Prozesse in Karstlandschaften

Chemischer Korrosionsvorgang im Karst
Chemischer Korrosionsvorgang im Karst

Ursache der Verkarstung

Die Ursache der Verkarstung beruht auf einem chemischen Vorgang, der Korrosion genannt wird.

Hierbei geht Calciumcarbonat unter Einwirkung von kohlesäurehaltigen Wassers in Calciumhydrogencarbonat über (vergleiche Abbildung). Bei dieser Korrosion wird das Gestein angegriffen und dadurch leicht löslich. Dieser Lösungsprozess der Carbonate stellt einen besonderen Fall der Lösungsverwitterung dar, da zur Lösung der Carbonate kohlensäurehaltiges Wasser vorhanden sein muss.

Wenn sich zwei gesättigte Karstwässer mit unterschiedlichen Kalkgehalten begegnen, entsteht zusätzlich CO2, das am Ort der Vermischung eine entsprechende Menge Kalk zusätzlich aus dem Gestein zu lösen. Infolge dieser Mischungskorrosion können Höhlen entstehen. Ein anschauliches Lernmodul zur Mischungskorrosion finden Sie auf den Webgeo-Seiten. Wenn Sie hier einen Mausklick auf das Symbol  tätigen, gelangen Sie dorthin.

Faktoren der Korrosion

Die physikalisch-chemischen Faktoren, welche die Kalkaggressivität bestimmen, ergeben sich aus dem CO2-Partialdruck des umgebenden Mediums und aus der Temperatur. Die Kalklösungsfähigkeit des Wassers steigt mit seinem Gehalt an CO2, das aus der Luft in das Wasser diffundiert. Bedeutend für die unterschiedliche Intensität der Verkarstung ist, dass CO2 proportional zu seinem Partialdruck im Wasser gelöst wird. In der Luft ist CO2 mit einem Partialdruck von 0,03 vol.% vertreten (Mark 2005, S. 4). Da der CO2-Partialdruck in der Bodenluft augrund der biologischen Vorgänge wesentlich höher ist als in der Atmosphäre, erhöht sich die Lösungsfähigkeit des Wassers, wenn es auf seinem Weg in den Untergrund durch den Bodenbereich mit CO2 angereichert wurde.

Die CO2-Aufnahmefähigkeit des Wassers und daher auch seine Kalklösungsfähigkeit sind mit zunehmender Temperatur.

Gleichgewicht und Sinterbildung

Die Carbonationen werden infolge im Karstwassersystem verfrachtet. Im Karstwasser stellt sich ein Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht ein. Wenn der CO2-Gehalt des Wassers abnimmt, verlaufen die chemischen Prozesse in umgekehrter Richtung, das heißt, der Kalk wird abgeschieden. Mögliche Ursachen einer CO2-Abnahme können sein:

  • Austritt der Kalklösung aus dem Untergrund an die Erdoberfläche, an der höhere Temperaturen herrschen
  • Die gesättigte Kalklösung sickert in einen Bereich der vadosen Zone, dess CO2-Gehalt der Luft niedriger ist.
  • An der Erdoberfläche wachsende Pflanzen entziehen dem Bodenwasser CO2.

Die Ausfällung von Calciumcarbonat aus gesättigten Lösungen wird als Sinterbildung bezeichnet.