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Die Erdmannshöhle in Hasel ist eine 2185m lange
Tropfsteinhöhle und liegt im Naturpark
Südschwarzwald im Dinkelberg. Die Erdmannshöhle wird von Gestein aus
Sedimenten, die sich bereits im Trias vor ca. 200 - 240 Mio Jahren im
Muschelkalkmeer ablagerten, umgeben.
Im Tertiär, vor ca. 60 Mio Jahren, begann die Anhebungen der aus den
Sedimenten entstandenen Gesteinsschichten, die zur Bildung des
Schwarzwaldes, der Vogesen und - zwischen diesen beiden heute sichtbaren
Gebirgen durch Absenkungen - des Rheintals führten. Viele weitere Risse
im Gestein des Schwarzwaldes, die zunächst nicht wie beim Rheingraben
großflächige Absenkungen verursachten, entstanden. Die allermeisten blieben und
bleiben durch uns Menschen unentdeckt und für uns völlig unbedeutend. Sickert
jedoch Wasser mit viel gelöstem Kohlenstoffdioxid in die Risse ein, kann dies
mit der Zeit ebenfalls gut sichtbare Folgen haben:
Höhlenentstehung
Das von Lebewesen im Erdboden
abgegebene Gas Kohlenstoffdioxid bildet mit Sickerwasser Kohlensäure. Wässrige
Kohlensäurelösung kann Kalkgestein auflösen. Versickert die entstandene
Gesteinslösung weiter, und wird damit das gelöste Gestein wegtransportiert,
entstehen Hohlräume und ggf. richtige Höhlen. Wenn nun also das Kalkgestein
ausgespült wird, wie entstehen dann Tropfsteine in Tropfsteinhöhlen?
Tropfsteinwachstum
 Tropfsteine
bestehen aus mineralischen Ablagerungen (Sinter). In den Tropfsteinhöhlen des
Schwarzwalds bestehen diese v. a. aus Kalkgestein (Kalksinter).
Tropfsteine
wachsen in Höhlen nur unter den richtigen Bedingungen:
- hoher Kalkgehalt in der Kalkgesteinlösung, d. h. möglichst eine
gesättigte Kalkgesteinlösung
- langsame Fließgeschwindigkeit und ein geringes Flussvolumen dieser
Lösung
- Kohlenstoffdioxidgehalt und Temperatur der Lösung wie auch im Höhlenraum
Mit Hilfe von Vergleichen zu Alltagsvorgängen wird nun das Zusammenspiel
dieser Faktoren und deren Einfluss auf das Wachstum der Tropfsteine
beschrieben.
Von oben muss
eine möglichst gesättigte Kalkgesteinlösung in den Höhlenraum eindringen
und mit der richtigen Geschwindigkeit heruntertropfen oder herunter
fließen. Beim Einfließen, bzw. innerhalb der Höhle, müssen sich die
Bedingungen für diese Lösung so ändern, dass das oberhalb der Höhle mit Hilfe der Kohlensäure chemisch aufgelöste
Kalkgestein nun wieder als Kalksinter aus der Lösung ausfällt.
Der wichtigste Faktor für die
Tropfsteinentstehung aus Kalksinter ist der
Kohlenstoffdioxidgehalt direkt neben der Kalkgesteinlösung. Ist dieser
im Hohl- bzw. Höhlenraum geringer als zuvor, erfolgt nun an der Oberfläche der
Kalkgesteinlösung die Abgabe von Kohlenstoffdioxid. Diesen Vorgang der
Kohlenstoffdioxidabgabe aus einer Kalkgesteinslösung entspricht dem bei einer
offen stehen gelassen Flasche Sprudel: Die Kohlensäure zerfällt in der Lösung zu
Wasser und Kohlenstoffdioxid. Das Kohlenstoffdioxid entweicht in den Hohlraum
über der Flüssigkeit und über die Flaschenöffnung in die Luft. In einer
Tropfsteinhöhle entweicht es zunächst in den Höhlenraum und schließlich durch
eine Höhlenöffnung, oder Risse im Gestein, in die Luft. Im Sprudel entsteht
allerdings deshalb kein Kalksinter, weil Sprudel keine gesättigte
Kalkgesteinlösung ist. In der Kalkgesteinlösung in der Tropfsteinhöhle fehlt nun
aber die Kohlensäure, die oberhalb der Höhle Kalkgestein aufgelöst hat: Dieses
Kalkgestein fällt aus der nun übersättigten Lösung wieder aus und bildet den
Tropfstein.
Ein im Haushalt bekannter, aber in
der Tropfsteinhöhle nur zu einem geringen Anteil an der Tropfsteinbildung
beteiligter Vorgang, ist die Entstehung von Kalksinter durch das Verdunsten des
Wassers aus der Kalkgesteinslösung. In der Küche oder im Bad ist die relative
Luftfeuchtigkeit sehr selten 100%. Daher verdunstet das Wasser aus Wassertropfen
und die darin gelösten Mineralsalze fallen aus. Sie bilden die im Haushalt
unbeliebten Kalkflecken.
Kann Wasser aus einer Lösung verdunsten, kühlt
die Lösung ab (Verdunstungskälte). Die Abkühlung der Lösung verringert die
Löslichkeit der Mineralsalze im Lösemittel
Wasser, z. B. für Kalkstein. Zusätzlich verringert sich der Anteil an Lösemittel Wasser für
Mineralsalze wie Kalk. Dadurch fällt mehr
Mineralsalz wie Kalksinter aus. In einer Tropfsteinhöhle liegt
allerdings eine Luftfeuchtigkeit von nahezu 100% vor. Daher ist die
Verdunstungsrate von Wasser sehr gering und dieser Vorgang spielt
deshalb für die Tropfsteinentstehung in der Regel nur eine
untergeordnete Rolle.
Wachstumsgeschwindigkeit
von Tropfsteinen
Die
Wachstumsgeschwindigkeit der Tropfsteine ist von den gleichen Faktoren
abhängig und kann daher über die Jahrhunderte oder Jahrtausende stark
unterschiedliche sein. Selbst innerhalb einer Tropfsteinhöhle können
sehr nahe beieinander liegende Tropfsteine mit stark unterschiedlichen
Zuwachsraten wachsen, wenn beispielsweise die Fließgeschwindigkeit der
Kalkgesteinlösung unterschiedlich ist. Verallgemeinert kann jedoch
aufgrund von Messungen ein durchschnittlicher
Wachstumswert von 8 - 15mm pro Jahr errechnet werden.
Tropfsteinformen
Ob ein Tropfstein
von oben nach unten oder von unten nach oben wächst, und damit ein
Stalaktit bzw. ein Stalagmit entsteht, hängt, wie oben erklärt, von der
Sättigung einer Kalkgesteinslösung, deren Fließ bzw.
Tropfgeschwindigkeit und dem Gasaustausch der Höhle ab. Wachsen ein
Stalaktit und ein Stalagmit zusammen, dann spricht man von einem Stalagnat.
Noch nicht abschließend wissenschaftlich erforscht ist das Wachsen von
Excentrique: Diese von der Decke seitlich an die Wand gewachsenen häufig
unregelmäßig verdrehten Tropfsteinen scheinen sich der Schwerkraft zu
widersetzten. Erklärungsversuche sind Luftströmungen innerhalb einer Höhle.
Entdeckung von Tropfsteinhöhlen
Liegt im Schwarzwald wie im Dinkelberg Kalkgestein vor, werden viele Höhlen
gebildet. Die meisten Tropfsteinhöhlen werden von Menschen
sowieso nicht entdeckt. Manche stürzen aber während eines Erdfalls ganz
oder teilweise ein. Diese dann an der Erdoberfläche als richtige Löcher
sichtbaren Zeugnisse der zuvor genannten Vorgänge, können bei und nach
ihrer Entstehung durchaus Menschenleben in verschiedener Weise
betreffen. Dadurch freigelegte Höhleneingänge weckten und wecken
natürlich sofort die Neugier von Menschen. Häufig bilden sich daraus "Erdfalldolinen".
Geologen machen sich aber auch an die Arbeit, um kaum erkennbaren
Absenkungen auf den Grund zu gehen. Die Frage, ob eine richtige Doline
oder ein Erdfall vorliegt, kann häufig nur mit einer genaueren
Untersuchung geklärt werden. Dadurch wurden nicht nur
im Schwarzwald, sondern auch an anderen Orten, viele Höhlen entdeckt.
Fazit
Genau genommen ermöglichte erst die Hebung im Erdmantel, und die damit
verbundene Fließmöglichkeit des Wassers bzw. der Lösungen von diesem
Wasser mit
Mineralsalzen, die Entstehung zunächst des Schwarzwaldes bzw.
anschließend auch seiner Höhlen.
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