Schauhöhle

Die Iberger Tropfsteinhöhle im Harz ist eine der bekanntesten Schauhöhlen Deutschlands und ein beeindruckendes Naturwunder.

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Inkasionhöhlen entstehen überwiegend durch den Einsturz des Daches bestehender Hohlräume. Dieser Prozess schafft zwar selten völlig neue Höhlen, kann jedoch bestehende Höhlen erheblich verändern. Synonyme für Inkasion sind Deckenbruch, Blocksturz, Verbruch, Versturz, Einsturz, Höhlenverfall oder Raumverfall.

Unter Inkasion versteht man alle Vorgänge, bei denen sich eine Höhle durch den Verbruch von Gesteinsmaterial bildet oder verändert. Typischerweise fällt Material von der Decke in die Höhle und bildet Versturzhalden am Boden. In aktiven Höhlen, zum Beispiel Flusshöhlen, wird der Einsturz meist sofort vom fließenden Wasser abtransportiert. In fossilen Höhlen kann Inkasion so lange fortschreiten, bis die ursprüngliche Höhle vollständig verfüllt ist. Die dabei entstehenden Hohlräume befinden sich oft oberhalb der ursprünglichen Höhle und weisen einen völlig neuen Aufbau auf.

Inkasion ist nicht auf lösliche Gesteine oder Karsthöhlen beschränkt, sondern kann in allen Hohlräumen auftreten, ob natürlich oder künstlich. Sie ist daher ein bedeutender Faktor bei der Höhlenbildung und in einigen Fällen sogar der einzige Mechanismus zur Entstehung einer begehbaren Höhle. Ein Beispiel hierfür sind Höhlengänge in alten Bergbaugebieten: Einstige Stollen, die inzwischen vollständig verfüllt sind, bilden durch Inkasion neue Hohlräume oberhalb des ursprünglichen Stollens. Ob solche künstlich initiierten Höhlen als „natürlich“ bezeichnet werden können, ist allerdings umstritten, da ihre Entstehung ohne menschlichen Eingriff nicht erfolgt wäre.

Inkasionhöhlen zeigen deutlich, wie dynamisch Höhlenstrukturen sein können und wie Einsturzprozesse das Höhlenbild über lange Zeiträume hinweg formen oder neu strukturieren.

Karbonatgesteine bestehen überwiegend aus CO₃-Verbindungen. Zu den typischen Vertretern zählen Kalkstein (CaCO₃), Marmor (CaCO₃) sowie Dolomit ((Ca,Mg)CO₃). Obwohl Karbonate chemisch als Salze gelten, lösen sie sich in reinem Wasser nicht auf. Kalziumkarbonat kann zudem in verschiedenen Kristallformen auftreten, die als Kalzit oder Aragonit bekannt sind.

Reiner Kalkstein ist grundsätzlich wasserundurchlässig, sodass Erosion nur an der Gesteinsoberfläche stattfinden kann. Da Kalkstein meist ein Sedimentgestein ist, weist er charakteristische Schichtungen und Schichtfugen auf. Diese sind das Ergebnis seiner submarinen Ablagerung sowie der anschließenden Diagenese, bei der unter erhöhtem Druck und steigender Temperatur aus Sedimentschlamm festes Gestein entsteht. Damit ein Kalkstein heute im Bereich der Verwitterung liegt, muss er im geologischen Verlauf sowohl abgesenkt als auch wieder angehoben worden sein. Während dieser tektonischen Prozesse entstehen Risse und Klüfte, die das Gestein aufbrechen und für Wasser durchlässig machen.

Dass Karbonatgesteine trotz ihrer Unlösbarkeit in reinem Wasser als löslich gelten, liegt an der Kohlensäureverwitterung. Entscheidend ist hierbei das Vorhandensein von Säure im Wasser, meist Kohlensäure, die durch das Lösen von Kohlendioxid (CO₂) entsteht:

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

In der Atmosphäre liegt CO₂ durchschnittlich bei etwa 0,035 %, während es im Boden durch biologische Zersetzung und Wurzelatmung auf rund 10 % ansteigen kann. Dieses Kohlendioxid geht in das Niederschlagswasser über, bis ein Gleichgewicht zwischen dem CO₂-Gehalt von Bodenluft und Wasser besteht.

Die entstandene Kohlensäure kann Kalk lösen. Dabei hängt die Menge des lösbaren Kalks vom Kohlensäuregehalt ab – jedoch nicht proportional, sondern in einer komplexen Beziehung. Die zugrunde liegende Reaktion verläuft als Gleichgewicht:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O ↔ Ca(HCO₃)₂

Je mehr CO₂ vorhanden ist, desto mehr Kalk kann gelöst werden. Sinkt jedoch der Kohlendioxidgehalt – wie es in gut belüfteten Höhlenräumen häufig der Fall ist – verschiebt sich das Gleichgewicht. Der gelöste Kalk fällt wieder aus, und es entstehen Tropfsteine wie Stalaktiten, Stalagmiten und Sinterformen.

Entstehung von Karsthöhlen

Die Bildung von Karsthöhlen ist ein komplexer geologischer Prozess, der bis heute intensiv erforscht wird. Einige grundlegende Prinzipien sind jedoch gut verstanden: Entscheidend ist die Löslichkeit von Kalkstein in Wasser, das mit Kohlendioxid (CO₂) gesättigt ist.

1. Rolle von Kohlendioxid

Im Gegensatz zu Gips oder Salz ist Wasser allein nicht in der Lage, Kalkstein zu lösen. Die Schlüsselhilfe liefert CO₂, das in Wasser die Bildung einer schwachen Kohlensäure ermöglicht. Kohlendioxid ist ein weit verbreitetes Gas, bekannt aus Mineralwasser, Limonade oder Bier, wo es für Sprudel sorgt. Natürliches Wasser enthält ebenfalls CO₂, allerdings in geringeren Mengen.

Wenn Regenwasser auf die Erdoberfläche trifft, absorbiert es zunächst etwas CO₂ aus der Atmosphäre (etwa 0,03 % Anteil). Durch das Versickern in den Boden nimmt es zusätzlich biologisch erzeugtes CO₂ auf, das von Mikroorganismen, Pflanzenwurzeln und der Zersetzung organischer Stoffe stammt.

2. Chemische Reaktion

Im Wasser reagiert CO₂ zu Kohlensäure:

CO2+H2O↔H2CO3↔H++HCO3−CO2​+H2​O↔H2​CO3​↔H++HCO3−​

Diese schwache Säure greift den Kalkstein an:

CaCO3+H2CO3↔Ca2++2HCO3−CaCO3​+H2​CO3​↔Ca2++2HCO3−​

Das Wasser löst dabei den Kalkstein an der Grenze zwischen Boden und Gestein. Risse und Schichtfugen, die häufig durch tektonische Kräfte entstanden sind, ermöglichen es dem Wasser, in das Gestein einzudringen und die Hohlräume langsam zu erweitern.

3. Langsamer Prozess

Die Menge an CO₂ im Wasser ist relativ gering, daher erfolgt die Kalksteinlösung nur langsam. Es dauert oft mehrere zehntausend Jahre oder länger, bis sich eine Höhle entwickelt.

Im Alltag bemerken Menschen die kalkhaltigen Mineralstoffe im Wasser als hartes Wasser. Beim Erwärmen des Wassers, beispielsweise beim Kochen oder in der Waschmaschine, entweicht CO₂, und der Kalk fällt wieder aus. Ein ähnlicher Prozess führt in Höhlen zur Bildung von Speläothemen, wie Tropfsteinen, Stalaktiten und Stalagmiten.

Ein Keulenstalaktit ist eine besondere Form von Stalaktit, bei der das untere Ende durch Überflutung mit Wasser verdickt wird, typischerweise durch die Bedeckung eines Höhlensees oder stehender Wasserflächen. Der unter Wasser befindliche Teil wird von Kalzitkristallen überzogen, was zu der charakteristischen keulen- oder keulenartigen Form führt.

Typisch für Keulenstalaktiten ist, dass sie nach unten hin dicker werden. Manche Exemplare erinnern an Baseballschläger, daher der Name „Keulenstalaktit“, während andere humorvoll als „Klobürsten“ bezeichnet werden – ein Scherz unter Höhlenforschern. Die Verdickung entsteht, weil der unter Wasser liegende Teil über längere Zeit Kalzit aufnehmen kann, während die oberen, trockenen Teile weniger Material akkumulieren.

Die Entstehung erfolgt durch das Wachstum von Kalzitkristallen unter Wasser. Stalaktiten bilden sich zunächst bei niedrigem Wasserstand, der zeitweise ansteigt, sodass das untere Ende überflutet wird. Die Kalzitsedimente lagern sich dort bevorzugt ab, wodurch der untere Teil stärker ausgeprägt wird. Die Dicke eines Keulenstalaktiten korreliert daher direkt mit der Dauer und Häufigkeit der Überflutung.

Ein ähnliches Phänomen ist bei den sogenannten Pool Fingers zu beobachten, Speläotheme, die an den Rändern von Sinterbecken wachsen. Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass ihre Bildung stark von Mikroorganismen beeinflusst wird. Aufgrund struktureller Ähnlichkeiten wird vermutet, dass auch bei Keulenstalaktiten Mikroorganismen eine Rolle spielen könnten, wobei hierfür bislang noch keine abschließenden Beweise vorliegen. Die Erforschung dieses möglichen biogenen Einflusses ist ein aktuelles Thema in der Höhlenforschung.

Vorkommen: Keulenstalaktiten sind selten und werden vor allem in Höhlen gefunden, in denen zeitweilig stehendes Wasser Kalzitablagerungen ermöglicht.

Besonderheiten:

• Unteres Ende deutlich verdickt
• Bildung abhängig von Wasserstand und Kalzitzufuhr
• Möglicher Einfluss mikrobieller Prozesse
• Humorvolle Bezeichnungen: „Baseballschläger“ oder „Klobürste“

Die Kittelsthaler Tropfsteinhöhle liegt malerisch in Thüringen, eingebettet in die hügelige Landschaft nahe Kittelsthal.

Die Kluterthöhle in Ennepetal, Nordrhein-Westfalen, ist eine der größten und beeindruckendsten Schauhöhlen Deutschlands.

Die Kolbinger Höhle ist eine beeindruckende Naturhöhle, die sich in der malerischen Schwäbischen Alb in Baden-Württemberg befindet.

Die König-Otto-Tropfsteinhöhle ist eine der beeindruckendsten Schauhöhlen in Bayern und zieht Besucher aus aller Welt an.

Die Bezeichnungen „Kristallin“ oder „Grundgebirge“ werden heute nur noch selten verwendet. Sie stammen überwiegend aus dem geologischen Sprachgebrauch des 19. Jahrhunderts und wurden im Zuge der Plattentektonik durch präzisere Fachbegriffe ersetzt. Für die Beschreibung großer Bereiche nicht löslicher, also nicht verkarstungsfähiger Gesteine, sind sie jedoch weiterhin nützlich. Gemeint sind vor allem sehr alte Krustenteile, die überwiegend aus metamorphen Gesteinen und magmatischen Intrusivgesteinen bestehen.

Diese uralten geologischen Einheiten bilden die kontinentalen Kerne der Erde, häufig als Kontinentalschild oder Kraton bezeichnet. Es handelt sich meist um ehemalige Gebirgszüge – sogenannte inaktive Orogene –, deren Entstehung lange abgeschlossen ist und die später von jüngeren Sedimenten überlagert wurden. Kleinere Grundgebirgsinseln entstehen oft als herausgehobene Bruchschollen, bei denen das Deckgebirge durch Hebung und Erosion wieder vollständig abgetragen wurde.

Für die Höhlenforschung ist weniger die geologische Entstehung maßgeblich als vielmehr die Tatsache, dass diese Gesteine nicht löslich sind. Eine Verkarstung kann hier nicht stattfinden. Mechanisch bedingte Höhlenformen kommen jedoch durchaus vor: etwa kleine Erosionshöhlen, die durch Wind, fließendes Wasser oder Brandung entstehen, ebenso wie verschiedene tektonische Höhlen.

In seltenen Fällen kann metamorpher Kalkstein – also Marmor – karstähnliche Höhlenformen ermöglichen. Diese Vorkommen sind jedoch räumlich begrenzt und meist kleinflächig.

Ein Blick auf geologische Weltkarten zeigt die großen, meist orange markierten Kratone deutlich. Damit wird auch verständlich, warum Regionen wie Skandinavien, Afrika, Kanada und Grönland überwiegend aus nicht verkarstungsfähigem Grundgebirge bestehen – und folglich nur wenige Höhlen aufweisen.

Die Kubacher Kristallhöhle in Hessen ist eine der faszinierendsten Natursehenswürdigkeiten Deutschlands und ein Highlight für Geologie- und Naturfreunde.

Die Laichinger Tiefenhöhle ist eine der beeindruckendsten Schauhöhlen in Baden-Württemberg und ein faszinierendes Ziel für Naturliebhaber, Geologieinteressierte und Familien.

Lavahöhlen sind Höhlen, die sich in Lava, also geschmolzenem Gestein, gebildet haben. Sie entstehen, während die Lava noch flüssig ist, und bleiben nach dem Erkalten des Gesteins erhalten. Da sie sich gleichzeitig mit dem Gestein bilden, zählen alle Lavahöhlen zu den Primärhöhlen. Die Entstehung kann auf zahlreiche unterschiedliche Mechanismen zurückgeführt werden, von denen einige sehr selten sind.

1. Lavaröhren

Die häufigsten Lavahöhlen sind Lavaröhren, die fast zwangsläufig in den meisten Lavaflüssen entstehen. Sie sind oft groß und bilden nach Karsthöhlen den am weitesten verbreiteten Höhlentyp.

2. Blasenhöhlen

Blasenhöhlen entstehen durch Gasblasen in der Lava. Da Höhlen groß genug sein müssen, um von Menschen betreten zu werden, sind diese Formen selten. Große Exemplare mit Durchmessern bis zu 100 m wurden unter anderem in Afrika dokumentiert.

3. Druckfaltenhöhlen

In Pahoehoe-Lavaflüssen kann die erkaltete Oberfläche durch den Druck nachströmender Lava zusammengeschoben werden, wodurch Falten entstehen, die als Stricklava oder auf Hawai’i als Pele’s Hair bekannt sind. Bei besonders mächtigen Strukturen können kleine, längliche Hohlräume eingeschlossen werden, die als Druckfaltenhöhlenbezeichnet werden.

4. Magmakammerhöhlen

Magmakammerhöhlen entstehen in Vulkanen innerhalb der Magmakammern von Schloten. Nach einer Eruption zieht sich die Lava zurück, und beim Erkalten bleiben schachtartige Hohlräume zurück. Größere Exemplare können einstürzen und so zur Bildung einer Caldera beitragen.

5. Megapillows

Unter Wasser, meist im Meer, bildet sich Pillowlava, die beim Kontakt mit Wasser schnell eine kissenartige Kruste ausbildet. In seltenen Fällen kann eindringendes Wasser die Lava aufblähen, wodurch hohle Megapillows entstehen. Beispiele aus Italien weisen Durchmesser von 2 bis 14 m auf.

6. Basaltgang-Höhlen

Basaltgang-Höhlen entstehen, wenn Kluften durch vulkanische oder tektonische Kräfte aufgedehnt werden und Lava in diese Hohlräume fließt. Bei Druckabfall zieht sich die noch flüssige Lava zurück und hinterlässt oft Hohlräume. Bekannte Exemplare erreichen Längen von 17 m, Höhen von 1,5 m und Breiten von 1 m.

7. Ausfluss- und Baumhöhlen

Ausfluss- bzw. Überflusshöhlen entstehen durch das Ausfließen von Lava unter bereits erkalteten Oberflächen.

Baumhöhlen bilden sich, wenn organische Objekte wie Bäume oder Tiere von Lava überflossen werden. Der hohe Wassergehalt der Objekte verhindert zunächst eine vollständige Verbrennung. Nach der Verwesung bleibt eine Hohlform zurück. Ein außergewöhnliches Beispiel befindet sich in Washington, USA: Ein Lavastrom umfloss ein liegendes Nashorn, dessen Form in der Lava erhalten blieb; Teile der Knochen wurden ebenfalls gefunden.

Lösungshöhlen entstehen durch die chemische Auflösung von Gestein. Unter bestimmten Bedingungen können feste Stoffe in Flüssigkeiten gelöst werden. In der Natur ist Wasser das wichtigste Lösungsmittel, da es sowohl chemisch wirksam ist als auch in ausreichender Menge verfügbar ist.

Neben Wasser können auch andere Stoffe, insbesondere verschiedene Säuren, die Lösungsprozesse unterstützen.

1. Gesteinsarten und Löslichkeit

• Salz und Gips sind in reinem Wasser direkt und leicht löslich. Deshalb entwickeln sich Salz- und Gipskarstgebiete sehr schnell.

• Kalkstein ist in Wasser kaum löslich, wird aber durch die in Regenwasser gelöste Kohlensäure (H₂CO₃)angegriffen. Zusätzlich können Schwefelsäure und schwefelige Säure, die sowohl chemisch als auch durch biologische Prozesse entstehen, Kalkstein effektiv lösen.

• Sandstein und insbesondere Quarzit (Sandstein, der fast ausschließlich aus Quarz besteht) sind unter normalen Bedingungen praktisch unlöslich. Hohe Temperaturen, große Wassermengen oder sehr lange Zeiträume in Kombination mit Säuren können jedoch auch diese Gesteine chemisch angreifen.

2. Vergleich mit Eis

Eis muss nicht chemisch gelöst werden, es wird durch Schmelzen flüssig. Auch hier spielt Wasser eine zentrale Rolle, da es die notwendige Energie zum Phasenwechsel liefert.

3. Bedeutung für Karst und Höhlenbildung

Die chemische Löslichkeit von Gesteinen ist der entscheidende Faktor für die Entstehung von Karsthöhlen. Während Salz- und Gipskarst schnell entstehen, erfordern Kalk- und Quarzitkarst längere Zeiträume und spezielle chemische Bedingungen, wodurch sich die Entwicklung von Lösungshöhlen stark verlangsamt.

Die Marienglashöhle in Sachsen-Anhalt ist eine der beeindruckendsten Besucherbergwerke Deutschlands und ein faszinierendes Zeugnis geologischer Schönheit.

Die Maximiliansgrotte ist eine der bekanntesten und beeindruckendsten Tropfsteinhöhlen Deutschlands und befindet sich in der Fränkischen Schweiz.

Mondmilch ist eine besondere Form von Kalzitablagerung in Höhlen, die auch aus Hydrokalzit, Hydromagnesit oder Huntit bestehen kann. Im Gegensatz zu klassischen, harten Tropfsteinen ist Mondmilch meist weich, porös und teilweise sogar viskos, fast flüssig. Typisch ist ihre strahlend weiße, milchige Erscheinung, die ihr den Namen gab. Historisch glaubte man, dass Mondlicht auf der Erde kondensieren und Mondmilch bilden könne – daher der Bezug zum Mond.

Mondmilch kommt als dünne Krusten an Wänden und Böden vor, kann aber auch an Stalaktiten und Stalagmiten haften. Sie entsteht durch die Ausfällung von Kalzit aus Tropfwasser, wobei sich die Kristalle jedoch nicht zu hartem Kalzit verbinden. Die einzelnen Kristalle messen nur etwa 8 Mikrometer in der Länge und 1 Mikrometer im Durchmesser und sind durch feine Fäden miteinander verbunden, wobei die Masse einen hohen Wasseranteil enthält. Untersuchungen haben gezeigt, dass einige Mondmilchvorkommen Mikroorganismen enthalten, darunter Macromonas bipunctata, Actinomyceten und Algen, was auf einen möglichen biogenen Einfluss bei der Bildung hinweist.

Die Typuslokalität der Mondmilch ist das sogenannte Mondmilchloch am Pilatus in der Schweiz, das bereits 1555 von dem Naturforscher Conrad Gesner als Lac Lunae beschrieben wurde. Weitere Höhlen mit Namensbezug sind die Mondmilchhöhle bei Lenningen-Gutenberg oder der 300 Meter lange Mondmilch-Fluss in einer baskischen Höhle. Historisch wurden unterschiedliche Bezeichnungen verwendet, darunter Montmich, Bergmilch oder Lac Montanum. Im Schweizerdeutschen tauchen Bezeichnungen wie Mandlimilch, Mannlimilch oder Mannmilch auf, deren Ursprung möglicherweise in der lokalen Aussprache oder in Erdkult-Sagen über Erdmannli liegt.

Mondmilch wurde bereits im 16. Jahrhundert als Heilmittel genutzt und war Bestandteil des offiziellen Arzneimittelschatzes. Bis ins 19. Jahrhundert hinein wurde sie ärztlich empfohlen, da sie als Kalkpräparat bei Kalziummangel oder Sodbrennen neutralisierend wirken konnte. Der Abbau der Mondmilch für medizinische Zwecke hatte jedoch Auswirkungen auf die Höhlen selbst und war mit Kosten für die Sammler verbunden.

Mondmilch gilt heute als faszinierendes, aber seltenes Speläothem, das sowohl mineralogisch als auch biologisch von großem Interesse ist.

Die Nebelhöhle in Baden-Württemberg ist eine der faszinierendsten Tropfsteinhöhlen der Schwäbischen Alb und zieht Besucher mit ihrer einzigartigen Kombination aus Naturwundern und geologischer Geschichte an.