Dienstag, 28. Oktober 2008

Höhlenbildung

Wie entstehen eigentlich Höhlen? Die Frage taucht immer wieder auf. Und die Erklärungen sind dann wortreich, aber oft schwer verständlich. Die obige Grafik ist mir im Internet begegnet, und sie veranschaulicht die Enstehung unserer Tropfsteinhöhlen sehr gut. Regenwasser nimmt so lange Kohlendioxid aus der Luft auf, bis es annähernd im Gleichgewicht steht. Erst im Boden, wo die Bodenlebewesen für zusätzliches Kohlendioxid sorgen, wird so viel im Wasser gelöst, dass es für Kalkstein aggressiv wird. Denn je mehr Kohlendioxid im Wasser gelöst ist, desto mehr Kalk (Calcit, oder Ca[CO3]) kann es lösen. Es gilt das Gleichgewicht

Bei steigender temperatur verlagert sich das Gleichgewicht dieser Reaktion zunehmend auf die rechte Seite, eine Erfahrung, die uns so schöne Dinge wie verkalkende Kaffeemaschinen beschert.
Bei Kälte wird also folglich mehr Kalk gelöst, und im Boden ab einer bestimmten Tiefe treffen wir auf die Jahresdurchschnittstemperatur der jeweiligen Gegend. das ist für einen guten teil des jahres eine tiefere Temperatur als die Lufttemperatur. Das Wasser, mit Kohlendioxid angereichert und kühl dringt jetzt in Kalkgestein ein, meist entlang von Spalten. Dort kann es jetrzt den Kalk lösen. dadurch wird als nebenefekt der Hohlraum immer größer ud das nachfolgende Wasser kann immer einfacher immer größere Kalkmengen lösen. Solange aber die Höhle unterhalb des Grundwasserspiegels liegt, ist sie meist mit wasser gefüllt, und es können daher keine Tropfsteine entstehen. Dazu muss sich erst der grundwasserspiegel absenken. Meist geschieht das dann, wenn die Flüsse der Umgebung sich tiefer eingegraben haben. Jetzt ist unsere Höhle mit Luft gefüllt, und diese Luft hat meist nur den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre, der ja tiefer liegt als der des Bodens. Ein Tropfen, der im Boden zusätzlich Kohlendioxid aufgenommen und damit auf seinem Weg in die Tiefe dann Kalk gelöst hat, trifft an der Höhlendecke jetzt auf die Höhlenluft. Hier wird er versucht sein, seinen eigenen Kohlendioxidgehalt mit dem der Höhlenluft in Einklang zu bringen. Kohlendioxidabgabe aber verringert seine Fähigkeit, Kalk zu lösen. Während er also Kohlendioxid an die Höhlenluft abgiebt, wird er gleichzeitig Kalk abscheiden. Ein Sinterröhrchen wird entstehen (oder eine Sinterfahne, wenn er die Höhlenwand herunter rinnt). Mit der Zeit wird das Röhrchen zu einem Stalagtiten heranwachsen, wenn es Glück hat. Fällt unser Tröpfchen nun von der Höhlendecke, so wirdes unten auf dem Boden zerspratzen. Die vielen kleinen Tröpfchen, in die es zerfällt, haben eine erheblich größere Oberfläche als der ursprüngliche Tropfen, so dass der gasaustausch schneller vor sich geht, also schnell überschüssiges Kohlendioxid an die Höhlenluft abgegeben wird. adher wachsen unten dann die Stalagmiten. Sinter stellen also einen letzten Höhepunkt im Leben einer Höhle dar. Oft ist die Höhle in ihren tieferen Stockwerken immer noch aktiv mit Wasser gefüllt, so dass sich mehrere Generationen von Hohlräumen in einem Höhlensystem übereinander befinden.

Aragonithöhlen
Höhlensinter aus Calcit sind ja allgegenwärtig. Aus der anderen Kristallmodifikation, dem Aragonit hingegen sind sie vergleichsweise selten. Zumindest hier in Mitteleuropa, denn Aragonit bildet sich erst ab Temperaturen deutlich oberhalb von 25°C (zum Beispiel der Kalk im Wasserkocher ist Aragonit). Daher sind Höhlen mit Sinterschmuck aus Aragonit auch ziemlich selten zu finden. In der Slowakei gibt es einige Höhlen mit Aragonitsinter, darunter Ochtiná Aragonite Cave. Für die Höhlen Oberfrankens könnte ähnliches gelten. Auch hier könnte sich unter dem rezenten Calcitsinter noch Aragonitsinter verbergen, diesen Schluss legt eine Höhlenruine bei Neumarkt in der Oberpfalz nahe. Da die Kalke der Gegend verhältnismäßig viel Magnesium enthalten, und Magnesiumeinbau in Calcit energetisch eine aufwendige Sache ist, kristallisiert bevorzugt Aragonit, in dessen Gitter Magnesium nicht so gut hineinpasst. Dadurch erniedrigt sich die Minimale Temperatur für die Bildung von Aragonitsintern

Diashow von der letzten Höhlentour
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