Höhlenkarst


Seminararbeit, 2001
19 Seiten

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Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Entstehung von Karst und Karstformen der Schweiz
2.1. Was ist Karst?
2.2. Karst- und Höhlenverbreitung in der Schweiz
2.3.1. Verwitterung von Kalkstein / Verkarstung
2.3.2. Lösungsverwitterung / chemische Verwitterung
2.4. Versinterung

3. Endokarst und Karsthydrologie
3.1. Endokarst
3.2. Entstehung von Endokarst
3.3. Karsthydrologie

4. Die karsthydrographischen Zonen
4.1. Vadose Zonen
4.2. Zubringer
4.3. Hochwasserzone

5. Höhlen
5.1. Unterirdische Hohlräume und Höhlen
5.2. Speläogenese

6. Speläomorphologie
6.1. Grossformen
6.1.1. Gänge
6.1.2. Dom - Glockenhöhle - Halle
6.1.3. Schächte
6.2. Kleinformen
6.2.1. Höhlenkarren
6.2.2. Kolke
6.2.3. Fliessfacetten, Scallops, Fliessmarken

7. Höhlensedimente
7.1. Chemische Sedimente
7.1.1. Kalkablagerungen
7.1.1.1. Kalktuff
7.1.1.2. Sinterdecken
7.1.1.3. Tropfsteine

8. Zusammenfassung

9. Literaturverzeichnis

1. Einleitung

Karst als eine Erscheinung unserer Umwelt kennt viele verschiedene Formen: Dolinen, Karrenfelder oder Höhlen. Das Phänomen entsteht durch die Einwirkung von chemischen und physikalischen Prozessen auf Karbonatgesteine. Karst kann zum einen sehr unspektakulär sein und sich für den Menschen völlig unsichtbar unter dem Boden abspielen. Zum anderen kann Karst aber auch sehr augenfällig an der Oberfläche auftreten und so das Erscheinungsbild ganzer La ndschaften nachhaltig prägen. Die grössten Auswirkungen jedoch hat die Verkarstung einer Landschaft nicht auf deren Oberfläche, sondern auf deren Untergrund. Durch das unterirdische Abfliessen von gesteinslösenden Wassermassen entstehen unterirdische Hohlräume von grossem Ausmass. Den weitaus grössten Teil dieser unterirdischen Hohlräume machen Höhlen im Kalkgestein aus. Der breiten Öffentlichkeit sind sie vor allem durch phantastische Tropfsteingebilde, wie etwa in der Beatushöhle bekannt. Zu diesen Karsthöhlen gehört auch das grösste Höhlensystem Europas: das Hölloch im Muotatal. Es soll im Rahmen dieser Arbeit nur in einer ersten Phase auf die Frage eingegangen werden, was Karst eigentlich ist, wie es zur Verkarstung kommen kann und welche unterirdischen Erscheinungsformen in der Schweiz entstanden sind. Im grösseren Teil dieser Arbeit wollen wir uns auf eine Erscheinungsform von Karst beschränken; den Höhlenkarst. Es soll dieses fantastische Naturschauspiel hier erklärt werden. Im weiteren beschränkt sic h die vorliegende Arbeit auf jenen Teil der unterirdischen Formen- und Raumbildung, welcher in direktem Zusammenhang zur Karstthematik steht.

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, die Prozesse, welche zur Entstehung und Entwicklung unterirdischer Hohlräume führen (Speläogenese) zu erläutern und die unterirdische Formenwelt (Speläomorphologie) vorzustellen.

2. Entstehung von Karst und Karstformen der Schweiz

2.1. Was ist Karst?

Der Begriff Karst stammt aus dem slowenischen Raum. Er wird weltweit auf Gege nden mit ganz speziellen Charakteristiken angewendet: Typische Landschaftsformen sind geschlossene Senken und Höhlen. Karstgebiete weisen sehr besondere hydrologische Verhältnisse auf: Als typische Merkmale gelten vor allem das weitgehende Fehlen von Oberflächengewässern innerhalb der Karstgebiete sowie grosse Quellen an deren Rand.

Karstlandschaften und somit auch die meisten Höhlen entstehen nur unter ganz bestimmten Umgebungsbedingungen: Erstens braucht es ein Gestein, welches gut wasserlösliche Eigenschaften aufweist. Meistens handelt es sich um Karbonate (z. B. Kalk, Dolomit u.a.), in seltenen Fällen können aber auch Evaporite (Gips u.a.) betroffen sein. Die zweite, für eine Verkarstung zwingend notwendige Gegebenheit ist Wasser als gesteinslösendes Medium. Wasser wird aber auch zum Abtransport der gelösten Substanzen benötigt. Die Karbonate werden dabei hauptsächlich durch Niederschlags- und Schmelzwässer gelöst, welche durch Anreicherung mit Kohlendioxid aus der Atmosphäre und aus Böden aggressiv geworden sind. Eine weitere Bedingung ist ein Relief, damit das Wasser abfliessen kann, und wodurch ein Transport von Materie erst ermöglicht wird. Doch der wichtigste Aspekt ist einmal mehr die Zeit (Wildberger und Preiswerk 1997, 12).

2.2. Karst- und Höhlenverbreitung in der Schweiz

Die Verbreitung von Karst ist durch die geologische Grossgliederung der Schweiz bedingt. Das Juragebirge ist ausschliesslich aus Sedimentgesteinen aufgebaut. Es wird zwischen dem Kettenjura, der durch Faltungen und Überschiebungen geprägt ist, und dem Tafeljura, der durch Brüche in wenig deformierte Schollen zerlegt ist, unterschieden. Der innere Bau des Kettenjuras ist in den tiefeingeschnittenen Quertälern besonders gut zu erkennen. Die Alpen sind ein kompliziert gebautes Gebirge bestehend aus den verschiedensten Sedimenten und kristallinen Gesteinen. Das Alpengebirge entstand durch die Kollision verschiedener Platten der Erdkruste: der europäischen, der iberischen, der austroalpinen und der zeitweise zum afrikanischen Kontinent gehörenden apulischen Platte. Verkarstungsfähige Gesteine befinden sich in den Schweizer Alpen hauptsächlich am nördlichen Alpenrand, im Raum der sogenannten Helvetischen Zone. In den übrigen tektonischen Grosszonen der Alpen treten häufig kristalline Gesteine wie Gneis und Glimmerschiefer auf. Es finden sich aber auch im übrigen Penninikum sowie in den Süd- und Ostalpen verkarstete Areale, diese liegen aber grösstenteils nicht mehr auf schweizerischem Gebiet (Wildberger und Preiswerk 1997, 14-18).

2.3.1. Verwitterung von Kalkstein / Verkarstung

Kalkgestein ist eine Gesteinsart, die besonders stark auf die Lösungsprozesse der chemischen Verwitterung reagiert. Die verschiedenen Kalkgesteine variieren in ihrer Zusammensetzung, Härte, Klüftigkeit und so weiter sehr stark, so dass ihre Reaktion auf Lösungsprozesse stark unterschiedlich sein kann. Dies führt zu den verschiedenen Karstformen, wobei in einem Karstgebiet in der Regel zwischen drei Formungstypen unterschieden wird:

a) Lösungsformen an der Oberfläche: Dazu zählen alle Formen von Karren. Oft handelt es sich hierbei um Kalksteinflächen, die nicht von Boden oder einer anderen Deckschicht überzogen sind. Daher wird diese Karstform auch nackter Karst genannt.

b) Geschlossene Becken und einzelne Hügel: In den meisten Karstgebieten wird die

Oberfläche durch viele kessel- oder wannenartigen Formen sehr unterschiedlicher Grössen geprägt. Die grösseren dieser Formen, die Poljen, sind als eine Mischform von Faltungsprozessen und Lösungsverwitterung zu verstehe n, während die kleineren, die Dolinen, als ein reines Produkt der Spaltenvergrösserung durch Lösung oder aber als nachbrechende Oberfläche infolge unterirdischer Aushöhlung zu sehen sind.

c) Unterirdische Formung, einschliesslich Grotten und Höhlen: Da in Karstgebieten nahezu kein Oberflächenabfluss stattfindet, muss das Wasser durch Höhlen oder entlang von Spalten abfliessen. Die Höhlen entstehen durch die Erweiterung von Spalten entlang von Gesteinsklüften durch die Lösungsverwitterung. Einige Höhlen, besonders diejenigen mit einem runden Querschnitt, können sich auch unter der Wasseroberfläche entwickeln (phreatische Höhlen), andere entstehen über dem Wasserspiegel (vadose Höhlen) (Goudie 1995, 274- 276).

2.3.2. Lösungsverwitterung / chemische Verwitterung

Die Lösungsverwitterung ist ein sehr leicht sichtbarer chemischer Verwitterungsprozess.

Kalkstein besteht vor allem aus Calciumcarbonat und ist deshalb besonders stark von dieser Verwitterungsart betroffen, da er durch Kohlensäure vollständig aufgelöst werden kann. Kohlensäure wird in gelöster Form mittels Niederschlag dem Kalkgestein zugeführt. Der Niederschlag wiederum hat die Kohlensäure durch die Aufnahme von CO2 während dem Fall durch die Atmosphäre gebildet: H2O + CO2 · H2CO3

Daraus entsteht eine Reaktionsgleichung, die aufzeigt, wie sich Calciumcarbonat mittels Kohlensäure lösen kann:[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]

(Goudie 1995, 273).

Bei der Lösung von Kalk spielen örtlich Faktoren eine wichtige Rolle. So kann die Bodennahe Luft im Vergleich mit dem atmosphärischen Mittel ein Vielfaches an CO2 enthalten. Ein ebenfalls sehr einflussreicher örtlicher Faktor ist die Wassertemperatur; kann doch kaltes Wasser sehr viel mehr Kalkmaterial lösen und wegführen als wärmeres Wasser.

2.4. Versinterung

Die Versinterung ist die Umkehrreaktion der Verkarstung. Es wird also aus einer wässrigen Lösung Kalk ausgefällt und auf dem Untergrund abgelagert:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für die Versinterung kann es verschiedene Ursachen geben:

a) Der Sättigungsgrad wurde erreicht oder müsste eigentlich durch die grosse Menge von freien Kalkionen bereits überschritten sein. Dies ist allerdings nicht möglich, da bereits zuvor eine Versinterung eintritt.
b) Wenn der CO2 - Partialdruck der Luft plötzlich abnimmt, so muss sich der Partialdruck im Wasser ebenfalls anpassen, was sofort zu einer Versinterung führt.
c) Durch Verdunstung wird der wässrigen Lösung Wasser entzogen. Es kommt zur Übersättigung der verbleibenden Lösung, was durch Versinterung wieder ausge glichen wird.
d) Die wässrige Lösung wird plötzlich einem tieferen Umgebungsdruck ausgesetzt, zum Beispiel beim Austritt aus dem Untergrund an einer Quelle.
e) Die wässrige Lösung erwärmt sich soweit, dass der darin gelöste Kalk nicht mehr länger gehalten werden kann und ausgeschieden werden muss.

3. Endokarst und Karsthydrologie

3.1. Endokarst

Endokarst ist der unterirdische Karst. Er ist aber keine primäre Erscheinung, die sich schon während der Ablagerung von Kalk zum Kalkgestein entwickelt, denn diese erfolgt anfänglich ohne der Schaffung von syngenetischer Hohlräumen. Die unterirdische Verkarstung kann frühestens im Stadium beginnender Verfestigung einsetzen, wie Untersuchungen von halbverfestigten kalkigen Dünensanden ergeben haben. Dieser Typ wird als ,,syngenetischer Karst" bezeichnet, gemeint ist aber syngenetisch mit der Diagenese (Gesteinsverfestigung) und nicht mit der Ablagerung, wie das sonst üblich ist.

Der Karst ist bedingt durch die Kalklösung, und ist somit an das Vorkommen von Wasser gebunden. Der für die Entwicklung des Endokarstes notwendige Durchfluss des Gesteines bedingt aber nicht nur einen ausreichenden Wassereintrag, sondern ebenso wichtig ist der unterirdische Abfluss. Dieser setzt ein zusammenhängendes Netz unterirdischer Wasserbahnen voraus, bestehend aus Kluft- und Schichtfugen und Porosität des Gesteins. Solche hydrologische Netze treten nicht nur in verkarstungsfähigen, sondern auch in vielen unlöslichen und spröden Gesteinen auf (z.B. auch in Laven). Solche Landschaften werden aber nicht als Karst bezeichnet, obschon die teilweise über ein unterirdisches Entwässerungssystem durch festes Gestein hindurch verfügen. Der Begriff ,,Pseudokarst" wäre in diesem Falle angebracht (Bögli 1978, 74-77).

3.2. Entstehung von Endokarst

Ein verkarstungsfähiger Gesteinskomplex ist zuerst nur an der Oberfläche der Verkarstung ausgesetzt. Für eine Ausweitung von aussen nach innen sind die Korrosionsvorgänge an den auslaufenden kapillaren Fugen verantwortlich. Es entstehen an der Oberfläche die in Breite und Tiefe nur einige Millimeter messenden V-förmigen Kleinkarren, dies sind also Formen des Exokarstes. Die tiefer reichende Korrosionen sind noch kaum erkennbar. Dies führte bei den Autoren früherer Thesen über die Entstehung von Endokarst zu falschen Annahmen. Endokarst wurde nämlich fälschlicherweise als Weiterentwicklung überkapillarer ,,Urhohlräume" mit einer minimalen Klaffung von etwa 2 mm betrachtet. Spätere Studien bewiesen aber, dass solche Spalten im Alpenraum zu selten sind, als dass sie die Entstehung der Riesenhöhlen hätten bewirkt haben können.

Eine weitere Bedingung für die unterirdische Verkarstung ist eine Höhendifferenz zwischen Kalkoberfläche und Vorfluter. Wird dies erfüllt, so sind theoretisch der Tiefe der Verkarstung keine Grenzen gesetzt. Der dadurch entstehende Druck treibt das Wasser durch das Gestein, selbst wenn der Wasserverlauf stellenweise eine Steigung aufweisen sollte. Die Initialphase (Anfangsphase) einer Verkarstung dauert in Anbetracht des geringen Wasserdurchsatzes bzw. der langsamen Wasserbewegung sehr lange, in der Grössenordnung von Zehntausenden bis Hunderttausenden von Jahren. Mit der Zeit werden aus den dünnen Fugen karsthydrographisch wirksame Spalten ausgebildet, womit die Initialphase abgeschlossen ist. An der Oberfläche muss dies an den zunehmenden Versickerungsverlusten erkennbar werden. Durch die Weiterentwicklung der unterirdischen Hohlräume zu Höhlen wird der Endokarst schliesslich zugänglich (Bögli 1978, 74-77).

3.3. Karsthydrologie

Das Hauptmerkmal einer Karstlandschaft ist die unterirdische Entwässerung in einem verkarstungsfähigen Gestein. Auch andere Landschaftstypen weisen eine unterirdische Entwässerung auf, zum Beispiel das Versickern von Bächen in Lockergestein, was allerdings nicht mit Karst zu verwechseln ist. Das versickernde Niederschlagswasser erreicht nach der Durchquerung der Sickerwasserzone die Zone der Wassersättigung, das Grundwasser, aus der es an geeigneter Stelle als Quelle wieder austritt.

Karstgesteine verhalten sich in der Initialphase der Verkarstung kaum anders als die unlöslichen Hartgesteine. Sie sind an sich wasserundurchlässig, und erst durch die Klüfte werden sie durchlässig. Kalk und Dolomit sind spröde und bilden schon bei geringer Beanspruchung enge Kluftnetze, ähnlich den nichtverkarstungsfähigen Hartgesteinen. Dadurch wird das Eindringen von Wasser begünstigt, und es bildet sich vorerst ein Kluftgrundwasser, das der phreatischen Zone gleichzusetzen ist. Sie reicht bis nahe an die Erdoberfläche heran. Mit der Erweiterung der Fugen setzt die karsthydrographische Wirksamkeit ein, und die Obergrenze der wassergesättigten Zone senkt sich. Zuletzt gelangt diese unter den direkten Einfluss des Vorfluterniveaus, oder es bildet sich ein seichter Karst mit dem Gerinne auf der undurchlässigen Sohlschicht. Die Sickerwasserzone hat ihre größte Mächtigkeit erlangt. Sie entspricht dem vadosen Bereich. Die Sickerwässer sammeln sich in unterirdischen Gerinnen, die man als autochthon bezeichnet, da ihr Wasser aus dem Karstgebiet selbst stammt. Karstfremdes Wasser ist allochthon. Es wird in oberirdischen Gewässern ans Karstgebiet herangebracht. Meist verschwinden sie beim Erreichen des Karstes oder kurz danach im Untergrund. Das kann durch allmähliches Versickern fast unbemerkt erfo lgen, bis das Flussbett trocken daliegt. Seltener tritt ein allochthones Gewässer durch ein spektakuläres Höhlentor in den Untergrund ein.

4. Die karsthydrographischen Zonen

4.1. Vadose Zonen

Die vadose Zone umfasst einerseits einen durch Zubringer gequerten inaktiven Bereich, andererseits die Hochwasserzone. Ihr Merkmal ist die dauernde oder temporäre Anwesenheit von Luft. Ihr C02-Gehalt bestimmt den Gleichgewichtsgehalt an CaC03 im Wasser. Bei zu kleinem CaC03-Gehalt wird C02 aufgenommen und Kalk gelöst, bei einem Kalküberschuss C02 abgegeben, wobei CaC03 ausgeschieden wird (Kalksinter) (Bögli 1978, 102-103).

4.2. Zubringer

Die Zubringer sind aktive Streifen, verlaufen aber quer durch die inaktive Zone. Sie fliessen abwärts dem Karstwasserkörper zu. Bei Hochwasser wirken sie vor allem durch Erosion, bei normaler Wasserführung je nach den Bedingungen einerseits erosiv, andererseits korrosiv. Kalkreiche Wässer schneiden sich nur durch Erosion ein, kalkarme bei geringem Gefälle praktisch nur durch Korrosion. Zwischen beiden Extremen gibt es aber Kompromisse (Bögli 1978, 102-103).

4.3. Hochwasserzone

Im Hochwasserbereich gelten während der Zeit, da die Hohlräume Luft enthalten, die vadosen Bedingungen, während der Hochwasser, wenn der ganze Gangquerschnitt wassererfüllt ist, die phreatischen. Bei Niedrigwasser bilden sich vadose Formen, seien es nun solche aus der inaktiven Zone oder solche aus dem Zubringerbereich. Bei Hochwasser korrodiert und erodiert das Wasser im Hochwasserstrom wie in der phreatischen Zo ne. Die Gesteinsoberfläche zeigt Lösungsformen, an der Gangsohle findet man Fliessfacetten und an der Decke flache Eindellungen, die für die Füllung der Gänge mit Wasser kennzeichnend sind. An den Fugen, aus denen Wasser austritt, bilden sich Mischungskorrosionskolke, einige Zentimeter bis viele Dezimeter oder Meter breit und tief. In den gleichen Kolken wird gelegentlich bei Niedrigwasser, wenn Luft an die Stelle des Wassers getreten ist, Sinter ausgeschieden. In den aufsteigenden Piezometerröhren werden im nahezu stillen Wasser feinkörnige Sedimente, die Höhlenlehme, abgelagert.

Vadose und phreatische Formen mischen sich und überlagern sich. Stalagmiten stehen auf Höhlenlehm und können teilweise wieder von fluvialen Sedimenten bedeckt oder auch wegen Unterwaschung umgekippt sein. Die Hochwasser- und die anschliessende flachphreatische Zone sind der Bereich intensivster hohlraumbildender Vorgänge (Bögli 1978, 102-103).

5. Höhlen

5.1. Unterirdische Hohlräume und Höhlen

Es werden nicht alle unterirdischen Ho hlräume als Höhlen bezeichnet, denn nach der ISU (Internationale Speläologische Union) wird der Begriff Höhle definiert als ein ,,natürlicher, mehr als menschengrosser unterirdischer Hohlraum, der teilweise oder ganz von Sedimenten, Wasser oder Eis erfüllt sein kann" (Fink 1973).

Höhlen werden nach ihrer Entstehungsweise in zwei Gruppen eingeteilt: Primärhöhlen, Sekundärhöhlen.

Primärhöhlen bilden sich gleichzeitig mit der Entstehung d.h. Abkühlung des flüssigen Ergussgesteins. Diese Höhlen haben genetisch nichts mit der unterirdischen Entwässerung zu tun. Typische Beispiele sind Lava-, Riff- oder Tuffhöhlen. Auch tektonisch entstandene Höhlen, oder bei Felsstürzen gebildete Sedimenthöhlen gehören zu dieser Gruppe. Sekundärhöhlen entstehen durch geomorpho logische Prozesse, so etwa bei Lösungsverwitterung im Kalkgestein oder durch Erosion und Inkasion. Zu nennen sind hier Karst-, Einsturz- und Brandungshöhlen (Lehmann1978, 10).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2. Speläogenese

,,Die Speläogenese ist die Gesamtheit aller Prozesse, welche die Entstehung und Entwicklung natürlicher unterirdischer Hohlräume bewirken" (Bögli 1978, 206). Diese Prozesse beinhalten die korrosiven, erosiven und inkasiven Vorgänge. Unter Inkasion wird dabei das Nachbrechen einer Decke in einem unterirdischen Hohlraum unter ihrem Eigengewicht verstanden. Sie ist somit eine Alterserscheinung von Höhlen, und tritt erst nach der primären Höhlenbildung auf (Bögli 1978, 147).

Abb.2: Die Entwicklung verschie-dener Gangtypen von der Fuge bis zum Einsturz. Aus: Bögli 1978, 219

Karsthöhlen bilden sich in einer langandauernden Initialphase: Die klüftigen Hohlräume des Gesteins sind mit Wasser gefüllt, das ganze zukünftige Höhlengebiet liegt unter dem Karstwasserspiegel. Da der Vorfluter zu hoch liegt, fliesst das Wasser nicht ab. Wenn sich dieser nun senkt, wird durch das Druckgefälle, das Wasser in Bewegung gesetzt, und es entsteht Lösungsverwitterung unter phreatischen Bedingungen (d.h. der Gang steht ständig unter Wasser). Die Höhlen werden nun immer weiter verkarstet, und zur Korrosion gesellt sich auch die Erosion dazu. Der Karstgrundwasserspiegel gleicht sich nun immer mehr dem Niveau des Vorfluters an. Die Höhle wird darauf nur noch zeitweise durchflutet und es entstehen Schluchten am Grund der zuvor symmetrisch geformten Gänge; die Höhle liegt nun in der vadosen Zone. Die unterirdische Verkarstung erreicht ihr Maximum an Hohlräumen; dies führt zur Instabilität und zum Nachbrechen der Höhlendecken (Inkasion), bis schlussendlich die ganze Höhle einstürzt, und sich der gesamte Vorgang auf einem tiefergelegenen Niveau wiederholt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.3: Entwicklung einer Höhle mit drei verschiedenen Vorfluterniveaus. Aus: Bögli 1978, 213

6. Speläomorphologie

Die Speläomorphologie beschreibt die durch Korrosion, Abtragung und Inkasion entstandenen Abtragungsprozesse in unterirdischen Hohlräumen. Im Unterschied zur Oberflächenmorphologie wird der Formenreichtum der Höhlenablagerungen nicht zur Speläomorphologie gezählt, sondern separat im Kapitel Sedimente behandelt.

Die unterirdische Formenwelt wird unterteilt in Gross- und Kleinformen. Die Grossformen reichen vom kleinsten Gang bis zum verzweigtetsten Gangsystem. Kleinformen sind alle Erscheinungen die auf der Oberfläche von Grossformen entstanden sind.

6.1. Grossformen

6.1.1. Gänge

Gänge sind ,,annähernd horizontal oder mässig steil verlaufende Höhlenstrecken" (Fink, 1973:123). Gänge sind phreatisch entstandene Formen, die oft zu einer späteren Zeit noch durch vadose Abtragungsprozesse verformt wurden. Typische Beispiele für phreatische Formen sind Ellipsengänge. Durch den ständig anhaltenden Wasserstrom entwickelt sich der typische, annähernd symmetrische Querschnitt dieser Gangform. Gänge, die sekundär vados gestaltet wurden, weisen in den Boden eingekerbte Mulden oder, bei längerer Wirkung des Baches, auch Schluchten auf. Weiter gestaltet auch Geschiebe im Wasser, wie Sand oder Kies, die Gänge durch mechanische Erosion mit.

Die vertikale Lage der Gänge ist abhängig von der Art ihrer Entstehung, sowie von ihrer Ursprungsform. So werden Kluftgänge nach Form und Richtung immer durch Klüfte bestimmt, und sind immer höher als breit.

Abb.4: Gangquerschnitte;

links: Ellipsengang, rechts: Kluftgang

oben: nur phreatisch; unten phreatisch und sekundär vados gestaltet Aus: Bögli (1978, 215)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als spezieller Fall in ihrer Genese gelten Wirbelkanalgänge. In

absinkenden Ellipsengängen kann schnell fliesendes Wasser durch Wirbel an der Oberfläche grosse Mengen Luft mit sich reissen. Durch den mit zunehmender Tiefe ansteigenden Druck bindet die eingeschlossene Luft weniger CO2, so dass durch die Luft-Wasser-Mischung der Fels korrodiert wird. Die Decke wird ausgehöhlt, es entsteht ein Wirbelkanalgang (Bögli 1978: 155- 158).

6.1.2. Dom - Glockenhöhle - Halle

Dome sind grosse Räume mit hochgewölbter Decke. Besitzen sie einen glockenförmigen Aufriss, so bezeichnet man sie als Glockenhöhlen. Beide sind aus Schächten entstanden, dies belegen Übergänge zu denselben an der Decke. Im Unterschied zu Dom und Glockenhöhle besitzt eine Halle eine flache niedrige Decke. Hallen entstehen in tektonisch weniger, Dome und Glockenhöhlen in tektonisch stärker beanspruchten Gesteinen.

Bei allen drei Formen beweisen grosse Schuttmengen auch erhebliches Mitspielen der Inkasion (Einsturz von Decken).

6.1.3. Schächte

Schächte werden ,,allgemein zu den abwärtsgerichteten Höhlen gezählt" (Bögli, 1978).

Allerdings werden nicht nur die steil an die Oberfläche gelangenden Formen, sondern auch die unterschiedliche Höhenstufen miteinander verbindenden Hohlräume, als Schächte bezeichnet (Schlünde, Kamine).

Ihre Entstehung verdanken Schächte - wie alle primären Höhlenbildungen - tektonischen Vorraussetzungen, d.h. Gesteinsklüften. Durch phreatische wie auch vadose Lösungsverwitterung entwickeln sich dann diese steilen Höhlenstrecken. Andere Formen der Genese sind aufsteigende unterirdische Quellen oder Thermalquellen, welche das Kalkgestein korrodieren. Auch kennen wir Schächte, die sich durch Einsturz eines Hohlraumes bilden. An der Oberfläche wird dieser Vorgang durch Dolinen sichtbar, während bei Schächten, die durch einsickerndes Wasser entstanden sind, von Ponoren, als oberirdischer Erscheinung oft vereint mit Dolinen oder Poljen gesprochen wird. (Auf diese Erscheinungen wird im Rahmen dieser Arbeit bewusst nicht näher eingegangen).

Morphographisch werden drei Arten von Schächten unterschieden: die ,,reinen Vertikalen" welche über 65° steil bis senkrecht sind. Dann die gestuften Schächte, welche zwischen den Vertikalen flachere, kurze Gangstrecken aufweisen und Glockenschächte, die sich nach unten glockenförmig erweitern (Bögli 1978: 159).

6.2. Kleinformen

6.2.1. Höhlenkarren

Karren, auch Schratten genannt, treten sowohl über wie auch unter Tag auf. Es sind dies reine Korrosionsformen, die sich angelehnt an das kapillare Kluftnetz in das Gestein ausweiten. Höhlenkarren sind in allen Grössen und in unterschiedlichsten Ausbildungen an Decken, Wänden und am Boden anzutreffen (Lehmann 1987: 9).

Höhlenrinnen bilden sich auf flachen Oberflächen. Nach dem Austritt von ungesättigtem Wasser aus Fugen, nimmt dieses sofort CO2 auf, und beginnt das Gestein unmittelbar zu korrodieren.

Deckengr ü bchen: Lösungsverwitterung von Kondenswassertropfen führt an der Höhlendecke zur Bildung von fingerbeerenförmigen Deckengrübchen.

Höhlenrillen: Durch ablaufendes Kondenswasser bilden sich flache, bis zu cm breite Rillen im Gestein.

Anastomosen: Wenn sich Fugenwasser innerhalb der Fuge, oder an der Austrittsstelle mit Gangwasser vermischt, kommt es zur Mischungskorrosion. Diese erzeugt Anastomosen;

verschlungene Hohlräume von

Abb.5: Decken-zapfen

Aus: Bögli (1978,288)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Hängezapfen, Deckenzapfen, Pendants: Äusserlich stark an Tropfsteine

erinnernd sind Hängezapfen nicht ein Produkt bis zu 20cm Durchmesser.der Versinterung, sondern der Korrosion. Die aus anstehendem Gestein bestehenden, bis zu 100 cm langen, ,,backenähnlichen hängenden Karren" (Lehmann 1987: 9), entwickelten sich unter phreatischen Bedingungen. Hängezapfen werden nur dann herausgeschält, wenn durch Gangwasser Rinnen an der Decke entstehen, und diese auf Anastomosen treffen. Ohne Anastomosen bilden sich langgezogene Deckenrinnen.

6.2.2. Kolke

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Kolke entstehen sowohl durch Korrosion, wie auch durch Erosion. Im Rahmen dieser Arbeit wird allerdings nur auf die erstgenannte Form eingegangen. Korrosionskolke sind im Querschnitt ellipsenförmige Hohlräume. Sie entstehen an Decken und Wänden, dort wo Wasser aus Fugen austritt und sich mit Gangwasser verbindet. Es sind also permanent gefüllte Gangnetze (phreatische Zone) zur Entstehung dieser Mischungskorrosionsformen notwendig.

Abb.6: Kolk mit

Tropfstein vergessellschaftet. Aus: Bögli (1978,164)

Die Ausmasse von Kolken sind sehr unterschiedlich. Sie reichen von einigen Zentimetern bis,

im Extremfall, zu vielen Meter langen Kaminen.

Kommt das Fugenwasser an der Austrittsstelle nicht mehr mit CO2 armen Gangwasser

zusammen, so bilden sich Versinterungen. Es entstehen Tropfsteine, die oft mit den, unter phreatischen Bedingungen entstandenen, Kolken vergesellschaftet sind (Bögli 1978: 163ff).

6.2.3. Fliessfacetten, Scallops, Fliessmarken

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Scallops sind Münzen - bis Teller-grosse, Eindellungen in Wänden und

im Boden. Sie sind immer regelmässig angeordnet. Die Steilseite der asymmetrischen, meist nur flachen Vertiefung, findet sich stets an der stromaufwärts liegenden Seite. Abb.7: Scallops

Aus: Bögli (1978,289)

Das schnell an Boden und Wänden vorbeifliessende Wasser erzeugt hinter

Bodenunebenheiten Turbulenzen. Es entsteht ein Leewirbel, der entgegengesetzt zur

Fliessrichtung, das Gestein in flachem Winkel von vorne angreift, und hinten wieder steil

emporsteigt. Ob es sich bei Fliessfacetten eher um erosive oder durch Korrosion entstandene Erscheinungen handelt, wurde noch nicht abschliessend geklärt. Da ähnliche Formen auch bei unlöslichen Gesteinen auftreten, muss wohl von gemeinsamer Beteiligung der beiden Prozesse ausgegangen werden. (Bögli 1978: 165)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.8: Wasserbewegung über den Fliessfacetten nach Blumberg (1970), aus Bögli (1978,166).

L: Leewirbel; schraffiert: Korrosion bzw. Erosion

7. Höhlensedimente

7.1. Chemische Sedimente

Ablagerungen, Ausscheidungen und Mineralneubildungen in unterirdischen Hohlräumen werden als Höhlensedimente zusammengefasst. Unterschieden werden klastische, organische und chemische Sedimente.

Im Rahmen dieser Arbeit gehen die Verfasser nur auf den Formenschatz der chemischen Sedimente ein. Des weiteren werden Höhlenmineralien und Höhlensulfate bewusst weggelassen.

7.1.1. Kalkablagerungen

Den bei weitem grössten Teil der chemischen Höhlensedimente, bilden Formen aus Kalkablagerungen. Die ebenfalls zu den chemischen Sedimenten gezählten Höhlensulfate und Höhlenmineralien sind in viel kleinerem Ausmasse vorhanden, und werden hier nicht behandelt.

7.1.1.1. Kalktuff

Kalktuff ist ein zerreibbarer poröser Süsswasserkalk. Seinen Namen erhielt er durch die geomorphologische Ähnlichkeit zu vulkanischen Tuffgesteinen, zu welchen er allerdings keine genetische Verwandtschaft besitzt. Das weisse bis gelblich oder graue Gestein bildete sich vor 4500-7000 Jahren, unter warmfeuchten Bedingungen.

Kalktuff setzt sich bei der Bildung im Wasser, meist um Blätter, Moose oder sonstige Pflanzen ab, und schliesst oft Fremdkörper mit ein (Leser 1997, 370).

7.1.1.2. Sinterdecken

Unter Sinterdecken versteht man nicht, wie man vermeintlich aus dem Namen schliessen könnte, die Ablagerung von versintertem Kalk entlang von Höhlendecken. Viel mehr ist damit die flächenhafte Bedeckung einer Unterlage gemeint.

Fliesst kalkreiches Wasser in dünnen Schichten über die Unterlage, so gibt es auf Grund der grossen Oberfläche CO2 unter Sinterbildung ab. Als Unterlage sind sowohl Fels, Lehm, wie auch Schotter und Sand bekannt. Je nach Art der mitgeführten mineralischen oder organischen Substanz, färben sich Sinterdecken gelb, rot, braun, selten auch blau oder grün.

7.1.1.3. Tropfsteine

Tropfsteine sind meist zapfenförmige Gebilde, die durch versinterndes Tropfwasser gebildet wurden. Es werden hängende (Stalaktiten) und stehende Tropfsteine (Stalagmiten)

unterschieden. Vereinigen sich beide, spricht man von Tropfsteinsäulen, den Stalagnaten

(Sch ü lerduden: ,,Die Geographie", 361).

a) Hängende Tropfsteine, Stalaktiten

Stalaktiten (gr. Stalaktos = tropfend) bilden sich an der Höhlendecke oder an überhängenden Wandteilen, wo das Wasser aus Haarspalten frei abtropfen kann. Auf Grund des verringerten Drucks, oder infolge von Verdunstung werden Kalkkristalle um die Austropfstelle angelagert. Durch die stete Ausscheidung bildet sich ein 2-3 mm dicker Zentralkanal: das Sinterröhrchen, an dessen Ende immer weiter Kalk ausgeschieden wird, und das so in die Länge wächst. Hierbei scheidet nicht nur der an der Spitze des Stalaktiten herabhängende Tropfen, sondern auch das am Sintergebilde herabsickernde Wasser auf seinem Weg Kalk aus, so dass zapfenförmige Gebilde entstehen (Lehmann 1987, 20).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.9: Entwicklung von der Höhlenfuge zum Stalagnaten Aus: Leser (1997, 907)

Gelegentlich weisen Stalaktiten auch sehr dünne (wenige Millimeter dicke), z.T. nach oben gekrümmte, bis strauchartige Auswüchse auf, die sogenannten Exzentriker oder Heliktiden. Der Entstehungsmechanismus dieser, von der Schwerkraft scheinbar losgelöst gebildeten Sinterformen, ist noch nicht restlos geklärt. Während Lehmann (1987, 20) vom Mitspielen von Kristallisationsprozessen ausgeht, welche ein Weiterwachsen in der Richtung der Kristallgitter begünstigen, und auch eine Einwirkung von Luftströmungen in Betracht zieht, geht Bögli (1978, 198) von einer, der Gravitation überlegenen, Oberflächenspannung aus, die die feinen Wassertropfen umleitet.

b) Stehende Tropfsteine, Stalagmiten

Stalagmitten (gr. stalagmos= abgetropft) sind die, meist gröber geformten, säulenförmigen Antagonisten der Stalaktiten. Die von den Stalaktiten sich lösenden Wassertropfen zerstieben am Boden und scheiden infolge der dadurch geförderten Verdunstung wieder Kalk aus. Im Laufe der Zeit wachsen so langsam die Stalagmiten empor, bis sie auf ihren Stalagtiten treffen, und sich schliesslich zu einer Tropfsteinsäule vereinigen (Lehmann 1987, 23).

8. Zusammenfassung

Als Verkarstung wird die teilweise Abtragung bestimmter Gesteine durch chemische Lösungsvorgänge und andere physikalische Vorgänge verstanden. Höhlenkarst entsteht durch Lösungs- und Erosionsvorgänge sowie die damit verbundene Formenbildung in Hohlräumen im Innern von geeigneten Gesteinsschichten.

Karsthöhlen entstehen in grösserem oder kleinerem Ausmass in allen Karstgebieten, also überall dort, wo ein verkarstungsfähiges Gestein vorhanden ist, welches aufgrund äusserer Einflüsse mit Hohlräumen durchzogen wird. Verkarstungsfähige Gesteine sind in erster Linie Kalk- und Dolomitgesteine. Als einer der wichtigsten äusseren Einflüsse ist wohl der durch Niederschlag verursachte Wassereintrag zu nennen, der eine Vielzahl von zum Teil äusserst komplizierten Verkarstungsvorgängen überhaupt erst ermöglicht. Die Speläologie ist die höhlenkundliche Untersuchung von Hohlräumen, wobei es sich dabei oft um Höhlenkarst handelt.

So wie Karstgebiete im allgemeinen sind auch die Karsthöhlen von einem äusserst vielfältigen Formenschatz geprägt, der auf eine ebenso vielfältige Weise entstanden ist. Diese Arbeit kann und soll nicht das ganze Gebiet abhandeln und auch nicht allzusehr ins Detail gehen, aber sie soll doch einen guten Überblick geben und die wichtigsten Formen und Prozesse erläutern.

9. Literaturverzeichnis

Bögli A. 1978. Karsthydrographie und physische Speläologie. Berlin, 1-292.

Fink M. H. 1973. Mehrsprachiges Lexikon der Karst- und Höhlenkunde. Stuttgart, 1-536. Goudie A. 1995. Physische Geigraphie. Heidelberg, 1-402.

Lehmann H.1987. Beiträge zur Karstmorphologie. Stuttgart, 1- 251.

Leser H. 1997. Diercke-Wörterbuch. Allgemeine Geographi e. München und Braunschweig, 1-1034.

Meyers Lexikonredaktion. 1997. Sch ü lerduden: die Geographie. Mannheim, 1- 462. Wildberger A. & Preiswerk C. 1997. Karst und Höhlen der Schweiz. Basel, 1-208.

19 von 19 Seiten

Details

Titel
Höhlenkarst
Hochschule
Universität Basel
Autor
Jahr
2001
Seiten
19
Katalognummer
V99917
Dateigröße
680 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Höhlenkarst
Arbeit zitieren
Fabian Vögtli (Autor), 2001, Höhlenkarst, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/99917

Kommentare

  • Gast am 9.10.2001

    ausgezeichnet.

    sehr übersichtlich und detailiert!

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