenauflagen bewährt.[30]Somit kann man innerhalb kleiner Raumausschnitte, sog. Karstökotope, eine detaillierte Gebietsquantifizierung durchführen oder auch für ein Gebirgskarstrelief (z. B. Glaziokarst in den Nördlichen Kalkalpen) für jede Höhenstufe einen mittleren Kalkabtrag aus zahlreichen Einzelmessungen ermitteln.

Beispiele für mittlere Kalkabträge durch Lösung auf dem Zugspitzplatt in Abhängigkeit von der Höhenstufe[30]

Höhenstufe Gesamtfläche
(km²)
Kalkabtrag
(µm/Jahr)
Gebietsaustrag durch Lösungsverwitterung
(t/Jahr)
nivale Stufe (2600–2700 m) 0,204 26,7 14,7
subnivale Stufe (2350–2600 m) 2,648 30,1 215,2
alpine Stufe (2000–2350 m) 2,853 34,1 262,7
subalpine Stufe (1960–2000 m) 0,283 39,5 30,2
Felswände der Zugspitzplattumrahmung 1,910 13,6 69,9
Mittlere Abtrag (gewichtetes Mittel) 27,8 592,7

Durch Wasserarmut und das (im außertropischen Bereich) Fehlen von tiefgründigen großflächigenAckerbödengehören viele Karstgebiete zurSubökumene.Traditionell ist im mediterranen Karst eine extensive Bewirtschaftung kleiner fruchtbarer Dolinenböden und gegebenenfalls in intensiver Form in Poljen möglich, was durch denMaisanbauerst neuzeitlich zu agrarökonomischer Veränderung geführt hat.FernweidewirtschaftundNomadismuswaren bis dahin an die spezielle Naturraumausstattung auch die jahrhundertelang angepassteste Form der Naturraumnutzung im mediterranen Holokarst. Tropische Karstregionen bieten demgegenüber oft ertragreiche und großflächigere Ackerflächen für denReisanbauund kennen keine Beweidung vonKarsthochflächen.

Da insbesondere die Karstlandschaften des klassischen dinarischen Karstes durch die ökologischen Grundvoraussetzungen wie häufige winterlicheOrkanstürmeteilweise völlig vegetationslos sind, wird hier auch vom „Nackten Karst “(Karst ohne Humusdecke und vegetationslos) gesprochen. Die Wald- und Vegetationslosigkeit des Dinarischen Karstes erfolgt aber nicht primär durch die Verkarstung, sondern ist insbesondere durch dieBora-Windeindiziert.

Eine völlig andere Nutzung von Karstformationen ist der Abbau geeigneter Kalksteine darin. Die bekanntesten Regionen sind die Karstgebiete bei Triest und den angrenzenden slowenischen Landesteilen sowie das südlich davon gelegene Istrien. Auf Grund ihrer hervorragenden Eigenschaften haben diese Kalksteine eine überregionale Bedeutung erlangt. Obwohl sie unter vielen Eigennamen seit der römischen Epoche gehandelt werden, sind sie seit dem 19. Jahrhundert allgemein auch alsKarstmarmorebezeichnet worden.

In Puerto Rico wurde eine natürliche Hohlform des Cockpit-Karstes zum Bau eines der größten Radioteleskope der Welt, desArecibo-Observatoriums,genutzt. Auch dasFAST-Radioteleskopin der chinesischen ProvinzGuizhou,das Teleskop mit der weltweit größten Fläche, wurde in einem Karstgebiet errichtet.

Fernweidewirtschaft als differenzierte Raumausnutzung im Karst

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Als klassische europäische Region derFernweidewirtschaftgelten die mediterranen Karstregionen. Die natürlichen Gegebenheiten ausnutzend, prägte das auf Viehzucht bezogene kulturelle Verhalten soziale und kulturelle Entwicklung. Ein Nebeneinander, zum Teil in unmittelbarer Nachbarschaft, und enge Verflechtung der verschiedenen weidewirtschaftlichen Formen hat eine differenzierte Raumausnutzung geschaffen, die auch auf ethnischen Besonderheiten fußte. In Regionen, deren Agrarwirtschaft aufgrund der Naturraumausstattung für kaum eine andere Wirtschaftsform geeignet scheint, konnte sich diese Lebensform bis heute halten.

In den extremsten Regionen des Dinarischen Karst sind durch die Wasserarmut des Holokarstes nur kleinräumige Wanderungsbewegungen möglich. Die traditionelle Wirtschaftsform ist in Westmontenegro daher dieKolibawirtschaft.[33]

Wasser und Besiedlung, Trinkwassergewinnung

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Im Hinblick auf die Mensch-Umweltbeziehungen ist die Karsthydrologie ein besonders anschauliches Beispiel für die engen Wechselbeziehungen. Die besondere geologische Situation macht die Wasserversorgung für Siedlungen häufig sehr schwer. Hier mussten tiefe Brunnen gegraben werden, Dolinen genutzt oder auf Regenwasser und Zisternen zurückgegriffen werden. Andererseits beeinflussen sich Travertinbildungen und Besiedlung gegenseitig: Kalktuffterrassen bieten gute Siedlungsplätze und Mühlenstandorte. Starke Landnutzung und die damit verbundenen Eingriffe in die Gewässer unterbinden hingegen eine Kalkausfällung.[34]

Etwa 25 % derWeltbevölkerungerhalten ihrTrinkwasseraus Karst-Aquiferen.[35]DasInstitut für angewandte GeowissenschaftenamKarlsruher Institut für Technologie(KIT) veröffentlichte als Projekt derIAH Karst Commission(International Association of Hydrogeologists)[36]im September 2017 auf dem 44. jährlichen Kongress der IAH inDubrovnikin Ergänzung der 2000 veröffentlichtenGrundwasser-Weltkarte(WHYMAP,World-wide Hydrogeological Mapping and Assessment Programme)[37]zusammen mit demFederal Institute for Geosciences and Natural Resources(BGR) und derUNESCOeine „Weltkarte der Karst-Grundwasserleiter “(World Karst Aquifer Map).[38]

Vegetation im Karst

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Zirkummediterranen finden sich Karst-Blockhalden-Tannenwälder
Karst-Blockhalden-Tannenwälder finden sich in oro-Mediterranen Stufen
Lithophyten auf KarstfelsenIris pallidaundPetteria ramentacea

Die Kalksteine im Karst liefern allgemein basengesättigte flachekalkhaltige Böden(hoherBoden-pH), diekalksteteArten fördern. Ökologisch sind Kalkstandorte überwiegend trocken und haben hohe Sonneneinstrahlung. Physiologische Anpassung an Karststandorte können im Extremfall bis zuLithophytie(z. B.Iris pallida) undPoikilohydrie(z. B.Milzfarn(Asplenium ceterach), Ramonda (Ramonda serbica) oderWinter-Bohnenkraut(Satureja montana)) reichen. Anpassungen an die Trockenheit erfolgen aber überwiegend physiognomisch durch Überdauerungsorgane wieZwiebelundRhizom;Blattreduktion und -xeromorphie (z. B.SklerophyllieundMikromerie) undSukkulenz(z. B.Flaschenbäume,Blattsukkulenten). Je nachfloristischer Regionsind in den einzelnen Karstregionen insbesondereLamiaceaen,Iridaceaen,AgavengewächseundKoniferenartenreich vertreten.

Typische Pflanzenarten undVegetationsformationender Karstregionen sind:

Mediterrane Region
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Dinariden
Iris pallida,Schlangenhaut-Kiefer,Petteria ramentacea,Neumayer-Krugfrucht(Amphoricarpos neumayerianus),Felsen-Moltkie(Moltkia petraea),Quendelblättrige Bergminze,Viola chelmea,Dinarischer Karst-Blockhalden-Tannenwald
Taurusgebirge
Kilikische Tanne(Abies cilicica),Libanon-Zeder(Cedrus libani)
Rif-Atlas
Spanische Tanne(Abies pinsapovar.marocana),Cedrus atlantica
Pindos
Griechische Tanne(Abies cephalonica),Viola chelmea
Karibische Region
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Ein lebendes Fossil unter den Palmfarnen ist die in den Mogotenlandschaften Kubas wachsendeMicrocycas calocoma

Mogoten(Kuba):Gaussia princeps(endemische Palme mit Stammsukkulenz),Ekmanianthe actinophylla(Kubanisch „roble caimán “),Bursera schaferi,Agave tubulata,Microcycas calocomaDer im Nationalpark Vinales auf Kuba sein Verbreitungszentrum besitzende ZwergpalmfarnMicrocycas calocomagilt alslebendes Fossilund hat unter alle Pflanzenarten die größte Eizelle.

Ein besonderes Rätsel der europäischen Flora ist zudem derCalcareous riddle,da fast ein Drittel aller Pflanzenarten in Mitteleuropa als kalkliebend gilt und auffallend viele Pflanzen der höheren Breiten auf Kalkstandorte spezialisiert sind.[39]

Karstfauna. Bockkäfer,SandotterundMosoreidechse
Grottenolm im natürlichen Lebensraum schwimmend

Einen wesentlichen Stellenwert innerhalb der faunistischen Biogeographie von Karstlandschaften bilden unter anderen die herpetologische- wie die Höhlen-Fauna. So liegt das artenreichste Diversitätszentrum der europäischen endemischen Herpetofauna in einem kleinen Winkel im Hochkarst der Südost-Dinariden Montenegros und Teilen Nord-Albaniens (in der Biogeographie als „Adriatic Triangle “bezeichnet).[40]2007 wurde aus Karstgebirgen in diesem Gebiet die Prokletije-Felseidechse (Dinarolacertamontenegrina) als altertümliche, felsspaltenbesiedelnde, kälteangepasste Hochgebirgseidechse neu beschrieben, deren Entwicklungslinie zumindest 5 Millionen Jahre vor heute zurück reicht.[41][42]

Deckungsgleich mit dem Südost-Dinarischen Zentrum der Reptiliendiversität Europas ist der Artenreichtum anPseudoskorpionen(Arachnida) für die im montenegrinisch-herzegowinischen Hochkarst vonBožidar Čurčić200 Arten angegeben werden.[43]Die Region ist damit ein globales Zentrum tertiärer humikoler und hygrophiler Pseudoskorpione, unter denen ein wesentlicher Teil der ehemaligen tropischen Fauna im Tertiär entstammt. Damit waren deren eigentliche Vorfahren einstmals thermophile Bewohner der Bodenfauna, die sich erst während der klimatischen Veränderungen in den Eiszeiten an ein unterirdisches Leben in Höhlen anpassten. Die balkanischen Pseudoskorpione gelten als die ältesten landlebenden Tiere Europas und übertreffen an Zahl von tertiären Reliktarten die Karst-Regionen Südost-Asiens und Nord-Amerikas.[44]

Bekannte Karst-Bewohner sind noch höhlenbewohnende Salamander-Arten, unter denen derGrottenolm(Proteus anguinus) aus den unterirdischen Flusssystemen derPivkaundRekain Slowenien bekannt geworden ist. Nicht aquatisch lebende höhlenbewohnende Salamander-Arten sind zahlreiche endemische Arten der GattungEuryceaundSpeleomantes.

Geschichte der wissenschaftlichen Karstforschung

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Geomorphologische und hydrologische Phänomene machten dieDinaridenzum klassischen Untersuchungsgebiet derKarstforschung,die durch die in den österreichischen Karstregionen imTriester Karstim Rahmen allgemeiner geologischer Aufnahmearbeiten derk.k. geologischen ReichsanstaltdurchGuido Stacheihre Anfänge in der phänomenologischen und geologischen Beschreibung nahmen. Staches erste Publikation dazu stammt aus dem Jahr 1864, doch erst durch die unterAlbrecht Penckin Wien initiierte Etablierung eines Lehrstuhls fürGeomorphologiewird die Karstforschung zu einem eigenen Wissenszweig, an dem zahlreiche Geologen und Geographen derK.u.K.-MonarchieInteresse zeigen.

Pencks Schüler Jovan Cvijić erarbeitete 1893 ein Standardwerk der Karstgeomorphologie, dessen Tragweite bis heute andauert. Diese ersten grundsätzlich reindeskriptivenArbeiten stellten schon bald generelle Fragen nach der Art der Karsthydrologie und der zeitlichen Genese und Entwicklung von Karstformen, die als erstes von Penck undWilliam Morris Davis(1901) auf einer gemeinsamen Exkursion inBosniengewonnen wurden. Zum Problem der Karsthydrographie gab es bald zwei Lager, die mit Penck und Alfred Grund die Theorie eines Karstgrundwassers und aus dem Lager der Geologen undSpeläologenunter Führung vonFriedrich Katzer(1909) eine Theorie der Karstflüsse vertreten.

Mit der vonJiří Daneš(1910) beginnenden Erforschung tropischer Karstregionen, die 1936 von Herbert Lehmann weitergeführt und systematisiert wird, ergeben sich in der Karstforschung schnell Theorien die klimageomorphologische Ursachen für die Unterschiede der Geomorphologie verantwortlich machen, aber nie die Cvijće Grundidee der alleinigen Dominanz der Lösungsprozesse in Zweifel ziehen, was seit Sweeting jedoch nicht mehr gültige wissenschaftliche Anschauung ist.

Unter den Schülern der Cvijćen Geomorphologischen Schule war insbesondereJosip Roglić(1906–1987) der talentierteste, der Themen um Poljen-Genese und Typisierung, Verbreitung von Karsttypen, Karst und Mensch, Karst und Quartärgeologie, sowie Vegetation und Karst insbesondere an Fragestellungen in den Dinariden vertiefte und neue Forschungsinhalte fand.[45]

Spezielle Karstformen:

  • Engelbert Altenburger:Die südchinesische Karstlandschaft.In:Geowissenschaften in unserer Zeit.Vol. 1 (1983), Ausgabe 4,ISSN0723-0834,S. 115–121,doi:10.2312/geowissenschaften.1983.1.115.
  • Alfred Bögli:Karsthydrographie und physische Speläologie.Springer Verlag, Berlin/Heidelberg/New York 1978,ISBN 3-540-09015-0.(ISBN 0-387-09015-0)
  • Jovan Cvijić:Das Karstphänomen.Wien 1893 (A. Penck (Hrsg.:Geographische Abhandlungen.V, 3)
  • Jovan Cvijić:Hydrographie Souterraine et Évolution Morphologiyue du Karst.In:Recueil des travaux de l'Institur de Géogr. Alpine.T. 6, Fasc. 4, Grenoble 1918.
  • Jovan Cvijić:La Géographie des Terrains Calcaires.Monographie der Serbischen Akademie der Wissenschaften und Künste, v. 341, no. 26, Belgrad 1960.
  • William M. Davis:Origin of limestone caverns.In:Bulletin of the Geological Society of America.Band 41, 1930, S. 475–625.
  • Alfred Grund:Die Karsthydrographie. Studien aus Westbosnien.Teubner, Leipzig 1903 (A. Penck (Hrsg.:Geographische Abhandlungen.VII, 3).
  • Alfred Grund:Der geographische Zyklus im Karst.In:Zeitschrift der Gesellschaft für Erdkunde.52. Berlin 1914, S. 621–640.
  • Carola Hüttl:Steuerungsfaktoren und Quantifizierung der chemischen Verwitterung auf dem Zugspitzplatt (Wettersteingebirge, Deutschland).Geobuch-Verlag, München 1999,ISBN 3-925308-51-2(Münchner Geographische Abhandlungen, B30).
  • Friedrich Katzer:Karst und Karsthydrographie.Zur Kunde der Balkanhalbinsel. Sarajevo 1909.
  • Hermann Lehmann:Der Tropische Kegel-Karst auf den Grossen Antillen.In:Erdkunde.8, 2, 1954, S. 130.
  • Herbert Louis:Die Entstehung der Poljen und ihre Stellung in der Karstabtragung, auf Grund von Beobachtungen im Taurus.In:Erdkunde.X. 1956, S. 33–53.
  • Karl-Heinz Pfeffer:Karstmorphologie(=Erträge der Forschung.Bd. 79). Wissenschaftliche Buchgesellschaft Darmstadt, 1978,ISBN 3-534-07187-5
  • Karl-Heinz Pfeffer:Karst. Entstehung – Phänomene – Nutzung.Bornträger, Stuttgart 2010,ISBN 978-3-443-07147-9.
  • Václav Cílek, Roland Winkelhöfer:Si02 – Sinter in Sandsteinhöhlen der Sächsisch-Böhmischen Schweiz.In:Der Höhlenforscher.Band 20 (1988), Dresden,ISSN0138-2519,S. 2–5.
  • Roland Winkelhöfer:Durch Höhlen der Sächsischen Schweiz. Höhlenführer und Katasterdokumentation.Verlag Der Höhlenforscher, Dresden 2005,ISBN 3-00-002609-6.
  • Roland Winkelhöfer:Durch Höhlen der Böhmischen Schweiz. Höhlenführer und Katasterdokumentation.Verlag Der Höhlenforscher, Dresden 1997,ISBN 3-00-002317-8.
  • Roland Winkelhöfer:Die Innere Verkarstung des Sandsteins – eine kleine Bestandsaufnahme zur Höhlengenese im Kreidesandstein.In:Der Höhlenforscher.35,1 (2003),ISSN0138-2519,S. 2, 5–11, 31.
  • Albrecht Penck:Das Karstphänomen.In:Schriften des Vereins zur Verbreitung naturwissenschaftlicher Kenntnisse.44, 1. Wien 1904.
  • Carl Rathjens:Beobachtungen an hochgelegenen Poljen im südlichen Dinarischen Karst.In:Geomorphologie.4, 1960, S. 141–151.
  • Josip Roglić:Les poljés du Karst dinarique et les modifications climatiques du quaternaire.In:Revue Belge de Géogr.88, 1964, S. 105–123.
  • E. M. Sanders:The Cycle of Erosion in a Karst Region (After Cvijić).In:Geographical Review.Vol. 11, No. 4 (Oct., 1921) New York 1921, S. 593–604.
  • Marjorie Mary Sweeting:Reflections on the development of Karst Geomorphology in Europe and a comparison with its development in China.In:Zeitschrift für Geomorphologie.93, 1993,ISBN 3-443-21093-7,S. 1227–136.
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Enzyklopädische Arbeiten:

  • Anonym:A Lexicon of Cave and Karst Terminology with Special Reference to Environmental Karst Hydrology.U.S. Environmental Protection Agency, Washington, D.C. 2002.Digitalisat
  • Vladimír Panoš:Karsologická a speleologická terminologie.Knižné centrum, Žilina 2001,ISBN 80-8064-115-3(tschechisch; deutsch, englisch, französisch, russisch, spanisch).
  • Watson H. Monroe:A Glossary of Karst Terminology.(= Geological Survey Water-Supply Paper 1899-K) US Government Printing Office, Washington 1970 (Digitalisat)
Commons:Karst– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Allgemein

National

Regional

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