Verkarstung

Was bedeutet eigentlich das Wort Karst?
Es stammt aus dem slawischen (slowenisch: kras, kroatisch: krš, serbisch: крш) und bedeutet nackte, steinige Felsoberfläche bzw. steiniger, karger, unfruchtbarer Boden.
Mit dem Wort Karst wird auch das Gebiet bezeichnet, das sich im Nordwesten Sloweniens entlang der Halbinsel Istriens - vom Hinterland der Bucht von Triest bis in die Dinarischen Alpen Kroatiens erstreckt.
Der italienische Landschaftsteil Carso ist auch Namensgeber für den gleichnamigen Wein. Der Dinarischer Karst ist als Typlokalität namensgebend für ähnliche Landschaftsform überall auf der Erde.

Man darf sich nun diese Gegend nicht als völlig kahl und unbewachsen vorstellen, nein - gerade die Vegetation (Grüner Karst) trägt stark zur Verkarstung durch biogenes CO2 bei. Der Begriff Karst stammt noch aus der Zeit, als die Römer für den Schiffbau sämtliche Wälder im Mittelmeerraum abholzten. Auch das Karstgebiet der Schwäbischen Alb, das hier im Weiteren als Beispiel dienen soll, ist nicht kahl, sondern bietet eine sehr abwechslungsreiche Vegetation.
Der heutige Begriff des Karstes steht für eine Landschaft, die durch Flußschwinden, Karren, Trockentäler und Dolinen sowie unterirdisch durch Hohlräume gekennzeichnet ist.
Verkarstung ist die chemische und oder physikalische »Auflösung« von (Karbonat-) Gesteinen sowie deren Umkehrvorgänge. Diese Vorgänge führen zu führen zu den oben genannten charakteristischen ober- und unterirdischen gesteinsabhängigen Formen.

Verkarstungsfähige Gesteine

Es lassen sich drei Arten von verkarstungsfähigen Gesteinen unterscheiden:

Sulfate und Halogenide: Gips CaSO₄•2H₂O, Anhydrit CaSO₄, Steinsalz NaCl.
Diese Art der Verkarstung findet man z.B. in den Felsengärten bei Hessigheim (R3513/H5427). Hier laugt der Neckar die Salz-, Gips- und Anhydritschichten des Mittleren Muschelkalks aus. Dadurch verlieren die darüberliegenden Gesteinsblöcke des oberen Muschelkalks ihre feste Unterlage und "kippen" zu Tal. Die Korrosion von Gips und Steinsalz ist ein reversibler physikalischer Vorgang (frz. "Dissolution") und führt zu Gips- bzw. Salzkarst.

Die Verkarstung von Quarzit. Das enthaltene Siliciumdioxid SiO₂ (Quarz) ist bedingt löslich - was aber stark von der kristallinen Struktur abhänig ist. Neuere Forschumgsergebnisse sind aus dem Sandsteinkarst der Sächsischen Schweiz und aus dem Quarzitkarst Brasiliens und Venenzuelas bekannt. Die Abgrenzung zum "echten Karst" ist wissenschaftlich umstritten. Teilweise werden die Formen des Sandstein- und Quarzitkarstes unter der Verwendung der Begriffe Pseudokarst[2] und Parakarst[2] beschrieben.

Karbonatgestein: Kalzit CaCO₃, Dolomit CaMg(CO₃)₂ [Doppelsalz CaCO₃•MgCO₃].
Bei den Karsterscheinungen der Schwäbischen Alb handelt es sich fast ausschließlich um die Verkarstung von Karbonatgestein. Wird im folgenden von Verkarstung von Kalkgestein gesprochen, ist diese Karbonatverkarstung gemeint, wobei die Verkarstung von Dolomit mit eingeschlossen ist. Die Korrosion von Karbonaten ist ein reversibler chemischer Vorgang (frz. "Corrosion") und führt zu (Karbonat-)Karst.

Weitere Vorgänge wie z.B. Abrasion, Frostsprengung, Glazialerosion, Korrasion, tektonische Störungen, Vulkanismus, biogene Zersetzung,... tragen zur weiteren Verstärkung der Verkarstung bei. (Vgl. Bögli 1978)
Eine Übersicht zu den unterschiedlichen Karsttypen und Begriflichkeiten findet sich hier.

System CO

₂

↔ H

₂

O ↔ CaCO

₃
Die Lösungsvorgänge im System CO2 ↔ H2O ↔ CaCO3 sind sehr komplex und können in der Grafik nur stark vereinfacht dargestellt werden. Man beachte, dass das System nicht statisch ist und gleichzeitig in die entgegengesetzten Richtung verlaufen kann.
Das System ist von vielen äußeren Umständen abhängig, so von der Temperatur, dem pH-Wert des Wassers, dem Druck, der Art und Verunreinigung des Gesteins, der Fließgeschwindigkeit und der Oberflächenbeschaffenheit, um nur die wichtigsten Faktoren zu nennen.

Mischungskorrosion

Eine weitere große Rolle bei der Verkarstung spielt die Mischungskorrosion. Sie tritt überall da auf, wo Wässer mit unterschiedlichen Kalk- / CO₂-Konzentrationen aufeinandertreffen und sich mischen. Bei der Mischungskorrosion entsteht ein CO₂-Überschuß, der für neue Lösungsvorgänge zur Verfügung steht. Dadurch kann sehr viel Kalk gelöst werden, wobei sehr große Höhlenräume entstehen können. (Vgl. BÖGLI 1978 S.36 ff)

Die Mischungskorrosion und ihre Rolle bei der Verkarstung wird in Fachkreisen zur Zeit diskutiert, da neuere Forschungsergebnisse vorliegen, die sich zum Teil mit den Theorien von BÖGLI nicht in Einklang bringen lassen.
Vgl. Pfeffer, Karl-Heinz: Karstrunde: Vorträgen zur Karst- und Höhlenforschung im Naturkundemuseum in Reutlingen.
Hier gab es unter ander Vorträge zu Karstgebieten in China und Madagaskar und deren Verkarstungsvorgänge, die sich nur schwer mit der Mischungskorrosion erklären lassen.

Unumstritten stellt die Mischungskorrosion jedoch ein großes Problem für die Trinkwasserversorgung dar. Gerade in Gegenden, wo Trinkwasser aus verschiedenen Regionen vermischt wird, ist ein großer technischer Aufwand nötig, um eine Korrosion der Trinkwasserleitungen zu verhindern. Als Beispiel wäre hier der Großraum Stuttgart zu nennen, wo Wasser aus der Bodensseewasserversorgung und Wasser der Landeswasserversorgung vom Langenauer Ried verwendet wird. Das Langenauer Ried ist ein Wasserspeicher der vom Karstwasser der Schwäbischen Alb gespeist wird. Es versteht sich von selbst, dass diese zwei Wässer stark unterschiedliche Kalk- und CO₂-Konzentrationen aufweisen und somit bei einer Mischung stark korrosiv wirken.

Karst

Verkarstungsfähige Gesteine

System CO

↔ H

O ↔ CaCO

Mischungskorrosion

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