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Lexikon der Geographie: Lösungsvorgänge

Lösungsvorgänge, Vorgang der Lösungsverwitterung. Bei der Lösung von Karstgesteinen werden zuerst die Außenflächen der gesteinsbildenden Minerale, danach die Flächen innerhalb der Kristallgitter mit H2O-Molekülen, teilweise auch mit den bereits dissoziierten H+ oder OH--Ionen des Wassers besetzt. Dieser Vorgang der Korrosion führt zur Lockerung der Molekülbindungen innerhalb des Kristallgitters und letztlich zur Freisetzung einzelner Ionen des Minerals. Bei Fortführung des Prozesses kann das betroffene gesteinsbildende Mineral – bei monomineralischen Gesteinen, z.B. reine Kalke, Gipse, Salze oder auch Quarzite, auch der vollständige Gesteinskörper – in Einzelmoleküle zerlegt und in wässriger Lösung abgeführt werden. Die genaue Funktion der Lösungsvorgänge ist abhängig von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers und von der Beschaffenheit des jeweiligen Karstgesteins. Voraussetzung jeglicher Gesteinslösung ist der Vorbeistrom noch nicht vollständig gesättigter Wässer an den Mineralgrenzflächen. Unter natürlichen Bedingungen ist dies nur gewährleistet, wenn die Wässer außerhalb des Karstsystems abgeführt werden können und durch zuströmendes, noch nicht gesättigtes Wasser ergänzt werden.
Bei der Lösung von Carbonaten erfolgt zunächst die Umwandlung von Carbonaten (z.B. Kalk, CaCO3) in lösliche Bicarbonate (Ca(HCO3)2), wobei der Menge des im Wasser gelösten CO2 (H2CO3) die entscheidende Rolle für die Bildung des löslichen Bicarbonats und damit für die Intensität der Carbonatlösung zukommt. Ein besonders hoher CO2-Partialdruck herrscht in der Bodenluft, sodass Carbonatkarst unter einer Bodendecke besonders schnell und ausgeprägt entwickelt wird.
Gleichfalls vom Gehalt des CO2 im Wasser abhängig ist das Phänomen der Mischungskorrosion. Durch das Zusammentreffen zweier jeweils carbonatgesättigter Karstwässer unterschiedlicher Temperatur wird bei der Mischung durch die Verschiebung des Kalk-/Kohlensäure-Gleichgewichts neues Lösungspotenzial freigesetzt. Diese Mischungskorrosion ist wesentlich mitverantwortlich für die Entwicklung des Tiefenkarstes in Carbonaten.
Die Lösung der Sulfate und der Chloride funktioniert als einfache chemische Lösung in Abhängigkeit von Temperatur und pH-Wert des Wassers.
Für die Verkarstung silicatischer Gesteine werden hochaggressive Lösungsbedingungen (pH-Werte <9 für die effiziente Lösung von Kieselsäure, pH >9 oder pH <2 für die Mobilisierung von Metalloxiden und -hydroxiden, evtl. in Verbindung mit organischen Säuren) und lange Bildungszeiträume als notwendig erachtet. Die wichtigsten bekannten Vorkommen von Silicatkarst liegen innerhalb der Tropen, wobei es sich aufgrund der postulierten langen Bildungszeiträume des Silicatkarstes jedoch auch in diesen Regionen häufig um Vorzeitformen handeln dürfte.
Die Ausfällung der gelösten Minerale erfolgt im Carbonatkarst in der Regel durch einen plötzlichen Verlust an gelöstem CO2 im Wasser durch Druckminderung oder Temperaturerhöhung, teilweise auch unter Beteiligung pflanzlicher Organismen, die dem Wasser das CO2 aktiv zur Photosynthese entziehen. Bei nichtcarbonatischen Karstgesteinen kommt es durch Überkonzentration infolge Verdunstung oder durch langsame Kristallisation (auch bei Nichterreichen der Sättigungskonzentration) zur Ausfällung.

BS

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Grafik:
Mathias Niemeyer (Leitung)
Ulrike Lohoff-Erlenbach
Stephan Meyer

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