Roger Schuster

Das war Heroldstatt!

Ein nicht ganz ernst gemeinter Bericht über „Speläo-Südwest“

Am Wochenende 23. bis 25. Oktober 1998 fand in Heroldstatt- Sontheim (das bei Blaubeuren, wo die Sontheimer Höhle liegt) die Tagung „Speläo- Südwest“ statt, die von fünf Mitgliedern der Arge Rosenstein besucht, oder besser: heimgesucht (zumindest aus der Perspektive von Michaels Parkplatznachbarn, gelle?) wurde.

Nach der fröhlichen und aufgrund diverser Um- und Irrwege etwas verlängerten Anfahrt von Michael, Jürgen, Peter und mir, trafen wir am Freitag Abend um 21 Uhr am Tagungsbüro zum „Check- in“ ein.

Nachträge zur Mineralogie der Todsburger Höhle (Kat.- Nr. 7423/11), Schwäbische Alb

Vorbemerkung

Der vorliegende Artikel war ursprünglich als Nachtrag zu bereits veröffentlichten mineralogischen Untersuchungen (SCHUSTER 1992) in der Todsburger Höhle geplant. Er basiert auf Geländearbeiten, die schon im Sommer 1992 durchgeführt und zur Veröffentlichung in einer süddeutschen karstkundlichen Schriftenreihe eingereicht worden waren. Diese Zeitschrift ist jedoch nie erschienen und um zu verhindern, dass die gewonnenen Erkenntnisse verloren gehen, legt der Verfasser den Bericht nun hier der Öffentlichkeit vor. Leider fielen die Originale der beiden Infrarot- Spektren, auf die im Text bezug genommen wird, der Redaktion jener ursprünglichen Zeitschrift zum Opfer und können nicht mehr ohne weiteres rekonstruiert werden. Der Text enthält jedoch glücklicherweise eine schriftliche Auswertung, so dass der Verlust verschmerzbar ist.

Zum besseren Verständnis werden außerdem einige Hinweise aus dem bereits publizierten ersten Teil (SCHUSTER 1992) kurz wiederholt.

1. Einleitung

1990 und 1991 waren aus der Todsburger Höhle Mineralproben entnommen und analysiert worden. Besonders musste ein Mineralgemenge hervorgehoben werden, das in Form eines schwarzen, pastösen Überzuges an einer Stelle der Höhle auf der Bodensinterschicht aufsitzt. Naßchemische Untersuchungen wiesen in diesem Gemenge Calcit und Eisenoxidhydrate nach. Dazu kommen unlösliche Bestandteile, die zunächst als Quarz und Korund angesprochen wurden, mengenmäßig jedoch nicht mehr quantifiziert werden konnten.

Mit rund 37 % stellen organische Stoffe unbekannter Zusammensetzung einen weiteren erheblichen Massenanteil dar. In der Anhand der Analyse hergeleiteten Theorie zur Entstehung dieses Mineralgemischs, spielt die organische Komponente eine zentrale Rolle, nach der dreiwertiges Eisen durch diese Substanzen zu einer zweiwertigen, wasserlöslichen Form reduziert wurde (SCHUSTER 1992).

Am 18.07.1992 zogen M. Feth und der Verfasser in der Todsburger Höhle letztmalig eine kleine Probe der mineralischen Substanz. Die Ergebnisse der Auswertung vermögen einige der Lücken zu schließen und auch die Entstehungstheorie kann an einigen Punkten verfeinert werden.

2. Entnahmepunkt

Die Fundstelle des Mineralgemenges liegt in einem der niedrigen Seitenteile, die den Hauptgang der Todsburger Höhle über weite Strecken begleiten. Etwa auf der Höhe der ersten Wasserpfütze nach der Eingangshalle, kann man rechts (S) in eine solche nischenartige Seitenpassage hineinschlufen, die sich auf einer Querkluft entwickelt hat. Hier überzieht der schwarze Belag mehrere Quadratmeter Bodenfläche.

Im ersten Augenblick wurde dieser Überzug spontan als Fackelruß interpretiert, jedoch nach der Überlegung, warum das Material nur den Boden bedeckt, die Decke aber sauber ist, wurde die Neugier der Bearbeiter geweckt und Probensubstanz entnommen.

3. Labormethoden

3.1. Frühere Untersuchungen

1991 wurden bereits Tests durchgeführt und deren Ergebnisse als erster Zwischenbericht 1992 von SCHUSTER publiziert. Dabei stellte sich heraus, dass ein großer prozentualer Anteil der Probenmasse in Mineralsäuren löslich ist. In der Lösung wurde Calcium durch komplexometrische Titration bestimmt, dreiwertiges Eisen durch Spektralphotometrie und gleichfalls komplexometrisch der Versuch geführt, Magnesium nachzuweisen. Letzteres verlief negativ. Die Titrationstechniken sind in A.A. (o.J.) detailliert beschrieben.

Die schwarzen, farbgebenden Massen jedoch stellten sich als säureunlöslich heraus und wurden zur Weiterverarbeitung abfiltriert und bei rd. 900°C und Zutritt von Luftsauerstoff geglüht. Die Rückstände verflüchtigten sich dabei fast vollständig und zurück blieben kleine Mengen weißer und hellgrauer Mineralkörnchen mit z.T. großer Härte. Daraus folgt, dass die schwarze Substanz offensichtlich eine Kohlenstoffverbindung organischer Natur ist.

Aufgrund der Tatsache, dass die Probe Eisen enthält, das in seiner vorliegenden, dreiwertigen Form sehr schwer in Wasser löslich ist und also ein spezieller Transportmechanismus vorgelegen haben muss, damit das Eisen dennoch in das Höhlensediment gelangen konnte, wurde darüber nachgedacht, ob ein Zusammenhang mit der organischen Substanz bestehen könnte. Die späteren Untersuchungen, die der eigentliche Bestandteil dieses Aufsatzes sind, scheinen dies zu belegen.

3.2. Aktuelle Untersuchungen

Um detaillierten Aufschluß über den Mineralbestand in der Probe zu erhalten, fiel die Wahl des Analysenverfahrens auf die infrarotspektroskopische Standardmethode für Feststoffe.

Die z.T. chemisch aufbereiteten Proben, bei rd. 100°C getrocknet, wurden jeweils mit einem etwa zehnfachen Massenüberschuß von trockenem Kaliumbromid p.a. in einer hydraulischen Presse unter Vakuum zu klaren Tabletten verdichtet. Diese Preßlinge konnten dann teilweise in herkömmlichen IR-Spektrometern durchgemessen werden, wozu die erhaltenen Spektren manuell auf Übereinstimmung mit Vergleichsspektren von Reinsubstanzen geprüft wurden; teilweise war es auch möglich, die Probanden auf dem Laser-IR aufzuscannen und die Transmissionskurven per Computerdatenbank automatisch mit Vergleichsmaterial zu überlagern.

Zur Feinuntersuchung der organischen Stoffe, wobei besonderes Interesse dem Nachweis funktioneller Gruppen galt, die Eisenverbindungen reduzieren können, kam versuchsweise die Dünnschichtchromatographie zum Einsatz.

Als Elutionsmittel kamen drei verschiedene Gemische mit unterschiedlich ausgeprägter Polarität zur Anwendung:

  • Toluol/ Ethanol/ Ammoniak- Gemisch
  • Toluol/ Ameisensäure/ Diethylether- Gemisch
  • Petrolether/ Diethylether- Gemisch

Nachdem die Proben auf die DC- Platten aufgetragen waren, ließ man im Entwicklungstank, z.T. mehrmals, das Fließmittel bis knapp unter die Oberkante aufsteigen und nach dem Trocknen wurden die Chromatogramme zur Detektion der evtl. vorhandenen Spots mit den Sprühreagenzien Platinat, Ninhydrin, Echtblau B und Diethylaminobenzaldehyd behandelt (TREIBER 1984).

Eine Identifizierung einzelner Verbindungen ist nach dieser Methode unmöglich, jedoch konnte prinzipiell durch die unterschiedlichen Rf– Werte eine Auftrennung in verschiedene Substanzzonen erwartet werden, in denen sich funktionelle Gruppen besser als in der Mischung, mit ihren sich gegenseitig störenden Komponenten, nachweisen lassen.

4. Ergebnisse

4.1. Auswertung der IR-Spektrogramme

Es wurde zunächst von einer unbehandelten Probe ein Spektrogramm aufgezeichnet, das die Werte der IR- Transmission gegenüber der Wellenzahl (cm-1) wiedergibt. Schon die chemische Analyse hatte für Calcit einen Massenanteil von knapp zwei Dritteln in der Mineralmischung ausgewiesen (SCHUSTER 1992: 70); dieser Sachverhalt findet im Spektrum seinen Niederschlag in Form der sehr intensiven Absorptionsbanden des Calciumcarbonats.

Als charakteristisch sind die Peaks bei den Wellenzahlen 3400 cm-1, 2900 cm-1, 2500 cm-1, 1790 cm-1, 870 cm-1, 710 cm-1 und ganz besonders bei 1430 cm-1 hervorzuheben. Damit wird unverkennbar Calcit angezeigt.

Daneben tritt jedoch auch Absorption im Bereich 3500- 3700 cm-1 und vor allem bei 1040 cm-1 auf, die nicht dem Kalkspat zuzuschreiben ist.

Da die CaCO3– Banden die übrigen Peaks zu stark überdecken, wurde in einer weiteren Probe der Calcitanteil durch milde Säurebehandlung entfernt und nur der unlösliche Rückstand spektroskopiert. Das hieraus resultierende Spektrum konnte in der Mehrheit aller Punkte mit einem Vergleichsspektrum des SiO2 (Quarzsand) aus der Datenbank in Einklang gebracht werden. Als Charakteristika gelten die Peaks bei 3500 cm-1, 2950 cm-1, 2880 cm-1(schwach ausgeprägt), 2350 cm-1, 1650 cm-1 1040 cm-1 (hier handelt es sich um den sehr intensiven Peak, der auch im Spektrum der unbehandelten Probe auftritt) und 700 cm-1. Damit ist das bereits vermutete Vorkommen von Quarz gesichert.

Allerdings treten im Verlauf der Spektralkurve der Probe zusätzliche Peaks auf, die sich im Quarz- Vergleichsspektrum nicht wiederfinden lassen. Es handelt sich um die Absorptionslinien bei 3700 cm-1, 3600 cm-1, 900 cm-1 und 800 cm-1. Durch ein entsprechendes Vergleichsspektrum konnte damit darüber hinaus noch Kaolinit identifiziert werden.

4.2. Auswertung der Dünnschichtchromatogramme

Die in die Dünnschichtchromatographie gesetzten Erwartungen haben sich nicht erfüllt. Der Versuch, die organischen Komponenten aus der Probe abzutrennen und über Dünnschichtchromatographie weiter aufzuschließen, scheiterte an deren mangelhaften bzw. fehlenden Löslichkeit in den benutzten Elutionsmitteln. Darum brachte auch die Behandlung der entwickelten Platten mit Sprühreagenzien keine positiven Resultate.

5. Diskussion

Die IR-Spektroskopie konnte die Zusammensetzung der anorganischen, mineralischen Komponenten des Mineralaggregats, wie diese bereits aus den chemischen Analysenergebnissen schlußfolgert worden war, in praktisch allen Punkten bestätigen.

Während das Vorhandensein von Calcit schon nach der naßchemischen Untersuchung feststand, brachte erst die Spektralanalytik den gesicherten Quarz- Nachweis. Dieses Mineral war bislang nur aufgrund von extrem hitze- und säurebeständigen Kristallen, die in der Probe gefunden worden waren, vermutet worden. Dagegen stellte sich der Verdacht, dass auch Al2O3 mit enthalten sein könnte, als Irrtum heraus. Die IR- Spektroskopie lieferte keinerlei Anzeichen für Korund, dafür aber eindeutig für Kaolinit.

Kaolinit ist ein Vertreter der Tonminerale, ein Zweischichtsilikat mit der Zusammensetzung Al2Si2O5(OH)4. Es geht z.B. aus der Verwitterung von Feldspat hervor, wobei dieser Abbauprozeß in zwei Stufen abläuft:

Zunächst erfolgt durch die Einwirkung von Hydroxoniumionen die sogenannte „Entbasung“:

2 KAlSi3O8 + 2 H3O+ —> 2 HAlSi3O8 + 2 H2O + 2 K+

Durch Wasseranlagerung entstehen Kaolinit und Kieselsäure.

2 HAlSi3O8 + 5 H2O —> Al2Si2O5(OH)4 + 4 H2SiO3

Indes gilt es die Abhängigkeit der Löslichkeit von SiO2 und Al3+ vom pH- Wert zu beachten (Abb. 1). Im pH- Bereich 5- 9 liegt unlösliches Al(OH)3 vor, das bei Prozessen innerhalb dieser Grenzen der Mineralneubildung somit nicht zur Verfügung steht. Bei pH < 5 geht Al3+als Hexaquokomplex in Lösung, bei pH > 9 geht es in den löslichen Tetrahydroxoaluminat- Komplex über.

Löslichkeitskurven

Die Löslichkeit des SiO2 nimmt dagegen mit steigendem pH-Wert annähernd linear zu. Daher entstehen Si-ärmere Zweischichtsilikate wie Kaolinit bevorzugt bei tiefen pH- Werten, wo zwar viel Al3+ in der Lösung zur Verfügung steht, aber im Vergleich dazu ein SiO2– Unterschuß herrscht.

In diesem Zusammenhang ist auf die erste Reaktionsgleichung zu verweisen, aus der ersichtlich ist, dass die Feldspatverwitterung in Gegenwart von H3O+, also im sauren Bereich, abläuft. ZIECHMANN & MÜLLER- WEGENER (1990: 218) benennen einen „Silikat- Pufferbereich“, der zwischen dem Carbonat- Pufferbereich und dem Austauscher- Bereich liegt, also bei einem pH- Wert von ca. 5.

Darüber hinaus ist der Verwitterungsprozeß klimagesteuert; Kaolinit bildet sich bevorzugt unter feuchten und kühlen Bedingungen (siallitische Verwitterung). Leider liegen keine zuverlässigen Angaben vor, so dass es nicht möglich ist, anhand von bekannten Klimadaten eine Altersabschätzung zu treffen. Am ehesten kommt das Ende des Würm- Glazials als Entstehungszeitraum für diese Mineralmixtur in Frage (kühle bis kalte Witterung, jedoch genügend flüssiges Wasser, um die Verwitterung und Umlagerung in die Höhle zu bewerkstelligen). Diese Beobachtung deckt sich gut mit den radiometrisch gewonnenen Altersangaben des Sinters aus der Todsburger Höhle, der sich im Postglazial gebildet hat (FRANKE, MÜNNICH & VOGEL 1959): Das auf dem Bodensinter liegende Material mussjünger sein als der Sinter.

Bereits früher (SCHUSTER 1992) wurden in dem Mineralaggregat basische Eisenoxide durch naßchemisch- photometrische Untersuchungen nachgewiesen. Eine exakte Strukturanalyse war nicht möglich. Definitionsgemäß wurden die Eisenminerale als Limonitangesprochen. „Limonit“ ist ein Sammelbegriff für diverse Eisenoxide und -Hydrate wechselnder Konstitution. Meistens wird er mit der Formel FeOOH bzw. Fe(OH)3zusammengefaßt, was streng genommen nicht ganz richtig ist.

Von FeOOH sind zwei verschiedene Modifikationen bekannt: alpha – FeOOH oder Goethit und gamma – FeOOH oder Lepidokrokit. Ersteres ist auch als „Nadeleisenerz“, letzteres als „Rubinglimmer“ bekannt. Die Kristallformen beider Modifikationen sind aus den Abb. 2 und 3 (nach KLOCKMANN 1980: 553/ 554) ersichtlich. Lepidokrokit ist bei normalen Temperaturen metastabil und wandelt sich langsam in den weitaus häufigeren Goethit um. KLOCKMANN (1980 :553) teilt mit:
"Goethit mit seinen Varietäten ist ein typisches Produkt der Verwitterungszone (...) unter Einfluß von Humussäuren, gelöstes Eisen wird in dieser Form gefällt. (...) Limonit oder 'Brauneisenerz' schlechthin (...) besteht überwiegend aus Goethit."

Kristallform des Goethit

 

Kristallform des Lepidokrokit

Zur Erklärung der Entstehung der FeOOH-Ablagerungen wurde die Theorie herangezogen, dass Huminstoffe mit elektrophoben Gruppen (z.B. die Carbonyl- Gruppe) das Eisen des FeOOH zur zweiwertigen Form reduzieren, die durch das größere Löslichkeitsprodukt eine höhere Mobilität in Wasser besitzt und deshalb zur Umlagerung von der Erdoberfläche in die Höhle in Betracht kommt. Aus Abb. 1 geht hervor, dass die Löslichkeit von Eisen bei pH- Werten über 3 rapide abnimmt (Ausfällung von schwerlöslichem Fe(OH)3).

Die Analyse von Tropfwässern aus Höhlen ergab aber einen durchschnittlichen pH 7,4 (SIMMLEIT 1987: 31). Auch Karstgrundwasser aus dem Karbonatkarst hat einen annähernd neutralen pH- Wert; im Frankendolomit z.B. von 7,4 (FREVERT ET AL. 1982: 65). Das Löslichkeitsprodukt von FeOOH liegt bei diesem Wert nur bei 2,5 10-42 mol4 l-4 (nach KÜSTER 1985), so dass praktisch kein Transport von gelöstem Eisen stattfindet.

Die Kohlensäure alleine reicht keinesfalls aus, um pH 3 oder tiefer zu erreichen, auch dann nicht, wenn man den in der Bodenluft erhöhten CO2– Partialdruck berücksichtigt. Der Humusboden in Karbonatkarstgebieten enthält viel Kalk, welcher mit Kohlensäure ein leistungsfähiges Puffersystem bildet. ZIECHMANN & MÜLLER- WEGENER (1990: 216) berechnen den tiefsten möglichen pH- Wert des Bodenwassers mit 6,2. Die hier wiedergegebene Tabelle der beiden Autoren zeigt jedoch, dass durch die Pufferwirkung des CaCO3 die pH- Werte i.d.R. noch deutlich höher liegen.

Tabelle 1: pH- Werte in Abhängigkeit vom CO2– Partialdruck (aus ZIECHMANN & MÜLLER- WEGENER 1990: 216)

Böden CO2– Partialdruck [hPa]
0,3 1 10 100
Natriumboden 9,0 8,6 7,9 7,2
Boden mit 9 % CaCO3 8,3 8,0 7,4 6,7
CaCO3– freier Boden 6,9 6,7 6,4 6,0
dest. Wasser 5,7 5,4 4,9 4,4

Neben der Kohlensäure muss im Erdreich ein weiterer Protonendonator vorhanden sein, um die für die Eisenlösung idealen Säurewerte zu erreichen. Auch die Feldspatverwitterung läuft in saurem Milieu ab. "Durch das Überwiegen von Phenol- und Carbonylgruppen sind Huminsäuren echte Säuren, die einer Salzbildung fähig sind (Humate)"(ZIECHMANN & MÜLLER- WEGENER 1990: 52).

Dies verdeutlicht, dass die organischen Stoffe, deren Reste noch in dem Mineralgemenge mit einem Massenanteil von 37 % vorhanden sind, eine wesentlich bedeutendere Rolle für die Mineralbildung spielen, als ursprünglich angenommen. Sie sind nicht nurReduktionsmittel, sondern auch Puffersubstanz für die Eisenlösung und die Feldspatverwitterung.

Die nachgewiesenen Überreste im Mineralgemenge passen ganz ins Bild, denn derartige Zersetzungsprozesse sind in der Literatur beschrieben: "...doch ist ihre Wirkung begrenzt, da sie allmählich durch Mikroorganismen und Luftsauerstoffeinwirkung in CO2 und H2O umgewandelt werden" (RÖMPP, S. 1521).

Huminstoffe sind ausgeprägte Chelatbildner; d.h. sie bilden besonders mit Nebengruppenmetallen wie z.B. Eisen, lösliche Komplexverbindungen. In dieser Form können die Metalle leicht als Lösung transportiert werden. Die Inkohlungsprozesse nach der Ablagerung in der Höhle setzen das Metalloxid/ -hydroxid durch oxidative Zerstörung des Chelats wieder frei.

Zusammenfassend lässt sich formulieren, dass

  • die Existenz der Minerale Calcit, Quarz, Kaolinit und Limonit/ Goethit in einem sedimentären Mineralgemenge in der Todsburger Höhle als gesichert gelten kann.
  • Huminsäuren eine entscheidende Rolle bei der Mineralgenese spielten, da sie einerseits die H3O+– Ionen für die Feldspatverwitterung und die Fe- Lösung liefern und andererseits als Komplexbildner und Reduktionsmittel für den Transport in die Höhle sorgen.
  • die Entstehung des Materials vermutlich nach dem Ende der letzten Eiszeit erfolgte.

Nachbemerkung

Aufgrund der vorliegenden Befunde werden die Vorgänge, die zur Bildung der Mineralisation in der Todsburger Höhle geführt haben, als rein abiotische Prozesse gewertet. Sowohl die Umsetzung der Minerale an der Erdoberfläche als auch die oxidative Ausfällung im Höhleninnern können durch Redoxreaktionen aus der organischen und anorganischen Chemie erklärt werden. Jedoch, seit einer ganzen Reihe von Jahren, mehren sich die Hinweise darauf, dass erhebliche Teile der Eisen- und Manganerze in sedimentären Lagerstätten als direkte Lebensäußerungen von Mikroorganismen (vor allem Bakterien, aber auch Eukarioten) zu deuten sind. Aktuelle Ergebnisse sind in MENNE (1996) und in SKINNER & FITZPATRICK (1992) dokumentiert.

Inwiefern dies auch auf die hier besprochenen Minerale aus der Todsburger Höhle anzuwenden ist, kann beim gegenwärtigen Untersuchungsstand nicht entschieden werden. Die Oxidation der Fe+II– haltigen Lösung in der Höhle kann durch Beteiligung von Mikroorganismen erfolgen, muss jedoch nicht. Ebenso wahrscheinlich ist die in diesem Aufsatz zur Diskussion gestellte abiotische Fällung der Minerale durch die pH- und eH- Änderung in der Lösung, nachdem diese in den lufterfüllten Hohlraum eingetreten ist. Die in den Augen des Verfassers viel interessantere Frage, welche Vorgänge im einzelnen im Boden über der Höhle die Lösung des dreiwertigen Eisens herbeigeführt haben, bleibt durch die Mikrobiologie vorerst unbeantwortet. Die Reduktion und Mobilisierung des Eisens erfordert Energie- warum sollte ein Mikroorganismus Energie für einen für ihn nutzlosen, ja sogar schädlichen Vorgang aufbringen? Eisen ist in höheren Konzentrationen toxisch, also müsste ein Bakterium „Interesse“ daran haben, dieses Element durch Fällung aus seiner Umwelt zu beseitigen, statt die Konzentration durch Auflösung noch zu erhöhen. Sicherlich richtig ist aber die indirekte Beteiligung von Organismen an der Eisenreduktion durch die Bereitstellung von reduzierenden organischen Stoffwechselprodukten.

Dank

Ein besonderes Wort des Dankes möchte ich MARTIN FETH aussprechen, der die zeitraubenden IR- spektroskopischen Aufnahmen durchführte und somit die Realisierung dieses Berichts überhaupt erst ermöglicht hat.

Literatur

A.A. (o.J.): Komplexometrische Bestimmungsmethoden mit Titriplex.- 111 S.; Darmstadt.-[Analysensammlung, herausgegeben von Fa. E. Merck].

FRANKE, H.W. & MÜNNICH, K.O. & VOGEL, J.C. (1959): Erste Ergebnisse von Kohlenstoff- Isotopenmessungen an Kalksinter.- Die Höhle, 10(2): 17- 22; Wien.

FREVERT, T. & SCHRIMPFF, E. & BAUMGARTNER, I. (1982): Kalk- Kohlensäure- Gleichgewicht in oberflächennahen Grundwässern NO- Bayerns.- Z. Wasser Abwasser Forsch., 15(2): 58- 69, 1 Abb., 3 Tab.; Weinheim.

KLOCKMANN, F. (1980): Klockmanns Lehrbuch der Mineralogie.- 16. Aufl., 876 + 55 S., 631 Abb.; Stuttgart (Enke).

KÜSTER, W.F. (1985): Rechentafeln für die chemische Analytik.- 103. Aufl., 310 S.; Berlin (de Gruyter).

MENNE, B. (1996): Manganhaltige Ablagerungen in der Rettenbachhöhle (Kat.Nr. 1651/1, Oberösterreich) und ihre Zusammenhänge mit mikrobiologischen Prozessen.- Die Höhle, 47(3): 69- 74, 2 Tab.; Wien.

RÖMPPs Chemie- Lexikon.- 7. Aufl.; Stuttgart (Franckh).

SCHUSTER, R. (1992): Mineralogie.- Wiss. Berichte der Karstspeläologischen Arbeitsgemeinschaft Karlsruhe, 1: 68- 80, 1 Tab.; Karlsruhe.

SIMMLEIT, N. (1987): Klassifizierung und hydrochemische Charakterisierung von Tropfwässern am Beispiel zweier oberfränkischen Karsthöhlen.- Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforsch., 33(2): 28- 31, 1 Abb., 3 Tab.; München.

SKINNER, H.C.W. & FITZPATRICK, R.W. [Hrsg.] (1992): Biomineralization, Processes of Iron and Manganese, Modern and Ancient Environments.- Catena Suppl., 21, 432 S.; Cremlingen.

TREIBER, D. (1984): Chemisches Praktikum, Technische Analyse, Versuche, Erläuterungen.- 104 S., Stuttgart (Selbstverlag).

ZIECHMANN, W. & MÜLLER- WEGENER, U. (1990): Bodenchemie.- 326 S.; Mannheim (B.I. Wissenschaftsverlag).

Die Schreiberhöhle (7226/06) bei Steinheim

Auch auf die Gefahr hin, dass die permanenten Lobs in dieser Ausgabe den Lesern zu Kopfe steigen, sei auch dieser Artikel den aktiven Forschungen der Arge Rosenstein gewidmet. Es soll auch gezeigt werden, dass auf der Schwäbischen Alb noch ein großes speläologisches Forschungspotential besteht, sofern man die Geduld zur Feinarbeit mitbringt.

Im Vorfeld des Forschungslagers auf der Charetalp galt es, eine Vermessungsübung zu organisieren, mit der besonders den Jung- Höfos im Haufen die subterrane Topographie nahegebracht werden sollte. Die Wahl fiel auf die Schreiberhöhle, weil diese durch Verzweigungen, Rundgänge, kleine Schächte etc. besonders gut geeignet schien, das Vermessen unter nicht allzu einfachen Bedingungen zu üben. Außerdem gab es bisher von dem Loch keinen exakten Höhlenplan. Auch der örtliche Verein hatte es in seiner 20-jährigen Geschichte nicht geschafft, die Schreiberhöhle aufzunehmen. Außerdem wuchs das Interesse an der Höhle nach dem Besuch unserer Bamberger Kollegen bei uns im Frühjahr, die uns berichteten, dass sie bei der touristischen Befahrung auf einen frisch ausgegrabenen neuen Teil gestoßen waren, der sich durch hübsche Versinterung auszeichnet.

Also schlug die Arge Rosenstein zu und ein eigenes Forschungsprojekt war geboren, das noch immer läuft und dieser Artikel ist als erster Zwischenbericht zu werten!

Bisher fanden drei Befahrungen am 19.07., 26.07. und 06.09.1997 statt, an der die Heubacher Höfos S. Bader, M. Dieth, J. Friedel, M. Gallasch, I. Sachsenmaier und R. Schuster teilgenommen haben. Die Höhle ist nun komplett mit dem Messzug, der sozusagen das „Skelett“ der Höhle bildet, erfaßt. Die Gesamtlänge aller unterirdischen Messstrecken beträgt 200,4 m und der tiefste Punkt liegt 8,3 m unter dem Eingangsniveau. Dieser Messzug ist als Anlage dem Bericht beigefügt (1 Grundriß im Maßstab 1 : 250 mit Tiefenangaben und ein Blockbild in isometrischer Darstellung), wobei die Nummern an den Messpunkten die relative Tiefenlage unter dem Koordinatenursprung (Messpunkt c1 an der Kante des Eingangsschachts) ausdrücken. Natürlich müssen von der Gesamtmessstrecke Ganganschnitte und halbe Hallenrundzüge subtrahiert werden, dafür kommen aber kleine Nischen und Ecken, in die keine Messlinien gelegt wurden, hinzu, so dass die Gesamtlänge der Höhlengänge ebenfalls bei etwa 200 Metern liegen wird.

Die Gangumrisse und der Höhleninhalt (Blockwerk, Tropfsteine etc.) müssen noch aufgenommen werden und ich hoffe, es finden sich auch hieran Interessierte.

Ein kleiner Ausflug in die Erforschungsgeschichte.

Entdeckt wurde die Höhle 1960, als die beiden hohen Schlote im Bereich der Eingangshalle bei Abbauarbeiten in dem kleinen Steinbruch angeschnitten wurden. Die Höhle wurde posthum nach dem Heidenheimer Höhlenforscher Walter Schreiber benannt (Binder, Frank & Müller 1960: 35- 37). Ein erster, freilich sehr skizzenhafter Plan entstand schon damals, der jedoch die Darstellung fast aller Seitenteile vermissen lässt.

Anfang der 70er Jahre trieb sich der Schwäbisch Gmünder Höfo Reinhold Kreuz in der Höhle herum, bewältigte den großen Versturz und entdeckte die Bisonhalle, die nach den Knochenresten der Urkuh benannt ist, die Kreuz dort fand. Ein weiterer Plan entstand, der alle damals bekannten Höhlenteile zeigt, jedoch deutliche Richtungsabweichungen aufweist (Kreuz 1974).

Wegen dieser Fehler vermaßen zwei Studenten der FHT Stuttgart im Jahr 1979 die Höhle erneut, wobei die Richtungsfehler ausgemerzt, jedoch die Nebenstrecken unsauber erfaßt wurden (Ruess 1986: 68).

1996 oder 1997 haben uns unbekannte Personen den Eingangsschluf in den nun „Makkaroniquetsche“ genannten neuen Teil freigelegt, in den von der InGO ein Messzug gelegt wurde. Es schien uns jedoch riskant zu sein, die Vermessung des neuen Teils an die bestehenden, fehlerhaften Pläne anzuhängen, weshalb nach einem Gedankenaustausch mit M. Ruess von der InGO, ein weiterer Grund gefunden war, die Liste der Pläne nun auch um einen von der Arge Rosenstein zu ergänzen. Mal sehen, wieviel Nachfolger wir finden werden…

Erster Überblick über die gewonnenen Forschungsergebnisse.

Die neuen Räume.

Nach dem Abstieg in den Eingangsschacht und dem Durchqueren der Eingangshalle, biegt man im Hauptgang links ab (Richtung N), bis nach einem kurzen Steilanstieg der Gangsohle, sich rechts (E) ein flacher, an einer Schichtfuge orientierter Schluf öffnet. Dieser leitet nach rund 3 m an eine Verzweigung. Rechts geht es nur durch einen kurzen Schluf zu einem Möchtegernschacht (harte 3 m tief), während links die eigentliche Fortsetzung der Höhle folgt. Nach einem neuerlichen Gangknick nach rechts, erreicht man die Grabungsstelle. Die Raumhöhe sinkt kurzfristig auf etwa 30 cm ab, aber man kommt noch mit dem Helm auf der Birne durch… Zum Glück kann man nach kurzer Strecke das Gesicht wieder aus dem Lehm- Verbruch- Gemisch auf der Gangsohle erheben und kommt dadurch in den Genuß, nun auch sehen zu können, wie der Schluf 4 m weit schräg nach oben führt und in eine Halle einmündet, die mindestens satte 7 m breit und deren 10 lang ist, wobei die Raumhöhe als Besonderheit nirgendwo auf mehr als 70 cm steigt. Zahlreiche der für die Schreiberhöhle typischen schneeweißen bis hellgelben Makkaronis und Sinterröhrchen bilden einen lebhaften Kontrast zu dem bräunlichen Gestein, nur dass in diesem neu entdeckten Raum die Sintergebilde sich noch in einem unverschmutzten und unbeschädigten Zustand präsentieren. Auf jeden Fall dürfte nun klar sein, warum diese neue Halle „Makkaroniquetsche“ heißt!

Makkaroniquetsche

 

An der westlichen Raumbegrenzung zieht ein niedriger Gang mit rechteckigem Inkasionsprofil Richtung NNE, der uns lebhaft an das Transportbehältnis des Heubacher Höfo- Treibstoffs erinnerte und deswegen „Bierkastenprofil“ heißt… Er endet im Sediment. Am Anfang des Ganges öffnet sich ein enges Loch zwischen Versturzblöcken, das steil abwärts Richtung W führt, nach knapp 3 m ebenfalls in die Hauptkluftrichtung NNE einschwenkt und nach einer Engstelle in einer winzigen Kammer endet. Die Engstelle wurde von uns am 26.07.97 höflich mit dem Geologenhämmerchen „überredet“, M. Gallasch als heldenhaften Erstbefahrer passieren zu lassen, der seinen Triumph mit einer in diesem Raum in pränataler Hockstellung konsumierten Kippe feierte!

Geologie.

Die Schreiberhöhle verspricht gute Informationen über die Karstentwicklung der Region zu liefern. Durch die Arbeiten von Dongus (1962, 1974) im Bereich Geomorphologie und vonBayer (1982) auf dem Gebiet der Tektonik, ist eine gute geowissenschaftliche Datenbasis vorhanden, die in Kürze mit eigenen Erhebungen korreliert werden soll. Eine ganz knappe Vorschau soll aber bereits zu diesem Zeitpunkt mit der dem augenblicklichen Forschungsstand gebührenden Vorsicht erfolgen. Es sei explizit betont, dass der Verfasser zum Zeitpunkt der Niederschrift dieses Textes noch keine strukturgeologische Aufnahme in der Höhle und ihrem Umfeld vorgenommen hat, die zur definitiven Beurteilung der Entwicklungsgeschichte erforderlich ist!

Die Höhlengänge der Schreiberhöhle werden überwiegend von Klüften geführt. Ich habe daher die Gänge als geologische Lineare aufgefaßt und die Richtungs- und Neigungswinkel der Messzüge, die in erster Näherung mit den Gangachsen zusammenfallen, in Richtungs- und Abtauchwerte der Lineare umgerechnet und graphisch dargestellt.

Gangrose

 

Aus der Gefügerose werden so die Gangrichtungshäufigkeiten besser ersichtlich als aus den Höhlenplänen und gut zu erkennen ist die Hauptrichtung NNE- SSW. Diese fällt offensichtlich mit dem rund 30° streichenden „rheinischen“ Kluftsystem (Streichen +/- parallel zum Rheingraben) zusammen. Orthogonal dazu steht das „herzynische“ Kluftsystem (parallel zur Südrandstörung des Harzes; ca. 120°), das sich auch in der Gangrose wiederfindet. Das dritte wichtige Kluftsystem in SW- Deutschland ist das „schwäbische“, dessen Streichrichtung bei rund 70° liegt und das auch in das Richtungsinventar der Höhle eingeflossen ist. Daneben tauchen aber auch noch weitere dominante Gangrichtungen auf, die sich nicht mit den drei großen Kluftsystemen decken. Es wird hier schon deutlich, wie wichtig die geplante strukturgeologische Feinaufnahme des Umfeldes um die Höhle ist. Zum Beispiel wäre es reizvoll, herauszufinden, inwiefern sich die Auswirkungen des Meteoriteneinschlags im Steinheimer Becken (an dessen Rand die Schreiberhöhle liegt) im Kluftspektrum bemerkbar machen.

Die drei „großen“ Kluftsysteme rheinisch- schwäbisch- herzynisch wurden, wie die Gangrose aufzeigt, vom Wasser benutzt, um die Höhle anzulegen. Demnach ist die Höhle jünger als die jüngste Kluftrichtung, was aufgrund der erhöhten Wasserwegsamkeit im Bereich von Klüften/ Störungen einleuchtend ist. Meine Untersuchungen im Bereich des Rosensteins haben gezeigt, dass das rheinische Kluftsystem älter ist als die beiden anderen (Musteraufschluß ist übrigens die Kleine Scheuer). Es entstand durch die Ausdünnung der Lithosphäre und die beginnende Öffnung des Rheingrabens durch ein WNW- ENE orientiertes extensionales Streßfeld. Die Extension begann im Eozän (in Zahlen: vor rund 40 Mio. Jahren). Durch plattentektonische Prozesse rotierte das Streßfeld im Laufe des Tertiärs und ab dem Miozän (vor 25 Mio. Jahren beginnend) kam es zur Herausbildung des herzynischen Kluftsystems. Das schwäbische System verdankt seine Entstehung anderen Ursachen: Es handelt sich um Durchpausungen alter Reliefstrukturen des variszischen Grundgebirges (Geyer & Gwinner1991: 249), denen demnach ein hohes, möglicherweise mesozoisches Alter zukommen könnte.

Jedoch, das jüngste datierbare Kluftsystem ist demnach das herzynische mit rund 25 Mio. Jahren, woraus folgt, dass dies das Höchstalter für die Höhlenbildung sein muß.

Die Höhle gliedert sich in zwei deutlich verschiedene Raumformen: Nahezu horizontale, Nord- Süd- orientierte Gänge mit stellenweise deutlichem Flußhöhlenprofil und davon abgegrenzte vertikale Schächte mit bis zu 6-7 m Tiefe. Letztere weisen deutliche Wasserstands- bzw. Korrosionsmarken auf. Das lässt auf eine signifikante Altersgliederung der Höhlenbildung schließen mit einer alten, fluviatilen- phreatischen Phase, bei der die Horizontalgänge ausgeräumt wurden und einer jüngeren vadosen Phase im Schwankungsbereich des Karstwasserspiegels.

Davon abzugrenzen sind die beiden Eingangsschächte (der östliche ist mit Balken abgedeckt und durchstößt die Erdoberfläche ca. 7 m vom Haupteingang entfernt auf halber Höhe der Steinbruchwand), die durch Durchschlagen des Hohlraums durch die zum Nachbruch neigenden dünnbankigen Kalke des Weißjura Zeta entstanden sind. Die von Kreuz gefundenen Wisent- Knochen zeigen an, dass die Höhle im Pleistozän bereits zur Erdoberfläche geöffnet war.

Die Horizontalgänge deuten auf eine Entwässerung nach Süden hin, in Richtung zur Tethys. Dies erfordert jedoch kein hohes Alter, dauerte doch die danubisch orientierte Entwässerung auf der Ostalb bis ins Altpleistozän an ( Geyer & Gwinner 1991: 252). Nach Dongus (1974: 60) erfolgte die Kappung des lokalen Vorfluters, der Ur- Brenz, durch den Kocher erst vor umgerechnet 150.000 Jahren. Die Höhle liegt aber hoch über der Kocher- Brenz- Talwasserscheide, ist also deutlich älter. Es wurde schon angedeutet, dass die Schächte zu einer Zeit entstanden, als der Karstwasserspiegel im Bereich der Höhle lag, also bei 615 m ü. NN und sich das Paläoflußsystem bereits in die Hauptoberfläche des nördlichen Albuchs eingetieft hatte. Das entspricht der „Ochsenbergstufe“ von Dongus (1962: 22). Dieses Flußsystem war ab dem unteren Torton aktiv und korreliert mit dem Horizontalgängen der Schreiberhöhle. An der Wende Torton/ Sarmat tiefte sich die nächste Talgeneration um ca. 30 m in das Hochtalsystem der Ochsenbergstufe ein und die Höhle begann trockenzufallen, die Bildung der Innenschächte der Höhle setzte ein. Um dem Leser den Genuß absoluter Jahreszahlen zu verschaffen: Das war vor rund 15 Mio. Jahren.

Weitere Untersuchungen müssen sich noch anschließen! Ich hoffe, die Forschungsaktivitäten erhalten weiterhin den regen Zuspruch wie bisher.

Literaturverzeichnis

Albrecht, R. (1980): Höhlen, Felsen und Ruinen.- 120 S., 89 Abb., 1 Tab.; Esslingen (Fleischmann).

Bayer, H.- J. (1982): Bruchtektonische Bestandsaufnahme der Schwäbischen Ostalb (Geländeuntersuchungen, Luftbild- und Satellitenbildauswertungen).- Diss. TU Clausthal; Clausthal- Zellerfeld.

Binder, H., & Frank, H., & Müller, K. (1960): Die Höhlen der Heidenheimer und der Ulmer Alb.- Jh. Karst- u. Höhlenkde 1: 35- 55, 27 Abb., 1 Tab.; Stuttgart.

Dongus, H. (1962): Alte Landoberflächen der Ostalb.- Forsch. dt. Landeskde. 134: 1- 71; Bad Godesberg.

Dongus, H. (1974): Die Oberflächenformen der Schwäbischen Ostalb.- Abh. Karst- u. Höhlenkde. A 11: 1- 114, 1 Taf.; München.

Eisbacher, G.H. (1996): Einführung in die Tektonik.- 2. Aufl., 374 S., 329 Abb.; Stuttgart (Enke).

Geyer, O.F. & Gwinner, M.P. (1991): Geologie von Baden- Württemberg.- 4. Aufl., 482 S., 255 Abb., 26 Tab.; Stuttgart (Schweizerbart).

Kreuz, R. (1974): Neuvermessung der Schreiberhöhle im Doschental (Schwäbische Alb, 7226/06).- Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstf. 20 (1): 11- 14, 1 Abb.; München.

Ruess, M. (1986): Exkursion B: Heuchstetter- und Schreiberhöhle.- Materialh. Karst- u. Höhlenkde. 4: 66- 71, 4 Abb.; Heidenheim. -[Enthält gute Beschreibung der Schreiberhöhle]

Ufrecht, W. (1980): Die Höhlen des Kartenblatts 1: 25000 7226 Oberkochen (Ostalb).- Laichinger Höhlenfreund 1980 (2); Laichingen.

Übersicht über höhlenkundliche Forschungen auf Mallorca in den Jahren 1993 bis 1996

Anmerkung

Dieser Artikel wurde nach der bislang letzten Forschungstour im Herbst 1996 niedergeschrieben.

Beschreibung der bisherigen Aktivitäten

Vor kurzem kehrte eine Gruppe süddeutscher Speläologen von einem Forschungsaufenthalt auf der beliebten Ferieninsel Mallorca zurück.

Seit 1993 fanden in Zusammenarbeit verschiedener Gruppen alljährlich im Herbst einwöchige Reisen nach Mallorca statt, deren Zweck speläologische und karstkundliche Arbeiten in den Höhlen der Insel waren.

In den vergangenen Jahren fokussierten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf die bekannte Schauhöhle Cueva de Artá im Gemeindebezirk Capdepera, die sich in der Steilküste im Südosten nur 35m über dem Meeresspiegel öffnet, die in Etappen neu vermessen und fotodokumentiert wurde. Die Länge dieses komplexen Systems beläuft sich nun auf 978 m, nachdem 1994 in der unteren Etage, dem „Inferno“, noch weitere Gänge entdeckt werden konnten.

Ein Teil des Teams befasste sich mit strukturgeologischen Aufnahmen, die Licht in die komplizierte tektonische Entwicklung der Region bringen konnte und anhand denen die Speläogenese rekonstruiert wurde. Während der alpidischen Orogenese kam es zu subaquatischen Translationsvorgängen, Faltenbildung und Überschiebungen, die die geologische Situation prägen. Die Cueva de Artá liegt nach augenblicklichen Erkenntnissen in einer isolierten, gefalteten Jura-Scholle. Das Scharnier der Antiklinalen lässt sich an der Decke der 80m langen Eingangshalle der Höhle ohne Schwierigkeiten erkennen. Wesentlicher Motor der Hohlraumbildung war die „Brackwasserkorrosion“, eine Sonderform der bekannten Mischungskorrosion, die ihre Ursache in der Vereinigung von Meerwasser (das im Normalfall stets mit gelöstem Kalk gesättigt ist) mit dem Karstgrundwasser hat. Durch die auch noch rezent andauernde Krustenhebung folgte die sukzessive Heraushebung des Karstkörpers mit der Höhle und eine Verlagerung der Hohlraumbildung von den oberen in die unteren Etagen der Cueva de Artá, die in einem schachtartigen Seitengang bis auf nur noch zwei Meter über dem Meeresspiegel befahren werden konnte, wo die Hohlraumerweiterung noch weiter fortschreitet.

Im Rahmen der Forschungen wurden auch mineralogisch-geochemische Analysen durchgeführt. So zeigen zahlreiche Sintergebilde durch den Kontakt mit Brandungsaerosolen chemische Alteration und sekundäre Mineralneubildungen. Im rasterelektronenmikroskopischen Bild fallen z.B. bizarr zerfressene Calcitkristalle auf, aus denen Gipskristalle und andere Evaporite erblühen. Intensiv rot und braun gefärbte Sinter wurden analytisch auf Eisen und andere Metalle untersucht, die aufgrund der Farbe darin erwartet wurden. Es wurden jedoch keine Elemente, die „farbige“ Ionen liefern, entdeckt, weshalb die Sinterfärbung auf Kristallgitterdefekte zurückgeführt wird.

Bei der aktuellen Forschungsreise 1996 widmeten sich die Teilnehmer neben einigen Schauhöhlen der Cova Tancada, die nicht vollständig vermessen werden konnte. Die Länge der Höhle jedoch liegt bei etwa 200 m und auch sie öffnet sich in einer Steilküste bei etwa 8 m ü. NN. Erschwert wurde die Erforschung durch die schweißtreibende Hitze in der Höhle und offensichtlich herabgesetzte Sauerstoffgehalte in den unteren Räumen. Die Untersuchungsergebnisse der geologischen Aufnahme unterstützen die Schlüsse, die aus den Arbeiten in der Artá gezogen worden waren. Tektonisches Leitelement ist hier die Abrisskante zwischen einer Antiklinalen und einer Verwerfung. Sehr schön kann die Entstehung durch Brackwasserkorrosion erkannt werden, da sich neben den geräumigen Höhlenteilen mit Korrosionsformen kleine Seitengänge mit Erosionsprofilen finden, die offenbar frisches Karstgrundwasser zugeführt haben. Die Cova Tancada liegt in einer triassischen Brekzie, bestehend aus Kalksteinklasten von etwa zwei Zentimetern Durchmesser (vereinzelt auch faustgroß) in einem carbonatischen Bindemittel.

Weitere Unternehmungen im reizvollen, jedoch aufgrund der Besitzverhältnisse teilweise schwer zugänglichen Karst Mallorcas sollen folgen.