Steter Tropfen höhlt den Stein

Bild: Karrenfeld auf dem Gottesackerplateau (Allgäuer Alpen) Aufnahme: Nico Goldscheider

Für reines Wasser ist Kalkgestein nahezu unlöslich. Erst die Kohlensäure, die durch den Kontakt von Wasser mit Kohlendioxid entsteht, kann Kalk wirksam angreifen. Im Vergleich zur Atmosphäre ist Kohlendioxid im Boden um den Faktor 10 bis 100 angereichert.

Bei der Passage durch den Boden nimmt Sickerwasser Kohlendioxid auf. Dadurch kann das Sickerwasser eine viel größere Kalkmenge lösen als das Regenwasser auf einer kahlen Kalksteinoberfläche.

	Bild: Höfodrom in der Höhle Illegaler Harem, Totes Gebirge (Österreich) Aufnahme: Andre Abele

Beim Kontakt von Kohlensäure mit dem Kalkgestein wird Kalk nur entlang von Klüften und Schichtflächen, die den Weg des Wassers in die Tiefe vorgeben, gelöst. Bereits nach wenigen Metern Fließweg ist jedoch die Säurewirkung weitgehend aufgebraucht. Das Wasser ist rasch mit gelöstem Kalk gesättigt.

In Karstgebieten dürften größere Hohlräume deshalb eigentlich nur in Oberflächennähe auftreten. Tatsächlich kommen aber auch tief unter der Oberfläche noch große, sogar kilometerlange Höhlensysteme vor.

Dafür gibt es zwei Gründe: Seit den 1960er Jahren ist das Phänomen der Mischungskorrosion bekannt: In der Regel zeigen Wässer, die isoliert voneinander in Klüften fließen, unterschiedlich hohe Konzentrationen an gelöstem Kalk. Treffen solche jeweils Kalk gesättigten Wässer aufeinander und vermischen sich, dann wird erneut Kohlensäure frei. Diese kann wieder Kalk lösen.

Im Diagramm ist die Zunahme des Kalkgehalts im Wasser (waagrechte Achse) gegen den CO2-Druck aufgetragen. Die gewölbte Kurve stellt den Gleichgewichtszustand dar. Jeder gelösten Menge Kalziumkarbonat ist ein bestimmter CO2-Gehalt zugeordnet. Wichtig ist, dass diese Beziehung nicht linear verläuft. Mischen sich die beiden Wässer A und B in einem bestimmten Mengenverhältnis (hier 1:1), so ist für die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts nur die CO2-Menge im Punkt D und nicht - wie im linearen Fall - in Punkt C erforderlich. Durch das frei werdende CO2 kann die Kalkmenge aus der Differenz F-E erneut gelöst werden.

	Bild: Höhlenniveaus im Hölloch, Muotatal (Schweiz) Die Niveaus 1 und 2 sind weitgehend trocken, während Niveau 3 im Bereich der Karstwasseroberfläche liegt und damit ständig Wasser führt (nach Bögli).

In der Sickerzone oder vadosen Zone spielt Mischungskorrosion keine Rolle, sehr wohl dagegen im Grenzbereich zu den ständig Wasser erfüllten Klüften (phreatische Zone). Abhängig von der Niederschlagsintensität schwankt dieser Grenzbereich um mehrere Zehner Meter. In diesem Niveau ist bevorzugt Kalklösung feststellbar, wodurch an die Karstwasseroberfläche gebundene Horizontalhöhlen, sogenannte Höhlenniveaus, entstehen können. Liegen mehrere Höhlenniveaus untereinander, kann man auf schrittweises Absinken der Karstwasseroberfläche schließen.

Für das Verständnis der Höhlenbildung liefert neben der Mischungskorrosion auch die Lösungskinetik einen wichtigen Beitrag. Sie sagt uns, wie schnell sich das Gleichgewicht zwischen Kohlensäure und Kalk einstellt. Dieses wird entgegen bisheriger Annahmen erst nach Stunden oder sogar Tagen erreicht. Das heißt, dass auch nach längerer Fließstrecke - und damit tiefer im Gebirge - das Wasser noch geringe Mengen Kalk lösen kann.