etymologi
av Neven Kresic (vatten i Karst, Mc Graw Hill, 2013, s.xiii)
”Karst är en vetenskaplig term uppkallad efter det geografiska distriktet mellan Slovenien och Trieste, Italien, som har ett mycket distinkt landskap. Det är ett Germaniserat ord för ”carso” (på italienska) och ”kras” på (slovenska); alla de tre orden härstammar från det indoeuropeiska ordet ”kar” eller ”karra”, vilket betyder rock…några vanliga ord från de slaviska språken i Karstregionen har blivit internationella vetenskapliga termer som beskriver karst-funktioner, främst tack vare den serbiska geomorfologen Jovan Cviji Brasilian som var den första som försvarade en doktorsavhandling och publicerade en vetenskaplig monografi som uteslutande ägnas åt karst (Cviji Brasilian, 1893).”(Figurerna 1,2)
landskap
av Derek Ford & Paul Williams (Karst hydrogeologi och geomorfologi, Wiley, 2007, s. 1)
” vi kan definiera karst som innefattande terräng med distinkt hydrologi och landformer som härrör från en kombination av hög berglöslighet och välutvecklad sekundär (fraktur) porositet. Sådana områden kännetecknas av sjunkande strömmar, grottor, slutna fördjupningar, räfflade bergskroppar och stora källor. Betydande berglöslighet ensam är otillräcklig för att producera karst. Bergstruktur och litologi är också viktiga: täta, massiva, rena och grovt brutna stenar utvecklar den bästa karst…erfarenheten visar att många hydrogeologer felaktigt antar att om karstlandformer saknas eller inte är uppenbara på ytan, kommer grundvattensystemet inte att vara karstiskt. Detta antagande kan leda till allvarliga fel i grundvattenhantering och miljökonsekvensbedömning, eftersom grundvattencirkulationen kan utvecklas även om ytkarst inte är uppenbart.”
funktioner
listan över karstfunktioner resulterade från upplösning och erosionella karstifieringsprocesser är lång och innehåller olika mikro-och makrobaserade och underjordiska föremål. Bland dem är karrens eller lapies, dolines eller sinkholes, uvalas, poljes, blinda och hängande dalar, sjunkande strömmar, grottor (Figur 3), ponorer eller svalhål (Figur 4), potholes, grottor (Figur 5).
ordlista för dessa och många andra termer som används i karstologi finns här (underhålls av Alexander Klimchouk et al.)
klassificering av karst-akviferer
av Zoran Stevanovi Bisexuell (Karst – akviferer-karakterisering och teknik, Springer, 2015, p. 25-29, 49)
”sedimentära karstiska stenar kan generellt klassificeras i de två huvudgrupperna:
- karbonatstenar
- evaporitstenar
karbonatstenarna bildas av kalcium-och magnesiummineraler: kalcit, dolomit, aragonit och magnesit, och inkluderar de två huvudgrupperna:
- kalkstenar (CaCO3) och
- dolomiter (CaCO3 x MgCO3)
med ett brett utbud av sorter.
till evaporitgruppen hör stenar och mineraler som innehåller SO4-eller Cl-anjoner:
- anhydrit (CaSO4),
- gips (CaSO4 x 2H2O)
- Halit (NaCl) och
- sylvite (KCl).
upplösningen av kalcit (1) dolomit (2) och gips (3) uttrycks av följande ekvationer:
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.
med hänsyn till strukturer och hydrodynamiska egenskaper finns det:
- Okonfinerad karstisk akvifer (Figur 6),
- begränsad karstisk akvifer,
- Halvbegränsad karstisk akvifer.”
hydrogeologiska egenskaper hos karst akviferer
av Nico Goldscheider (webbplats för KC, 2009-2013)
”Evolution: Karst akviferer bildas genom strömmande vatten innehållande koldioxid (CO2) som löser upp karbonatstenar. Därför finns det en nära relation mellan akviferutveckling, bildandet av grottor (speleogenes) och grundvattenflöde.
individualitet: även om det finns många likheter mellan olika karst-system, är varje karst-system också ett speciellt fall och generalisering är svårt. Figur 7 presenterar en förenklad modell av en typisk karst akvifer.
heterogenitet: egenskaperna hos karst akviferer varierar kraftigt i rymden. Det kan finnas stora mängder vatten i en grotta, men ett borrhål några meter bort kan vara helt torrt.
anisotropi: Akviferns hydrauliska egenskaper beror på orienteringen av geologiska tygelement; till exempel, den hydrauliska ledningsförmågan är typiskt hög i riktning mot stora frakturer och ledningar, men kan vara låg i andra riktningar.
dualitet av laddning: ladda vatten kan härröra från själva karstområdet (autogen laddning) eller från intilliggande icke-karstiska områden (allogen laddning).
dualitet av infiltration: Infiltration sker genom jorden och omättad zon (diffus infiltration) och kan också koncentreras via svalhål/sänkor (punktinfiltration).
dualitet av porositet och flöde: Det finns två eller till och med tre typer av porositet i karst-akviferer: intergranulära porer i bergmatrisen, vanliga bergs diskontinuiteter som frakturer (sprickor) och sängplan och lösligt förstorade hålrum som kanaler och ledningar utvecklade från de initiala diskontinuiteterna. Medan grundvattenflödet i matrisen och små sprickor vanligtvis är långsamt och laminärt, är flödet i karstledningar (grottor) ofta snabbt och turbulent.
variabilitet: Vattentabellen i karst akviferer kan ibland fluktuera 10s eller till och med 100s meter på korta tidsperioder, och karstfjädrar visar vanligtvis snabba variationer av urladdning och vattenkvalitet.”
Karst inom ramen för regionala flödessystem
av Judit m Oskyl-sz Oskyl (Vit, 1969; m Oskyl-sz Oskyl och T Oskyl 2015, Palmer 1991, 1995, Klimchouk 2000, 2007; Goldscheider et al. 2010)
Epigene karst: Detta är produkten av den korrosiva effekten av infiltrerande grundvatten på karbonatvattenförekomster. Det kan utvecklas i grunda, i princip okonfinerade karbonater och är relaterat till upplösningseffekter av kallt vatten i lokala flödessystem. Dessa är de typiska karstområdena med karakteristiska yt-och underjordiska egenskaper.
djup karst: Karst där den sträcker sig till betydande djup under basnivån.
Hypogen karst: genereras av djupa energi -, vätske-och gaskällor inklusive retrograd kalcitlöslighet, blandning av korrosion av olika vätskor inducerade av tvärformationsflöde och upplösning av geogena syror. Det kan utvecklas i djupt begränsade karstområden som är förknippade med ljummet och termiskt vatten i regionala eller mellanliggande flödessystem utan några signifikanta ytfunktioner.
rekommenderade referenser för vidare läsning:
Goldscheider N, m Occludl-sz Occlunyi J, er Occlubss A, Schill E (2010) termiska vattenresurser i karbonatberg akviferer. Hydrogeol J 18 (6): 1303-1318
Klimchouk A (2007) Hypogen speleogenes: hydrogeologiskt och morfogenetiskt perspektiv. Specialpapper nr. 1, National Cave och Karst Research Institute, Carlsbad, NM
m Occludl-sz Occlunyi J T Occlubth Occlub (2015) Bassängskala konceptuell grundvattenflödesmodell för en okonfinerad och begränsad tjock karbonatregion. Hydrogeol J 23 (7): 1359-1380
metoder för att studera karst akvifersystem
av Nico Goldscheider (webbplats för KC, 2009-2013)
”på grund av de ovan beskrivna egenskaperna misslyckas konventionella hydrologiska och hydrogeologiska metoder ofta när de appliceras på karst; deras anpassningar och karstspecifika metoder krävs därför.
geologiska metoder: Litologin, stratigrafi, sprickbildning, felmönster och vikstrukturer är avgörande för att förstå grundvattenflödet i karst akviferer.
Speleologi: ledningar och underjordiska kanaler är avgörande för grundvattenflödet i karst akviferer. Grottor gör det möjligt att komma in i akvariet och direkt observera och studera en del av ledningsnätverket.
hydrologiska metoder: på grund av den höga variationen i flödeshastigheter för sjunkande strömmar, grottströmmar och karstfjädrar är kontinuerlig övervakning av vattenmängd och kvalitet avgörande i karsthydrogeologiska studier.
hydrauliska metoder: potentiometriska kartor och hydrauliska tester i borrhål och brunnar tillämpas allmänt inom hydrogeologi men kräver specifika anpassningar när de appliceras på karst.
Isotoptekniker: stabila och radioaktiva isotoper kan hjälpa till att identifiera vattnets ursprung, bestämma transittider och karakterisera blandningsprocesser.
Spårningstester: Spårtest (figur 8) är den mest kraftfulla metoden för att identifiera punkt-till-punkt-anslutningar (vanligtvis mellan svalhål/sänkor och fjädrar), för att avgränsa karstfjäderavlopp och för att karakterisera flöde och transport i ledningsnäten.
geofysiska metoder: geofysik kan hjälpa till att identifiera platser för brunnsborrning, undersöka underjordiska håligheter (potentiella sinkholes) och få annan information om akviferstrukturen.
modellering: matematiska modeller kan hjälpa till att bättre förstå speleogenes, flöde och transport i karst akviferer. Figur 9) där tillämpningen av konventionella grundvattenflödesmodeller i karstmiljöer gav katastrofalt felaktiga resultat och resulterade i avgränsning av grovt otillräckliga källskyddszoner, vilket ledde till sjukdomsutbrott, allt eftersom karsts specifika karaktär ignorerades.”
Karst grundvattenutnyttjande
av Zoran Stevanovi 2015 (Karst akviferer-karakterisering och teknik, Springer, 2015, p. 111-112, 116-119, 299, 109-111)
vattenkvalitet
” upplösningen av stenar och varaktigheten av direkt vatten – bergkontakt resulterar i variabel grundvattenkvalitet vid utloppspunkter. Mineralkomponenterna i karstvatten beror på sammansättningen av klipporna genom vilka vatten perkolerar: Kolväte (HCO3) – kalcium Ca) typ av vatten skapas från upplösningen av kalciumkarbonat som är en dominerande typ av vatten i kalksten, medan kolväte (HCO3) – magnesium (Mg) typ av grundvatten är närvarande i mindre utsträckning och är regelbundet ansluten till dolomitiska bergarter.
Langmuir (Physical and chemical characteristics of carbonate water, 1984) listade processer som kontrollerar och påverkar grundvattnets kvalitet innan den når vårplatsen eller brunnshuvudet. Dessa processer är följande:
- sammansättningen av den infiltrerade atmosfärisk nederbörd;
- Evapotranspiration förluster från grundvatten ladda och grunda grundvatten;
- surhetsgraden och graden av undermättnad av grundvatten ladda;
- tillgänglighet och löslighet av karbonat och tillhörande bergarter, inklusive Halit, gips och anhydrit;
- priser och kontakttid;
- hydrologiska processer såsom utspädning genom färskvattenuppladdning och blandning av olika grundvatten;
- antropogena processer, inklusive förorening av grundvatten genom avfall och lakvatten från fast avfall.
det är nästan en regel att grundvatten i öppna karststrukturer är lågmineraliserat vilket är ett resultat av intensivt vattenutbyte och snabb filtrering. I djupare delar av akvifären resulterar långsammare filtrering i en ökning av mineraliseringen. Denna variation är ofta minimal, men indikerar ändå en viss differentiering som kan vara viktig under specifika omständigheter (t.ex. när föroreningar är inblandade).
därför, när det gäller karbonatkarst, är kvaliteten på naturliga karstvatten utmärkt nästan per definition: det bekräftas på många ställen över hela världen att vatten som kommer från obefolkade avrinningsområden på bergsmassiv är sanitärt och rent medan det bara undantagsvis kan finnas en liten mängd bakterier närvarande. Men om föroreningskällor finns i avrinningsområdet för en okonfinerad karstisk akvifer följer allvarliga faror.
knacka karst vatten
knacka grundvatten är aldrig en lätt uppgift till stor del eftersom vi har att göra med en ”osynlig resurs”. Situationen är dock ännu mer komplicerad när vi hanterar en icke-homogen och anisotropisk akvifer som karst: det är ofta nödvändigt att nå, fånga och fånga grundvatten som cirkulerar genom tomrum eller genom porösa block isolerade från resten av bergmassan.
vi kan skilja de två huvudtyperna av att tappa grundvatten i karst:
- Tapping karstic grundvattenflöde vid utloppspunkter-fjädrar (Figur 10).
- tappning av karstiskt grundvattenflöde inom akviferns avrinningsområde-konstgjorda strukturer som brunnar, gallerier eller andra liknande strukturer (Figur 11).
grundvattnet utnyttjas inte bara för att utnyttja det för dricks -, industri -, värmeutvinnings-eller bevattningsändamål, utan också för avvattning när det gäller gruvgropar, stadsområden eller odlad mark som bör skyddas från ett högt grundvattenbord.
Använd för olika ändamål
de karstiska fjädrarna används allmänt som en källa till dricksvattenförsörjning. Många länder använder karstiska källor helt enkelt för att det inte finns några andra alternativ, men i många andra länder är medvetenheten om deras betydelse och den goda vattenkvaliteten de ger en viktig faktor för ett sådant beslut. De karstiska akvifererna har en betydande del av vattenförsörjningen i följande regioner: sydöstra Europa (Alperna och Karpaterna), Medelhavsbassängen, Mellanöstern och Mellanöstern, arabiska halvön och Afrikas Horn, sydöstra Asien, Nordafrika, Karibiska bassängen och Centralamerika och södra delen av USA.
naturlig dränering av akviferer genom källor kan täcka vattenbehov i stor skala: från försörjning till flera miljoner städer på regional nivå, till mycket lokal nivå när det gäller leverans till bara ett eller flera hus. Även om det senare inte är ett stort problem när det gäller mängden vatten, krävs för den stora konsumenten en mycket stor akvifer och vårutsläpp. Det finns ett brett användningsområde för karstiska vatten. I torra regioner i Mellanöstern och Mellanöstern är det till exempel mycket vanligt att knacka på karstiska källor och bygga gravitationskanaler för bevattning av åkermark. Källvatten används också ofta för att bevattna djur, och färskvatten av god kvalitet ger säkerhet för djurhälsa och tillväxt.
användningen av karstvatten i vattenkraftproduktion genom att använda högt hydrauliskt Huvud begränsas mestadels till Alperna (Österrike, Schweiz), medan termiska egenskaper hos karstvatten och källor utnyttjas någon annanstans. Slutligen är antalet karstiska källor som används i världens vattenflasknings industri som driver en årlig omsättning på cirka 13 miljarder dollar mycket stor och karstiska akviferer leder förmodligen listan över akviferer där sådana källor har sitt ursprung”.
rekommenderade referenser för vidare läsning:
Bakalowicz M (2005) Karst grundvatten: en utmaning för nya resurser. Hydrogeol J, 13: 148-160
Bonacci O (1987) Karst hydrologi med särskild hänvisning till Dinaric Karst. Springer-Verlag, Berlin, 184 s.
Burger a, Dubertret L (Red) (1984) hydrogeologi av karstiska terräng. Fallhistorier. Internationella bidrag till hydrogeologi, IAH, vol 1, Verlag Heinz Heise, Hannover, 264 s.
Drew D, H Jacobtzl H (1999) Karst hydrogeologi och mänskliga aktiviteter. Konsekvenser, konsekvenser och konsekvenser. Balkema, Rotterdam, 322 s.
Ford D, Williams P (2007) Karst hydrogeologi och geomorfologi. Wiley, 576 s.
Goldscheider N, Ritade D (Red.) (2007) metoder i Karst hydrogeologi. Taylor & Francis, London, 264 s.
K-spårningsteknik i geohydrologi (1998). Balkema, Rotterdam, 581 s.
Kresic N, Stevanovi Paxi Z (Red.) (2010) grundvatten hydrologi av fjädrar. Teknik, teori, ledning och hållbarhet. Elsevier Inc. BH, Amsterdam, 573 s.
Kresic N (2013) vatten i Karst. Hantering, sårbarhet och restaurering. McGraw Hill, New York, 708 s.
Milanovi 2004 p (2004) Vattenresursteknik i Karst. CRC Press, Boca Raton, FL, 312 s.
Palmer AN, Palmer MV, Sasowsky ID (Red.) (1999) Karst Modellering. Särskild publikation 5, Karst Water Institute, Charles Town, WV, 256 s.
Parise, M. & Gunn, J. (Red) 2007. Naturliga och antropogena faror i karstområden: erkännande, analys och begränsning. Geol. Soc. London, sp. publ., 279 s.
Stevanovi Bisexuell Z (Red.) (2015) Karst Aquifers – karakterisering och teknik. Serie: professionell praktik inom geovetenskap, Springer Praktikant. Publ., 692 s.
Vit WB (1988) geomorfologi och hydrologi av Karst terräng. Oxford University Press, New York, NY, 464 s.