カルスト地形
カルストの山地は雨水が地下に浸透するため、一般に水に乏しく、例外的なものを除いては湧泉は見られない。しかし山麓や沖積地などには石灰岩体に貯留した地下水が流れ出たり、湧き上がったりするところが多く、これらを総称してカルスト泉と呼ぶ。
湧出地の様子からみると次のようなものがある。 洞窟から地下川が流れ出るもの: 秋吉台の秋芳洞、滋賀県河内風穴など。 洞窟をともなわず石灰岩の岩間から流れ出るもの: 秋吉台の帰水、広島県帝釈峡の養鱒場の湧泉など。 沖積地において湧き上がり、池や川をなすもの: 秋吉台の温水(ぬくみず)の池、福岡県糸田町の泌泉(たぎり)、同平尾台の大清水(おしょうず)、大分県佐伯市井上の番匠川など。 水文地質学的には上記3つの型の湧泉は、その場所が石灰岩と非石灰岩との岩層境界(不整合、断層、重なり関係など)に位置するか、全くの石灰岩体中に位置するかによって細分される。 海岸線において海水に堰き止められる形で湧くもの: 琉球列島の石灰岩からなる島々の潮間帯に湧くもの。 海底に沈んだ鍾乳洞から湧くもの: 地中海沿岸の海底泉など、氷期の海面低下時に形成された洞窟に起源をもつ。
地下水の湧き型からみると次のように分類される。 周年性のもの: 1年を通じて常時湧いている。
石灰分の晶出は、外気と洞内気の温度差によって人が通過できないような割れ目や穴をも流れる気流(煙突効果)のために、洞内気の組成は外気とほとんど変わらないという理由で起こる。つまり洞内気の二酸化炭素は外気(0.04%)とそう変わらない(せいぜい数倍)ために、土壌空気に由来する多量の二酸化炭素によって多量の石灰分を溶かしている地下水が洞窟内に滲出すると、二酸化炭素は水中から洞内気の方へ逃げていく(ビールから二酸化炭素が逃げるように)。すると溶存していた石灰分は二酸化炭素が逃げた分だけ水に溶けていることができなくなり、沈殿を始める。こうして鍾乳石(洞窟生成物、二次生成物、石灰生成物、洞窟装飾物)ができ、洞窟内が装飾されていく。
この沈殿過程を化学反応式で示すと、上述の式とは逆に次のように記される。
Ca(HCO3)2→ CaCO3 + CO2 + H2O あるいは Ca + 2HCO3→ CaCO3 + CO2 + H2O
鍾乳石はできる場所や水量、不純物の量などによって様々に形や色、大きさを変えるので、色々の形態名があるが、成分は炭酸カルシウム(鉱物名は方解石、岩石名は結晶質石灰岩)である。