Höhlenbildung

Höhlenforschung

Höhlenbildung

Höhlen – riesige tropfsteingeschmückte Hallen, oder enge lehmverschmierte Gänge. Für die einen klaustrophobisch und abschreckend, für die anderen Faszination und Abenteuer. Aber wie entstehen diese Hohlräume unter Tage eigentlich?

Primärhöhlen

Selten entstehen Höhlen gleichzeitig mit dem sie umgebenden Gestein. Man spricht dann von Primärhöhlen. Das typischste Beispiel dafür sind Lavahöhlen.

Wenn bei einem Vulkanausbruch dünnflüssige Lava austritt und an der Oberfläche erkaltet, so kann unter der abgekühlten Schicht immer noch flüssiges Gestein fließen.

Bleibt der Nachschub aus, kann die flüssige Lava aus dem umgebenden vulkanischen Gestein abfließen. Zurück bleiben dann lange, röhrenartige Höhlen, wie sie beispielsweise auf Hawaii zu finden sind.

Blick in die Lavahöhlen (Grutas de Sao Vicente) in Sao Vicente auf Madeira.

Die Grutas de Sao Vincente – eine Lavahöhle auf Madeira

Saures Wasser und Kalkstein

Die überwiegende Mehrzahl der Höhlen in Deutschland zählen zu den Sekundärhöhlen. Sie entstehen, wenn eine solide Gesteinsschicht nach und nach ausgehöhlt wird. Treibende Kraft hinter dieser Aushöhlung ist das Wasser.

Gesteine die hauptsächlich aus Gips oder Salz bestehen sind grundsätzlich wasserlöslich und bieten somit beste Voraussetzungen für Höhlenbildung.

Die mit Abstand meisten Höhlen Deutschlands finden sich aber in sogenannten Karstgebieten – die Schwäbische Alb ist ein Paradebeispiel dafür. Karst ist eine Landschaftsformation aus verwitterndem Kalkstein.

Dabei ist Kalk eigentlich nicht sehr wasserlöslich. Erst wenn das Wasser einen niedrigen pH-Wert besitzt, also sauer ist, kann auch der Kalk gelöst werden.

Und genau das geschieht, wenn das mehr oder weniger neutrale Regenwasser durch den Boden sickert: es nimmt Kohlenstoffdioxid (CO2) auf und wird dadurch schwach sauer.

Für alle die es genauer wissen wollen: Chemisch ausgedrückt diffundiert das CO2 der Luft ins Wasser und bildet teilweise Kohlensäure (H2CO3). Die Kohlensäure dissoziiert nun in HCO3- und H+ und ist so in der Lage, den Kalk (CaCO3) zu lösen.

Steter Tropfen höhlt den Stein

Entlang von Ritzen und Fugen tritt das kalklösende Wasser ins Gestein ein. Die Oberfläche des Kalksteins wird angegriffen, sie korrodiert. So löst das Wasser Teile des Kalksteins nach und nach auf und vergrößert dabei vorhandene Ritzen zu Hohlräumen.

Entlang wasserundurchlässiger Schichten, aus Lehm beispielsweise, staut sich das Wasser und fließt unterirdisch ab. Dabei bilden sich regelrechte Abwasserkanäle im Gestein, die mit der Zeit immer größer werden.

Allerdings laufen die Prozesse sehr, sehr langsam ab: Jahrmillionen sind notwendig um größere unterirdische Hohlräume entstehen zu lassen.

Ist aber erst einmal ein kleiner Höhlengang entstanden, so arbeiten auch noch andere Erosionsfaktoren an seiner Vergrößerung mit.

Eingeschwemmter Sand kann wie Schmirgelpapier die Gänge ausschleifen. Die Höhlendecke kann instabil werden und größere Felsblöcke stürzen herab. Kleinere Bruchstücke werden dann vom Wasser davon getragen.

Wasser stürzt über Felsen in die Tiefe. Am rechten Bildrand sieht man Wanderer auf einer Felsentreppe.

Fließendes Wasser zerfurcht und durchhöhlt Felsen

Wie kommen die Tropfsteine in die Höhle?

Erst in einem vorhandenen Hohlraum können Tropfsteine wachsen. Das Wasser, das durch Ritzen die über der Höhle liegenden Gesteinsschichten durchwandert, löst den Kalk und transportiert ihn in die Höhle.

Aber warum tragen diese Wassertropfen den Kalk nicht einfach mit sich weiter aus der Höhle heraus?

In den meisten Höhlen herrscht eine konstante Temperatur die einige Grad über der Temperatur der umliegenden Bodenschichten liegt. Warmes Wasser bindet weniger Kohlenstoffdioxid als kaltes Wasser.

Wenn sich ein Wassertropfen also in der Höhlenluft erwärmt, gibt er CO2 ab, wird dadurch weniger sauer und kann so weniger Kalk binden.

Kalk "fällt aus" und setzt sich dort ab, wo sich das Wasser sammelt. So bilden sich die von der Decke hängenden Stalaktiten. Wo Wassertropfen auf den Boden treffen, wachsen die Stalagmiten in die Höhe.

Tropfsteinhöhle im Carlsbad-Caverns-Nationalpark im US-Staat New Mexiko.

Tropfsteine benötigen einen Hohlraum zum wachsen

Autor: Dirk Neumann

Stand: 22.12.2017, 12:00

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