Karst

Karst entsteht in humiden bis semi-ariden Gebieten, die aus harten, durch Kohlensäure korrodierbaren Massengesteinen mit hohen Gehalten an Kalziumkarbonat(CaCO₃), wie Kalkstein, aufgebaut sind. Das Ausgangsgestein ist nicht primär porös; vielmehr verhindern primär poröse Karbonate wie Kreide jede tiefe Verkarstung. Umgekehrt kann die Verkarstung in Gebieten, die aus einförmigen mächtigen Massenkalken aufgebaut sind, bis mehrere tausend Meter unter die Erdoberfläche reichen.

Bei Korrosion von Kalziumkarbonat reagiert zunächst in Wasser physikalisch gelöstes Kohlenstoffdioxid mit diesem chemisch zu Kohlensäure:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}O+CO_{2}\rightarrow H_{2}CO_{3}} }$

Jene reagiert mit Kalziumkarbonat zu Kalziumhydrogenkarbonat:

${\displaystyle \mathrm {H_{2}CO_{3}+CaCO_{3}\rightarrow Ca^{2+}+2\,HCO_{3}^{-}} }$[6]

Beides zusammen ergibt als Bilanzreaktion der Lösung von Kalziumkarbonat:

${\displaystyle \mathrm {CO_{2}+H_{2}O+CaCO_{3}\leftrightharpoons Ca^{2+}+2\,HCO_{3}^{-}} }$

Der Doppelpfeil steht für die Umkehrbarkeit der Reaktion, denn kalkgesättigte Lösungen können durch Wiederausfällung von Kalziumkarbonat Gesteine wie Travertin oder Tropfstein neu bilden.

Die Mischung zweier mit Kalziumkarbonat gesättigter Lösungen kann weiteres Kalziumkarbonat in Lösung bringen, wenn die Konzentration des Kalziumkarbonats in den Ausgangslösungen verschieden ist (= Mischungskorrosion). Dabei wird umso mehr zusätzliches Kalziumkarbonat gelöst, je höher die Konzentration in der kalkreicheren Ausgangslösungen war („Paradoxon der Mischungskorrosion“). Dieser Effekt erklärt aber nur zum Teil, warum die im Karstgebirge beobachteten großen Lösungshohlräume nicht an der Eintrittsstelle des Wassers, sondern im Innern des Gebirges zu finden sind. Tatsächlich spielt die Mischungskorrosion nur eine untergeordnete Rolle bei der Höhlenbildung im Karst, da die Unterschiede der Sättigungsgrade der verschiedenen Lösungen meist zu gering ist, um viel Gestein lösen zu können.[7]

Stattdessen hat dieses Phänomen mit der Sättigungskurve kohlensäurehaltigen Wassers mit Kalziumkarbonat zu tun. Das Wasser kann zwar bis zu einer Sättigung von rund 80 % schnell Kalziumkarbonat aufnehmen, danach lässt die Lösungsgeschwindigkeit aber stark nach. Bis zu einer vollständigen Sättigung dauert es sehr lange und so bleibt das Wasser auch in tiefen Gebieten des Karstes noch leicht aggressiv und kann Gestein langsam lösen.

Eine andere Verwitterungsreaktion, die bei Verkarstung eine Rolle spielen kann, ist die Chelat-Komplexierung von Metallionen durch im Boden vorfindliche organische Säuren, etwa Huminsäuren. Der Prozess wird als chemisch-biotische Verwitterung bezeichnet.

Jurazeitliche Viñales-Formation eines tropischen Karstkegels (Mogote) im Valle de Viñales auf Kuba

Da Karstgestein durch Kohlensäure gelöst wird (= Kohlensäureverwitterung) und Niederschlagswasser durch dabei entstehende Kanäle unterirdisch abfließt, entspringen im Karst kaum Flüsse. Dafür fließen durch alle Karstregionen andernorts (d. h. im Nicht-Karst) entsprungene Flüsse; fachsprachlich: Flüsse in Karstregionen sind allochthon, nicht autochthon. Besonders in den feuchten Tropen tragen Flüsse stark zur Formung dortiger Karstregionen bei. Karstformen sind daher nicht nur als größere oder kleinere geschlossene Formen zu finden, sondern insbesondere in den Tropen auch als Mischformen mit den offenen Erosionsformen flussdurchzogener Reliefe. Der Karst ist also nicht grundsätzlich ein außerpolarer Gegenpol zu flussfeuchten Regionen, auch wenn dies oft behauptet wird.

Wenngleich Karsterscheinungen im Mikro- wie auch im Makrobereich ausnahmslos Folgen chemischer Vorgänge sind, ist doch die Reliefbildung von Karst-Großlandschaften auch anderen Prozessen unterworfen, die von hydrogeographischen und klimatischen Bedingungen und tektonischen Voraussetzungen abhängen. Beispielsweise wird vergletscherter Karst in Hochgebirgen als Glaziokarst bezeichnet, dortige Gletscher selbst als Karstgletscher, und an Karstgletscher gebundene physikalische Vorgänge bedingen ein besonderes Relief des Glaziokarstes unter ihnen.

Prinzipielle Voraussetzungen der Entwicklung eines Karstreliefs sind für Kohlensäureverwitterung anfälliges Gestein sowie die Verfügbarkeit flüssigen Wassers (somit eine passende Temperatur), damit die gegebene Klimazone und Höhenstufe. Karst entsteht typischerweise auf anstehendem Kalkstein in subhumiden bis humiden Klimazonen, von den Tropen bis zu kühlgemäßigten Breiten, von der Küste bis in subnivale[8] Höhenlagen der Hochgebirge.

Verkarstung wird durch hohe Bodenkonzentration von Huminsäuren im Boden befördert (s. o. Abschnitt „#Karbonat und Kohlensäureverwitterung, weitere chemische Verwitterungsvorgänge“). In den Tropen begünstigt die Vegetation diesen Umstand und damit hiervon abhängige Verkarstungsvorgänge. In gemäßigten Breiten ist der Zusammenhang nur im Mikrobereich wirksam, vor allem unter Moospolstern.

Qualitativ hängt die Bildung des Karstreliefs vor allem von der Niederschlagsmenge und von der Reinheit sowie Mächtigkeit der Massenkalke ab. Reinheiten des Kalziumkarbonats von 99 % und jährliche durchschnittliche Niederschlagsraten von bis zu 5000 mm im Jahr in Montenegro und Neuguinea oder auch von 2500 mm pro Jahr in Südwest-China sind der Entstehung ausgeprägter Karstformen förderlich. Geringere Reinheiten des Kalziumkarbonats und Niederschläge unter 500 mm im Jahr verhindern stärkere Verkarstung. Auch verkarsten weiche Kalksteine mit hohen Tongehalten (Mergel) kaum, harte korrosionsbeständige Carbonate mit hohen Magnesiumgehalten wie Dolomit sehr langsam.

Voll entwickelte Typformen des Karstes, so genannte Vollformen (vgl. Abschnitt „Klimageomorphologische Karsttypen“), sind darüber hinaus immer Ergebnis einer ununterbrochenen Entwicklung mit nur geringer klimatischer Variation über geologische Zeiträume, in denen die genannten günstigen Bedingungen der Verwitterung vorherrschten.

Aufgeschlossenes Karbonatgestein (ohne Evaporite) bedeckt ca. 20 % der eisfreien Landfläche

Die Eisriesenwelt (Dachsteinkalk) in Österreich

Im alpinen Mitteleuropa ist besonders der Dachsteinkalk ein verkarstungsfähiges Gestein, während der Hauptdolomit hier keine Karstlandschaften bildet. Den Hauptteil des Dinarischen Gebirges, des größten europäischen Karstgebiets, stellen fast ausschließlich dolomitische und andere karbonatische Sedimente, deren Entstehung vom Devon bis Neuzeit reicht. Die Mächtigkeit der kretazischen und jurassischen Kalke beträgt hier in der Hochkarstzone mehr als 4 km, und die Verkarstung reicht bis unter das Meeresniveau hinab, was untermeerische Karstquellen belegen. Verwandte Karstregionen finden sich in den zirkummediterranen Kalkdecken der jungalpidischen Faltengebirge des Thetysbeckens zwischen Marokko und Iran.

Harte, reine mesozoische Kalke liegen auch den Turm- und Kegelkarstformationen der Tropen wie etwa den geologischen Formationen des Oberen Jura[9] im kubanischen Valle de Viñales zugrunde. Die Basis der dortigen Mogoten bildet der älteste, hauptsächlich aus sehr unreinen Kalken wechselnder Ablagerungsbedingungen bestehende Abschnitt namens Jagua. Die Mogoten selbst hingegen entsprechen dem als Viñales-Formation bezeichneten mittleren Abschnitt, einem sehr reinen Massenkalk (über 98 % CaCO₃).

Des Weiteren liegen Turm- und Kegelkarsten kontinuierliche und langsame Hebungen durch neotektonische Vorgänge zu Grunde. Bei rascherer Hebung überwiegt Erosion gegenüber Korrosion, und trotz reiner, mächtiger Kalke und hoher Niederschlagsraten entsteht keine dem Turmkarst vergleichbare Form, sondern eine Steilstufe. Ein Beispiel ist die Bucht von Kotor, die durch die rasche neotektonische Hebung der Adriatischen Platte entstand.

Die qualitativen Voraussetzungen einer Verkarstung (siehe Abschnitt „Klimatisch-geologische Vorbedingungen“) bestimmen auch deren Fortschreiten. Wenngleich ähnliche Erscheinungen zwischen den ausgemachten Karstregionen beobachtbar sind, sind verschiedene Karsttypen regional unterschiedlich häufig. In geologischer Zeit spielen hierbei weitere Einflüsse wie Faltungen und Verwerfungen der Gesteinsschichten eine Rolle. Bei rascher tektonischer Hebung kann Erosion die Karstbildung auch verhindern, wie beispielhaft in der Bucht von Kotor zu beobachten ist (siehe Abschnitt „Bedeutende Karbonatserien“).

Insbesondere die von William Morris Davis begründete Anschauung des Erosionszyklus machte die zyklische Entwicklung der Karstlandschaften verständlich. Das von Alfred Grund (1914) als Betrachtung des Jamaikanischen Cockpit country vorgestellte, einfache vierstufige Modell ist heute ein Modell für Karstgebiete der Tropen. Jovan Cvijićs komplexes Erosionszyklus-Modell (1918) für den (ursprünglich für exemplarisch gehaltenen) Dinarischen Karst trifft nur auf Karstgebiete zu, in denen wasserdurchlässige und wasserundurchlässige Sedimente einander schichtweise abwechseln, wie etwa im Flysch der Dinariden.[10]

Karstquelle der Loue

Ein Karst bildet ein typspezifisches unterirdisches Abflussregime aus, das karsthydrologische System. Solche Systeme gestalten die geomorphologische Entwicklung von Karstlandschaften wesentlich mit. Unterschiedliche Anschauungen über ihre Funktionsweise führten innerhalb der Karstologie zu heftigen Debatten (Schule des Karstgrundwassers versus Schule der unterirdischen Karstflüsse). Erst Alfred Grund (1903, 1914) und Jovan Cvijić (1893) entwarfen, auf Beobachtungen in den Dinariden gestützt, eine weiterführende Theorie. Karsthydrologische Fragestellungen sind bis heute ein Schwerpunkt der Karstforschung und berühren die hydrogeologische Ingenieurwissenschaften, die im Karst besonders schwierige und aufwändige Trinkwasserversorgung, den Hochwasserschutz sowie die Errichtung von Wasseringenieurbauten wie große Stauwehren und Wasserkraftwerke. Zur Untersuchung der in Karstgebieten auftretenden wasserwirtschaftlichen und kulturlandschaftsbezogenen Probleme finden eigens hierfür entwickelte karsthydrologischer Untersuchungen Anwendung, bei denen insbesondere Tracer und geologische Bomben zur Verfolgung des Karstwassers eingesetzt werden.

Zum Schatz der Karstformen (der ebenfalls als „Karsthydrologie“ bezeichnet wird) zählen außer den unterirdischen auch alle speziellen, die im Gefolge von Ponoren, Estavellen, Karstquellen, Poljen, Trockentälern, Turloughs und Sickerflüssen im Karst auftreten. Für ihre Entstehung ist die dreischichtige hydrologische Zonierung des Systems wesentlich, wie sie erstmals von Grund und Cvijić beschrieben wurde; diese Autoren führten auch den Begriff Karstgrundwasserspiegel ein.

Tropischer Kegelkarst, Chocolate Hills auf der Insel Bohol, Philippinen

Subtropische Karstkegel (Humi, im Bild rechts) im Skutarisee in Montenegro

Tropischer Turmkarst (Fengcong) am Li Jiang in Guilin in Südwest-China

Klimageomorphologisch wird zwischen den Karstformen der gemäßigten, subtropischen und tropischen Regionen unterschieden. Lediglich anteilig verkarstete Landschaften werden geomorphologisch als Merokarst bezeichnet. Sie sind in den gemäßigten Breiten zu finden, weil dort außerhalb der Hochgebirge meist mächtige Massenkalke fehlen, und die geologische Evolution des Karstreliefs durch die Eiszeiten besonders stark beeinträchtigt wurde.

Im Fluviokarst sind definitionsgemäß fluviale Formen wie Großschluchten oder Klammen zu finden, die allochthon in anderen geologischen Formationen entspringen (s. Abschnitt Verkarstung). Allerdings wird Merokarst häufig unscharf als „Fluviokarst“ bezeichnet, obwohl der Karst selbst im Fluviokarst voll entwickelt sein kann. Fluviokarst tritt zumeist in gemäßigten Breiten auf.

Der voll entwickelte Karst, Holokarst genannt, bildet tropische und subtropische Karstlandschaften. Im tropischen Holokarst vorfindliche Vollformen (s. Abschnitt Klimatisch-geologische Vorbedingungen) sind die steil aufragende Bergkuppen des Kegel- und des Turmkarstes. Im mediterranen Raum sind vereinzelte, Hum genannte Karstkegel in den feuchteren und wärmeren Regionen des dinarischen Karstes (Herzegowina, Montenegro) bezeugt; ansonsten fehlen dort Vollformen überwiegend, da ihre Bildung durch die pleistozänen Kaltzeiten unterbrochen ist.

Karstlandschaften unterscheiden sich vor allem durch die Ausprägung der unterirdischen Karsthydrologie, die einen Großteil der oberflächlichen Karstformen erklärt. Ist die Karsthydrologie vollständig entwickelt, so erfolgt ein praktisch vertikaler Wasserabfluss, der sich besonders im Holokarst zeigt. Hier fungieren als Besonderheit Poljen als intermittierende horizontale hydrologische Knoten des karsthydrologischen Geschehens, weil Poljen oft kurze periodische oder beständige Sickerflüsse haben, sowie saisonal überschwemmt werden können.

Ist ein karsthydrologisches System nicht vollständig entwickelt, wird vom Merokarst gesprochen. Dieser zeigt nur einen Teil des Karstformenschatzes; Großformen wie Uvalas, Poljen sowie tiefe Karstschlote und alle Vollformen fehlen.

Merokarst tritt in kühlgemäßigten Breiten auf. Bekannt ist Merokarst in Mittel- und Westeuropa.

Typisch entwickelt sind Karren und Schlucklöcher sowie kleine und flache Dolinen. Da diese Karstlandschaften immer vegetationsbestanden sind, wird hier auch vom „Grünen Karst“ (= Karst unter Humus oder Sedimentschichten) gesprochen.

Holokarst tritt in tropischen, subtropischen und teilweise in gemäßigten Breiten auf.

Im Holokarst treten alle Karstformen auf, insbesondere die großen Einebnungsflächen der Poljen, in den Tropen gehäuft auch die Vollformen der Karstkegel. Das karsthydrologische System ist dabei nicht zwangsläufig nur unterirdisch, und eine Wechselwirkung zwischen geomorphologischen Prozessen der Verkarstung und fluvialer Reliefdynamik, so insbesondere im Süd-Chinesischen Karstgebiet von Guilin, können kennzeichnend sein. Für den Holokarst der Subtropen ist zudem die Interferenz zu den pleistozänen Prozessen von Bedeutung. Durch eiszeitliche Abkühlung und vermehrte glaziale, fluvioglaziale und periglaziale Prozesse sind insbesondere Karsthochgebirge sowie an deren Gebirgsfuß liegende Poljen durch die Dynamik von fluvioglazialen- und teilweise auch glazialen Ablagerungen umgestaltet. Dies trifft insbesondere für alle Karstgebirge des Mediterrans zu.

Zum Holokarst zählen die Karstlandschaften des Dinarischen Karstes, Kegelkarstes und Turmkarstes.

An der montenegrinischen Küste ist das überflutete Karst-Trockental der Bucht von Kotor über 1000 m in die Hochkarst Zone eingeschnitten

Dinarischer Karst oder „Dolinenkarst“ ist Typform des mediterranen Karstes, der durch Dolinen-Reichtum, Großpoljen und oberflächliche Wasserarmut gekennzeichnet ist. Er ist im mediterranen Becken verbreitet. Übergänge des Typs des Dinarischen Karstes erfolgen bei hohen Niederschlägen (per-humides Klima) zum Polygonalen Karst und bei hohen Niederschlägen und gleichzeitig hohen Temperaturen (subtropisch (per)-humid) zum Cockpit-Karst. Alle Hochgebirge des Dinarischen Karstes haben insbesondere mindelzeitlich eine starke Vergletscherung erfahren. Die Schneegrenze sank hier auf unter 1200 m und geomorphologische Formen des Glaziokarstes, sowie glaziale und fluvioglaziale Sedimente nehmen große Bereiche ein.

An den Stellen, wo sehr viele Dolinen auf sehr engem Raum auftreten, und zum Teil nur schmale Rücken dazwischen stehen bleiben, spricht man von polygonalem Karst, die Durchmesser bis zu 400 m erreichen. Diese Form ist in Neuguinea, Neuseeland und den littoralen Dinariden verbreitet.

Cockpit-Karst leitet sich von einer Landschaft Jamaikas ab, die Cockpit country heißt. Das Cockpit-Country war eine der ersten bekannt gewordenen Karstlandschaften der Tropen.

Das eigentliche Cockpit-Country ist eine unzugängliche, wie mit Pockennarben übersäte Landschaft, das aus sehr steilen, zum Teil bis 120 m tiefen Vertiefungen, den so genannten Cockpits, und diese trennende Hügel und Grate aufgebaut ist. Cockpits finden sich in allen Karstregionen, die über sehr hohe Niederschläge verfügen, haben aber regional unterschiedliche Namen: Jamaica Cockpit, Neuguinea Polygonaler Karst, Dinarische Region Boginjavi krš.

Der Boden der Cockpits ist meist flach und kann von eingeschwemmten Sedimenten bedeckt sein. Im Unterschied zur Doline ist der Boden deutlich ausgeweitet und die Hänge sind nicht trichterförmig (nach innen konkav), sondern bestehen aus mehreren zum Inneren des Cockpits konvex vorgewölbten Segmenten. Deshalb ist der Boden der Cockpits auch nicht rund, sondern sternförmig.

Pinnacle Karst, Shinlin, Süd-China

Zuerst als Karstform des südchinesischen Karstes beschrieben, ist der Pinnacle Karst eine Form der Großkarrenbildung tropischer Klimate.

Zu dieser Typform des volltropischen Karstes gehören Mogote, Cockpit und Honeycomb. Sie entsteht in Abwesenheit starker fluvialer Erosion und ist in Kuba und Jamaica verbreitet,[11] daneben in Indonesien und auf den Philippinen.

Turmkarst ist eine Typform des randtropisch-subtropischen und tropischen Karstes, der durch starke Erosion entsteht; jene wird häufig durch wasserreiche Flüssen oder die See verursacht. Turmkarst ist in Südwest-China verbreitet, dortige Formen heißen peak cluster (chin. fēngcóng) oder Turmwald (peak forest, chin. fēnglín). Die Typform kommt auch in Vietnam, Indonesien, Malaysia und Thailand vor.

Schichttreppenkarst, nördlicher Hang des Jastrebica-Kamms

Schichttreppen im Steinernen Meer

Glazial umgestaltetes Trockental mit Grund-, Seiten- und Endmoräne sowie erratischen Blöcken, Orjen

Als Glaziokarst oder Alpiner Karst werden rezent aktive Karstlandschaften der Hochgebirge bezeichnet, die während der Eiszeiten vergletschert waren und reliktisch alpine Glazialformen aufweisen, jedoch meist keine rezente fluviale Dynamik mehr zeigen. Charakteristische Formen im Glaziokarst sind Karst-Hochplateaus, steile Karschwellen und Kartreppen, Schichttreppen und Rundhöcker, die durch glaziale Abrasion von Karstgebirgen gekennzeichnet sind und auf denen es nur langsam zu Bodenbildung kommt. Die rezente Verkarstung der ehemals vergletscherten Gebiete ist daher meist sehr jungen Datums und von geringer meist oberflächlicher Entwicklung, jedoch fehlen in den meisten der zum Glaziokarst gehörenden Gebirge üblicherweise Quellen und zumeist auch die sonst üblichen Karseen, da auch hier die unterirdische Karsthydrologie rasch nach dem Abschmelzen der Gletscher überwiegt. Dolinen sind klein und flach, Höhlen können aber schon während glazialer Phasen durch Schmelzwasser der Gletscher teilweise auch direkt unter den Gletscheroberfläche entstanden sein. Das präglaziale Relief spielte für die Bildung von Gletschern zum Teil eine entscheidende Rolle und ein besonderer Gletscher-Typus wird auch nach seiner geomorphologischen Begünstigung als Karstgletscher bezeichnet. Glaziokarst findet sich insbesondere in den Hochplateaus der Nördlichen Kalkalpen (z. B. Zugspitzplatt, Leutascher Platt, Koblat, Hoher Ifen, Reiteralpe, Steinernes Meer, Lattengebirge, Untersberg) und in einigen Hochgebirgen der Dinariden sowie weiteren eiszeitlich vergletscherten mediterranen Gebirgen. Die Umbildung von Karstformen zu glazialen Formen ist meist gut zu erkennen und zeigt überdies auch einen anderen glazialen Formenschatz, da die Karbildung in Karstgebirgen andere morphologische Vorbedingungen nutzte und insbesondere Karst-Hochplateaus als reliktische Tertiäre Landschaftsformen die Vereisungen modifiziert überstehen konnten. Ehemalige Karsttäler (Uvalas) sind meist als modifizierte Kare durch glaziale Ablagerungen gefüllt und durch fluvioglaziale Erosionsformen in Form enger Klammen (z. B. Partnachklamm und Reintal) auch meist offene Formen.

Auch in Sulfatgesteinen (Anhydrit und Gips) und Salzen, insbesondere Steinsalz, treten Karsterscheinungen auf. Eine der weltweit wertvollsten Sulfatkarstlandschaften befindet sich im Südharz im Dreiländereck Sachsen-Anhalt, Thüringen und Niedersachsen. Dazu gehört auch der Kohnstein, in dessen Stollen die Nationalsozialisten das Mittelwerk als Rüstungsbetrieb einrichteten. Eine Gipskarstfläche bei Sorbas (Spanien) ist als Naturpark ausgewiesen (Karst en Yesos de Sorbas). Bekannte Salzkarstflächen befinden sich in Israel und Spanien.

Karstbildungen in den letzten Jahren führten wiederholt zu Bodeneinstürzen in Tirol, sodass per Gipskarstverordnung von 2011 vor der Errichtung von Bauten bestimmten Gebieten Tirols Bodenprobebohrungen angeordnet wurden und der Österreichische Landesgeologentag 2011 in Innsbruck statt Versickerung von Regenwasser etwa von Dachflächen die Ableitung in Gewässer empfiehlt.[12] Zuletzt ist am 12. August 2013 bei Reutte ein Loch in einer Wiese eingebrochen, mit 7 m Durchmesser und tiefer als bis zum 7 m tief liegenden Grundwasserspiegel, daher vermutlich durch eine Gipsauswaschung ausgelöst.[13]

Sandsteine und Quarzite unterliegen bei geeigneten klimatischen Voraussetzungen ebenfalls der Verkarstung, wobei diese Vorgänge und die resultierenden Formenschätze oft nur weniger auffällig erkennbar sind, da sie langsam und mit geringen Lösungsraten einhergehen.[14] Neben mittelamerikanischen Vorkommen dieser Verkarstungsart sind vor allem südafrikanische Quarzitkarsthöhlen, der zum UNESCO-Welterbe zählende Purnululu-Nationalpark Australiens, die Quarzit-Tafelberglandschaft (präkambrische Roraima-Supergruppe) des Roraima-Gebietes im Guayana-Schild von Zentral-Venezuela oder das zentralafrikanische Ennedi-Massiv dafür bekannt.[15][16] In der Terminologie der Geographen, Geologen und Speläologen sind dies synonyme Begriffe für solche Landschaften und Felsgebiete, die durch weitgehend unterirdische Entwässerung, eigentümliche Oberflächenformen und Höhlenbildungen charakterisiert sind. Ähnlich wie beim (klassischen) Kalk(-stein)-Karst, beim seltenen Gips-Karst und beim besonders schnell voranschreitenden Salz-Karst unterliegen auch (Quarz-)Sandsteine und Quarzite einer für die sonstigen Gesteine untypischen Auflösung. In engeren Grenzen gilt das auch für andere, stark quarzhaltige Gesteine (z. B. Granite). Diese Auflösungsvorgänge werden als Korrosion bezeichnet, es gehen die namensgebenden Minerale (Kalkspat / Kalzit; Gips mit seiner Vorstufe Anhydrit, Kochsalz / Steinsalz; Quarz, Opal, bedingt auch Silikate) in wässrige Lösungen über.

Ein Kennzeichen der Karst schaffenden Korrosion ist es, dass die beteiligten Minerale auch reversibel wieder in fester Form als Sinterbildungen (Speleotheme) ausgeschieden werden können. Sie sind im Kalkkarst besonders auffällig (Tropfsteinhöhlen, Sinterterrassen), Gips-Tropfsteine und Quarz-Opal-Sinter zählen zu den seltenen und meist unauffälligen Sinterbildungen in derartigen (Gips- oder Sandstein-) Höhlen. Sie alle sind geeignete Belege für die vorangegangene Korrosion. Es handelt sich also nicht um das mechanische Abtragen von Gestein durch die Erosion, bei der kein Ausscheiden von Sintern stattfinden kann.

Sandsteine mit ihrer hohen Porosität weisen gegenüber den nur auf Kluftflächen verkarstenden und in Auflösung befindlichen Kalksteinen einen deutlichen Unterschied auf. Während die in ihrem Inneren kaum wasserdurchlässigen Kalksteinkörper im Wesentlichen nur längs ihrer Begrenzungsflächen (Klüfte, Schichtgrenzen) wassergängig sind und von diesen ausgehend Lösungsformen zeigen, geht beim Sandsteinkarst die sogenannte Innere Verkarstung vor sich. Dies bedeutet, dass im gesamten Volumen zwischen den Sandsteinkörnern Wasser zirkulieren kann. Dadurch kommt es zum sehr langsamen Auflösen des Bindemittels zwischen den (Quarz-)Sandkörnern und auch zu einem mehr oder weniger vollständigen Auflösen der Sandkörner selbst. Die Vorgänge lassen sich mit der folgenden Formel beschreiben:

${\displaystyle \mathrm {SiO_{2}+2\,H_{2}O\rightarrow H_{4}SiO_{4}} }$

Ihrerseits nicht verkarstende, weil wasserundurchlässige Schichten (tonige Zwischenlagen) stauen die im gesamten Sandsteinvolumen zirkulierenden Wässer und konzentrieren die Quarzauflösung auf bestimmte Bereiche. Als Folge entstehen Schichtfugenhöhlen. Die in tiefen Horizonten verkarstenden Sandsteinbereiche lassen darüberliegende (hangende), mächtige Felspakete in Bewegung geraten und sind die genetische Ursache von „tektonischen“ Klufthöhlen. Im Sandsteinkarst sind lockere Sande die Rückstände der Auflösung, das entspricht den Lehmen beim Verkarsten unreiner Kalksteine.

Weil die Auslösungsgeschwindigkeiten von Steinsalz über Gips und Kalksteine hin zu Sandsteinen und Quarziten jeweils in Zehnerpotenzen abnehmen, sind die geologischen Vorgänge der Verkarstung dieser letztgenannten Gesteine zwar in ihren Ergebnissen (Wasserarmut der Oberflächen, Turmkarst, Sandsteinkarren, Kamenitsas (Felskessel), korrosive Schichtfugen- und Klufthöhlen, Karstquellen, warzenförmige Sinterbildungen) auffällig, aber das sehr langsame Voranschreiten der Verkarstung bleibt dem flüchtig Beobachtenden oft verborgen. Das war auch Anlass, weshalb in einigen Ländern (mitunter sogar fälschlich für sämtliche Höhlen außerhalb des Kalkkarstes) von „Pseudokarst“ gesprochen wurde, was sich aber sehr bald als ein unbrauchbarer und undifferenzierender Fachausdruck erwies.

Den SiO₂-Karst (Sandsteinkarst, Quarzitkarst) gibt es in mehreren Klimazonen. Als Beispiele gelten die bis 350 m tiefen Höhlen von Simas de Sarisariñama / Venezuela, die Gebiete Eisernes Viereck und Chapada Diamantina in Brasilien, wo sich die 1,6 km lange Sandsteinhöhle Gruta do Lapão befindet. Markante Sandsteinhöhlen finden sich verbreitet auch in der Republik Südafrika, aber auch in Australien und der Sahara.

Die typischen oberflächlichen Merkmale einer klassischen Karstlandschaft sind Karren, Dolinen, Schlunde, Cenote, Uvalas, Poljen.

• Karre: Karren bilden sich an der Oberfläche von Kalksteinen. Es können Rinnen im Millimeter- bis Zentimeter-, Rillen im Zentimeter- bis Dezimeter- oder sogar Formen der Megakarren im Meterbereich gebildet werden. Karren sind in sehr unterschiedlichen Formen anzutreffen und Klassifikationen unterteilen diese nicht nur nach Form und Inklination des Felsens, sondern vor allem dem Bildungsort.
• Doline: Dolinen sind regelmäßige zumeist flache, geschlossene Eintiefungen von überwiegend ovaler Formen im Meter bis Dekametermaßstab, seltener als Megadoline auch deutlich größer ausfallend. Überwiegend als oberflächliche Lösungsform dem Typ der Lösungsdoline (Doline im eigentlichen Sinne) zugehörend, kommen vereinzelt auch Einsturzdolinen (unechte Dolinen, Einsturztrichter und Erdfälle) vor, die auch mehrere hundert Meter Tiefe erreichen und übersteilte Seiten haben.
• Schlund (Schlundloch): eine schachtartige, tiefreichende, meist kreisrunde Röhre von einigen Metern Durchmesser. Er entsteht durch Auflösung des Kalks entlang von Klüften und Gesteinsfugen und wird durch späteres Fließen des Wassers versteilt. In der Tiefe bilden sich größere Hohlräume und Verbindungen zum unterirdischen Gewässernetz.
• Uvala: Eine Uvala ist eine größere geschlossene Depression von Dekameter bis Hektometer Tiefe sowie Hektometer bis Kilometer Größe und unregelmäßiger Form. Der Grund ist häufig durch einen flachen und etwas unebenen Boden, der mit eluvialen, dünnen Sedimenten im dezimeter Maßstab bedeckt ist, gekennzeichnet. Eine Uvala entsteht durch Zusammenfallen mehrerer Dolinen.
• Polje: Ein Polje ist eine tiefe große Depression im Kilometermaßstab, die durch einen ebenen Grund und mächtige akkumulierter Sedimente geprägt ist. Ein Polje bildet sich an tektonischen Strukturen durch seitliche Korrosion. Die Sedimente der Bodendecke behindern dabei gleichzeitig eine weitere vertikale Eintiefung. Karstpoljen haben eine besondere Stellung im Karsthydrologischen System, in dem sie hier hydrologische Knoten bilden. Im dinarischen Raum wie in benachbarten mediterranen Regionen existieren Poljen, die je nach Stellung im Karsthydrologischen System permanent, periodisch oder episodisch überflutet werden. Neben Ponoren können in einem Polje sowohl Estavellen als auch permanente Karstquellen und Karstflüsse existieren.
• Hum: Ein Hum ist in den Subtropen ein isolierter Hügel, der in einem Polje steht. Synonym ist der tropisch verbreitete Mogote (veraltet deutsch Karstinselberg).
• Mogote: Tropischer Karstkegel. Ursprüngliche Bezeichnung von Karstkegeln in Kuba, wird der Begriff heute für alle tropischen Karstkegel genutzt.

Lapiaz de Loulle im Jura

Zu den Karsthydrologischen Formen zählen Trockentäler, Ponore (Schluckloch, Schwinde) und Schlunde, Estavellen, Karstquellen, Sickerflüsse und Höhlen.

Für Karstlandschaften typische Flussformen sind die Ponornica (Versickerung), das Trockental, der Canyon und die Klamm.

Unter Karstebene oder Karstplateau (englisch: karst plain) versteht man eine große flache Oberfläche im Karst, die durch Erosion und Korrosion entstanden ist und (2) eine Ebene, auf der sich geschlossene Senken, unterirdische Entwässerungen und andere Karstformationen entwickeln können.[21]

Landschaftsprägende Karstebenen und -plateaus finden sich teils als stufenförmig angeordnete Poljentreppe wie im mitteldalmatisch-herzegowinischen Gebiet, als Karstbecken wie in Griechenland in der Stymfalia oder als Karstplateau der „Lapiaz de Loulle“ im französischen Jura oder im Causse in Südfrankreich oder im Burren in Irland, in allen Karstgebieten der Erde.

Zum unterirdischen Karstformenschatz gehören die Höhle und ihre Speläotheme, also der durch Ausfällen von Kalk entstandene Höhlenschmuck, der vor allem durch Formen der Tropfsteine (Stalaktiten, Stalagmiten, Stalagnaten) und Sinterbecken gekennzeichnet ist.

Obwohl die Geowissenschaften eine Fachterminologie entwickelt haben und auf einheitliche, oder konsistente Bezeichnungen Einfluss nehmen, sind die Namen je nach Kultursprache und Geographie recht unterschiedlich. Der international genutzte Begriff der Doline für geomorphologische Formen des Karstes stammt zwar aus dem Slowenischen, Kroatischen und Serbischen, wird in den Ursprungsländern aber nicht für die Karstform genutzt, sondern steht hier allgemein für ein Flusstal. Als genauere Bezeichnung wurde hier versucht, den Zusatz Karst-Doline einzuführen, ebenso wie für den Begriff des Poljes Karst-Polje, da dieser Begriff übersetzt nur allgemein ein Feld bezeichnet. Synonymie von Begriffen ist damit eines der Probleme der Fachsprache und hat schon seit den 1970ern zu umfangreichen Werken geführt, die sich nur mit dem Karst-Glossar beschäftigen.[22][23][24][25]

Als klassische europäische Region der Fernweidewirtschaft gelten die mediterranen Karstregionen. Die natürlichen Gegebenheiten ausnutzend, prägte das auf Viehzucht bezogene kulturelle Verhalten soziale und kulturelle Entwicklung. Ein Nebeneinander, zum Teil in unmittelbarer Nachbarschaft, und enge Verflechtung der verschiedenen weidewirtschaftlichen Formen hat eine differenzierte Raumausnutzung geschaffen, die auch auf ethnischen Besonderheiten fußte. In Regionen, deren Agrarwirtschaft aufgrund der Naturraumausstattung für kaum eine andere Wirtschaftsform geeignet scheint, konnte sich diese Lebensform bis heute halten.

In den extremsten Regionen des Dinarischen Karst sind durch die Wasserarmut des Holokarstes nur kleinräumige Wanderungsbewegungen möglich. Die traditionelle Wirtschaftsform ist in Westmontenegro daher die Kolibawirtschaft.[33]

Im Hinblick auf die Mensch-Umweltbeziehungen ist die Karsthydrologie ein besonders anschauliches Beispiel für die engen Wechselbeziehungen. Die besondere geologische Situation macht die Wasserversorgung für Siedlungen häufig sehr schwer. Hier mussten tiefe Brunnen gegraben werden, Dolinen genutzt oder auf Regenwasser und Zisternen zurückgegriffen werden. Andererseits beeinflussen sich Travertinbildungen und Besiedlung gegenseitig: Kalktuffterrassen bieten gute Siedlungsplätze und Mühlenstandorte. Starke Landnutzung und die damit verbundenen Eingriffe in die Gewässer unterbinden hingegen eine Kalkausfällung.[34]

Etwa 25 % der Weltbevölkerung erhalten ihr Trinkwasser aus Karst-Aquiferen.[35] Das Institut für angewandte Geowissenschaften am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) veröffentlichte als Projekt der IAH Karst Commission (International Association of Hydrogeologists)[36] im September 2017 auf dem 44. jährlichen Kongress der IAH in Dubrovnik in Ergänzung der 2000 veröffentlichten Grundwasser-Weltkarte (WHYMAP, World-wide Hydrogeological Mapping and Assessment Programme)[37] zusammen mit dem Federal Institute for Geosciences and Natural Resources (BGR) und der UNESCO eine „Weltkarte der Karst-Grundwasserleiter“ (World Karst Aquifer Map).[38]

Zirkummediterranen finden sich Karst-Blockhalden-Tannenwälder

Karst-Blockhalden-Tannenwälder finden sich in oro-Mediterranen Stufen

Lithophyten auf Karstfelsen Iris pallida und Petteria ramentacea

Die Kalksteine im Karst liefern allgemein basengesättigte flache kalkhaltige Böden (hoher Boden-pH), die kalkstete Arten fördern. Ökologisch sind Kalkstandorte überwiegend trocken und haben hohe Sonneneinstrahlung. Physiologische Anpassung an Karststandorte können im Extremfall bis zu Lithophytie (z. B. Iris pallida) und Poikilohydrie (z. B. Milzfarn (Asplenium ceterach), Ramonda (Ramonda serbica) oder Winter-Bohnenkraut (Satureja montana)) reichen. Anpassungen an die Trockenheit erfolgen aber überwiegend physiognomisch durch Überdauerungsorgane wie Zwiebel und Rhizom; Blattreduktion und -xeromorphie (z. B.Sklerophyllie und Mikromerie) und Sukkulenz (z. B. Flaschenbäume, Blattsukkulenten). Je nach floristischer Region sind in den einzelnen Karstregionen insbesondere Lamiaceaen, Iridaceaen, Agavengewächse und Koniferen artenreich vertreten.

Typische Pflanzenarten und Vegetationsformationen der Karstregionen sind:

Dinariden

Iris pallida, Schlangenhaut-Kiefer, Petteria ramentacea, Neumayer-Krugfrucht (Amphoricarpos neumayerianus), Felsen-Moltkie (Moltkia petraea), Quendelblättrige Bergminze, Viola chelmea, Dinarischer Karst-Blockhalden-Tannenwald

Taurusgebirge

Kilikische Tanne (Abies cilicica), Libanon-Zeder (Cedrus libani)

Rif-Atlas

Spanische Tanne (Abies pinsapo var. marocana), Cedrus atlantica

Pindos

Griechische Tanne (Abies cephalonica), Viola chelmea

Ein lebendes Fossil unter den Palmfarnen ist die in den Mogotenlandschaften Kubas wachsende Microcycas calocoma

Mogoten (Kuba): Gaussia princeps (endemische Palme mit Stammsukkulenz), Ekmanianthe actinophylla (Kubanisch „roble caimán“), Bursera schaferi, Agave tubulata, Microcycas calocoma Der im Nationalpark Vinales auf Kuba sein Verbreitungszentrum besitzende Zwergpalmfarn Microcycas calocoma gilt als lebendes Fossil und hat unter alle Pflanzenarten die größte Eizelle.

Ein besonderes Rätsel der europäischen Flora ist zudem der Calcareous riddle, da fast ein Drittel aller Pflanzenarten in Mitteleuropa als kalkliebend gilt und auffallend viele Pflanzen der höheren Breiten auf Kalkstandorte spezialisiert sind.[39]

Karstfauna. Bockkäfer, Sandotter und Mosoreidechse

Grottenolm im natürlichen Lebensraum schwimmend

Einen wesentlichen Stellenwert innerhalb der faunistischen Biogeographie von Karstlandschaften bilden unter anderen die herpetologische- wie die Höhlen-Fauna. So liegt das artenreichste Diversitätszentrum der europäischen endemischen Herpetofauna in einem kleinen Winkel im Hochkarst der Südost-Dinariden Montenegros und Teilen Nord-Albaniens (in der Biogeographie als „Adriatic Triangle“ bezeichnet).[40] 2007 wurde aus Karstgebirgen in diesem Gebiet die Prokletije-Felseidechse (Dinarolacerta montenegrina) als altertümliche, felsspaltenbesiedelnde, kälteangepasste Hochgebirgseidechse neu beschrieben, deren Entwicklungslinie zumindest 5 Millionen Jahre vor heute zurück reicht.[41][42]

Deckungsgleich mit dem Südost-Dinarischen Zentrum der Reptiliendiversität Europas ist der Artenreichtum an Pseudoskorpionen (Arachnida) für die im montenegrinisch-herzegowinischen Hochkarst von Božidar Čurčić 200 Arten angegeben werden.[43] Die Region ist damit ein globales Zentrum tertiärer humikoler und hygrophiler Pseudoskorpione, unter denen ein wesentlicher Teil der ehemaligen tropischen Fauna im Tertiär entstammt. Damit waren deren eigentliche Vorfahren einstmals thermophile Bewohner der Bodenfauna, die sich erst während der klimatischen Veränderungen in den Eiszeiten an ein unterirdisches Leben in Höhlen anpassten. Die balkanischen Pseudoskorpione gelten als die ältesten landlebenden Tiere Europas und übertreffen an Zahl von tertiären Reliktarten die Karst-Regionen Südost-Asiens und Nord-Amerikas.[44]

Bekannte Karst-Bewohner sind noch höhlenbewohnende Salamander-Arten, unter denen der Grottenolm (Proteus anguinus) aus den unterirdischen Flusssystemen der Pivka und Reka in Slowenien bekannt geworden ist. Nicht aquatisch lebende höhlenbewohnende Salamander-Arten sind zahlreiche endemische Arten der Gattung Eurycea und Speleomantes.