A karsztosodás feltételei
Az egyes karsztformákat, köztük a karsztos kőzettestek belsejében futó tágas üregrendszereket, a barlangjáratokat bonyolult fizikai, kémiai, biológiai folyamatok szabályozzák. A karsztosodási folyamatokat alapvetően a fizikai oldás, a kémiai és biológiai mállás, a mechanikai erózió (korrózió), a különböző biogeokémiai hatásokra bekövetkező kicsapódás, illetve ezek bonyolult kapcsolatrendszerei határozzák meg. A Föld karsztos területein lejátszódó kölcsönhatások a legbonyolultabb geokémiai és hidrológiai nyílt rendszerhez tartozó földrajzi folyamatokat képezik.
A karsztosodási folyamatok olyan területeken mennek intenzíven végbe, ahol a vidéket fölépítő kőzet szénsavas vízben jól oldódik. Ezek elsősorban karbonátos (mészkő, dolomit) vagy pedig különböző sókőzetek. Fontos, hogy a tömör kőzet hasadékokkal, repedésekkel jól átjárt legyen, ahol a karsztosodási folyamatokat elsődlegesen meghatározó karsztvíz, áramolva nagy területen közvetítse hatását. A Földön ezen kritériumnak leginkább megfelelő, nagymennyiségben rendelkezésre álló kőzetek, a földtörténeti középidő (mezozoikum) triász időszakában keletkezett, tömör, vastagpados szerkezetű, sekély trópusi tengerben leülepedett mészkövek.
Hazánk karsztos térszínei is elsődlegesen ilyen kőzeteken alakultak ki. Karsztos formakincs természetesen ennél idősebb vagy fiatalabb, más anyagi összetételű könnyen karsztosodó kőzeteken is jellemző.
A karsztosodás folyamata
A karsztosodás alapvető folyamata a karsztkorrózió, azaz a karsztos kőzetek oldódása. Az oldódásnak 3 fajtáját különíthetjük el. Az első a karbonátok vízben való kismértékű oldódása (CaCO3 + H2O = Ca2+ + H3O3 + CO32- + OH-), amely a karsztosodási folyamatok szempontjából jelentéktelen. A második, a hidrogénkarbonátos oldás, az oldásos karsztformák kialakulásában és általában a karsztkorrózió folyamatában a legnagyobb jelentőségű. A folyamathoz vízben oldott CO2 (tehát szénsav) szükséges, amely így a vizet a mészkővel szemben agresszívvé teszi, és a kalcium-karbonátot kalcium hidrogénkarbonáttá alakítja át a következő képlet szerint: CO2 + H2O = H2CO3, H2CO3 + CaCO3 = Ca2+ + 2HCO3-.
Minél több a vízben oldott széndioxid, annál nagyobb lesz a karsztkorrózió mértéke. Az agresszív szénsavas víz ugyanis addig képes a karbonátot oldani, amíg rendelkezik szabad széndioxiddal. A CO2 egy része a kalcium oldatban maradásáért felel, míg a maradék további kőzetoldásra képes, addig a pillanatig, amíg eléri az egyensúlyban lévő, telített állapotot. Ha két különböző CO2-koncentrációjú telített karsztvíz találkozik, akkor további oldás indul meg. Ezt nevezzük keveredési korróziónak.
A keveredési korrózióval magyarázható a mészkőhegységek belsejében, nagy mélységben lejátszódó karsztos oldási folyamatok jó része, hiszen ebben a környezetben nincsen lehetőség a CO2 utánpótlására, ezáltal a karsztvíz újbóli agresszívvá tételére.
Kúpkarszt Kínából + animáció
Bár a légköri CO2 vízben való oldhatósága a hőmérséklettel fordított arányban növekszik, a legnagyobb oldásos karsztformákat mégis a trópusokon találjuk. A széndioxidot a víz ugyanis elsősorban a talajtakarón keresztül átszivárogva abszorbálja, amelynek CO2-tartalma viszont elsősorban a talajélet intenzitásának függvénye, tehát alapvetően biogén szabályozottságú. A harmadik fajta korrózió a talajban lezajló illetve légköri biokémiai mállási folyamatok során keletkezett különböző mészagresszív vegyületek oldó hatását jelenti. Vizsgálatok szerint mértéke nagyságrenddel kisebb az alapvető karsztkorróziós folyamat, azaz a hidrogénkarbonátos oldás hatásának mértékétől.
A karsztbarlangok kialakulása és fajtái
A karsztos kőzetek belsejében futó járatokat abban az esetben nevezik barlangnak, amennyiben azok ember által járhatók. A szpeleológia (barlangtan) a karsztvíz-hidraulika törvényeit figyelembe véve barlang kritériumnak azt a járatkeresztmetszet méretet tekinti, ahol a karsztvíz már képes turbulensen áramlani. Ez nagyjából 5-15 mm-es átmérőt jelent, ami persze jóval kisebb a hagyományos fölfogású barlangmérettől.
A Föld leghosszabb karsztos barlangja az Egyesült Államokban található Mammoth Cave, hossza mintegy 530 km. A franciaországi Reseau Jean Bernard pedig 1535 m-es mélységével a legmélyebb barlang a világon. A barlangok a felszíni vizeket a mélybe levezető víznyelőkön kezdenek kialakulni. Ezeket nyelőbarlangnak nevezik. A kőzethasadékok mentén kis csatornákban, kavernákban áramló karsztvíz a felszínre karsztforrások formájában kerül. Az itt kialakuló üregek a forrásbarlangok. Valódi, nagyobb méretű járatok a nyelő- illetve forrásbarlang összekapcsolódásából alakulnak ki, ebben az esetben beszélünk átmenőbarlangról. A nagy aktív, patakos barlangokat elsősorban nem a karsztos kőzet oldása, hanem a nem karsztos térszínekről érkező vízfolyások eróziója alakítja ki.
A barlangi patakok kemény kvarc stb. hordalékuk által vésik, gyalulják a kőzetet, és az idők során egyre tágasabb járatokat alakítanak ki a mészkőhegy belsejében. A barlangformáló tevékenység egy időre megszűnhet, majd ismét fölújulhat. A karsztvíz nyugalmi szintje (a helyi erózióbázis) is változhat. A karsztvízszint megváltozása és a szakaszos karsztos aktivitás eredményeként jönnek létre az emeletes barlangok. A kőzethasadékokon a földkéreg mélyebb részeiről feltörő hévizek is szép barlangokat hoznak létre. Ilyenek például a budai termális vonal mentén kialakult Szemlő-hegyi, Pál-völgyi vagy Mátyás-hegyi barlangok. Ezek formakincse eltér az eróziós úton keletkezett hideg patakos karsztbarlangokéitól. Barlangok természetes úton nem csak karsztos tevékenység során jöhetnek létre. Például tengerpartokon a hullámmarás hatására abráziós-, a vulkáni lejtőkön a lefolyó láva kihűlő felszíne alatt lávabarlangok, a nagy gleccserek belsejében pedig jégbarlangok jöhetnek létre.
Barlangi karsztformák
A barlangok különleges, gyakran csodálatosan szép formakinccselrendelkeznek. A legjellegzetesebb barlangi képződmények a cseppkövek. A karsztkorrózió folyamata reverzibilis, és amikor a telített karsztvízből gravitációs, légköri vagy nyomásváltozás hatására valamennyi CO2 elillan, akkor az oldott mésztartalom egy része azonnal ki is csapódik. A mennyezetről lecsepegő vizek hozzák létre a csüngőcseppköveket (sztalaktitokat). Sztalagmitok, azaz állócseppkövek általában közvetlenül a sztalaktitok alatt álnak és növekednek fölfelé, amíg a két cseppkő összeér. Ilyenkor az így létrejött cseppkőoszlopok vastagodnak tovább. A cseppköveket a méretük és alakjuk alapján különböző nevekkel illetik. A barlangi patakból kiváló karbonátásványok mésztufagátakat vagy azok rendszerét alakíthatják ki.
A földalatti patak a felszíni szurdokokban is található szép eróziós formákat, örvényüstöket hozhat létre. A hévforrásbarlangok mennyezetein és falain előforduló gömbfülkék a feltörő hévíz oldásának eredményei. A barlangi patak vize sokszor mély és sötét föld alatti tavakban gyűlik össze. Ha a barlang fala a földalatti folyó vagy tó alá mélyül, akkor szifonok alakulnak ki, amelyen az átjutás nem éppen veszélytelen, hiszen nem tudhatjuk, hogy milyen távolságot kell a víz alatt úszva megtennünk, amíg ismét szabad levegőre érkezünk.
Az emeletes barlangok inaktív járatai csendes barlangok, hiszen a folyóvízi tevékenység itt már megszűnt. Az aktív patakos szintek viszont sok esetben igen hangosak lehetnek, abban az esetben ha a folyó a tereplépcsőkön átbukdácsolva vízeséseket hoz létre.
A barlangban való közlekedés sokszor lehet nehézkes. A járatok összeszűkülhetnek és sokszor csak kúszva lehet egyik helyről a másikra eljutni. A már említett szifonok mellett kőomlások is utunkat állhatják. A járatok néha olyan terepviszonyokat kínálnak, ami némi mászási tapasztalatot és barlangi felszerelést igényel. Nem is szólva arról, hogy mélyen a hegy belsejében tökéletes sötétség uralkodik.
Élőlények a barlangokban
A barlangoknak változatos, a speciális körülményekhez alkalmazkodó fajokból álló, különleges élővilága van. Gyakran találkozhatunk a sokszor betévedő, a vaksötétben is abszolút biztonságosan tájékozódó denevérekkel, de még akár nagyobb testű állatokkal is. A Baradlában például már a múlt század második felében fedeztek föl rókacsontvázakat, mégpedig a barlang szívében, a felszín alatt nagy mélységben, tökéletesen sötét és zajtalan környezetben, ahol a csöndet csak az időnként lehulló vízcsöppek kongása töri meg. Élő állattal végzett kísérletekkel aztán bizonyították, hogy a rókák kitűnően tájékozódnak a hegy mélye vaksötét birodalmának kacskaringós járataiban. Persze a denevérek és kiváltképp a rókák nem kimondottan barlangi élőlények, hiszen csak vendégeskedni járnak le a föld alá.
A barlangokban azonban olyan élőlények is megtalálhatók, amelyek egész életüket a föld alatt, a barlangok nem éppen napsütötte világában élik. Ezeket troglobiont élőlényeknek nevezik. Elsősorban baktériumok és különböző gombák, penészgombák, sugárgombák jellegzetesek, de a lámpák környékén már fotoszintetizálni képes algák jelennek meg. A világítótestek környékére települt moszat együttest sokan lámpaflórának nevezik.
Az állatok közül a férgek, ászkák, pincebogarak fordulnak elő.
Hazánkban a Baradla vizeiben él egy teljesen endemikus (azaz egyedül a világon itt előforduló) faj is. Ez a 2-3 cm hosszúra megnövő pokoli vakrák, amely nem csak a látását, hanem időérzékét is teljesen elveszítette. Időszakhoz vagy évszakokhoz nem kötődik, akkor szaporodik, amikor kedve van. Ezt persze meg is lehet érteni, a barlangi környezet nem éppen változatos, s a karsztvíz hőmérséklete is nagyjából egész évben állandó.
Az Aggteleki Cseppkőbarlang élővilágának tanulmányozására a barlangban 1958-ban kutatóállomást hozott létre Dudich Endre kiváló biológus, akadémikus. Az itteni munka során számos új fajt fedeztek föl.
