Der Kalkkreislauf

Der natürliche Kalkkreislauf ist eng gekoppelt mit dem natürlichen Wasserkreislauf. Im Folgenden können Sie aus Sicht der Chemie erfahren, wie der natürliche Kalkkreislauf abläuft.

CO2-Aufnahme & Kohlensäure-Bildung

Durch Regen wird CO2 aus der Atmosphäre aufgenommen. Hauptsächlich wird CO2 jedoch durch kohlenstoffdioxid-reichen Humus aufgenommen, der bis zu 4% CO2 beinhaltet. Durch die Aufnahme von CO2 wird schwach saure Kohlensäure (pKs=6,3) gebildet. H2O + CO2 <--> `H2CO3` (instabil)

Höhlenbildung durch Kalklösen

Das im Gebirge schwer lösliche Calciumcarbonat kann durch `ansäuern` gelöst werden und reagiert zu leicht wasserlöslichem Hydrogencarbonat. Durch das Auflösen des Kalksteins wird der kalkhaltige Boden ausgespült, das über einen längeren Zeitraum zur Höhlenbildung führt. Da Kohlensäure nur eine sehr schwache Säure ist, benötigt dieser Prozess viel Zeit.

CaCO3 + `H2CO3` <--> 2HCO3(-)(aq) + Ca(2+)(aq)

Beeinflussung des Gleichgewichts:
- Niedrigere Temperaturen im Boden führen zu einer Verschiebung des GGW in Richtung des Hydrogencarbonats, da die exotherme Reaktion bevorzugt wird

Stalaktiten & Stalagmiten

Sobald eine Höhle ausgespült wurde und der Wasserfluss nachlässt, beginnen sich Stalagmiten und Stalaktiten zu bilden. Die von der Decke hängenden Stalaktiten bilden sich durch die Verdunstung kalkhaltiger Tropfen Wasser. Das entweichende H2O führt zu einer Konzentrationsänderung und einer Gleichgewichtsverschiebung in Richtung des Kalks (Fall A). Am Boden gen Decken ragende Stalagmiten entstehen hauptsächlich durch die Konzentrationsänderung, die durch das Herausschlagen des CO2 durch den Aufprall eines kalkhaltigen Wassertropfens von der Decke auf den Höhlenboden, verursacht wird (Fall B). Ein Zusammenspiel aus Fall A und B ist bei Stalagmiten natürlich vorhanden.

CaCO3 + H2O (Fall A entweicht) + CO2 (Fall B herausschlagen) <--> 2HCO3(-)(aq) + Ca(2+)(aq)

Beeinflussung des Gleichgewichts:
- Konzentrationsänderung durch verdunstendes H2O oder herausgeschlagenes CO2 führt zum Ausfällen von Kalk und zur Bildung von Stalagmiten und Stalaktiten.

Kalkablagerungen an Quellen

Gelangt das Wasser mit dem gelösten Kalk an die Oberfläche (Quellen) fällt weiterer Kalk aus, da das Gleichgewichts durch Konzentrations- und Temperaturänderung in Richtung des Kalks verschoben wird.

Beeinflussung des Gleichgewichts:
- Konzentrationsänderung durch entweichendes CO2 führt zu Gleichgewichts-Verschiebung in Richtung des Kalks, da in warmem Wasser die CO2-Kapazität des Wassers abnimmt.
- Durch Temperaturerhöhung wird die endotherme Reaktion, sprich die Kalkausfällung, bevorzugt.

Kalkablagerungen an Wasserfälle

Genau wie bei der Bildung der Stalagmiten ist das Herausschlagen des CO2 bei Wasserfällen ausschlaggebend für die Ausfällung von weiterem Kalk durch Konzentrationsänderung. Man kann diesen Vorgang mit dem Schütteln einer Sprudelflasche vergleichen, da bei diesem Vorgang das CO2 ebenfalls 'herausgeschüttelt' wird.

Kalkablagerungen an Fluss & Meer

Im Fluss/Meer wird, wie bei der Quelle, aufgrund von weiterer Temperaturerhöhung (Stichwort: CO2-Kapazität des Wassers & Bevorzugung der endothermen Reaktion) das Gleichgewichts in Richtung des Kalks verschoben. Beim Fluss/Meer spielt der Verdunstungsfaktor des Wassers eine weitere wichtige Rolle (Konzentrationsänderung führt zur Verschiebung des Gleichgewichts in Richtung des Kalks), da sich somit der Wasserkreislauf schließt.

Druck & Verkarstung

Eine Druckerhöhung hat auf das System 'Karstlandschaft' kaum Einfluss, da der Druck in der Natur nicht so stark variiert.

Der in den einzelnen Schritten abgelagerte Kalk dient in einem sehr langsamen geomorphologischen Prozess zum neuen Aufbau von Gebirgen und schließt somit den natürlichen Kalkkreislauf. Den hier beschriebenen geomorphologischen Prozess nennt man Verkarstung. Als Verkarstung bezeichnet man dabei nicht nur die Höhlenbildung durch Lösungsverwitterung unter einer Pflanzenschicht (Humus), sondern auch die Furchenbildung wie im Glaziokarst Orjen (Kroatien).

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