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Hintergrund: Verkarstung in der schwäbischen Alb

Verkarstung und Kohlensäureverwitterung

Der Begriff Karst stammt vom slowenischen Karstgebirge. Der slowenische Originalname "Kras" bedeutet soviel wie "steiniger Boden". Für spezifische Oberflächenprozesse und -formen und Entwässerungsverhältnisse, die im slowenischen Karstgebirge festgestellt wurden, wurde der Begriff "Verkarstung" geprägt. Er wurde - wie der ursprüngliche Landschaftsname "Karst" - als typologischer Begriff auf andere Gebiete mit gleichartigen Prozessen und Formen übertragen. Diese Formen sind durch Lösungsvorgänge entstandene ober- und unterirdische Hohlformen unterschiedlichster Größe (cm bis km), und die Entwässerung erfolgt größtenteils unterirdisch.

Den Lösungsvorgängen liegt die Kohlensäureverwitterung zugrund, die auch als Korrosion bezeichnet wird. Das Kalkgestein wäre in reinem Wasser nicht löslich. Erst wenn im Wasser Kohlensäure vorhanden ist, können die Karbonate in leichter lösliche Bikarbonate umgewandelt und weggeführt werden:

Das CO2 in der Luft diffundiert in das Wasser und bildet teilweise Kohlensäure H2CO3. Die Kohlensäure dissoziiert nun in HCO3-und H+ und ist so in der Lage, Calzit (CaCO3) zu lösen.

CO2+H2O { = H2CO3 } + CaCO3 <--------> Ca(HCO3)2

Bei diesem Prozess spielt auch die Wassertemperatur eine Rolle. Kaltes Wasser ist für CO2 sehr aufnahmefähig. Daher findet auch unter kalten Bedingungen Kohlensäureverwitterung statt.

Der gesamte Prozess kann auch umgekehrt verlaufen, wie die Sinterbildungen (Tropfsteine) zeigen. Durch die Abgabe von Kohlendioxid, z.B. wenn das Wasser wärmer wird, wird aus dem wasserlöslichen Calciumhydrogencarbonat wieder das wasserunlösliche Calciumcarbonat.

Einige wichtige Karstformen

Im Karst entstehen auffällige trichter- oder kesselförmige Hohlformen, die Dolinen (von slowenisch Dolina = Tal). Sie bilden sich durch langsames Einsinken des Gesteins durch Kalksteinlösung oder infolge des Einsturzes von dadurch entstandenen Höhlen. Unterschieden werden daher Lösungs- und Einsturzdolinen. Kommt es zum Nachbrechen von nicht verkarstungsfähigem Gestein über Karsthohlformen, nennt man dies Erdfall. Wachsen zahlreiche Dolinen zusammen entstehen Uvalas. Wenn wiederum mehrere dieser Formen zusammenwachsen, bilden sich Poljen (serbokroatisch = Feld). Es sind die größten geschlossenen Hohlformen in Karstgebieten. Ihr Umfang erreicht Größenordnungen von mehreren Kilometern.

  • Illustration: Gesteinsquerschnitt Karst

Rinnenartige oder rundliche Kleinformen der Kalksteinverwitterung sind die Karren (Volksausdruck). Die Entstehung von Karren beruht auf der Lösungswirkung von abfließendem Regenwasser auf einer Kalksteinoberfläche. Man unterscheidet zahlreiche Arten von Karren. Rinnenkarren z. B. stellen langgestreckte Hohlformen dar, die durch scharfe Grate voneinander getrennt sind. Folgt die Kalksteinlösung den Klüften im Fels, entstehen Kluftkarren, die mitunter sogar quer zum Gefälle verlaufen. Langsam abtauender Schnee bewirkt kleine, eher rundliche Hohlformen auf dem Kalk, die Nischenkarren. Erstrecken sich Karren über große Bereiche einer Kalksteinoberfläche bezeichnet man dies als Karrenfeld.

Die eindrucksvollsten Hohlformen des Karstes sind sicherlich die Karsthöhlen. Da die Fugen und Hohlräume zu Beginn der Höhlenentstehung weitgehend mit Wasser gefüllt sind, findet die Lösung an ihrer gesamten Oberfläche statt. Also sowohl am Boden und an den Wänden als auch an den Hohlraumdecken. Man bezeichnet dies als phreatische Hohlraumentstehung (von griechisch phréar = Brunnen). Erst durch die Absenkung des Karstwasserspiegels, etwa durch tektonische Hebung der Erdkruste, gelangen die Höhlen in den ungesättigten Bereich. Zur Korrosion tritt nun im Zufluss- oder vadosen Bereich (von lateinisch vadosus = seicht) die Erosion hinzu. Die Hohlräume entwickeln sich langsam zu Höhlengröße. Dabei spielt auch die Vergrößerung durch gelockerte und abstürzende Wände und Decken eine Rolle. Dies wird häufig durch Frostverwitterung ausgelöst.

In Karsthöhlen kommt es häufig zur Tropfsteinbildung. Voraussetzung ist, dass eine gesättigte Kalklösung an die Luft kommt. Dabei verdunstet Wasser und Kalk fällt aus. Ein großer Kalkanteil bleibt dennoch im herabtropfenden Wasser. Trifft dieses auf den Boden, so zerstäubt es durch den Aufprall und wiederum fällt Kalk aus. Am Boden bildet sich ein Stalakmit, an der Decke ein Stalaktit. Wachsen beide zusammen, dann entsteht eine Tropfsteinsäule.

Tiefenhöhle

  • Illustration Tiefenhöhle

    Schacht- oder Tiefenhöhlen entstehen dort, wo Klüfte senkrecht zu den Kalkschichten stehen. Das eindringende Wasser erweitert die Klüfte zu Schächten, die durch querlaufende Gänge miteinander verbunden sind.

  • Die Laichinger Tiefenhöhle besteht aus 13 Schächten. Das Wasser das Gänge und Schächte auswusch hinterließ glattgeschliffene Röhren und Kolke.

Trockenhöhle

  • Illustration: Trockenhöhle

    Trockenhöhle: Die Gänge laufen fast waagerecht, entlang der Schichtflächen im Kalkstein. Der Kastwasserspiegel ist so weit abgesunken, dass die Höhle trocken fallen konnte.

  • Die Charlottenhöhle zählt zu den Trockenhöhlen. Kalksinter bilden bizarre Formen an den Wänden.

Wasserhöhle

  • Illustration: Wasserhöhle

    Eine Wasserhöhle, die nur wenig über der Talsohle liegt, doch unter dem Kastwasserspiegel, sodass sie immer Wasser führt.

  • Wimsener Höhle bei Zwiefalt, eine Wasserhöhle.

Zur Karsthydrografie

Bezeichnendes Merkmal der Karstoberflächen ist das Fehlen einer durchgehenden Oberflächenentwässerung, obwohl Talungen nicht selten sind. Diese sind aber fossil. Wasser verschwindet im Karstgestein in sog. Ponoren (Schwinden). Verschwindet Flusswasser im Untergrund, dann spricht man von Flussversinkungen. Das versickerte Wasser folgt der Schwerkraft entlang von Klüften und Fugen in die Tiefe. Da viele Karstwässer für die Wasserversorgung genutzt werden, war es vielfach notwendig, Wasserschutzgebiete abzugrenzen und deren Wasserbewegungen zu kennen. Daher wurden karsthydrographische Arbeitsmethoden entwickelt. An Ponoren z.B. wird Färbemittel in das Versickerungswasser gegeben und dessen Weg und Sickergeschwindigkeit untersucht. Es zeigte sich, dass sich in Karstgebieten Wasserscheiden kaum exakt feststellen lassen und dass die natürliche Filterung der Wassers sehr gering ist.

Färbeuntersuchungen an der Donauversickerung bei Immendingen ergaben, dass im etwa 12 km entfernten Aachtopf nur noch wenig gefärbtes Wasser an die Oberfläche tritt. Daraus wird abgeleitet, dass zwischen der Flussschwinde und dem Aachtopf kein einheitliches Höhlensystem existiert. Das Donauwasser verliert sich also in reich verzweigten unterirdischen Höhlensystemen und nur ein kleiner Teil davon speist die Aachquelle (Wilhelmy S. 45). Die Aach fließt zum Bodensee. Damit ist die Donauversickerung bei Immendingen ein Beispiel für die unterirdische Anzapfung des danubischen Systems durch das rheinische (Borcherdt S. 32).