Karst (tiếng Đức: Karst, tiếng Việt: Các-xtơ) là quá trình phong hóa đặc trưng của các vùng núi đá vôi bị nước chảy xói mòn. Sự xói mòn này không phải do lực cơ học mà do khí carbon dioxide trong không khí hòa tan vào nước, tạo thành acid carbonic. Acid carbonic này là nguyên nhân chính gây ra quá trình ăn mòn đá vôi, tạo ra các hang động với nhũ đá, măng đá và sông suối ngầm.
Từ Karst xuất phát từ tên Kras, một khu vực ở Slovenia dọc theo bờ biển Adriatic trên một cao nguyên đá vôi.
Địa hình karst
Địa hình karst là dạng địa hình phân rã đặc trưng, thường nhận biết qua hệ thống thoát nước ngầm dưới lòng đất. Những khu vực này có nền đá bị hòa tan, thường là đá carbonat như đá vôi hay dolomit. Ở những nơi này, hệ thống thoát nước trên bề mặt rất ít hoặc không tồn tại. Một số vùng có địa hình karst, như ở miền nam Missouri và miền bắc Arkansas của Hoa Kỳ, chứa hàng nghìn hang động.
Phản ứng hóa học trong địa hình karst
Địa hình karst được hình thành do mưa chứa carbonic (hay mưa acid nhẹ) tác động lên nền đá vôi hoặc dolomit, hòa tan một phần các khoáng chất trong đá theo thời gian. Quá trình hòa tan diễn ra nhanh hơn nếu đá có nhiều khe nứt, tạo ra địa hình với các đặc trưng như hố sụt, thung lũng khép kín, đường thông thẳng đứng và suối biến mất. Qua thời gian, hệ thống thoát nước ngầm phức tạp (như tầng ngậm nước karst) và các hang động lớn có thể được hình thành.
Acid carbonic được hình thành khi các giọt mưa xuyên qua bầu khí quyển, mang theo CO2 và hòa tan trong nước. Khi mưa thấm qua mặt đất, nó hấp thụ thêm CO2 để tạo ra dung dịch acid carbonic nhẹ.
- H2O + CO2 → H2CO3
- CaCO
- CO3 + H2CO3 → 2 HCO3
- CaCO3 + H2CO3 → Ca + 2 HCO3
Dung dịch acid yếu này bắt đầu ăn mòn đá tại các khe nứt và các lớp đá vôi. Qua thời gian, các khe nứt mở rộng và nền đá tiếp tục bị hòa tan. Các khoảng rỗng trong đá tăng kích thước, phát triển hệ thống thoát nước ngầm, cho phép nhiều nước chảy qua, tăng tốc độ hình thành các cấu trúc karst ngầm.
Quá trình hình thành karst
Karst phát triển khi nước acid tác động lên các khe nứt và bề mặt đá trầm tích. Đá gốc (thường là đá vôi hoặc dolomit) bị mài mòn, làm cho các khe nứt mở rộng. Theo thời gian, các khe nứt này tạo thành một mạng lưới thoát nước ngầm dưới lòng đất, thúc đẩy quá trình hình thành karst.
Calci carbonat bị nước acid nhẹ hòa tan có thể tích tụ lại bất kỳ đâu. Trong hang động, nhũ đá và măng đá hình thành do calci carbonat và khoáng chất bị hòa tan tích tụ khi nước nhỏ giọt từ trên xuống. Một ví dụ điển hình là hang Gruta Rei do Mato tại Sete Lagoas, Brasil với nhũ đá dài tới 20 mét.
Các hình thành khác bao gồm tấm đệm (dòng chảy từ khe nứt thay vì điểm), lớp cặn calci xuất hiện khi dòng chảy nước giàu calcit bị cản trở. Helictit là hình thành dạng xoắn ốc từ mái và tường hang. Các vũng nước tù đọng có dạng bồn tắm, chứa tinh thể calcit hoặc aragonit lớn từ sự bay hơi chậm. Sông chảy từ hang đá vôi tạo ra địa hình tufa, với trầm tích calcit theo thời gian khi nước thoát khỏi hang động giàu CO2.
Thoát nước và các vấn đề
Trồng trọt trong vùng karst cần cân nhắc vấn đề mất nước. Đất có thể màu mỡ và mưa đủ, nhưng nước mưa nhanh chóng chảy xuống các khe nứt, đôi khi làm đất khô nứt giữa các trận mưa.
Cung cấp nước từ giếng ở vùng karst khá rủi ro, vì nước có thể chảy từ các vùng sụt lún trong bãi chăn thả gia súc qua hang động và vào giếng mà không qua lọc tự nhiên trong các tầng đất xốp.
Nước ngầm ở vùng karst dễ ô nhiễm như nước mặt. Các vùng sụt lún thường dùng làm trang trại hoặc bãi rác. Khi hệ thống xử lý chất thải chủ yếu là hố phân tự hoại bị quá tải hoặc hỏng, chất thải chưa xử lý có thể vào kênh nước ngầm.
Địa hình karst gây khó khăn cho cư trú. Các vùng sụt lún có thể phát triển đến khi lỗ hổng đủ lớn, nhưng xói mòn ngầm không thể dự đoán và mái hang động có thể sập bất ngờ, gây thiệt hại cho nhà cửa, gia súc, xe cộ, máy móc, và con người.
Giả karst
Giả karst xảy ra ở những nơi mà xói mòn không phải do nước mưa, nhưng vẫn có hệ thống thoát nước ngầm. Điều này có thể thấy ở vùng đá bazan, nơi thoát nước qua các hang dung nham, hoặc trong các ngọn đồi bằng đá granit như hang Labertouche ở Victoria, Úc.
Một phần danh sách các khu vực karst
- Khu vực hang Mammoth và khu vực Bluegrass ở Kentucky
- Cao nguyên Ozark ở Missouri và Arkansas
- Bán đảo Florida
- Khu vực Dalmatia, Lika, Gorski Kotar, Kvarner và các quần đảo khác ở Croatia
- Khu vực Carniola ở Slovenia
- Cenote ở bán đảo Yucatan
- Rừng Karst ở Puerto Rico
- Kras, đông bắc Italy và tây nam Slovenia
- Moravian Karst
- Burren (Co.Clare, Ireland)
- Rừng đá (tỉnh Vân Nam, Trung Quốc)
- Cao nguyên đá Đồng Văn, Hà Giang, Việt Nam
- Khu vực xung quanh Quế Lâm ở Khu tự trị dân tộc Choang Quảng Tây, Trung Quốc
- Công viên quốc gia Gunung Mulu, Malaysia
- Khu vực vịnh Phangnga, nam Thái Lan
- Vịnh Hạ Long, Quảng Ninh, Việt Nam
- Hang động Tràng An, Tam Cốc - Bích Động, Ninh Bình, Việt Nam
- Phong Nha-Kẻ Bàng, Quảng Bình, Việt Nam
- Khu bảo tồn quốc gia Nahanni ở Northwest Territories, Canada
- Malham Cove, Anh
- Động đá Việt Nam
- Loài Proteus anguinus