Karst

Škocjan Cavernas, Eslovénia

Karst é uma topografia formada a partir da dissolução de rochas solúveis, como calcário, dolomita e gesso. É caracterizada por sistemas de drenagem subterrânea com dolinas e cavernas. Também foi documentado para rochas mais resistentes ao intemperismo, como o quartzito, dadas as condições certas. A drenagem subterrânea pode limitar as águas superficiais, com poucos ou nenhum rio ou lago. No entanto, em regiões onde o leito rochoso dissolvido é coberto (talvez por detritos) ou confinado por um ou mais estratos rochosos não solúveis sobrepostos, características cársticas distintas podem ocorrer apenas em níveis de subsuperfície e podem estar totalmente ausentes acima do solo.

O estudo do paleokarst (karst enterrado na coluna estratigráfica) é importante na geologia do petróleo porque até 50% das reservas mundiais de hidrocarbonetos estão hospedadas em rochas carbonáticas, e muito disso é encontrado em sistemas cársticos porosos.

Etimologia

Distribuição global de grandes afloramentos de rochas carbonatos (principalmente calcário, exceto evaporitas)

A palavra inglesa karst foi emprestada do alemão Karst no final do século XIX século, que entrou em alemão muito antes. De acordo com uma interpretação, o termo é derivado do nome alemão para uma série de características geológicas, geomorfológicas e hidrológicas encontradas dentro da faixa dos Alpes Dináricos. A cordilheira se estende desde o canto nordeste da Itália acima da cidade de Trieste, através da península balcânica ao longo da costa leste do Adriático até Kosovo e Macedônia do Norte, onde começa o maciço das montanhas Šar. A zona cárstica está na seção mais a noroeste, descrita nas primeiras pesquisas topográficas como um planalto entre a Itália e a Eslovênia.

Nos idiomas eslavos do sul locais, todas as variações da palavra são derivadas de uma base ilíria romanizada (produzindo latim: carsus, dálmata: carsus), metatetizada posteriormente da forma reconstruída *korsъ em formas como o esloveno: kras e servo-croata: krš, kras. Os idiomas que preservam a forma não metatizada mais antiga incluem italiano: Carso, alemão: Karst e albanês: karsti; a falta de metátese impede o empréstimo de qualquer uma das línguas eslavas do sul, especificamente o esloveno. O substantivo comum esloveno kras foi atestado pela primeira vez no século 18, e a forma adjetiva kraški no século XVI. Como substantivo próprio, a forma eslovena Grast foi atestada pela primeira vez em 1177.

Em última análise, a palavra é de origem mediterrânea. Foi sugerido que a palavra pode derivar da raiz proto-indo-europeia karra- 'rock'. O nome também pode estar ligado ao orônimo Kar(u)sádios oros citado por Ptolomeu, e talvez também ao latim Carusardius.

Estudos iniciais

Doline no causse de Sauveterre, Lozère, França

Johann Weikhard von Valvasor, um pioneiro do estudo do carste na Eslovênia e membro da Royal Society for Improving Natural Knowledge, em Londres, introduziu a palavra karst para estudiosos europeus em 1689, descrevendo o fenômeno de fluxos subterrâneos de rios em sua conta do Lago Cerknica.

Jovan Cvijić avançou muito no conhecimento das regiões cársticas, tanto que ficou conhecido como o "pai da geomorfologia cárstica". Discutindo principalmente as regiões cársticas dos Bálcãs, a publicação de 1893 de Cvijić, Das Karstphänomen, descreve formas de relevo como karren, dolines e poljes. Em uma publicação de 1918, Cvijić propôs um modelo cíclico para o desenvolvimento da paisagem cárstica. A hidrologia cárstica surgiu como uma disciplina no final dos anos 1950 e início dos anos 1960 na França. Anteriormente, as atividades dos exploradores de cavernas, chamados espeleólogos, eram descartadas como mais um esporte do que uma ciência, o que significa que as cavernas cársticas subterrâneas e seus cursos de água associados eram, do ponto de vista científico, pouco estudados.

Desenvolvimento

Um depósito de calcário nos Alpes Dinaric perto de Sinj, Croácia

O carste é mais fortemente desenvolvido em rocha carbonática densa, como o calcário, que é finamente estratificado e altamente fraturado. Karst não é tipicamente bem desenvolvido em giz, porque o giz é altamente poroso em vez de denso, então o fluxo de águas subterrâneas não está concentrado ao longo das fraturas. Karst também é mais fortemente desenvolvido onde o lençol freático é relativamente baixo, como em terras altas com vales entrincheirados, e onde a precipitação é moderada a forte. Isso contribui para o rápido movimento descendente das águas subterrâneas, que promove a dissolução do leito rochoso, enquanto o lençol freático fica saturado com minerais de carbonato e deixa de dissolver o leito rochoso.

Química de dissolução

O ácido carbônico que causa características cársticas é formado quando a chuva passa pela atmosfera da Terra coletando dióxido de carbono (CO₂), que se dissolve prontamente na água. Uma vez que a chuva atinge o solo, ela pode passar pelo solo que fornece CO₂ adicional produzido pela respiração do solo. Parte do dióxido de carbono dissolvido reage com a água para formar uma solução fraca de ácido carbônico, que dissolve o carbonato de cálcio. A sequência de reação primária na dissolução do calcário é a seguinte:

Em condições muito raras, a oxidação pode desempenhar um papel. A oxidação desempenhou um papel importante na formação da antiga caverna Lechuguilla no estado americano do Novo México e atualmente está ativa nas cavernas Frasassi da Itália. A oxidação de sulfetos levando à formação de ácido sulfúrico também pode ser um dos fatores de corrosão na formação cárstica. À medida que as águas superficiais ricas em oxigênio (O₂) penetram nos sistemas cársticos anóxicos profundos, elas trazem oxigênio, que reage com o sulfeto presente no sistema (pirita ou sulfeto de hidrogênio) para formar ácido sulfúrico (H₂SO₄). O ácido sulfúrico então reage com o carbonato de cálcio, causando aumento da erosão dentro da formação de calcário. Essa cadeia de reações é:

Essa cadeia de reação forma gesso.

Morfologia

Pavimentos em Francia

Rubaksa tufa plug na Etiópia

A carstificação de uma paisagem pode resultar em uma variedade de feições de grande ou pequena escala tanto na superfície quanto abaixo dela. Em superfícies expostas, pequenos recursos podem incluir sulcos de solução (ou rillenkarren), runnels, pavimento de calcário (clints e grikes), kamenitzas chamados coletivamente de karren ou lapiez. Características de superfície de tamanho médio podem incluir dolinas ou cenotes (bacias fechadas), poços verticais, foibe (dolinas em forma de funil invertido), fluxos que desaparecem e nascentes que reaparecem. Recursos de grande escala podem incluir pavimentos de calcário, poljes e vales cársticos. Paisagens cársticas maduras, onde mais rocha foi removida do que restos, podem resultar em torres cársticas ou paisagens de palheiro/caixa de ovos. Abaixo da superfície, sistemas complexos de drenagem subterrânea (como aquíferos cársticos) e extensas cavernas e sistemas de cavernas podem se formar.

A erosão ao longo das costas de calcário, principalmente nos trópicos, produz uma topografia cárstica que inclui uma superfície makatea acentuada acima do alcance normal do mar e rebaixamentos que são principalmente o resultado de atividade biológica ou bioerosão no nível médio do mar ou um pouco acima dele. Algumas das formações mais dramáticas podem ser vistas na Baía de Phangnga, na Tailândia, e na Baía de Halong, no Vietnã.

O carbonato de cálcio dissolvido na água pode precipitar onde a água descarrega parte do dióxido de carbono dissolvido. Rios que emergem de nascentes podem produzir terraços de tufo, consistindo em camadas de calcita depositadas por longos períodos de tempo. Nas cavernas, uma variedade de feições chamadas coletivamente de espeleotemas são formadas pela deposição de carbonato de cálcio e outros minerais dissolvidos.

Hidrologia

Características típicas do terreno de karst bem desenvolvido

Puerto Princesa Underground River, Filipinas

A agricultura em zonas cársticas deve ter em conta a falta de água superficial. Os solos podem ser férteis o suficiente e as chuvas podem ser adequadas, mas a água da chuva se move rapidamente através das fendas no solo, às vezes deixando a superfície do solo ressecada entre as chuvas.

Um fenster cárstico (janela cárstica) ocorre quando um fluxo subterrâneo emerge na superfície entre as camadas de rocha, desce em cascata a certa distância e depois desaparece de volta, geralmente em um sumidouro. Os rios em áreas cársticas podem desaparecer várias vezes no subsolo e ressurgir em lugares diferentes, geralmente com um nome diferente (como Ljubljanica, o rio de sete nomes). Um exemplo disso é o Rio Popo Agie em Fremont County, Wyoming. Em um site chamado simplesmente "The Sinks" no Sinks Canyon State Park, o rio deságua em uma caverna em uma formação conhecida como Madison Limestone e sobe novamente 800 m (1⁄2 mi) descendo o desfiladeiro em uma piscina tranquila. Um turlough é um tipo único de lago sazonal encontrado em áreas cársticas irlandesas que são formadas através do aumento anual de água do sistema de água subterrânea.

Uma primavera de karst nas montanhas de Jura perto de Ouhans no leste da França na fonte do rio Loue

O abastecimento de água de poços em topografia cárstica pode ser inseguro, pois a água pode ter corrido sem impedimentos de um sumidouro em um pasto de gado, através de uma caverna e até o poço, contornando a filtragem normal que ocorre em um aquífero poroso. As formações cársticas são cavernosas e, portanto, têm altas taxas de permeabilidade, resultando em oportunidades reduzidas para a filtragem de contaminantes. As águas subterrâneas em áreas cársticas são tão facilmente poluídas quanto os córregos superficiais. Os sumidouros costumam ser usados como fazendas ou depósitos de lixo comunitários. Fossas sépticas sobrecarregadas ou com mau funcionamento em paisagens cársticas podem despejar esgoto bruto diretamente em canais subterrâneos. Os geólogos estão preocupados com esses efeitos negativos da atividade humana na hidrologia cárstica que, em 2007, supria cerca de 25% da demanda global de água potável.

A topografia cárstica também apresenta dificuldades para os habitantes humanos. Dolinas podem se desenvolver gradualmente à medida que as aberturas da superfície aumentam, mas a erosão progressiva é freqüentemente invisível até que o teto de uma caverna desmorone repentinamente. Tais eventos engoliram casas, gado, carros e máquinas agrícolas. Nos Estados Unidos, o colapso repentino de uma caverna-sumidouro engoliu parte da coleção do National Corvette Museum em Bowling Green, Kentucky, em 2014.

Carste interestelar

O carste interestratal é uma paisagem cárstica que se desenvolve sob uma cobertura de rochas insolúveis. Normalmente, isso envolverá uma cobertura de arenito sobre camadas de calcário em solução. No Reino Unido, por exemplo, extensos campos de dolinas se desenvolveram em Cefn yr Ystrad, Mynydd Llangatwg e Mynydd Llangynidr no sul do País de Gales através de uma camada de arenito Twrch que se sobrepõe ao calcário carbonífero oculto, o último nomeado tendo sido declarado um local de interesse científico especial em respeito disso.

Kegelkarst

Kegelkarst é um tipo de terreno cárstico tropical com numerosas colinas cônicas, formadas por cockpits, mogotes e poljes e sem fortes processos de erosão fluvial. Este terreno é encontrado em Cuba, Jamaica, Indonésia, Malásia, Filipinas, Porto Rico, sul da China, Mianmar, Tailândia, Laos e Vietnã.

Pseudocarste

Pseudokarsts são semelhantes em forma ou aparência aos recursos cársticos, mas são criados por mecanismos diferentes. Os exemplos incluem cavernas de lava e picos de granito – por exemplo, Caverna Labertouche em Victoria, Austrália – e feições de paleocolapso. Cavernas de lama são um exemplo de pseudocarste.

Carste de sal

Salt karst (ou 'halite karst') é desenvolvido em áreas onde o sal está sendo dissolvido no subsolo. Pode levar a depressões e colapsos superficiais que representam um risco geológico.

Paleokarst

Paleocarste ou paleocarste é um desenvolvimento do carste observado na história geológica e preservado dentro da sequência rochosa, efetivamente um carste fóssil. Existem, por exemplo, superfícies paleocársticas expostas no subgrupo Clydach Valley da sequência de calcários carboníferos do sul do País de Gales, que se desenvolveram como intemperismo subaéreo de calcários formados recentemente durante períodos de não deposição na parte inicial do período. A sedimentação recomeçou e mais estratos de calcário foram depositados em uma superfície cárstica irregular, o ciclo se repetindo várias vezes em conexão com a flutuação do nível do mar durante períodos prolongados.

Floresta cárstica

As áreas cársticas tendem a ter tipos únicos de florestas. O terreno cárstico é difícil para os humanos atravessarem, de modo que seus ecossistemas são relativamente inalterados. O solo tende a ter um pH alto, o que estimula o crescimento de espécies incomuns de orquídeas, palmeiras, manguezais e outras plantas.

Áreas cársticas

Lunan Stone Forest, Yunnan, China

O maior carste de calcário do mundo é a planície de Nullarbor, na Austrália. A Eslovênia tem o maior risco mundial de sumidouros, enquanto o oeste de Highland Rim, no leste dos Estados Unidos, tem o segundo maior risco de sumidouros cársticos.

No Canadá, o Parque Nacional Wood Buffalo, NWT contém áreas de sumidouros cársticos.

O México abriga importantes regiões cársticas na Península de Yucatán e Chiapas.

O Karst do Sul da China nas províncias de Guizhou, Guangxi e Yunnan é um Patrimônio Mundial da UNESCO.

Lista de termos para recursos relacionados ao carste

• Abîme, um eixo vertical em karst que pode ser muito profundo e geralmente abre em uma rede de passagens subterrâneas
• Cenote, um buraco profundo, característico do México, resultante do colapso da rocha calcária que expõe a água subterrânea por baixo
• Doline, também pia ou pia, é uma depressão fechada drenagem subterrânea em áreas de karst. O nome "doline" vem de Dolina, significando "valley", e deriva de línguas eslavas do Sul.
• Foibe, um buraco em forma de funil invertido
• Janela de Karst (também conhecida como uma "filha de kart"), uma característica onde uma mola emerge brevemente, com a descarga de água, em seguida, abruptamente desaparecendo em um buraco de pia nas proximidades
• Karst spring, uma mola emergente de karst, originando um fluxo de água na superfície
• Pavimento de calcário, uma forma de terra que consiste em uma superfície plana e incisa de calcário exposto que se assemelha a um pavimento artificial
• Perder fluxo, afundar rio ou ponornica em línguas eslavas do Sul.
• Polje (karst polje, campo de karst), um grande apartamento especificamente planície karstic. O nome "polje" deriva de línguas eslavas do Sul.
• Ponor, como estavelle, pia ou pia-furo em línguas eslavas do Sul, onde o fluxo de superfície entra em um sistema subterrâneo
• Scowle, paisagem cárstica irregular porosa em uma região da Inglaterra.
• Turlough (turlach), um tipo de desaparecimento lago característica de karst irlandês.
• Uvala, uma coleção de vários buracos individuais menores que se aglomeram em um poço composto. O termo deriva de línguas eslavas do Sul (muitos termos relacionados ao karst derivam de línguas eslavas do Sul, entrando no vocabulário científico através da pesquisa precoce no karst alpino do Balcã Ocidental).