Karsztfejlődés

1. Karsztfejlődés Karsztosodás Móga János

2. Karsztosodás • Azt a folyamatot nevezzük ~nak, ahol a kőzet kevés mállási maradék képződése mellett oldódik • Karszt-hegység (Kras) • A karsztosodás az oldódásnál összetettebb folyamat → a földrajzi burokban játszódik le • A karsztos táj arculata, • A kialakuló formák minősége, mérete függ: • Éghajlat • Talaj • Kőzet minősége, szerkezete • Terület fejlődéstörténete • Egyéb tényezőktől • A karsztosodás a Földön mindazon helyeken lejátszódik, ahol az alapfeltételek adottak: • Ahol oldható kőzetek vannak (Szf. 12%-án) • Ahol a hőmérséklet 0°C fölé emelkedik • Ahol a terület vízháztartása pozitív

3. A karsztos táj jellemzői • Felszíni vízfolyásokban szegény • A felszín alatti karsztosodás hatására térbeli hidrográfia alakul ki • Üregesedés • Felszíni vízfolyások hiánya miatt völgyhálózat nem vagy csak alárendelten alakul ki – a kisebb mértékű erózió kedvez a fennsíkok kialakulásának • A felszíni formák többsége lefolyástalan • Az oldott mészanyag kiválásai jelennek meg (mésztufa, cseppkő) • Karsztszerű formák (barlangok és zárt mélyedések) nemkarsztos területeken is kialakulhatnak → pszeudokarsztok

4. Felszíni vízfolyásokban szegény, fennsíkok alakulnak ki

5. üregesedés

6. Felszín alatti vízfolyások, zárt , lefolyástalan mélyedések

7. Üregesedés, kiválás

8. A kőzet anyaga szerint típusokra különíthető: • 1. Karbonátkarsztok • A mészkő és a dolomit, alacsony pH-jú vizes környezetben hidrokarbonátos oldódás során oldatba megy • 2. Szemikarbonát karsztok • Kisebb-nagyobb mennyiségben tartalmaznak mészanyagot • Pl. mészhomokkő, lösz, gránit, mészanyagú zöldpala • Meszes kötőanyaga hidrokarbonátosan oldódik • 3. Parakarszt • A kőzet (kősó, gipsz) semleges vagy magas pH-jú víz hatására oldódik (kvarchomokkő) • Egyes formák (karrok, dolinák) tipikus mállási folyamatok eredményeként is kialakulhatnak

9. Karbonátkarsztok

10. Parakarszt

11. Szemikarbonát karszt

12. Az oldódás • Oldódáskor a kőzet anyagának egy része oldatba megy • Az oldódás során a mészkő (CaCO3) alacsony pH-jú vízzel érintkezve új egyensúlyi állapotba úgy kerül, hogy a kőzet először Ca2+HCO3-, ill Ca2+ Mg2+ és HCO3- ionokra különül • 1. Ha a HCO3- képződéséhez szükségesH+ ionoka víz (H2O) disszociációjából származnak karbonátos oldódásról beszélünk • 2. Ha a HCO3- képződéséhez szükségesH+ ionoka H2CO3 disszociációjából származnak hidrokarbonátos oldódásról van szó.

13. Hidrokarbonátos oldódás • A szénsav képződése • A vízbe széndioxid lép be ( a nagyobb parciális nyomású helyről az alacsonyabb koncentrációjú helyre vándorol) • Az esőcseppekbe a légköri levegőből kerül be (ennek 0,03-0,07 % a koncentrációja) • A talaj felett felfogott csapadékvízben kimutatott légköri eredetű CO2 1,32-3,63 mg/l között változik (Bögli, A. 1960, Czájlik I. 1961.) • A talajon átszivárgó vízbe a talajlevegőből kerül a CO2 koncentrációja a mérsékeltövi talajoknál 0,1-3,5%, trópusi talajoknál 0,2-11 % között változik (Zámbó L.1986) • Ez a vízbe kerülő CO2 tartalom elsődleges forrása és ez nagyságrendekkel nagyobb a levegő CO2 tartalmánál! • Oka: a talajlakó élőlények disszimilációja, ill. a talaj rosszul szellőzik, nem keveredik a légköri levegővel.

14. Az oldódást az éghajlat közvetlenül (1) és közvetve (2) is meghatározza • 1. Közvetlen hatása: a klímától függ a csapadék mennyisége • 2. Közvetett hatása: az éghajlat alakítja a növényzetet (csapadék, hőmérséklet), amely végül is meghatározza a talaj minőségét • A talaj típusa, vastagsága és számos más adottsága megszabja a talajélet intenzitását és a CO2 produkciót. • Ha a hőmérséklet fagypont alá süllyed, a talajélet szünetel • A csapadék mennyisége, minősége, eloszlása ugyancsak befolyásolja a talajéletet, CO2 produkciót (Jakucs 1971, Zámbó 1986)

15. Az oldódás… • Az oldószer (víz) kétféleképpen lehetjelen: • 1. határrétegként: 0,1-1 mm vastag, nem mozdul el a réteg • 2. áramló vízként: áramlik! • Alkothat bevonatot (kondenzvíz) • Kitöltheti a kőzet üregeit, réseit • Az oldódás lejátszódhat: • Szabad sziklafelszínen • Üledék, ill. talaj alatt • Barlangokban • Az oldódás végbemehet felszínen: • Areális korrózió: • Egyenletesen lealacsonyodó felszín • Sávosan, vonalasan is történhet, akkor feltagolódik a felszín • Laterális korrózió: lejtőhátrálás

16. A karbonátos kőzetek oldódása két szakaszú: (Dubljanszkij 1987) • 1. kémiai oldás: a kőzet felületén a CaCO3 ionokra különül • 2. iontranszport során a Ca és CO3 ionok előbb a határrétegbe, majd onnan az áramló oldószerbe jutnak. • A kémiai oldás függ: • H ion mennyisége (melynek forrása a szénsav) • A víz hőmérséklete (magasabb hőmérsékleten az ionizáció könnyebben megy végbe) • A kőzet-víz érintkezési felület nagyságától • Az iontranszport: • annál intenzívebb, minél nagyobb a határréteg és az áramlási zóna közti ion koncentrációkülönbség • Ha áramlás nincs: a víz telítetté válik a Ca ionokra nézve • Ha a határrétegben a Ca ionok kilépése (elszállítódása) miatt a koncentráció lecsökken, oda a kőzet felületéről újak léphetnek be. • Elszállítódás újraoldás

17. A turbulens áramlás fokozza az oldódás hatékonyságát • A turbulencia összetöri a határréteget • Az újból kialakuló határréteg Ca koncentrációja kicsi, oda újabb ionok léphetnek be. • A lamináris áramlás kis intenzitású molekuláris diffúzióval egyenlítődik ki a határréteg és az áramló oldószer között a Ca koncentráció különbség • A Ca és HCO3 ionok instabil molekulát képeznek: • Ca2+ + 2HCO3- Ca(HCO3)2 • Az oldatban jelenlévő CO2 mennyiségét összes CO2 -nek nevezik • Ez az oldatbankötött, egyensúlyi és agresszív CO2 formájában van jelen • Kötött CO2: a Ca(HCO3)2 molekulába épül be • Egyensúlyi CO2: az oda- és visszaalakulás egyensúlyban tartásához egy bizonyos mennyiségű CO2 –ra vanszükség, ez a CO2 a vízben gázként vagy szénsavban fordul elő • Agresszív CO2:ha aCO2 -bőltöbb van, mint amennyi az oldatba került Ca ionok ott tartásához szükséges, az további oldásra képes • Telítetlen oldat → oldódás • Túltelített oldat → kicsapódás

19. Keveredési Korrózió • Az egyensúlyi CO2 mennyisége nem csak a Ca2+ koncentrációtól függ, hanem: • A nyomástól és a hőmérséklettől is • Az egyensúlyi CO2 mennyisége és a nyomás között fordított • Az egyensúlyi CO2 mennyisége és a hőmérséklet között egyenes arányosság van • Ha a nyomás nő ugyanannyi Ca ion egyensúlyban tartásához kevesebb • CO2 -re van szükség, a felesleges CO2 oldásra fordítható. • Ha a hőmérséklet csökken ugyancsak kevesebb CO2-re van szükség a már oldatban lévő Ca-ion mennyiség oldatban tartásához • Következménye: • A karsztba a mélyből érkező vizek újabb CO2 felvétele nélkül is képesek oldóhatást kifejteni. Felemelkedésük során ugyanis lehülnek, az egyensúlyi CO2 egy része agresszív CO2 lesz. • Agresszív CO2 származhat különböző koncentrációjú vagy hőmérsékletű, de telített vizekből, ha azok keverednek. • A keveredéskor keletkező új oldat egyensúlyi CO2 igénye kevesebb lesz, mint a 2 oldat egyensúlyiCO2 -nek az összege.

20. A Dolomit oldódása • 2 lépcsőben történik • 1, a kalcit kötőanyag feloldása – dolomit murva keletkezik • 2, dolomit ásvány oldódása – Ca és Mg ion oldódása • CaMg(Co3)2 + 2CO2 + H2O → CA 2+ Mg 2+ + 4HCO3 • A magnézium oldatba kerülése hőmérséklet függő: • 15 °C-on a Ca:Mg arány 2 • 40 °C-on a Ca:Mg arány 0,5-0,6 • Valószínűleg ebből következik, hogy a mérsékelt éghajlati övben a dolomit karsztformákban szegény, trópusi területeken viszont gazdag.

21. A kősó, gipsz és anhidrit oldódása • Parakarsztos oldódás, nem pH függő • Semleges pH mellett is végbemegy • Gyors oldási folyamat • A Kősó Na és Cl ionokra esik szét • A gipsz és anhidrit oldódása hőmérsékletfüggő: • A gipsz: 40-60 °C-on • Az anhidrit: 30-60 °C-on oldódik legjobban

22. A karsztos lepusztulás sebessége • Függ: kőzetminőség, klimatikus viszonyok, van-e talajfedettség • Szabad felszínen: • a karrasztalok magasságának mérésével 0,015 mm/év Bögli A. 1961 • Fedetlen mészkövön mérsékelt éghajlati övi karszton: 1500-2500 mm évi csapadék mellett (Brit-szk.): 0,004-0,0004 mm/év • Diego de Almagro (Chile), 8000 mm/év csapadéknál: 0,06-0,09 mm/év • A karrok kialakulásának sebessége: • 3-5 cm átmérőjű madáritató: 10 év alatt Sweeting, M.M. 1966 • Rillek 1 év • Madáritatók: 7 év • Saroknyomok: 23 év Veress M-Tóth G.-Péntek K. 2001