Höhlenbildung / Tropfsteinbildung
Einführung...
Definition:
"Unter dem allgemeinen Begriff "Höhle" versteht man einen von Menschen befahrbaren und durch Naturvorgänge gebildeten Hohlraum, der ganz oder teilweise von festen Gestein umgeben ist."
Man unterscheidet Primär- und Sekundärhöhlen:
Primärhöhlen sind solche, deren Entstehung mit der Gesteinsbildung im Zusammenhang steht. Sie entstanden als auch das umgebene Gestein zur Ausbildung kam (Bsp. Lavahöhlen).
Sekundärhöhlen sind solche, die sich im bereits vorhandenen Muttergestein gebildet haben (Bsp. Karsthöhlen).
Die Bildung von Karsthöhlen...
Regenwasser nimmt einmal Kohlendioxid aus der Luft auf und zum anderen beim Versickern durch den Boden. Beim Durchsickern der Bodenzone nimmt das Sickerwasser bis zu 300 mal mehr Kohlendioxid auf als aus der Luft. Die so entstehende Kohlensäure ist dann in der Lage im Untergrund Kalk zu lösen. Pro Liter können bis zu 250 mg Kalk pro Liter Sickerwasser gelöst werden.
Kalkstein ist Wasser undurchlässig, das bedeutet, dass die Höhlenbildung an Klüften und Schichtfugen im Gestein gebunden ist, durch die das Wasser sickern kann. Beim Durchsickern einer Kluft wird Kalk gelöst. Je tiefer das Wasser sickert, desto höher wird dessen Kalkkonzentration. Dieser Vorgang vollzieht sich bis zur Sättigung des Sickerwassers mit Kalk. Die Folge wäre nun, dass sich eigentlich keine Höhlen mehr ausbilden könnten.
Hier setzt die sog. Mischungskorrosion an. Oft treffen zwei Klüfte aufeinander. Das Sickerwasser in diesen Klüften besitzt verschiedene Kohlendioxidkonzentrationen. Beim Zusammentreffen beider Sickerwässer kommt es zu einem Kohlendioxidüberschuss in dem nun vermischten Sickerwasser. Es ist wieder in der Lage Kalk zu lösen!
Trifft dieses Wasser auf eine undurchlässige Ton- oder Mergelschicht, so kann es auf dieser Schicht nahezu waagerecht weiterfließen bis es irgendwo an einem Talhang als Quelle austritt. Unlösliche Rückstände des Kalksteins werden als der typische braune Höhlenlehm abgelagert.
Natürlich ist die Korrosion nicht der einzige "Verursacher" von Hohlräumen. Es spielen unter anderem, wenn auch nur untergeordnet die Erosion, d.h. die mechanische Auswaschung (z.B. Kolke) und die Inkasion, d.h. Versturz von z.B. Höhlendecken, eine Rolle bei der Raumgestaltung einer Höhle.
Chemie:
1) Säurebildung: CO2 + H2O --> H2CO3 --> H+ + HCO3-
2a) Kalklösung : H+ + HCO3- + CaCO3 --> Ca++ + 2HCO3-
2b) Dolomitlösung: 2H+ + 2HCO3- + MgCa(CO3)2 --> Mg++ + Ca++ + 4HCO3-
Tropfsteinbildung
Bei der Tropfsteinbildung kommt es zu einer chemischen Umkehrung der Kalklösung, also zu einer Kalkausscheidung. Dies geschieht, wenn kalkhaltiges Wasser Sickerwasser in einem Hohlraum wieder an Luft gelangt. Diese Höhlenluft enthält weniger Kohlendioxid als das Sickerwasser. In folge eines Konzentrationsausgleiches kommt es zur Ausscheidung von Kalk in meist kristalliner Form, der als Sinter bezeichnet wird und langsam zu Deckenzapfen sog. Stalaktiten heranwächst. Das abtropfende Wasser verliert aber nur einem Teil seines Kalkgehaltes. Beim Auftropfen auf den Höhlenboden verspritzt der Wassertropfen, wobei es zu einer plötzlichen Oberflächenvergrößerung kommt und somit zu einer weiteren Kalkausscheidung. Es entstehen durch diesen Vorgang Bodentropfsteine sog. Stalagmiten. Beim Zusammenwachsen von Stalaktiten und Stalagmiten entstehen sog. Tropfsteinsäulen.
Das Höhenwachstum eines Stalagmiten beträgt ca. 0,5 - 1 mm pro Jahr. Wobei das Wachstum von mehreren Faktoren abhängig ist, wie z.B. von der Tropfrate und der Kalkkonzentration des Sickerwassers.
Eine Besonderheit stellen die sog. Deckenkolke dar. Sie sind Auslaugungen in der Höhlendecke. Sie entstehen wie folgt: Trifft Kohlendioxid angereichertes Regenwasser auf eine Stelle ohne Bodenbedeckung und versickert in einer Kluft, so besitzt es eine geringere Kohlendioxidkonzentration als die Höhlenluft und gibt somit keinen Kalk ab, sondern nimmt Kalk an der Höhlendecke auf. Aufgrund der fehlenden Bodenbedeckung im Hochgebirge, gibt es in Hochgebirgshöhlen kaum Sinterbildungen (z.B. Tropfsteine).
Die unterschiedlichen Färbungen von Sinterbildungen werden von Oxidbeimengungen verursacht. Ist im Sickerwasser Eisenoxid gelöst entstehen gelbe, gelbbraune oder braune Sinterbildungen. Manganoxid ist für blutrote oder Kaminrote Färbungen verantwortlich.
Im übrigen glänzen Tropfsteine nur weil sie nass sind!