Reakcje chemiczne w zjawiskach krasowych

Termin "kras" posiada praindoeuropejski źródłosłów. Do XIX wieku nazywany był tak jedynie obszar położony pomiędzy Triestem a doliną rzeki Vipawy, obejmujący zbudowaną z wapieni i dolomitów część półwyspu Istria. Od tej nazwy własnej kras zyskał nowe znaczenie i wszedł do międzynarodowej terminologii geologicznej. Oznacza on procesy polegające na rozpuszczaniu niektórych skał przez wody opadowe. Tworzy się w ten sposób nowy świat rzeźby krasowej. 
Do skał rozpuszczalnych przez wody opadowe należą: wapienie, marmury, dolomity, gipsy i sole. W budowie skorupy ziemskiej dominującą rolę odgrywają skały węglanowe, dlatego też zjawiska krasowe najczęściej opisywane są właśnie na obszarach ich występowania.

Wapień jest skałą zbudowaną głównie z węglanu wapnia (CaCO3), zawierającą także niewielki procentowo udział innych domieszek, zazwyczaj nie ulegających rozpuszczaniu przez wodę (np. są to domieszki ilaste). Przeprowadzając podobne doświadczenie jak w przypadku soli, po wrzuceniu kawałka wapienia do wody stwierdzimy ze zdumieniem, że... nic się z nim nie dzieje! Jak to możliwe, przecież wszyscy wiedzą, że woda drąży skały? Tak, to prawda, lecz do słowa woda trzeba dodać jeszcze jedno - atmosferyczna, czyli deszczowa.

Prawie każdy z nas przeprowadzał kiedyś w szkole doświadczenie
polegające na rozpuszczaniu soli. Wystarczy tylko wrzucić do wody jej
kryształy, a już po chwili przechodzą one do roztworu, po czym krystalizują
ponownie podczas odparowania wody (w ciągu kilku dni!). A jak jest
z wapieniami? Przecież to w nich tworzą się najbardziej charakterystyczne formy krasowe.

ROZPUSZCZANIE DWUTLENKU WĘGLA W WODZIE:
H₂O + CO₂ -> H₂CO₃

ROZPUSZCZANIE SKAŁY WAPIENNEJ
CaCO₃ + H₂CO₃ -> Ca(HCO₃)₂

Warto pamiętać, że woda nasycona dwutlenkiem węgla przyspiesza 300-krotnie proces rozpuszczania skały, czyli jej krasowienie.

Kwaśny węglan wapnia stosunkowo łatwo rozpuszcza się w wodzie, przez którą jest rozprowadzany w postaci roztworu. Odpływając następnie w dalszą wędrówkę, podąża po powierzchni masywów wapiennych i wnika w głąb skały wszelkimi napotkanymi na swej drodze szczelinkami i spękaniami.
Jest to proces chemicznego wypłukiwania głównego budulca skał wapiennych, który nazywamy korozją.

Wapień trudno rozpuszcza się w wodzie destylowanej. Jego rozpuszczalność powiększa się wraz ze wzrostem zawartości rozpuszczonego w wodzie dwutlenku węgla (nawet kilkaset razy). Zawarty w wodzie deszczowej CO2 pochodzi z atmosfery. Jeżeli woda penetruje w głąb skał, przesączając się przez warstwy glebowe zawierające substancje humusowe, dodatkowo wzrasta w niej ilość CO2. Rozpuszczanie wapienia noszące nazwę korozji krasowej przebiega według następującej reakcji chemicznej:


CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Formy krasowe powstają i rozwijają się najpełniej w skałach rozpuszczalnych, jeśli są one silnie spękane, uszczelinione, posiadają dostateczną miąższość i zawierają mało części ilastych. W takich warunkach rozwijają się wyłącznie formy krasowe, a rzeźba nosi nazwę krasu pełnego bądź też krasu całkowitego. W skałach rozpuszczalnych, ale zawierających dużo części ilastych, oraz w skałach o małej miąższości powstają obok klasycznych form krasowych także formy związane z erozyjną działalnością wód powierzchniowych. Ta rzeźba mieszana nosi nazwę półkrasu albo krasu niepełnego. Na rozwój zjawisk krasowych wpływa obok jakości skały także wysokość i ukształtowanie terenu. Zjawiska krasowe rozwijają się szczególnie intensywnie na obszarach wysoko położonych, w obrębie których wody podziemne mają możliwość długotrwałego krążenia, oraz na obszarach płaskich i o niewielkim nachyleniu, gdzie znaczne ilości wód opadowych wsiąkają szczelinami w głąb. Wypełnienie szczelin stagnującą wodą oraz powodujące szybki spływ powierzchniowy duże nachylenie stoku (np. w wysokich górach) nie sprzyjają rozwojowi zjawisk krasowych. Intensywność krasowienia skał wapiennych zależy zatem w głównej mierze od ilości wody i stopnia zawartości w niej rozpuszczonego CO2, czasu stykania się wody ze skałą oraz szybkości jej krążenia w szczelinach skalnych.


Formy krasowe powstają i rozwijają się zawsze w skałach rozpuszczalnych, krasowiejących, ale zaznaczają się albo na powierzchni tych skał (kras normalny), albo też są one reprodukowane w pokrywie skał niekrasowiejących (piaski, gliny, utwory zwietrzelinowe, lessy), spoczywając na utworach podlegających krasowieniu (kras zakryty). Mówimy wtedy o formach krasowych reprodukowanych. Formy krasowe, które powstały w dawnych okresach geologicznych, a zostały wypełnione i w ten sposób zakonserwowane pod pokrywą skał młodszych, nieprzepuszczalnych, noszą nazwę kopalnych form krasowych (kras kopalny). Cechą charakterystyczną obszarów krasowych jest prawie całkowity brak wód na powierzchni terenu i jej obfitość pod ziemią, ponieważ cały opad atmosferyczny dostaje się szczelinami w głąb ziemi. Sieć dolin jest bardzo słabo rozwinięta, występuje bardzo duża liczba form wklęsłych, niemających odpływu powierzchniowego.

Oprócz CaCO₃ na skałach mogą się wytrącać inne związki, np. żelaza, barwiące nacieki na kolor czerwony. W małych jeziorkach w dnach jaskiń często widoczne są kuleczki zbudowane z kalcytu - perły jaskiniowe (pizoidy). Wokół źródeł często powstaje martwica wapienna - woda wypływająca na powierzchnię wytrąca na roślinach węglan wapnia. Czasem tworzą się efektowne terasy i kaskady trawertynowe - płytkie zbiorniki wodne pooddzielane wapiennymi progami. Takie formy występują m.in. w Turcji