etimológia
Neven Kresic (Water in Karst, Mc Graw Hill, 2013, p. xiii)
“a karszt egy tudományos kifejezés, amelyet Szlovénia és Trieszt, Olaszország közötti földrajzi körzetről neveztek el, amely nagyon különálló tájjal rendelkezik. Ez egy Germanizált szó a “carso” (olaszul) és a “kras” (szlovén)kifejezésre; mind a három szó az indoeurópai “kar” vagy “karra” szóból származik, ami sziklát jelent…a karsztvidék szláv nyelveinek néhány gyakori szava nemzetközi tudományos kifejezéssé vált, amely a karszt jellemzőit írja le, elsősorban Jovan Cviji Kb Szerb geomorfológusnak köszönhetően, aki elsőként védte meg doktori disszertációját, és tudományos monográfiát adott ki kizárólag a karsztról (Cviji Kb, 1893).”(Ábrák 1,2)
Landscape
Derek Ford & Paul Williams (Karst Hydrogeology and Geomorphology, Wiley, 2007, p. 1)
“meghatározhatjuk, hogy a karszt olyan jellegzetes hidrológiai és talajformájú terep, amely a magas kőzet oldhatóság és a jól fejlett másodlagos (törés) porozitás kombinációjából származik. Az ilyen területeket süllyedő patakok, barlangok, zárt mélyedések, Bordázott kőzetkitörések, nagy források jellemzik. A kőzet jelentős oldhatósága önmagában nem elegendő a karszt előállításához. A kőzetszerkezet és a litológia szintén fontos: a tapasztalatok azt mutatják, hogy sok hidrogeológus tévesen feltételezi, hogy ha a karsztos talajformák hiányoznak vagy nem nyilvánvalóak a felszínen, akkor a talajvízrendszer nem lesz karsztos. Ez a feltételezés súlyos hibákhoz vezethet a felszín alatti vizek kezelésében és a környezeti hatásvizsgálatban, mivel a felszín alatti vizek keringése akkor is kialakulhat, ha a felszíni karszt nem látható.”
jellemzők
az oldódási és eróziós karsztosodási folyamatokból eredő karsztjellemzők listája hosszú, és számos mikro-és makro felületes és földalatti objektumot tartalmaz. Ezek közé tartoznak a karrens vagy lapies, dolines vagy sinkholes, uvalas, poljes, vak és függő völgyek, süllyedő patakok, barlangok (3.ábra), ponors vagy fecske lyukak (4. ábra), kátyúk, barlangok (5. ábra).
ezeknek és sok más, a karsztológiában használt kifejezésnek a szószedete itt található (Alexander Klimchouk et al.)
Karszt víztartó rétegek osztályozása
Zoran Stevanovi által 6 (Karszt víztartó rétegek-jellemzés és mérnöki munka, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
“az üledékes karsztos kőzetek általában a két fő csoportba sorolhatók:
- karbonátos kőzetek
- evaporit kőzetek
a karbonátos kőzetek kalcium – és magnéziumásványokból állnak: kalcit, dolomit, aragonit és magnezit, és magukban foglalják a két fő csoportot:
- mészkövek (CaCO3) és
- Dolomitok (CaCO3 x MgCO3)
a fajták széles választékával.
az evaporit csoportba tartoznak azok a kőzetek és ásványok, amelyek SO4 vagy Cl anionokat tartalmaznak:
- anhidrit (CaSO4),
- gipsz (CaSO4 x 2H2O)
- Halit (NaCl) és
- szilvitet (KCl).
a kalcit (1) dolomit (2) és gipsz (3) oldódását a következő egyenletek fejezik ki:
CaCO3 + H2O + CO2 ↔ Ca2+ + 2HCO3 (1)
CaMg(CO3)2 + 2H2O + 2CO2 ↔ Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3 (2)
CaSO4 x 2H2O → Ca2+ + SO4 2- + 2H2O (3)
According to the dominant type of rocks of which karstic aquifer consists the following classification can be made:
- Carbonate karst aquifer,
- Dolomitic karst aquifer,
- Marble karst aquifer,
- Chalky karst aquifer,
- Anhydritic karst aquifer,
- Gypsum karst aquifer,
- Halitic karst aquifer.
figyelembe véve a szerkezeteket és a hidrodinamikai tulajdonságokat, vannak:
- nem kötött karsztos víztartó réteg (6. ábra),
- zárt karsztos víztartó réteg,
- félig zárt karsztos víztartó réteg.”
a karsztvíztartó rétegek hidrogeológiai jellemzői
Nico Goldscheider (a KC honlapja, 2009-2013)
“evolúció: a karszt víztartó rétegek szén-dioxidot (CO2) tartalmazó áramló vízzel képződnek, amely feloldja a karbonátos kőzeteket. Ezért szoros kapcsolat van a víztartó réteg fejlődése, a barlangok kialakulása (speleogenezis) és a talajvíz áramlása között.
egyéniség: bár sok hasonlóság van a különböző karsztrendszerek között, minden karsztrendszer is különleges eset, és az általánosítás nehéz. A 7. ábra egy tipikus karszt víztartó réteg egyszerűsített modelljét mutatja be.
heterogenitás: a karszt víztartó rétegek tulajdonságai nagyban különböznek az űrben. Lehet, hogy nagy mennyiségű víz van egy barlangban, de egy néhány méterre lévő fúrólyuk teljesen száraz lehet.
anizotrópia: A víztartó hidraulikus tulajdonságai a geológiai szövetelemek tájolásától függenek; például a hidraulikus vezetőképesség jellemzően magas a nagy törések és vezetékek irányában, de más irányokban alacsony lehet.
az újratöltés kettőssége: a feltöltő víz származhat magából a karsztterületről (autogén feltöltés) vagy a szomszédos nem karsztos területekről (allogén feltöltés).
az infiltráció kettőssége: az infiltráció a talajon és a telítetlen zónán keresztül történik (diffúz infiltráció), és a fecske lyukakon/mosogatókon keresztül is koncentrálható (pont infiltráció).
a porozitás és az áramlás kettőssége: a karsztvíztartó rétegekben két vagy akár háromféle porozitás létezik: szemcsék közötti pórusok a kőzetmátrixban, közös kőzet-megszakítások, például törések (repedések) és ágyazási síkok, valamint megoldásilag megnagyobbodott üregek, például csatornák és vezetékek, amelyek a kezdeti megszakításokból alakultak ki. Míg a talajvíz áramlása a mátrixban és a kis repedésekben jellemzően lassú és lamináris, a karsztvezetékekben (barlangokban) gyakran gyors és turbulens.
változékonyság: A vízszint a karsztos víztartó rétegekben néha 10 vagy akár 100 méter is ingadozhat rövid idő alatt, és a karsztforrások általában a kibocsátás és a vízminőség gyors változásait mutatják.”
Karszt a regionális áramlási rendszerek összefüggésében
szerző: M. D. D. (fehér, 1969; M. D. D. D. és T. D. D. 2015, Palmer 1991, 1995, Klimchouk 2000, 2007; Goldscheider et al. 2010)
Epigene karszt:ez a termék a korrozív hatása beszivárgó talajvíz karbonát víztartó. Sekély, alapvetően nem korlátozott karbonátokban fejlődhet ki, és összefügg a hideg víz oldódási hatásaival a helyi áramlási rendszerekben. Ezek a tipikus karsztterületek jellegzetes felszíni és felszín alatti jellemzőkkel.
Mélykarszt: olyan Karszt, ahol az alapszint alatt jelentős mélységig terjed.
Hipogén karszt: mély energia -, folyadék-és gázforrások, beleértve a retrográd kalcit oldhatóságát, a keresztképző áramlás által kiváltott különböző folyadékok korróziójának keverését és a geogén savak oldódását. Fejlődhet mélyen zárt karsztos területeken, amelyek regionális vagy köztes áramlási rendszerek langyos és termálvízéhez kapcsolódnak, jelentős felületi jellemzők nélkül.
ajánlott referenciák további olvasmányokhoz:
Goldscheider N, M Xhamdl-sz Enterprises J, er Xhamss A, Schill E (2010) termálvízkészletek karbonátos kőzetvíztartó rétegekben. Hidrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007) Hipogén speleogenezis: hidrogeológiai és morfogenetikai perspektíva. Különleges Papírszám. 1, Nemzeti barlang-és Karsztkutató Intézet, Carlsbad, NM
M (2015) Medenceméretű koncepcionális talajvíz áramlási modell egy nem meghatározott és zárt vastag karbonátos régióra. Hidrogeol J 23 (7): 1359-1380
módszerek a karsztos víztartó rendszerek tanulmányozására
Nico Goldscheider (a KC honlapja, 2009-2013)
“a fent leírt jellemzők miatt a hagyományos hidrológiai és hidrogeológiai módszerek gyakran kudarcot vallanak, amikor karsztra alkalmazzák őket, ezért adaptációik és karsztspecifikus módszereik szükségesek.
geológiai módszerek: A litológia, a rétegtan, a törés, a törésminta és a hajtásszerkezetek kulcsfontosságúak a felszín alatti víz áramlásának megértéséhez a karsztos víztartó rétegekben.
barlangászat: a vezetékek és a föld alatti csatornák kulcsfontosságúak a felszín alatti víz áramlásához a karsztos víztartó rétegekben. A barlangok lehetővé teszik a víztartó rétegbe való belépést, valamint a csatornahálózat egy részének közvetlen megfigyelését és tanulmányozását.
hidrológiai módszerek: a süllyedő patakok, barlangi patakok és karsztforrások áramlási sebességének nagyfokú változékonysága miatt a vízmennyiség és-minőség folyamatos monitorozása elengedhetetlen a karszthidrogeológiai vizsgálatok során.
Hidraulikus módszerek: a Potenciometrikus térképeket és a fúrásokban és kutakban végzett hidraulikus vizsgálatokat széles körben alkalmazzák a hidrogeológiában, de a karszt alkalmazásakor speciális adaptációkat igényelnek.
izotópos technikák: a stabil és radioaktív izotópok segíthetnek a víz eredetének azonosításában, a tranzitidők meghatározásában és a keverési folyamatok jellemzésében.
nyomjelző vizsgálatok: A nyomjelzővizsgálatok (8.ábra) a leghatékonyabb módszerek a pont-pont kapcsolatok azonosítására (jellemzően a fecskefuratok/nyelők és rugók között), a karsztrugók vízgyűjtőinek körvonalazására, valamint a vezetékhálózatok áramlásának és szállításának jellemzésére.
geofizikai módszerek: a geofizika segíthet a kútfúrás helyszíneinek azonosításában, a felszín alatti üregek (potenciális víznyelők) vizsgálatában és a víztartó szerkezet egyéb információinak megszerzésében.
modellezés: a matematikai modellek segíthetnek jobban megérteni a barlangképződést, az áramlást és a szállítást a karsztos víztartó rétegekben. Vannak azonban példák (például 9.ábra), ahol a hagyományos talajvíz áramlási modellek karsztos környezetben történő alkalmazása katasztrofálisan rossz eredményeket hozott, és a forrásvédelmi körzetek súlyosan elégtelen kijelölését eredményezte, ami betegségkitörésekhez vezetett, mindezt azért, mert a karszt sajátos jellegét figyelmen kívül hagyták.”
Karszt felszín alatti vizek hasznosítása
szerző: Zoran Stevanovi (Karst Aquifers – Characterization and Engineering, Springer, 2015, p. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
vízminőség
“a kőzetek oldódása és a víz – kőzet közvetlen érintkezésének időtartama változó talajvízminőséget eredményez a kibocsátási pontokon. A karsztvizek ásványi összetevői azon kőzetek összetételétől függenek, amelyeken keresztül a víz átszivárog: A hidrokarbonát (HCO3) – kalcium Ca) típusú vizek a kalcium – karbonát oldódásából jönnek létre, amely a mészkőben domináns víztípus, míg a felszín alatti vizek hidrokarbonát (HCO3) – magnézium (Mg) típusa kisebb mértékben van jelen, és rendszeresen kapcsolódik a dolomitos kőzetekhez.
Langmuir (Physical and chemical characteristics of carbonate water, 1984) felsorolta azokat a folyamatokat, amelyek szabályozzák és befolyásolják a talajvíz minőségét, mielőtt az a forrás vagy a kútfej elérné. Ezek a folyamatok a következők:
- a beszivárgott légköri csapadék összetétele;
- a felszín alatti vizek feltöltődéséből és a sekély felszín alatti vizekből származó Evapotranszpirációs veszteségek;
- a felszín alatti vizek feltöltődésének savassága és telítetlenségének mértéke;
- a karbonát és a kapcsolódó kőzetek, köztük a Halit, a gipsz és az anhidrit rendelkezésre állása és oldhatósága;
- a karbonát és a kapcsolódó kőzetek, köztük a Halit, a gipsz és az anhidrit elérhetősége és oldhatósága;
- hidrológiai eljárások, mint például édesvíz-feltöltéssel történő hígítás és különböző felszín alatti vizek keverése;
- antropogén folyamatok, beleértve a felszín alatti vizek hulladékok általi szennyezését és a szilárd hulladékok csurgalékait.
szinte szabály, hogy a nyílt karsztszerkezetekben a talajvíz alacsony mineralizációjú, ami az intenzív vízcsere és a gyors szűrés eredménye. A víztartó réteg mélyebb részein a lassabb szűrés az mineralizáció növekedését eredményezi. Ez az eltérés gyakran minimális, de mégis bizonyos megkülönböztetést jelez, amely bizonyos körülmények között fontos lehet (például szennyezés esetén).
ezért a karbonátos karszt esetében a természetes karsztvizek minősége szinte definíció szerint kiváló: világszerte sok helyen megerősítették, hogy a hegyvidéki masszák lakatlan vízgyűjtő területeiről származó víz egészségügyi és tiszta, míg csak kivételesen lehet jelen kis mennyiségű baktérium. De ha szennyező források vannak jelen egy nem korlátozott karsztos víztartó vízgyűjtő vízgyűjtőjében, akkor súlyos veszélyek következnek.
a karsztvizek megcsapolása
a felszín alatti vizek megcsapolása soha nem könnyű feladat, főleg azért, mert “láthatatlan erőforrással”van dolgunk. A helyzet azonban még bonyolultabb, ha egy nem homogén és anizotróp víztartóval, például karszttal foglalkozunk: nagyon gyakran szükséges az üregeken vagy a kőzettömeg többi részétől elkülönített porózus tömbökön keringő talajvíz elérése, befogása és befogása.
megkülönböztethetjük a karsztos talajvíz csapolásának két fő típusát:
- a karsztos talajvíz áramlásának megérintése a kibocsátási pontokon-rugók (10.ábra).
- a karsztos talajvíz áramlásának megérintése a víztartó vízgyűjtőn belül – mesterséges szerkezetek, például kutak, galériák vagy más hasonló szerkezetek (11.ábra).
a felszín alatti vizet nemcsak ivási, ipari, hőtermelési vagy öntözési célokra használják fel, hanem víztelenítésre is bányaaknák, városi területek vagy megművelt területek esetében, amelyeket meg kell védeni a magas talajvízszinttől.
felhasználás különböző célokra
a karsztos forrásokat széles körben használják ivóvízforrás. Sok ország pusztán azért használja a karsztforrásokat, mert nincs más alternatíva, de sok más országban a fontosságuk és az általuk nyújtott jó vízminőség ismerete az ilyen döntés fő tényezője. A karsztos víztartó rétegek vízkészletének jelentős része a következő régiókban található: Délkelet-Európa (Alpok és Kárpátok), a Földközi-tenger medencéje, a Közel-Kelet és a Közel-Kelet, az Arab-félsziget és Afrika szarva, Délkelet-Ázsia, Észak-Afrika, A Karibi-medence és Közép-Amerika, valamint az USA déli része.
a víztartó rétegek forrásokon keresztül történő természetes elvezetése széles körben fedezheti a vízigényeket: a regionális szintű városok több millióinak ellátásától egészen a helyi szintig, ahol csak egy vagy több ház ellátásáról van szó. Bár ez utóbbi nem jelent nagy problémát a vízmennyiség szempontjából, a nagy fogyasztó számára nagyon nagy víztartó rétegre és rugós kisülésre van szükség. A karsztos vizek széles körű felhasználása van. A Közel-Kelet és a Közel-Kelet száraz területein például nagyon gyakori a karsztos források megcsapolása és a szántóföldek öntözésére szolgáló gravitációs csatornák építése. A forrásvizet széles körben használják az állatok öntözésére is, és a jó minőségű édesvíz biztonságot nyújt az állatok egészségének és növekedésének.
a karsztos vizek használata a vízenergia-termelésben a magas hidraulikus fej felhasználásával többnyire az Alpokra (Ausztria, Svájc) korlátozódik, míg a karsztos vizek és források termikus tulajdonságait máshol használják. Végül, a világ vízpalackozó iparában felhasznált karsztos források száma, amely éves bevétele körülbelül 13 milliárd dollár, nagyon nagy, és a karsztos víztartó rétegek valószínűleg vezetik a víztartó rétegek listáját, ahol az ilyen források származnak”.
Ajánlott hivatkozások további olvasmányokhoz:
Bakalowicz M (2005) Karszt talajvíz: kihívás az új erőforrások számára. Hidrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Karszthidrológia, különös tekintettel a Dinári Karsztra. Springer-Verlag, Berlin, 184 pp.
Burger a, Dubertret L (Szerk.) (1984) karsztos terepek Hidrogeológiája. Esettanulmányok. Nemzetközi hozzájárulások a Hidrogeológiához, IAH, 1. kötet, Verlag Heinz Heise, Hannover, 264 pp.
Drew D, H ons H (1999) Karszt hidrogeológia és emberi tevékenységek. Hatások, következmények és következmények. Balkema, Rotterdam, 322 pp.
Ford D, Williams P (2007) Karszt hidrogeológia és geomorfológia. Wiley, 576 oldal.
Goldscheider N, Drew D (Szerk.) (2007) módszerek a Karszthidrogeológiában. Taylor & Francis, London, 264 pp.
K ons W (1998) nyomkövetési technika a Geohidrológiában. Balkema, Rotterdam, 581 pp.
Kresic N, Sztevanovi .. Z (Szerk.) (2010) a források felszín alatti vizeinek hidrológiája. Mérnöki, elméleti, menedzsment és fenntarthatóság. Elsevier Inc. BH, Amszterdam, 573 pp.
Kresic N (2013) víz Karsztban. Kezelés, sebezhetőség és helyreállítás. McGraw Hill, New York, 708 pp.
Milanovi ons (2004) vízkészletek mérnöki Karszt. CRC Press, Boca Raton, FL, 312 pp.
Palmer AN, Palmer MV, Sasowsky ID (Szerk.) (1999) Karszt Modellezés. 5. különkiadás, karsztvíz Intézet, Károly város, WV, 256 pp.
Parise, M. & Gunn, J. (Szerk.) 2007. Természetes és antropogén veszélyek a karsztos területeken: felismerés, elemzés és enyhítés. Geol. Soc. London, sp. publ., 279 o.
Sztevanovi 6 Z (Szerk.) (2015) Karszt víztartó rétegek – jellemzése és mérnöki. Sorozat: szakmai gyakorlat a Földtudományban, Springer Gyakornok. Publ., 692 o.
White WB (1988) a Karsztterületek Geomorfológiája és hidrológiája. Oxford University Press, New York, NY, 464 pp.