Hier möchten wir Ihnen einige Informationen über unsere Höhlen im Arbeitsgebiet geben.
Die Höhlen in unserem Arbeitsgebiet sind auf unterschiedliche Weise entstanden. Die klassischen Karsthöhlen, wie der Fachmann sie nennt, bilden den Hauptanteil der natürlichen unterirdischen Objekte bei uns. Diese Höhlen entstanden in der Hauptsache im Kalkgestein und im Gipsgestein. Wo überall diese gesteine vorkommen, können Sie unter der Rubrik Karstgebiet ersehen.
Die Entstehung von Karsthöhlen im Kalkstein.
In unserem Arbeitsgebiet kommen eine Vielzahl von unterschiedlichen Kalkgesteinen vor. Die wichtigsten wären hier:
Iberger Kalk im Bereich von Bad Grund im Harz und im Elbingeröder Komplex, ebenfalls im Harz.
Dolomitkalke im Bereich von Scharzfeld im Harz
Korallenoolith, hauptsächlich im Leine und Weserbergland, sowie Muschelkalke´.
Vorrausetzung für das Entstehen von Kalksteinhöhlen sind Waser und das Kalkgestein. Die Höhlen entstehen, indem Oberflächenwaser durch feine Spalten und Risse in das Kalkgestein eindringt. Beim Durchlaufen der Humusschichten nimmt das einsickernde Wasser Kohlendioxid auf und es bildet sich hierbei eine schwache Köhlensäure. Dieses mit Kohlendioxid angereicherte Waser ist in der Lage das Kalkgestein aufzulösen. Das eindringende wasser schafft sich somit langsam aber sicher immer größer werdende Risse und Klüfte. Durch das zusammenfließen von mittlerweile mit Kalk geättigtem Wasser, sind dieses Lösungen in der Lage, erneut Kalk zu lösen. Man nennt diesen Prozess auch Mischungskorrosion.
nach Prof. Dr. St. Kempe
Diese Lösungsprozesse brauchen jedoch eine extrem lange Zeit, woraus sich auch das hohe Alter unserer Kalkhöhlen erklärt. Es werden hierbei nur wenige Zentimeter Kalkgestein innerhalb von tausend Jahren fortgelöst. Bei unseren Höhlen hat die erosive Wirkung des Wasser nur eine untergeordnete Rolle gespielt. Die meisten Höhlen haben sich im Stillwassermillieu in Form von Laughöhlen, häufig im phreatischen Bereich ausgebildet. Ausnahmen bilden hier jedoch die zerstörten Canyonhöhlen im Winterbergsteinbruch und einige wenige andere Höhlen. Die Rübeländer Höhlen sind ebenfalls zum größten Teil als Laufghöhlen und nicht wie früher angenommen, als Flusshöhlen entstanden. Auch wenn in der Hermannshöhle sich heute auf der untersten Etage ein Höhlenbach befindet.
Die Karsthöhlen im Kalkgestein sind die bekanntere Form der Höhlen, zumindest bei den höhlenkundlichen Laien. Da man in ihnen häufige schönen Tropfsteinschmuck antrifft, wurden einige von diesen Höhlen auch für den normalen Besucher geöffnet und als Schauhöhle ausgebaut.
Die Entstehung von Tropfsteinen
Wenn das kohlensaure Wasser durch das Kalkgestein sickert, löst die im Wasser enthaltene Kohlensäure den Kalk aus dem Gestein und es entsteht in Wasser gelöstes Kalziumhydrogenkarbonat.
Im Harz gibt es große Tropfsteinhöhlen mit reichhaltigen Sinterschmuck.
Foto: Ernst Schuhose
Chemische Formel
Tritt diese Lösung wieder an der Höhlendecke aus, so wird das Kalziumhydrogenkarbonat wieder in den schwer wasserlöslichen Kalk umgewandelt und fällt aus. Die hängt mit dem fallenden CO2 Partialdruck im Wasser zusammen. Von jedem Tropfen bleibt danach an der Höhlendecke ein hauchfeiner Kalkrest zurück. So entstehen mit den jahrtausenden von der Decke herabhängende Tropfsteine. Diese werden in der Fachsprache als Stalktiten bezeichnet.
Wenn der Tropfen auf dem Boden auftrifft, vergrößert sich hierdurch die Wasseroberfläche des Tropfens, der CO2 – Partialdruck fällt weiter und es wird nochmals Kalk ausgeschieden. Es bildet sich an dieser Stelle dann ein Tropfstein der vom Boden aus in die Höhe wächst. Dieser Tropfstein wird dann als Stalgmit bezeichnet. Wachsen Bodentropfstein und Deckentropfstein zusammen, so nennt man das Gebilde einen Stalagnat
Das Tropfsteinwachstum wird maßgeblich vom CO2 Partialdruck des zur Verfügung stehenden Wassers, von der Kalksteinbeschaffenheit, von der humiden Oberfläche und dem Bewuchs über der Höhle, sowie vom Wasserangebot beeinflußt.
Von links nach rechts:
Stalaktit, Stalaktit und Stalagmit, Stalagnat.
Foto: St. Meyer
nach Prof. Dr. St. Kempe
Je mehr Kohlendioxid im Wasser gelöst ist, desto mehr Kalk oder Dolomit kann gelöst werden. Abhängig ist die im Wasser gelöste Kohlendioxid-Menge vom Kohlendioxidgehalt der Umgebungsluft.
Die uns umgebende Luft in der Atmosphäre besitzt im Durchschnitt einen Kohlendioxid-Partialdruck von 0,036 Volumenprozent, dies entspricht 360 ppm (parts per million).
Einen besonderen Stellenwert nehmen die Höhlen am Iberg bei Bad Grund ein. Hier finden sich mindestens europaweit, wenn nicht sogar weltweit die bedeutensten Höhlen, die ihre Entstehung nicht nur dem Kalkstein und kohlensaurem Wasser verdanken, sonder die sich ganz speziell aufgrund von hier vorkommenden Eisenerzen gebildet haben. Durch die Verwitterung des Erzes (Siderit) wurde Kohlendioxid freigesetzt. Dadurch bildete sich entlang der Erzgänge (der vererzten Kluft) vorraussichtlich im phreatischen Milieu erste Hohlformen. Diese entwickelten sich durch Sickerwasserkorrosion anschließend weiter zu Schächten und Hohlräumen. Die gegenwärtige Morphologie lehnt sich infolge des Bergbaues den nesterförmigen Erzvorkommen an. Einige dieser Höhlen wurden dann seit mehreren Jahrhunderten durch Bergbautätigkeit grundlegend verändert.
Prof. Dr. Stephan Kempe schrieb einmal:
Kalziumkarbonat ist überhaupt eine faszinierende Verbindung. Es kann unter anderem die Minerale Kalzit, Aragonit, Vaterit und ein CaCO3-Gel bilden. Aragonit ist in deutschen Höhlen sehr selten und Vetrit bisher noch nicht gefunden worden.
Kalzium hat die Fähigkeit, an Stelle des Kalziums (Ca) etwas Magnesium (Mg) ins Gitter einzubauen. Die meisten Höhlensinter bestehen aus Niedrig-Mg-Kalzit mit etwa einem Prozent Magnesium. Hoch Mg-Kalzite können bis zu 40 Prozent Magnesium einbauen, sie entstehen aus magnesiumhaltigen Lösungen – beispielsweise in den Dolomithöhlen der Fränkischen Alb ist das zu registrieren. (KEMPE 1997)
Eine Besonderheit unter den Sinterbildungen stellen die sogenannten Excentriques dar. Dies sind Tropfsteinformen, die entgegen der Schwerkraft wachsen und somit oft skurile Formen annehemn. Die Excentriques bestehen aus Einkritallen, man hat aber auch schon Excentriques aus radial wachsenden Mikrokristalliten gefunden. Allen gemeinsam haben sie eine kleine Kapillare in ihrem Inneren. Dieser hauchfeine Kanal transportiert offenbar die Kalklösung bis an die Spitze des Excentzriques. Die Flüssigkeit tritt hierbei sehr langsam aus, ohne dass sich ein Tropfen bildet, der von der Gravitation beeinflusst werden kann. Die Excentriques in unseren Höhlen sind zwischen 1000 und 10.000 Jahren alt. Sie können auch kaum älter sein, da sich erst vor 10.000 Jahren unsere heutige Warmzeit, das Holozän bildete.
Die Excentriques könne die skurrilsten Formen annehmen. In den Höhlen des Winterbergsteinbruches fanden sich bis zu 20 cm lange Exemplare, Leider wurden die meisten Höhlen, in denen Excentriques vorkamen, durch den fortschreitenden Gesteinsabbau zerstört. Heute findet man sie nur noch an ganz wenigen Stellen, vor allem in den Rübeländer Höhlen.
Die Entstehung von Karsthöhlen im Gips und Anhydrit.
Zahlenmäßig den Kalksteinhöhlen weit überlegen, sind im Harz die Gipshöhlen.
Gipshöhlen bilden sich viel schneller, aufgrund der viel leichteren Lösbarkeit des Gipsgesteins gegenüber dem Kalkstein. Unsere Gipshöhlen bestehen in der überwiegenden Zahl aus reinen Laughöhlen. Das heißt, die Höhlenbildung geschah in nicht turbulent fließendem Wasser. Der Wasseraustausch erfolgte nur sehr langsam, in Form von Konvektionsströmungen. Ein eindeutiges Zeichen der Laughöhlen sind die Laugfacetten an den Wänden und die oft völlig horizontalen Laugdecken. Es gibt unter den Gipshöhlen jedoch auch eine ganze Reihe von sogenannten Flusshöhlen, die durch turbulent fließendes Wasser aus dem Gestein heraus gelöst wurden.
Leider fallen immer mehr Gipshöhlen dem drastisch fortschreitendem Gesteinsabbau am gesamten Südharzer Zechsteingürtel, sowie bei den Gipsvorkommen nahe Stadt Oldendorf und im Kyffhäusergebiet zum Opfer. Hier werden unwiederbringliche Naturschätze zerstört.
Beeindruckende Sinterfahne über einem Stalagmit. In wenigen hundert Jahren wird sich diese Formation vereinigen.
Foto: Ernst Schuhose
Excentriques aus einer Rübeländer Höhle.
Fotos: Ernst Schuhose
Die flach gespannten Hallen sind typisch für aktive Gipshöhlen. hier die Marthahöhle.
Foto: Uwe Fricke 1980
Blick in einen Gipssteinbruch (Rump & Salzmann bei Osterode am Harz)
Foto: Uwe Fricke 2002