Wie unterirdische Räume entstehen
Regenwasser nimmt Kohlendioxid aus der Luft und vor allem aus dem Boden auf und wird zu einer schwachen Kohlensäure. Es sickert entlang von Klüften und Schichtfugen in den Kalkstein und löst dabei Calciumcarbonat nach und nach auf. Über Hunderttausende von Jahren erweitern sich diese Risse zu Gängen. Auf diese Weise geformte Landschaften mit Dolinen, versickernden Bächen und Höhlen nennt man Karst.
Die Mammoth Cave in Kentucky, das längste bekannte Höhlensystem, hat mehr als 400 Meilen kartierter Gänge, die größtenteils auf diese Weise entstanden sind, geleitet von Kalksteinschichten unter einer schützenden Sandsteindecke.
Ein zweiter Weg wirkt von unten. In der Lechuguilla Cave und den Carlsbad Caverns in New Mexico traf aus Erdöl- und Erdgaslagerstätten aufsteigender Schwefelwasserstoff auf sauerstoffhaltiges Grundwasser und bildete Schwefelsäure, die riesige Kammern herausfraß und dicke Gipsablagerungen zurückließ. Diese schwefelsäurebedingte Höhlenbildung gilt heute als gesichert und erklärt, warum diese Höhlen so anders aussehen als typische Regenwasserhöhlen.
Definition: Karst
Eine Landschaft, die vor allem durch das Auflösen löslicher Gesteine wie Kalkstein, Dolomit oder Gips geformt wurde.
Definition: Speläogenese
Einfach „Höhlenentstehung“ – die Prozesse, durch die eine Höhle entsteht.
Tropfsteine: Aus Stein gebaut, Tropfen für Tropfen
Sobald eine Höhle mit Luft gefüllt ist, kann sich die Chemie umkehren. Wasser, das von der Decke tropft, trägt gelöstes Calciumcarbonat und zusätzliches Kohlendioxid. Die Höhlenluft enthält weniger Kohlendioxid als der Boden darüber, daher entweicht das Gas aus jedem Tropfen – und Calcit kristallisiert aus. Zuerst bildet sich ein hohler „Strohhalmstalaktit“; verstopft seine Spitze, fließt Wasser außen herab, und er verdickt sich zu einem Stalaktiten. Tropfen, die auf den Boden fallen, bauen Stalagmiten auf; Wasser, das in Schichten fließt, lagert eine Sinterdecke ab.
Die Wachstumsraten schwanken stark je nach Tropfrate und Chemie, von kaum messbar bis etwa einem Millimeter pro Jahr. Da Tropfsteine in Schichten wachsen, die sich mit Uran-Thorium-Methoden datieren lassen, gelten sie als wertvolle Archive für frühere Niederschläge und Temperaturen.
Die riesigen Kristalle von Naica
Im Jahr 2000 stießen Bergleute in Naica in Chihuahua, Mexiko, in etwa 290 Meter Tiefe auf eine Kammer, die mit durchscheinenden Gipsbalken gefüllt war, manche rund 11 Meter lang. Die Cueva de los Cristales war heiß, nahe 50 °C, und äußerst feucht; ungeschützte Besucher konnten nur wenige Minuten bleiben.
Eine Untersuchung unter Leitung des Kristallographen Juan Manuel García-Ruiz lieferte eine überzeugende Erklärung. Die Höhle war sehr lange mit mineralreichem Wasser geflutet, bei einer Temperatur knapp unter etwa 58 °C. Bei dieser Temperatur löst sich das Mineral Anhydrit langsam auf, während das Wachstum von Gips leicht begünstigt wird. Ein so geringes Ungleichgewicht bedeutet, dass nur wenige neue Kristalle entstehen, und die vorhandenen wachsen sehr langsam, aber stetig – vermutlich über Hunderttausende von Jahren. Pumpen des Bergbaus hatten den Grundwasserspiegel gesenkt; nach dem Abpumpen stiegen die tieferen Ebenen wieder unter Wasser.
Ein kleineres, zugängliches Beispiel ist die Pulpí-Geode in Almería, Spanien, entdeckt 1999: ein etwa 8 Meter langer Hohlraum, ausgekleidet mit klaren Gipskristallen, seit 2019 für Besucher geöffnet.
ErklärmodellInneres einer Geode
Die Kristalle wachsen von den Hohlraumwänden nach innen, während mineralhaltiges Wasser hindurchfließt.
MineralQuarzgruppen
Häufig in Geoden und Adern; Quarz wächst in vielen Umgebungen aus kieselsäurereichen Fluiden.
Was noch erforscht wird
Die Höhlenforschung wirft viele offene Fragen auf, und es hilft, sie ehrlich darzustellen.
Die Lösung durch Kohlensäure bildet die meisten Kalksteinhöhlen; Schwefelsäure formte Lechuguilla und Carlsbad; das Ausgasen treibt das Wachstum von Calcit-Tropfsteinen an.
Die genauen Alter der Kristalle von Naica beruhen auf Schätzungen der Wachstumsrate und bleiben ungefähr.
In Höhlen lebende Mikroben könnten einige Mineralablagerungen beeinflussen; wie stark, ist noch umstritten.