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。琉球列島の石灰岩からなる島々の潮間帯に湧くもの。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。1年を通じて常時湧いている。雨の多い季節に定常的に湧くもの。秋吉台の釣水や景清洞の地下川(三角田川)など。激しい降雨の後だけに湧くもの。降雨とは関係なく、時間をおいて周期的に湧くもの。岡山県阿哲台の潮滝など。地下水の賦存型からみると次のように大別される。短期的には降水の影響がみられず、水温や水質、流量等が安定している。秋吉台の温水の池、福岡県糸田町の泌泉など。稀には温泉水や汽水(沖縄県本部町の塩川[10])が湧くものもある。地表の川と同じような特徴がみられる。秋吉台の秋芳洞や帰水、平尾台の不動洞など。石灰岩地に接して非石灰岩のつくる山地が広がっている場合などにみられる。千仏鍾乳洞や青龍窟の地下川など。カルスト台地上に湧くごく小規模のもの。秋吉台の姫山の水や女郎ヶ池など。サービスの空中写真を基に作成)特異なカルスト地形として、地質時代に形成された沿岸域のカルストが気候変動等による海水準の上昇によって海面下に没した沈水カルストがある。カリブ海沿岸のもの(ドリーネの沈水地形であるブルーホールや海中鍾乳洞など)が有名で、その奇観が洞窟潜水による探検記録としてよくメディアによって紹介されている。日本では沖縄海域沿岸部で海中鍾乳洞が幾つか発見されている。菅浩伸教授らのグループが2014年に3次元海底地形図を完成させている[11]。小笠原諸島南島の沈水カルスト地形は、天然記念物に指定されている[4]。石膏岩は石灰岩と違って二酸化炭素を必要とせずに水に溶解する(溶解度は0.2g/100cc程度)。そのため石灰岩地と同じように地下水系が発達し、洞窟やドリーネなど、カルスト地形が形成される。Cave(総延長230km/2005時点)は、中新世に堆積した厚さ約20mの石膏層中に、約2km四方にわたって広がる迷宮状の洞窟をつくっている。後述する石灰岩の溶食過程と違い、石膏カルストの溶食は次のように表される。過去に生じ、現在はそのカルスト化作用が停止しているカルスト地形をいう。降水がほとんどない砂漠気候下にあるカルスト地形は過去の湿潤な気候の元で発達した化石カルストである。過去に生じたカルスト地形がより新しい時代の地層に被覆され、保存されているものも化石カルストである。後者の例としては、中新世の海成層(備北層群)によって被覆され、後に同層が削剥されたという地史をもつ吉備高原[12]にある帝釈台や阿哲台は化石カルストの性格を併せもつものともいえるが、詳細はよく分かっていない。鍾乳洞の多くは、地下川による活発な洞窟形成作用が働いているものを除けば、その多くは化石カルストといえる。炭酸塩岩類(石灰岩、白雲岩など)や蒸発岩類(石膏岩、岩塩など)以外の非溶解性の岩石等にもカルスト地形に似た凹地や洞穴、溶食性の微地形が見られることがあって、地下水系が発達することがある。これらを偽カルスト(擬似カルストとも)という。次のような岩石や土壌等の地帯に見られ、寒冷カルスト、氷河カルスト、レスカルスト、蛇紋岩カルストなどの語がある。鍾乳洞(シュコツィアン洞窟群)カルストの地下地形が発達していく過程には、大きく3つの過程がある。第一の過程は、石灰岩の割れ目に沿って流れる地下水の作用で溶食が進み、洞窟空間ができていくものである(石灰洞の形成)。第二の過程は、地下水中に溶けた石灰分が洞窟内において晶出し、石灰分からなる特異な沈殿物(広義の鍾乳石)が生じ、洞窟が装飾されていく過程である(鍾乳洞の形成)。H2Oに溶けた二酸化炭素CO2から炭酸H2CO3が生じ、炭酸と石灰岩の主成分である炭酸カルシウムCaCO3との化学反応によって溶食が進むものである。土壌中を浸透した地下水には多量の二酸化炭素が土壌空気からとけ込んでいる(大気から雨水に溶け込む量の数倍から百倍程度)。最初は微小な割れ目に沿って石灰岩が溶食されていくが、やがて水みちは大きくなり、いずれかの流れやすい流路を選んで水が流れるようになる。して流量が増えてくると、砂礫や砂などが流れ込むようになり、溶食以外に水流による侵食(磨食)も加わって洞窟と呼ばれるような大きな空間が形成される。空間がある程度大きくなると天井や壁面の崩落・崩壊が起こることがあり、空洞が一時的に埋まるが、地下川がある場合には局所的に流速が早くなり、溶食作用が強く働くようになって洞窟の拡大がより進行する。この溶食過程を化学反応式で示すと次のようになる。Ca(HCO3)2反応の結果生じる炭酸水素カルシウムCa(HCO3)2はカルシウムイオンと炭酸水素イオンに分離した形でのみ存在し(つまり水に溶けている状態、その結果流れ去って溶食が起こる)、次のように記される。2HCO3-稀には火山性温/熱水中の硫酸H2SO4、あるいは石油鉱床等からくる地下水中の硫化水素H2Sの酸化によって生じる硫酸による溶食が働くことがあり、その化学反応式は次のように表される。)に分けられるが、実際には各タイプの洞窟が時間的、空間的に組み合わさり、他の地質的な要因(石灰岩の岩質、非石灰岩の挟在・重なり・接触、割れ目系などの地質構造)も加わって複雑に発達していることが多い。このような地質的な要因は地表地形の溶食型にも大きく影響する。雨水が直接に石灰岩体内に流れ込む場所として、ドリーネがある。ドリーネ底には大小さまざまの縦穴や斜めに落ち込んだ洞窟がある。多くの場合は泥や岩礫などで埋まっていて直接見ることができない。石灰岩以外の山地から流れてきた水流(他生谷)が石灰岩の地帯に入ったところにも、同じように洞窟が開口していることが多い(川の水が自然と石灰岩の河床の割れ目に浸透して涸れ谷となり、洞窟が見られないことも多い)。谷尻の洞窟へ流れ込んだ水は下方に地下水面まで流れ落ちていく(地下水面が浅くある所では、水は横穴を穿って流れ込んでいく)。hole【嚥穴】)と呼ぶ。起伏量の大きいカルスト地帯で、地下水面が深く、流量が十分にあると、ポノールは深い縦穴をつくる(代表例:新潟県の白蓮洞)。地下水面に達した水は横方向へ流れ、次第に合流して主流へと成長し(地下水面の等高線的形状から地下水谷という)、最後には石灰岩体の下流部、山麓に開口した洞窟あるいは湧泉から再び地上へ流れ出る。地下水面に沿って溶食が進み、横断形が扁平な洞窟ができる。流量も多くなり、大型の横穴洞窟をつくることが多い。山口県の秋芳洞や景清穴)。地下水面帯よりも深層の地下水はふつう流れがほとんどないため、洞窟形成作用は大きくない。水理的条件がととのうと、割れ目に沿って被圧性の地下水の流れが生じることがある。混合溶食と呼ぶ炭酸による特殊な溶食作用も働く。飽和水帯(飽和帯とも)起源の洞窟は溶食作用が上下左右いずれの方向にも働いたことを示す円形や楕円形などの断面形を示し、時には地下水流が重力に逆らって上方へ向かって流れたことを示す流痕のある縦穴や斜洞が見られる。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。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。)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。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。まれに同じ化学組成で、結晶構造が異なる霰石からなるものも見られる。これらが洞窟内に特異な風景をつくっている。中には光を当てるときらきら光り美しいものがあるが、細かい方解石の結晶面が暗い洞窟内で照射光を反射するためである。主な種類には次のようなものがある。天井から垂れ下がるもの(つらら石とも言う)。広義には洞窟生成物の意。床面から上に向かって生えるもの。鍾乳石と石筍が繋がった柱状のもの(石灰柱[20]、石灰華柱[3]、石灰石柱[3][21]、石灰岩柱[22]とも)。注)石灰石柱や石灰岩柱には洞窟母岩の石灰岩が残柱状に溶け残ったもの(柱石[23])を、また石灰岩柱には地表に露出するピナクルを指す用法もあり、統一されていない。畦石、輪縁(辺)石とも。緩い傾斜面に生じた棚田のような形のもの(秋芳洞の百枚皿が有名)。畦石群からできた全体の微地形を石灰華段(石灰華段丘とも)と呼ぶ。壁面を被って流れた形のもの(よくクラゲの滝登りとか、石の滝というような名称が付けられている)。「流れ石」という直訳がしばしば用いられるが、イメージとしてそぐわず、適当でない。唐門(帝釈峡)地表の侵食(溶食)が進んで洞窟の天井をなす岩層が薄くなったり、空洞が極度に大きく成長した場合などには、洞窟は崩壊を始める。地下水面下で発達中の地下川洞窟系が、何らかの原因(地下水の汲み上げや鉱山開発による排水など)による地下水位の急激な低下によって浮力による支持を失い、大きく陥没することがある。地下川系をなす空洞の天井の一部が崩落し、陥没ドリーネが生じると、地上から底を流れる地下水が見えることがある。水蓮洞や田皆暗川、ユカタン半島のセノーテなど)。山口県秋芳洞の千畳敷)。洞窟系全体にわたって崩壊が進んだり、盲谷とポケット谷の連結に際して、一部が橋のように残ることがある。羅生門など)が、天然橋は石灰岩地以外にも海食作用や風食作用によって多く生じている。