Tropfstein

Tropfsteine sind generell Steine, die durch tropfendes Wasser entstehen. Dabei wird in der Umgangssprache weder der Ort an dem sie entstehen (Höhle, Bergwerk, Gebäude, usw) noch die chemische Zusammensetzung unterschieden. In den letzten Jahren hat sich jedoch zunehmend die Einschränkung auf Kalkablagerungen und die Entstehung in Höhlen durchgesetzt. Kalkhaltiges, fließendes und insbesondere tropfendes Wasser mit in der Regel sehr geringem Wasserfluss ist dabei Ursache der langsamen Ablagerung von Kalzit.

In jüngster Zeit findet zunehmend der Begriff Speleothem Verwendung, der von dem englischen spelothem abgeleitet ist. Er bezeichnet jedoch alle Arten von sekundären Ablagerungen, insbesondere in Höhlen, und umfaßt damit die Tropfsteine.

Entstehung

Chemie und Formen

Grottes de Reclere.JPG | Grotta di ispinigoli.jpg ist mit 38 m Höhe der größte Tropfstein Europas]] Zeushoehle.jpg auf Kreta.]]

Während das kohlensäurehaltige Wasser durch den Karst fließt, löst es den Kalkstein bis zur Kalksättigung in sich auf. Wenn es dann auf einen Hohlraum trifft, fließt das Sickerwasser an der Decke entlang, verliert an Fließgeschwindigkeit und bildet auf Grund der Oberflächenspannung Tropfen. Dabei gibt es CO₂ ab, was zur Ausfällung von kristallinem CaCO₃ führt. Dieser Sinter-Kalk bildet den von der Decke herabhängenden Tropfstein, den Stalaktiten. Der auf den Boden auftreffende Tropfen enthält noch etwas Kalk. Beim Aufprall des Tropfens wird nochmals CO₂ freigesetzt und Kalk fällt aus. Entsprechend wächst ein weiterer Tropfstein vom Boden in die Höhe und bildet einen Stalagmiten. Stalagmiten und Stalaktiten können auch als Säule zusammenwachsen und werden dann Stalagnat genannt. Die Verdunstung des Wassers spielt nur in wenigen Höhlen bzw. Höhlenteilen, z. B. an Höhleneingängen eine Rolle. Durch im Wasser gelöste Mineralien können Tropfsteine unterschiedliche Färbungen aufweisen.

Systematik

Tropfsteine
- Deckensinter (an der Höhlendecke)
  - Sinterröhrchen
  - Stalaktiten
  - Deckensinterleisten
  - Sinterfahnen
  - Sintervorhänge
- Wandsinter (an der Höhlenwand)
  - Sinterkrusten
  - Sinterfälle
  - Baldachine
  - Knöpfchensinter
- Solensinter (im Bodenbereich)
  - Stalagmiten
  - Sinterwälle
  - Sinterdecken
  - Sinterbecken
  - Wandsinterkränze
- Lose Sinterformen (frei im Höhlenraum liegend)
  - Höhlenperlen
  - Kalkhäutchen
  - Wandsinterleisten
- Excentriques (an Höhlenwand und -decke vorkommend)

Reaktionsgleichungen

CaCO₃ + H₂O + CO₂ <=> Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

oder auch

CaCO₃ + H₂CO₃ <=> Ca²⁺ + 2 HCO₃^-

Wachstumsgeschwindigkeit und Tropfsteinalter

Tropfsteine entstehen und wachsen im menschlichen Maßstab gesehen nur sehr langsam. Die genaue Geschwindigkeit des Tropfsteinwachstums variiert jedoch und hängt von mehreren Faktoren ab:

Kalk-Konzentration im Wasser
CO₂-Gehalt im Wasser und in der Höhle
Menge des herabtropfenden Wassers
Temperatur

Sehr beliebt bei Höhlenführern sind Angaben über die Wachstumsgeschwindigkeiten von Tropfsteinen. Dabei werden durchaus realistische Messungen von 8 bis 15 Millimeter pro 100 Jahre zugrunde gelegt. Nicht legitim ist jedoch die Verallgemeinerung auf die gesamte Höhle, sowie das lineare Hochrechnen auf die Tropfsteingröße. Ein Stalaktit mit einem Meter Länge ist also höchstwahrscheinlich nicht genau 10000 Jahre alt.

In der Charlottenhöhle kann man einen drei Zentimeter großen Tropfstein sehen, der auf den Stromleitungen der historischen elektrischen Beleuchtung gewachsen ist. Damit ist das Alter bekannt (seit Installation der Leitung, etwa 110 Jahre) und es ist möglich, die Wachstumsgeschwindigkeit auszurechnen. Leider kann das Ergebnis nicht verallgemeinert werden, auch benachbarte Tropfsteine können sehr unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten besitzen. Der erwähnte Tropfstein befindet sich unter einer Doline mit Humusfüllung und sehr hoher CO2 und Huminsäurenproduktion. Dadurch ist die Wachstumsgeschwindigkeit räumlich sehr eng begrenzt ca. verfünffacht.

Hinzu kommt die zeitliche Komponente. Die Wachstumsraten schwanken mit klimatischen Änderungen, da sich dabei die oben angegeben vier Parameter ändern. Beim Wechsel von Kaltzeiten und Warmzeiten schwankt das Wachstum sehr stark. Während einer Kaltzeit kann es, durch die Versiegelung des Bodens durch Permafrost, zu einem vollständige aussetzen des Wachstums kommen. In Warmzeiten war es häufig wärmer und feuchter als heute, so daß die Wachstumsgeschwindigkeiten höher als heute gemessen waren. So kann man bei dem oben genannten Beispiel vermuten, daß ein erheblicher Teil des Tropfsteins vor der letzten Kaltzeit entstand, die Bildung dann aussetzte und mit dem Ende der Kaltzeit vor etwa 8000 Jahren wieder einsetzte. Generell meint man deshalb heute mit dem Alter eines Tropfsteins die Warmzeit, während der der größte Teil des Tropfsteins gebildet wurde.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß häufig nur von der Wachstumsgeschwindigkeit von "Tropfsteinen" geredet wird. Dabei wird vernachlässigt, daß die Geschwindigkeit auch von der Form abhängt. Sinterröhrchen können sehr schnell wachsen, nach dem Übergang zum Stalaktit wird die Geschwindigkeit jedoch deutlich geringer, da nun die gleiche Menge Material auf einer größeren Fläche abgelagert wird. Die Wachstumsgeschwindigkeit der zugehörigen Stalagmiten unterscheidet sich wiederum drastisch. Jegliche Angabe, die diese Unterschiede nicht berücksichtigt, hat keinerlei wissenschaftlichen Wert.

Die Wachstumsgeschwindigkeit ist jedoch eine wichtige Kennzahl wenn sie aus sinnvollen Messungen abgeleitet wird. Dazu werden Proben entnommen und das Alter mit einer geeigneten geophysikalischen Methode zur Altersbestimmung (C14, U/Th oder O) bestimmt. Nun kann zwischen geeigneten Meßpunkten, mit erkennbar homogenem Wachstum dazwischen, eine aussagekräfgtige Wachstumsgeschwindigkeit errechnet werden. Diese läßt dann durchaus Rückschlüsse auf die klimatischen Bedingungen während der Entstehung des Tropfsteins zu.

Störungen

Das Wachstum der Tropfsteine kann durch Höhlenbesucher gestört werden. Berührt man einen Tropfstein, so setzt sich Fett von der Haut ab und verhindert an dieser Stelle zukünftige Kalkablagerungen.

Tropfstein-Vorkommen

Grundsätzlich befinden sich in allen Höhlen weltweit, die in Karst- und Kalkgesteinsregionen liegen, Tropfsteine. Einige außergewöhnliche Beispiele, vor allem in Schauhöhlen:

Tropfstein-Höhlen in Deutschland

Atta-Höhle: besitzt eine Vielzahl von Tropfsteinen, darunter außergewöhnliche Sinterfahnen
Bilsteinhöhle: Bei Warstein im nördl. Sauerland, Schauhöhle mit aktiver, Wasser-durchflossener unterer Etage, Kulturhöhle (Funde aus der Mittelsteinzeit, Glockenbecher-, Urnenfelder und Eisenzeit) und robustem Sinterschmuck
Dechenhöhle Iserlohn: ist eine der schönsten und meistbesuchten Schauhöhlen Deutschlands im Sauerland in Iserlohn
Nebelhöhle: hat einen abgesägten Stalagmiten, der nach dem Zweiten Weltkrieg zur Restaurierung des Ludwigsburger Schlosses benutzt wurde
Sophienhöhle: besitzt den Millionär, einen massiven Stalagmiten, der aber trotz des Namens keine Million Jahre alt ist. Zusammen mit dem darüber befindlichen Stalaktiten und einrahmenden Sinterfahnen stellt er eine für deutsche Verhältnisse beeindruckende Formation dar
König-Otto-Tropfsteinhöhle: der seit Jahrhunderten bekannte Höhlenteil ist sehr stark beschädigt, doch die neu entdeckte Adventhalle besitzt eine überwäligende Ansammlung von Tropfsteinen, die in deutschen Schauhöhlen wohl einmalig ist. Darunter sind auch Kristallrasen, Wasserstandsmarken und sogar Sinterperlen.
Tropfsteinhöhle Steinau in Steinau an der Straße: birgt u.a. den Bienenkorb, einen Stalagmiten, in Form eines Bienenkorbes
Teufelshöhle in der fränkischen Schweiz bei Pottenstein besitzt eine Vielzahl von Stalaktiten und Stalagmiten die rund 10 - 15.000 Jahre alt sind. Es ist die größte Höhle in der fränkischen Schweiz - in der Höhle werden Kuren sowie Asthmatherapien angeboten - Erschließung der Höhle war im Oktober 1922. Die Höhle ist rund 1,5 km groß bzw. begehbar.

Tropfstein-Höhlen in Österreich

Nixhöhle: eine sehr alte Schauhöhle, besitzt kaum normale Tropfsteine, dafür aber außergewöhnlich viel Mondmilch, eine weiche Sinterablagerung, die in Österreich Nix genannt wird
Ötscher-Tropfsteinhöhle: Schauhöhle in Niederösterreich bei Gaming seit 1926.
Obir-Tropfsteinhöhlen: diese Höhlen sind erst vor wenigen Jahren als Schauhöhle eröffnet worden und besitzen viele außergewöhnlich schöne, weiße Tropfsteine.

Tropfstein-Höhlen in der Schweiz

Kristallhöhle Kobelwald: eine kleine Flußhöhle besitzt außergewöhnliche Kalzitkristalle, die früher sogar als Marienglas abgebaut wurden

Tropfstein-Höhlen in Slowenien

Höhlen von Škocjan (Höhlen von St. Kanzian): im ersten Teil riesige Tellerstapelstalagmiten, die von Raum zu Raum größer werden. Im zweiten Teil die wohl imposantesten Sinterbecken, die in einer Schauhöhle zu finden sind

Tropfstein-Höhlen in Italien

Grotta Grande del Vento, Frassassi: wohl die schönste Italienische Höhle, mit einer 70m hohen Eingangshalle, in der 30m hohe, strahlend weiße Tellerstapelstalagmiten fast schon verloren wirken
Grotte di Castellana: eine Schatzkammer wartet am Ende der langen Tour, Stalaktite und Stalagmiten die im stehenden Wasser von Kalzitkristalelen überkrustet wurden

Tropfstein-Höhlen in den USA

Lechuguilla: die "schönste Höhle der Welt", so der Titel des wohl berühmtesten Buches über die Höhle, ist keine Schauhöhle. Sie besitzt alle vorstellbaren Tropfsteinformen und noch einige weitere. Wer wenigstens einen kleinen Eindruck davon bekommen möchte sollte die Carlsbad Caverns nebenan besichtigen
Carlsbad Caverns

Eselsbrücke

Je nach Anordnung des Tropfsteins spricht man von Stalaktit, Stalagmit oder Stalagnat, wobei der letzte Begriff im allgemeinen Sprachgebrauch weniger verwendet wird, da die durchgehende Säulenform verhältnismäßig selten vorkommt.

Im Deutschen lässt sich der Unterschied zwischen den beiden erstgenannten Tropfstein-Formen dadurch merken, dass Stalagmiten schon viel "mitgemacht" haben, daher "müde" und deswegen am Boden sind, während Stalaktiten tropfen und an der Decke hängen. Eine bekannte Eselsbrücke für Erwachsene ist: Die Mi(e)ten steigen und die (Stalak)tit(t)en hängen. Wegen ihrer Schlüpfrigkeit ist diese Eselsbrücke wohl die, die sich meistens Erwachsene merken können.

Dagegen vor allem für Kinder: Die Stalaktiten kommen von der "T"ecke, und die Stalagmiten wachsen mit dir mit.

Unter Beachtung der Form der Großbuchstaben „M“ und „T“ können auch StalagMiten und StalakTiten gute Eselsbrücken sein.

Im Englischen hilft der folgende Spruch: Stalagmites grow from the ground, stalactites grow from the ceiling, im Französischen La Stalagmite monte, la stalagtite tombe (monter „steigen“ und tomber „fallen“).

Tropfsteine aus anderen Materialien

Ergänzend sei noch erwähnt, dass Tropfsteine nicht nur aus Kalk bestehen müssen. In den Besucherbergwerken Feengrotten in Saalfeld, Morassina (beide in Thüringen) und Alaunwerk Mühlwand, Vogtland (Sachsen) kann man zum Teil farbenprächtige Exemplare aus Diadochit bestaunen. Diadochit-Tropfsteine wachsen erheblich schneller als Tropfsteine aus Kalk, allerdings sind sie mechanisch weniger stabil.

Siehe auch

Liste der Schauhöhlen in Deutschland

Weblinks

Mineralienatlas Tropfsteine

Gestein | Speläologie

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