Karst

Karakteristisk karstlandskap i Burren på Irlands vestkyst

Karststein fra samme område brukt som gjerde

Karst er en geologisk landskapsformasjon og topografi dannet gjennom oppløsning av løselig grunnfjell, vanligvis karbonatfjell som kalkstein eller dolomitt. Det er preget av underjordiske dreneringssystemer med synkehull og huler. Det er også dokumentert for mer værbestandige bergarter, som kvartsitt, gitt de rette forholdene. Underjordisk drenering kan begrense overflatevann, med få eller ingen elver eller innsjøer. Men i områder der den oppløste berggrunnen er tildekket (kanskje av løselige steiner som har falt ned) eller begrenset av ett eller flere overlagrede ikke-oppløselige berglag, kan karakteristiske karsttrekk bare forekomme på underjordiske nivåer og kan mangle totalt over bakken.

Studiet av paleokarst (begravd karst i den stratigrafiske søyler) er viktig i petroleumsgeologien ettersom så mye som 50 % av verdens hydrokarbonreserver ligger i karbonatbergart, og mye av dette finnes i porøse karstsystemer.

Etymologi

Global distribusjon av store utspring av karbonatbergarter (hovedsakelig kalkstein, unntatt evaporitter)

Navnet karst stammer fra området Karst i Slovenia og Italia, hvor landskapsformen først ble «oppdaget» og forsket på. Det norske ordet karst ble lånt fra tyske Karst på slutten av 1800-tallet, som kom inn i tysk langt tidligere. Ordet karst er avledet fra slovensk Kras, som kan være beslektet til ord i slavisk i betydningen «rød».

Det tyske begrepet omfattet en rekke geologiske, geomorfologiske og hydrologiske trekk som finnes innenfor fjellkjeden til De dinariske Alper. Området strekker seg fra det nordøstlige hjørnet av Italia over byen Trieste, over Balkanhalvøya langs kysten av det østlige Adriaterhavet til Kosovo og Nord-Makedonia, hvor massivet av Šarfjellene begynner. Karstsonen ligger i den nordvestligste delen, beskrevet i tidlig topografisk forskning som et platå mellom Italia og Slovenia.

Kjennetegn

Et karstområde har en karakteristisk form, typiske kjennetegn i terrenget kan være ødslighet, innsynkninger, forstyrrelser i dreneringssystemer, underjordiske dreneringssystemer og grotter. I hvilken grad vi kan kjenne igjen disse terrengformene varierer mye ut ifra hvilket område vi er i. Ofte vil en kunne se større sterkt oppsprukne snaufjellsarealer, med frodig vegetasjon i senkninger der grunnvannet har samlet seg. Mange karstområder har karakteristiske overflateformasjoner som cenoter og doliner (synkehull).

Burren-området i Irland er på om lag 70 km², hvorav det meste er snaut for vekster, siden regnvannet bare forsvinner ned gjennom utallige sprekker og hull. Grunnvannet er tilnærmet uegnet for både mennesker og dyr på grunn av mineralinnholdet – mens mange plantesorter nyter godt av vannet.

Kjemiske prosesser

Kjemisk struktur for karbonsyre

Modell av karbonsyre

Karstlandskap dannes i prosesser dominert av kjemisk oppløsning av bergartsdannende mineraler. Karstifisering foregår i en bestemt hastighet, som kan observeres, og dette gir oss mulighet til å beregne for eksempel når en grotte ble dannet. Ett av nøkkelbegrepene innenfor oppløsning av mineraler er likevekt eller metning. Et mineral vil løse seg raskt i begynnelsen av reaksjonen og dermed saktere og saktere inntil metning er oppnådd.

Hovedsakelig er det karbonsyre (H₂CO₃) dannet fra karbondioksid (CO₂) i luften i kontakt med vann (H₂O) som løser kalksteinen (CaCO₃):

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

CaCO₃ + H₂CO₃ ⇄ Ca(HCO₃)₂

Sluttproduktet, kalsiumbikarbonat (Ca(HCO₃)₂), er fullstendig løselig i vann.

Mindre vanlig er oppløsning ved hjelp av svovelsyre (H₂SO₄). Da må svovelsyre først dannes gjennom oksidering av sulfider som pyritt (FeS₂) eller hydrogensulfid (H₂S):

H₂S + 2O₂ → H₂SO₄

Svovelsyre er løselig i vann,

H₂SO₄ + 2H₂O → SO2−
4 + 2H₃O⁺,

og vil løse opp kalsiumkarbonatstein og gi karbonsyre;

CaCO₃ + 2H₃O⁺ → Ca²⁺ + H₂CO₃ + 2H₂O.

Det kan også dannes kalsiumsulfat;

CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂CO₃

som kan bli til gips.

Definisjoner

Vi kan dele opp karstområdet ut ifra hvilke prosesser de blir dannet ved.

Ekte karst

Dannes stort sett ved kjemisk korrosjon av karbonater eller ved fysisk oppløsning. De tre hovedtypene er holokarst, merokarst og fluviokarst, der holokarst er moden karst mens merokarst kan betegnes som "halvkarst".

I ekte karstområder har finnes en rekke synlige kjennetegn:

• Karren, overflate preget av oppløsning (forreven)
• Sprekkdannelse
• Underjordiske elver eller bekker
• Grotter og kilder

Pseudokarst

Denne formen for karstlandskaper kan minne om ekte karst, men den er dannet ved andre prosesser. Eksempler på pseudokarst kan være: Termokarst, brekarst, vulkanokarst (grotter dannet ved lavastrømmer), tektoniske grotter, abrasjonsgrotter og silikatkarst.

Drenering i karstlandskap

Ordet drenering betyr i denne sammenheng fjerning av grunnvann og når vi snakker om karst er det vanlig å definerer autogenetisk og allogenetisk drenering.

• Autogenetisk: Hele nedslagsfeltet består av karstbergarter, skaper effektiv kontakt mellom vann og kalkstein.
• Allogenetisk: Mottar vann fra ikke-karst områder. Sidebekker kan bringe vann inn fra omkringliggende bergarter, dette kan føre til at vannet har større oppløsningspotensial (mer aggressivt mhp. kalsiumkarbonat) enn ved autogenetisk drenering.

Forskjellen disse to begrepene illustrerer har stor betydning for hvor mye av karstlandskapet som oppløses.

Litteratur

• William B. White (1988). Geomorphology and Hydrology of Karst Terrains. New York: Oxford University Press. ISBN 0-19-504444-4. 

• Stein-Erik Lauritzen (2006). «Karstgeologi og karsthydrologi». Kompendium. 
• Stein-Erik Lauritzen (2006). «Kjemiske prosesser i karsthydrologi og speleologi». Kompendium. 

Eksterne lenker

(en) Karst – galleri av bilder, video eller lyd på Commons

• Speleogenesis Network, n kommunikasjonsplattform for fysisk speleologi og karstvitenskapelig forskning
• Speleogenesis and Karst Aquifers Arkivert 23. april 2010 hos Wayback Machine. – en stor ordliste med Karst-relaterte termer
• Acta Carsologica – forskningsartikler og omtaler innen alle felt relatert til karst