カルスト

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シュコツィアン洞窟群、スロベニア

カルストは、石灰岩、ドロマイト、石膏などの可溶性岩石の溶解から形成された地形です。陥没穴と洞窟のある地下排水システムが特徴です。[1] [2]適切な条件が与えられれば、珪岩などの耐候性の高い岩石についても文書化されています。[3]地下排水は地表水を制限する可能性があり、川や湖はほとんどまたはまったくありません。ただし、溶解した岩盤が（おそらく破片で）覆われている、または1つ以上の重ねられた不溶性の岩層によって閉じ込められている地域では、特徴的なカルスト地形は地下レベルでのみ発生する可能性があり、地上では完全に失われる可能性があります。[4]

世界の炭化水素埋蔵量の50％が炭酸塩岩でホストされており、その多くが多孔質カルストシステムで見られるため、古カルスト（柱状図に埋もれたカルスト）の研究は石油地質学で重要です。[5]

語源

炭酸塩岩（蒸発岩を除く主に石灰岩）の主要な露頭の世界的な分布

英語のカルストは19世紀後半にドイツ語のカルストから借用され[6] 、はるかに早くドイツ語に登場しました。[7]ある解釈によると、この用語は、イタリアの北東の隅からトリエステ市の上の、アドリア海東部の海岸沿いのバルカン半島からコソボと北マケドニアまで、山塊があります シャル山地の始まり、より具体的には、イタリアとスロベニアの間の高原として初期の地形研究で説明された北西部のカルスト帯。

地元の南スラヴ語では、この単語のすべてのバリエーションは、ローマ化されたイリリア語ベース（ラテン語：carsus、ダルメシアン：carsus）に由来し、後で再構築された形式* korsъからスロベニア語：kras [8]やSerboなどの形式にメタセシスされます。 -クロアチア語：krš、kras。[9] [10] [11] [12]古い、メタ化されていない形式を保持する言語には、イタリア語が含まれます：Carso、ドイツ語：カルスト、およびアルバニア語：karsti ; メタセシスの欠如は、南スラブ語のいずれか、特にスロベニア語からの借用を排除します。[13] [14]スロベニア語の普通名詞krasは、18世紀に最初に証明され、形容詞は16世紀にkraškiで証明されました。[15]適切な名詞として、スロベニア語のGrastは1177年に最初に証明されました。[16]

結局のところ、この言葉は地中海に由来しています。この言葉は、インド・ヨーロッパ祖語の語根カラ-「岩」に由来する可能性があることが示唆されています。[17]この名前は、プトレマイオスによって引用されたオロニム Kar（u）sádiosoros、そしておそらくラテン語のCarusardiusにも関連している可能性があります。[15] [16]

初期の研究

フランス、ロゼールのコーズドソヴェテールのドリーヌ

スロベニアのカルスト研究のパイオニアであり、ロンドンの王立自然知識改善協会のフェローであるヨハン・ヴァイハルト・フォン・ヴァルヴァソルは、1689年にヨーロッパの学者にカルストという言葉を紹介し、彼の説明の中で川の地下の流れの現象を説明しました。ツェルクニツァ湖。[18]

JovanCvijićは、カルスト地域の知識を大幅に進歩させ、「カルスト地形学の父」として知られるようになりました。バルカン半島のカルスト地域を主に論じている、Cvijićの1893年の出版物DasKarstphänomenは、カレン、ドリーヌ、ポリエなどの地形について説明しています。[5] 1918年の出版物で、Cvijićはカルスト地形開発のサイクリックモデルを提案しました。[5] [19]カルスト水文学は、1950年代後半から1960年代初頭にフランスで学問として登場しました。以前は、洞穴学者と呼ばれる洞窟探検家の活動は、科学というよりもスポーツとして却下されていました。つまり、地下のカルスト洞窟とそれに関連する水路は、科学的な観点からは十分に研究されていませんでした。[20]

開発

クロアチア、シンジ近郊のディナルアルプスの石灰岩鉱床。

カルストは、石灰岩などの薄い層状で高度に破砕された高密度の炭酸塩岩で最も強く発達します。チョークは密度が高くなく多孔質であるため、カルストは通常​​、チョークで十分に発達していません。そのため、地下水の流れは割れ目に沿って集中しません。カルストはまた、谷が定着している高地のように地下水面が比較的低く、降雨量が中程度から重い場所で最も強く発達します。これは地下水の急速な下降に寄与し、岩盤の溶解を促進しますが、立っている地下水は炭酸塩鉱物で飽和状態になり、岩盤の溶解を停止します。[21] [22]

溶解の化学

カルスト地形を引き起こす炭酸は、雨が地球の大気を通過して二酸化炭素（ CO 2）を吸収するときに形成され、二酸化炭素（CO 2）は水に容易に溶解します。雨が地面に到達すると、土壌を通過して、土壌呼吸によって生成される追加のCO2を提供する可能性があります。溶解した二酸化炭素の一部は水と反応して弱い炭酸溶液を形成し、炭酸カルシウムを溶解します。[23]石灰石の溶解における主要な反応シーケンスは次のとおりです。[24]

H 2 O + CO 2 → H 2 CO 3
CaCO 3 + H 2 CO 3 → Ca 2+ + 2 HCO−
3

非常にまれな条件では、酸化が役割を果たす可能性があります。酸化は、米国ニューメキシコ州の古代レチュギア洞窟の形成に大きな役割を果たし[25] 、現在イタリアのフラサッシ洞窟で活動しています。[26]硫酸の形成につながる硫化物の酸化も、カルスト形成の腐食要因の1つである可能性があります。酸素（O 2）に富む地表水が深い無酸素カルストシステムに浸透すると、それらは酸素をもたらし、システムに存在する硫化物（黄鉄鉱または硫化水素）と反応して硫酸（ H 2 SO4）。次に、硫酸は炭酸カルシウムと反応し、石灰岩層内の侵食を増加させます。この一連の反応は次 のとおりです。

H 2 S + 2 O 2 → H 2 SO 4 （硫化物酸化）
H 2 SO 4 + 2 H 2 O → それで2−
4		 + 2 H 3 O + （硫酸解離）
CaCO 3 + 2 H 3 O + → Ca 2+ + H 2 CO 3 + 2 H 2 O （炭酸カルシウムの溶解）
Ca 2+ + SO 42- _ → CaSO 4 （硫酸カルシウムの形成）
CaSO 4 + 2 H 2 O → CaSO 4・2 H 2 O （石膏の形成）

この反応連鎖は石膏を形成します。[27]

形態学

フランス、ダン・ド・クロルの石灰岩舗装
エチオピアのルバクサ トゥファプラグ

景観のカルスト化は、表面と下の両方にさまざまな大規模または小規模の特徴をもたらす可能性があります。露出した表面では、小さな特徴には、ソリューションフルート（またはリレンカレン）、ランネル、石灰岩舗装（クリントおよびグレイク）（まとめてカレンまたはラピエズと呼ばれる）が含まれる場合があります。中規模の表面の特徴には、陥没穴またはセノーテ（閉じた盆地）、垂直シャフト、フォイベ（逆漏斗形の陥没穴）、浸入河川、および再出現する泉が含まれる場合があります。大規模な機能には、石灰岩舗装、ポリエが含まれる場合があります、およびカルスト谷。残っているよりも多くの岩盤が除去された成熟したカルスト地形は、カルスト塔、または干し草の山/卵箱の景観をもたらす可能性があります。地表の下には、複雑な地下排水システム（カルスト帯水層など）と大規模な洞窟および洞窟システムが形成される場合があります。[21]

石灰岩の海岸に沿った侵食、特に熱帯地方では、海の通常の範囲より上の鋭いマカテア表面を含むカルスト地形と、平均海抜またはそれより少し上の生物活動または生物侵食の結果であるアンダーカットが生成されます。[28]これらの形成の中で最も劇的なもののいくつかは、タイのパンガー湾とベトナムのハロン湾で見ることができます。

水に溶解した炭酸カルシウムは、水が溶解した二酸化炭素の一部を排出する場所に沈殿する可能性があります。湧水から湧き出る川は、長期間にわたって堆積した方解石の層からなるトゥファテラスを生み出す可能性があります。洞窟では、炭酸カルシウムやその他の溶存鉱物の堆積によって、 総称して洞窟生成物と呼ばれるさまざまな特徴が形成されます。

水文学

地形的特徴と水の流路を示すカルスト地形の断面図。
よく発達したカルスト地形に典型的な特徴
プエルトプリンセサ地下河川、フィリピン

カルスト地域での農業は、地表水の不足を考慮に入れなければなりません。土壌は十分に肥沃で、降雨量は十分かもしれませんが、雨水は隙間を通ってすぐに地面に移動し、雨の間に表面の土壌が乾いたままになることがあります。

カルストフェンスター（カルストウィンドウ）は、地下 の小川が岩の層の間の表面に現れ、ある程度の距離をカスケードし、その後、しばしば陥没穴に戻って消えるときに発生します。カルスト地域の川は、地下で何度も姿を消し、別の場所で、通常は別の名前で再び湧き出る可能性があります（リュブリャニツァ、7つの名前の川など）。この例は、ワイオミング州フレモント郡のポポアギー川です。シンクスキャニオン州立公園の「シンクス」という名前の場所で、川はマディソンライムストーンと呼ばれる地層の洞窟に流れ込み、800 m（1⁄2）再び上昇します。 mi）穏やかなプールの峡谷を下ります。トゥーロッホは、アイルランドのカルスト地域に見られる独特なタイプの季節性湖であり、地下水システムからの毎年の水の湧き出しによって形成されます。

ルー川の源流にあるフランス東部のウアン近くのジュラ山脈のカルスト泉

カルスト地形の井戸からの給水は、牛の牧草地の陥没穴から洞窟を通って井戸に流れ、多孔質帯水層で発生する通常のろ過を迂回する可能性があるため、安全ではない可能性があります。カルスト地形は海綿状であるため、浸透率が高く、汚染物質がろ過される機会が少なくなります。カルスト地域の地下水は、地表の小川と同じように簡単に汚染されます。陥没穴は、農場やコミュニティのゴミ捨て場としてよく使用されてきました。過負荷または誤動作している浄化槽カルスト地形では、生の下水を地下水路に直接投棄する可能性があります。地質学者は、2007年の時点で、飲料水の世界需要の約25％を供給している、カルスト水文学に対する人間の活動のこれらの悪影響に懸念を抱いています。[29]

カルスト地形はまた、人間の住民に困難をもたらします。陥没穴は、表面の開口部が拡大するにつれて徐々に発達する可能性がありますが、洞窟の屋根が突然崩壊するまで、進行性の侵食はしばしば見られません。そのような出来事は家、牛、車、そして農機具を飲み込んだ。米国では、2014年にケンタッキー州ボウリンググリーンにある国立コルベット博物館のコレクションの一部が、このような洞窟の陥没穴の突然の崩壊によって飲み込まれました。 [30]

層間カルスト

層間カルストは、不溶性の岩の覆いの下に発達するカルスト地形です。通常、これには、溶解中の石灰岩層を覆う砂岩のカバーが含まれます。たとえば英国では、南ウェールズのCefn yr Ystrad、Mynydd Llangatwg、Mynydd Llangynidrで、隠された石炭系石灰岩の上にあるTwrch砂岩の覆いを横切って、広範なドラインフィールドが開発されました。それを尊重します。[31]

Kegelkarst

Kegelkarstは、コックピット、モゴーテ、およびポリエによって形成され、強い河川侵食プロセスのない、多数の円錐状の丘がある熱帯のカルスト地形の一種です。この地形は、キューバ、ジャマイカ、インドネシア、マレーシア、フィリピン、プエルトリコ、中国南部、ミャンマー、タイ、ラオス、ベトナムで見られます。[32]

疑似カルスト

疑似カルストは、形や外観がカルスト地形に似ていますが、異なるメカニズムによって作成されます。例としては、溶岩洞窟や花崗岩の岩 塔（オーストラリア、ビクトリア州のラバータッチ洞窟など）や古崩壊の特徴などがあります。マッドケイブスは疑似カルストの一例です。

Paleokarst

古カルストまたは古カルストは、地質学的歴史で観察され、岩石シーケンス内に保存されているカルストの発達であり、事実上化石カルストです。たとえば、サウスウェールズの石炭系石灰岩シーケンスのClydach Valleyサブグループ内に露出した古カルスティック表面があります。これは、最近形成された石灰岩の空中風化が期間の初期の非堆積期間中に発生したために発生しました。堆積が再開され、さらに石灰岩の地層が不規則なカルスト表面に堆積しました。このサイクルは、長期間にわたる海面の変動に関連して数回繰り返されました。[33]

カルストの森

カルスト地域には独特の種類の森林がある傾向があります。カルスト地形は人間が横断するのが難しいため、生態系は比較的乱されていないことがよくあります。土壌はpHが高い傾向があり、珍しい種のラン、ヤシ、マングローブ、その他の植物の成長を促進します。[34]

カルスト地域

ルナン石林、雲南省、中国

世界最大の石灰岩カルストはオーストラリアのナラボー平原です。スロベニアは陥没穴のリスクが世界で最も高く、米国東部のハイランドリム西部はカルスト陥没穴のリスクが2番目に高いです。[35] [36]

カナダのウッドバッファロー国立公園、ノースウェスト準州には、カルスト陥没穴の領域があります。[37]

メキシコは、ユカタン半島とチアパスに重要なカルスト地域をホストしています。[38]

貴州省、広西チワン族自治区、雲南省の中国南方カルストは、ユネスコの世界遺産に登録されています。

タイ北部のタムルアン洞窟の非カルスト洞窟システムは、 2018年のジュニアサッカーチームの 救助によって有名になりました。

カルスト関連機能の用語リスト

  • アビメ、カルストの垂直シャフトで、非常に深く、通常は地下通路のネットワークに通じています。
  • メキシコの特徴である深い陥没穴であるセノーテは、地下水を露出させる石灰岩の岩盤の崩壊に起因します
  • Dolineは、シンクまたはシンクホールでもあり、カルスト地域の地下に流れ込む閉じた窪地です。「doline」という名前は、「谷」を意味するdolinaに由来し、南スラブ語に由来します。
  • フォイベ、逆さまの漏斗形の陥没穴
  • カルストウィンドウ（「カルストフェンスター」とも呼ばれます）。これは、湧水が短時間出現し、その後、排水が近くの陥没穴に突然消える機能です。
  • カルスト泉、カルストから出現し、表面に水の流れを発生させる泉
  • 石灰岩舗装、人工舗装に似た露出した石灰岩の平らな切り込みのある表面からなる地形
  • 南スラブ語での浸入河川、沈下河川またはポノルニカ。
  • ポリエ（カルストポルジェ、カルストフィールド）、特にカルスト平野の大きな平らな場所。「ポリエ」という名前は、南スラヴ語に由来しています。
  • ポノール、エステヴェレと同じ、南スラヴ語の流しまたは陥没穴、表面の流れが地下システムに入る
  • イングランドのある地域のスカウル、多孔質の不規則なカルスト地形。
  • Turlough（turlach）、アイルランドのカルストに特徴的な消える湖の一種。
  • Uvala、複合陥没穴に合体する複数の小さな個々の陥没穴のコレクション。この用語は南スラヴ語に由来します（多くのカルスト関連用語は南スラヴ語に由来し、西バルカン半島の高山カルストでの初期の研究を通じて科学用語になります）。

も参照してください

  • Glaciokarst  –更新世の寒い時期に氷河に覆われたカルスト地形
  • Karstjäger
  • 地形一覧
  • Scowle  –アモルファスの浅いピットから、深さ数メートルまでの不規則な迷路のような窪みまで、さまざまな景観の特徴
  • 洞穴学–洞窟 とカルストシステムの科学
  • 地下河川 –地表の下を全体的または部分的に流れる川
  • サーモカルスト –永久凍土層の融解として形成された湿地のくぼみと小さなハンモックの不規則な地表面

参考文献

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さらに読む

外部リンク

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