- Karst verweringsprocessen
- Factoren die nodig zijn voor het verschijnen van karstreliëf:
- Mechanismen voor het oplossen van gastgesteente:
- Geomorfologie van karstreliëfs
- -Interne karst of endocarstic reliëf
- Droge grotten
- Galerijen
- Stalactieten, stalagmieten en kolommen
- Kanonnen
- -Externe karst, exocarstic of epigene reliëf
- Dolinas
- Druiven
- Poljés
- Karstformaties als levenszones
- Fotische zones in karstformaties
- Fauna en aanpassingen in de fotische zone
- Andere randvoorwaarden in karstformaties
- Micro-organismen van de endocarstic gebieden
- Micro-organismen van de exocarstic zones
- Landschappen van karstformaties in Spanje
- Landschappen van karstformaties in Latijns-Amerika
- Referenties
Het karst- , karst- of karstreliëf is een vorm van topografie waarvan de oorsprong het gevolg is van verweringsprocessen door het oplossen van de oplosbare rotsen kalksteen, dolomiet en gips. Deze reliëfs kenmerken zich door het presenteren van een ondergronds afwateringssysteem met grotten en afvoeren.
Het woord karst komt van het Duitse Karst, de term die wordt gebruikt om te verwijzen naar het Italiaans-Sloveense gebied Carso, waar karst-landvormen in overvloed aanwezig zijn. De Koninklijke Spaanse Academie keurde het gebruik van beide woorden "karst" en "karst" goed, met een gelijkwaardige betekenis.
Figuur 1. Bergen van Anaga, Tenerife, Canarische Eilanden, Spanje. Bron: Jan Kraus via flickr.com/photos/johny
Kalksteenrotsen zijn afzettingsgesteenten die voornamelijk bestaan uit:
- Calciet (calciumcarbonaat, CaCO 3 ).
- Magnesiet (magnesiumcarbonaat, MgCO 3 ).
- Mineralen in kleine hoeveelheden die de kleur en verdichtingsgraad van het gesteente veranderen, zoals kleisoorten (aggregaten van gehydrateerde aluminiumsilicaten), hematiet (ijzeroxide-mineraal Fe 2 O 3 ), kwarts (siliciumoxide-mineraal SiO 2 ) en sideriet (ijzercarbonaatmineraal FeCO 3 ).
Dolomiet is een sedimentair gesteente dat bestaat uit het mineraal dolomiet, een dubbel carbonaat van calcium en magnesium CaMg (CO 3 ) 2 .
Gips is een gesteente dat is samengesteld uit gehydrateerd calciumsulfaat ( CaSO 4 .2H 2 O), dat kleine hoeveelheden carbonaten, klei, oxiden, chloriden, silica en anhydriet (CaSO 4 ) kan bevatten.
Karst verweringsprocessen
De chemische processen van karstvorming omvatten in principe de volgende reacties:
- Kooldioxide (CO 2 ) oplossen in water:
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
- De dissociatie van koolzuur (H 2 CO 3 ) in water:
H 2 CO 3 + H 2 O → HCO 3 - + H 3 O +
- Het oplossen van calciumcarbonaat (CaCO 3 ) door zuuraanval:
CaCO 3 + H 3 O + → Ca 2+ + HCO 3 - + H 2 O
- Met als resultaat een totale reactie:
CO 2 + H 2 O + CaCO 3 → 2HCO 3 - + Ca 2+
- De werking van licht zuur koolzuurhoudend water, waardoor de dissociatie van het dolomiet en de daaropvolgende bijdrage van carbonaten ontstaat:
CaMg (CO 3 ) 2 + 2H 2 O + CO 2 → CaCO 3 + MgCO 3 + 2H 2 O + CO 2
Factoren die nodig zijn voor het verschijnen van karstreliëf:
- Het bestaan van een kalkstenen rotsmatrix.
- De overvloedige aanwezigheid van water.
- De aanzienlijke CO 2 -concentratie in het water; deze concentratie neemt toe bij hoge drukken en lage temperaturen.
- Biogene bronnen van CO 2 . Aanwezigheid van micro-organismen die CO 2 produceren door het ademhalingsproces.
- Genoeg tijd voor de actie van het water op de rots.
Mechanismen voor het oplossen van gastgesteente:
- De werking van waterige oplossingen van zwavelzuur (H 2 SO 4 ).
- Vulkanisme, waar lavastromen buisvormige grotten of tunnels vormen.
- Fysieke eroderende werking van zeewater dat zee- of kustgrotten produceert als gevolg van de impact van golven en ondermijning van kliffen.
- Kustgrotten gevormd door de chemische werking van zeewater, met constante oplosbaarheid van gastgesteenten.
Geomorfologie van karstreliëfs
Karst-reliëf kan zich binnen of buiten een gastgesteente vormen. In het eerste geval wordt het interne karst, endocarstic of hypogene reliëf genoemd, en in het tweede geval externe karst, exocarstic of epigenic relief.
Figuur 2. Karst-reliëf in Covadonga, Asturië, Spanje. Bron: Mª Cristina Lima Bazán via https://www.flickr.com/photos//27435235767
-Interne karst of endocarstic reliëf
De ondergrondse waterstromingen die circuleren in bedden van koolstofhoudende gesteenten, graven interne banen in de grote rotsen, door de oplossingsprocessen die we hebben genoemd.
Afhankelijk van de kenmerken van de schuring ontstaan verschillende vormen van intern karstreliëf.
Droge grotten
Droge grotten worden gevormd wanneer interne waterstromen deze kanalen verlaten die door de rotsen zijn uitgehouwen.
Galerijen
De eenvoudigste manier om door water in een grot te worden gegraven, is de galerij. De galerijen kunnen worden verbreed om ‘gewelven’ te vormen, of ze kunnen worden versmald en ‘gangen’ en ‘tunnels’ vormen.
Stalactieten, stalagmieten en kolommen
Gedurende de periode dat het water net zijn loop in een rots heeft verlaten, blijven de resterende galerijen achter met een hoge vochtigheidsgraad, waarbij waterdruppels met opgelost calciumcarbonaat worden afgescheiden.
Wanneer het water verdampt, slaat het carbonaat neer in een vaste toestand en verschijnen er formaties die uit de grond groeien, "stalagmieten" genaamd, en andere formaties die aan het plafond van de grot hangen, "stalactieten" genaamd.
Wanneer een stalactiet en een stalagmiet elkaar ontmoeten in dezelfde ruimte en zich verenigen, wordt een "kolom" gevormd in de grotten.
Kanonnen
Wanneer het dak van de grotten instort en instort, worden "canyons" gevormd. Zo ontstaan er zeer diepe sneden en verticale wanden waar rivieren aan de oppervlakte kunnen stromen.
-Externe karst, exocarstic of epigene reliëf
Het oplossen van kalksteen door water kan de rots op zijn oppervlak doorboren en holtes of holtes van verschillende afmetingen vormen. Deze holtes kunnen enkele millimeters in diameter zijn, grote holtes enkele meters in diameter of buisvormige kanalen die "lapiaces" worden genoemd.
Als een lapiaz zich voldoende ontwikkelt en een depressie genereert, verschijnen andere karst-landvormen die "zinkgaten", "uvalas" en "poljes" worden genoemd.
Dolinas
Het zinkgat is een holte met een cirkelvormige of elliptische basis , waarvan de grootte enkele honderden meters kan bereiken.
Vaak hoopt zich in de zinkgaten water op dat door het oplossen van de carbonaten een gootsteen in de vorm van een trechter graaft.
Druiven
Wanneer verschillende zinkgaten groeien en samenkomen in een grote depressie, wordt een "druif" gevormd.
Poljés
Wanneer een grote holte met een vlakke bodem en afmetingen in kilometers wordt gevormd, wordt dit een "poljé" genoemd.
Een poljé is in theorie een enorme druif, en binnen de poljé zijn er de kleinste karstvormen: uvalas en sinkholes.
In de Poljés wordt een netwerk van waterkanalen gevormd met een gootsteen die uitmondt in het grondwater.
Figuur 3. Cueva del Fantasma, Aprada-tepui, Venezuela. (Observeer de mensen aan de linkerkant van de afbeelding voor maatreferentie). Bron: MatWr, van Wikimedia Commons
Karstformaties als levenszones
In de karstformaties zijn er intergranulaire ruimtes, poriën, gewrichten, breuken, kloven en kanalen, waarvan de oppervlakken kunnen worden gekoloniseerd door micro-organismen.
Fotische zones in karstformaties
In deze oppervlakken van de karstreliëfs worden drie fotische zones gegenereerd, afhankelijk van de penetratie en intensiteit van het licht. Deze zones zijn:
- Entreegebied : dit gebied wordt blootgesteld aan zonnestraling met een dagelijkse dag-nachtverlichtingscyclus.
- Schemerzone : tussenliggende fotische zone.
- Donker gebied: gebied waar geen licht doordringt.
Fauna en aanpassingen in de fotische zone
De verschillende levensvormen en hun aanpassingsmechanismen zijn direct gecorreleerd met de omstandigheden van deze fotische zones.
De toegangs- en schemeringzones hebben aanvaardbare omstandigheden voor een verscheidenheid aan organismen, van insecten tot gewervelde dieren.
De donkere zone biedt stabielere omstandigheden dan de oppervlakkige zones. Het wordt bijvoorbeeld niet beïnvloed door windturbulentie en handhaaft het hele jaar door een vrijwel constante temperatuur, maar deze omstandigheden zijn extremer vanwege de afwezigheid van licht en de onmogelijkheid van fotosynthese.
Om deze redenen worden diepe karstgebieden als arm aan voedingsstoffen (oligotroof) beschouwd, omdat ze geen fotosynthetische primaire producenten hebben.
Andere randvoorwaarden in karstformaties
Naast de afwezigheid van licht in endocarstische omgevingen, zijn er in karstformaties nog andere randvoorwaarden voor de ontwikkeling van levensvormen.
Sommige omgevingen met hydrologische verbindingen met de oppervlakte kunnen onder water komen te staan; woestijngrotten kunnen lange periodes van droogte ervaren en vulkanische buisvormige systemen kunnen hernieuwde vulkanische activiteit ervaren.
In interne cavernes of endogene formaties kunnen ook verschillende levensbedreigende omstandigheden optreden, zoals toxische concentraties van anorganische verbindingen; zwavel, zware metalen, extreme zuurgraad of alkaliteit, dodelijke gassen of radioactiviteit.
Micro-organismen van de endocarstic gebieden
Onder de micro-organismen die endocarstic formaties bewonen, kunnen we bacteriën, archaea, schimmels noemen en er zijn ook virussen. Deze groepen micro-organismen vertonen niet de diversiteit die ze in oppervlaktehabitats vertonen.
Veel geologische processen zoals ijzer- en zwaveloxidatie, ammonificatie, nitrificatie, denitrificatie, anaërobe zwaveloxidatie, sulfaatreductie (SO 4 2- ), methaancyclisatie (vorming van cyclische koolwaterstofverbindingen uit methaan CH 4 ), andere worden gemedieerd door micro-organismen.
Als voorbeelden van deze micro-organismen kunnen we noemen:
- Leptothrix sp., Die ijzerneerslag in de Borra-grotten (India) beïnvloedt.
- Bacillus pumilis geïsoleerd uit Sahastradhara-grotten (India), bemiddelt calciumcarbonaatprecipitatie en calcietkristalvorming.
- De filamenteuze zwaveloxiderende bacterie Thiothrix sp., Gevonden in Lower Kane Cave, Wyomming (VS).
Micro-organismen van de exocarstic zones
Sommige exokarst-formaties bevatten deltaproteobacteria spp. , Acidobacteria spp., Nitrospira spp. en proteobacteria spp.
Soorten van de geslachten: Epsilonproteobacteriae, Ganmaproteobacteriae, Betaproteobacteriae, Actinobacteriae, Acidimicrobium, Thermoplasmae, Bacillus, Clostridium en Firmicutes, kunnen onder andere worden gevonden in hypogene of endokarst-formaties.
Landschappen van karstformaties in Spanje
- Las Loras Park, door UNESCO uitgeroepen tot World Geopark, gelegen in het noordelijke deel van Castilla y León.
- Papellona-grot, Barcelona.
- Ardales-grot, Malaga.
- Santimamiñe-grot, leeg land.
- Grot van Covalanas, Cantabrië.
- Grotten van La Haza, Cantabrië.
- Miera Valley, Cantabrië.
- Sierra de Grazalema, Cádiz.
- Tito Bustillo-grot, Ribadesella, Asturië.
- Torcal de Antequera, Malaga.
- Cerro del Hierro, Sevilla.
- Massif de Cabra, Subbética Cordobesa.
- Natuurpark Sierra de Cazorla, Jaén.
- Anaga-gebergte, Tenerife.
- Massief van Larra, Navarra.
- Rudrón-vallei, Burgos.
- Nationaal park Ordesa, Huesca.
- Sierra de Tramontana, Mallorca.
- Klooster van Piedra, Zaragoza.
- Betoverde stad, Cuenca.
Landschappen van karstformaties in Latijns-Amerika
- Meren van Montebello, Chiapas, Mexico.
- El Zacatón, Mexico.
- Dolinas de Chiapas, Mexico.
- Cenotes van Quintana Roo, Mexico.
- Grotten van Cacahuamilpa, Mexico.
- Tempisque, Costa Rica.
- Roraima Sur Cave, Venezuela.
- Charles Brewer Cave, Chimantá, Venezuela.
- La Danta-systeem, Colombia.
- Gruta da Caridade, Brazilië.
- Cueva de los Tayos, Ecuador.
- Cura Knife System, Argentinië.
- Madre de Dios Island, Chili.
- Vorming van El Loa, Chili.
- Kustgebied van de Cordillera de Tarapacá, Chili.
- Cutervo Formation, Peru.
- Pucará-formatie, Peru.
- Umajalanta-grot, Bolivia.
- Polanco Formation, Uruguay.
- Vallemí, Paraguay.
Referenties
- Barton, HA en Northup, DE (2007). Geomicrobiologie in grotomgevingen: verleden, huidige en toekomstige perspectieven. Journal of Cave and Karst Studies. 67: 27-38.
- Culver, DC en Pipan, T. (2009). De biologie van grotten en andere ondergrondse habitats. Oxford, VK: Oxford University Press.
- Engel, AS (2007). Over de biodiversiteit van sulfidische karsthabitats. Journal of Cave and Karst Studies. 69: 187-206.
- Krajic, K. (2004). Grotbiologen graven een begraven schat op. Wetenschap. 293: 2,378-2,381.
- Li, D., Liu, J., Chen, H., Zheng, L. en Wang, k. (2018). Reacties van microbiële gemeenschappen in de bodem op de teelt van gras in gedegradeerde karstbodems. Landdegradatie en ontwikkeling. 29: 4,262-4,270.
- doi: 10.1002 / ldr.3188
- Northup, DE en Lavoie, K. (2001). Geomicrobiologie van grotten: een overzicht. Geomicrobiology Journal. 18: 199-222.