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Karsthöhlen

Eine Höhle ist ein natürlicher, unterirdischer, mehr als menschengrosser Hohlraum im Gestein, der ganz oder teilweise von Luft, Wasser oder Sedimenten erfüllt ist.

Die meisten Höhlen, besonders die grossen, sind Höhlen im Karst, welche durch die chemische (und mechanische) Lösungstätigkeit der Sickerwässer, die entlang von Trennflächen (Klüfte, Verwerfungen, Schichtfugen, usw.) in Richtung Quelle fliessen entstanden sind.

Höhlenentstehung

Phreatisch: Die Entwicklung von Karsthöhlen beginnt mit einem Netz von sogenannten Karströhren. Dies sind Entwässerungskanäle, welche das Wasser von der Karstoberfläche durch das Innere des Gebirges zu der Quelle führen. Diese können durch das fliessende CO2-haltige Wasser zu grösseren Gängen erweitert werden. Wenn die Verbindung so gross ist, dass das Wasser frei fliessen kann, werden einige für den Höhlenforscher zugänglich. Insbesondere, wenn eine Talabsenkungen – z.B. durch eine Eiszeit – den Karstwasserspiegel absinken lässt.


Vados: Verbindungen von der Oberfläche können auch entstehen, wenn Wasser den Weg in die Tiefe freilegt, ohne dass die Gänge permanent wassergefüllt sind. Vadose Höhlenteile bestehen oft aus einer Abfolge von Mäandern (schluchtartigen Gängen) und Schächten (vertikale Gänge).

Die Entwicklung verläuft oft sequentiell: Zuerst entwickelt sich die Höhle in einer wassergefüllten Trennfläche. Die Erweiterung geschieht in allen Richtungen, wobei linsenförmige Gangprofile entstehen (der Höhlenforscher spricht meistens von Ellipsengängen, auch Druckstollen). Wenn die Höhle trocken fällt und nur noch von einem Bach durchflossen wird, wirkt die Kalklösung nur noch am Boden der Höhle, was zur Eintiefung eines Mäanders führt. (Der Höhlenforscher spricht dann von einem Schlüsselloch-Profil).


1 Initialfuge gefüllt mit Wasser
2 Hohlraumentwicklung (nach oben und unten)
3 In einer fast trocken gefallenen Höhle korrodiert der Höhlenbach nur den Boden -> ein Mäander entsteht mit „Schlüsselloch-Profil“

Mäander_schematisch

Sedimente in Höhlen

Ablagerungen, die nach der Bildung der Höhlen entstanden sind, werden als Höhlensedimente bezeichnet. Sie können von der Oberfläche in den Hohlraum hinein gekommen sein (klastische Sedimente wie Geröll, Lehm) oder in der Höhle selbst entstanden sein (Tropfsteine). Sie widerspiegeln einen Teil der Entwicklungsgeschichte Höhle.

Entstehung von Tropfsteinen

Bei der Höhlenentstehung sind die Hohlräume klein, oft gefüllt mit Wasser. Dieses hat aus dem Boden CO2 aufgenommen und vergrössert die Hohlräume. Wenn eine grosse, lufterfüllte Höhle entstanden ist, die mit der Aussenluft mit tieferem CO2-Gehalt Kontakt hat, entweicht das CO2 wieder als Gas aus dem Wasser (wie die Blasen in einem Glas Mineralwasser) und zurück bleibt Kalk. Der Vorgang ist ähnlich wie die Bildung einer Kalkkruste in einer Pfanne, aber weil dieser Vorgang in der Höhle langsam geht, gibt es schöne Gebilde: die Tropfsteine.

Sinter

Sinter ist der Überbegriff für Kalkausscheidungen in Höhlen. Besonders schön sind die mannigfaltigen Formen der Tropfsteine: Zapfenartig von oben (Stalaktiten) oder von unten (Stalagmiten), Sinterröhrchen, Sinterfahnen etc. Daneben gibt es auch flächige Ausscheidungen. Speziell sind die Exzentriker, die völlig unregelmässige Formen aufweisen können.

Kohlensäure als dominanter Faktor im Leben einer Karsthöhle

Die Gleichgewichte zwischen Kohlensäure, Wasser und Kalk bewirken also sowohl die Entstehung einer Höhle und deren Hohlraumerweiterung als auch die anschliessende Verfüllung der Höhle mit Sinter. In der folgenden Abbildung sind die entsprechenden chemischen Vorgänge zusammengefasst.

Der Tod einer Karsthöhle

Mehrere Prozesse können das „Lebensende“ einer Höhle bewirken:

  • Verfüllung mit Sinter
  • Verfüllung mit klastischen Sedimenten, die ein Höhlenbach von aussen in die Höhle einträgt
  • Decken-Einsturz (Inkasion)
  • Verlust des Höhlen-Daches, z.B. durch die Erosions-Wirkung einer Eiszeit

Weitere Prozesse zur Hohlraum-Bildung und -Erweiterung

Die Höhlenbildung durch Regenwasser ist – besonders in der Schweiz – der übliche Prozess. Wenn ein Fluss in eine Höhle fliesst, führt er oft auch Ton oder Steine mit sich. Diese können eine Höhle auch mechanisch, durch Erosion erweitern, analog zu gewissen Schluchten und Tälern an der Oberfläche. Daneben gibt es auch die Auflösung von Kalk durch Wässer aus der Tiefe, die CO2 oder H2S enthalten (Hypogene Höhlenentstehung), sowie die Hohlraumerweiterung durch Paragenese.

Publikationen

  • Aktuelles Standardwerk für wissenschaftliche Speläologie: „Cave Geology“, A. N. Palmer, Cave Geology: Book Review (Englisch)