Das Karstgebiet südöstlich Neuhaus/Pegnitz:

Karst und Tektonik


Geologische Gesteinsschichten sind praktisch immer ein Vielkörpersystem, das von Trennflächen durchzogen ist; diese bestimmen weitgehend das Verhalten des Gebirges bei Beanspruchung und bei Lösungsvorgängen. Die Gesamtheit der Trennflächen (Schicht-, Schieferungs-, Kluft- und Störungsflächen) wird als Trennflächengefüge bezeichnet.

Trennflächen sind meist makroskopisch sichtbare Unstetigkeitsflächen, an denen die Festigkeit des Gebirges herabgesetzt ist. Sie entstehen überwiegend durch mechanische Beanspruchungen, so z.B. durch tektonische Dislokationen.

Für das Gebiet der Frankenalb wies bereits GÜMBEL (1891) auf die Beziehungen zwischen den Höhlenverläufen und den beobachteten Kluftscharen hin. Die Bindung der Karsterscheinungen an Kluft- bzw. Spaltensysteme erwähnt er im Zusammenhang mit oberirdisch sichtbaren Auslaugungen des Untergrundes, beispielsweise anhand der geradlinigen Anordnung von Dolinen. Häufig finden sich in älteren Höhlenbeschreibungen Bezeichnungen wie "enger kluftartiger Gang"; dies schloss schon damals die richtige Beobachtung ein, daß im Karst die Hohlraumbildung häufig an Kluftflächen ansetzt.

Als wirksame Agens bei der Entstehung der Höhlen sieht schon GÜMBEL das mit Kohlensäure beladene und auf Klüften versickernde Regenwasser an. Die Lösung des Gesteins geht dort besonders rasch vor sich, wo es dem Sickerwasser eine große Angriffsfläche bietet, also dort, wo Kluftflächen vorhanden sind. Daneben bedingt die flächenhaft sehr ausgedehnte Verbreitung der Malmschichten einen hohen Anfall an Sickerwasser-Mengen für die Auslaugungs-Vorgänge. Schließlich ist die tiefe Lage der Vorfluter in den Tälern bei mächtigem Karstgebirge günstig für die Anlage von Höhlen, weil so das Regenwasser einen langen Weg durch das Gestein zurücklegen muß. Dabei spielt auch die mechanische Erosion des subterran fließenden Wassers eine verstärkende Rolle bei der Höhlenbildung.

KlufthöhleAuch NEISCHL (1903, 1904) stellte bei seinen umfangreichen Höhlenaufnahmen in der Fränkischen Schweiz fest, daß "das Auftreten von Klüften dem Wasser die Wege gebe, auf denen es versickern und seine höhlenbildende Tätigkeit entfalten könne; aus ursprünglich vorhandenen oder auch nur angedeuteten Spalten und Klüften sind augenscheinlich die meisten Höhlen hervorgegangen". Er führt allerdings die Bildung der Höhlen mittelbar auf tektonische Vorgänge zurück.

NEISCHL unterschied bei seiner Untersuchung fränkischer Höhlen "Spaltenhöhlen" (Typus "Rosenmüller-Höhle") und "Zerklüftungshöhlen" (Typus "Zoolithenhöhle"). Die Genese der Spaltenhöhlen interpretiert er anhand weiter großer Spalten, auf denen das Wasser schnell versickerte und nur enge Hohlräume bilden konnte. Die Zerklüftungshöhlen seien wesentlich ausgedehnter, da die feinen Klüfte im Gestein nur eine mäßige Sickergeschwindigkeit mit erhöhter Lösungskraft des Wassers zulassen; die ursprüngliche Kluftnatur dieses zweiten Typs sei nicht leicht zu erkennen.

Für NEISCHL waren die Spaltenhöhlen deshalb besonders interessant, weil sie seinerzeit noch die beste Möglichkeit zum Studium der Kluftsysteme im Malm boten. Er erkannte bereits die Beziehungen zwischen der Zerklüftung des Gesteins und der Nachbarschaft von großen Störungszonen und Dislokationen. In solchen Fällen ist die Anzahl der Höhlen besonders groß; auch Zusammenhänge zwischen Talzügen und Höhlensystemen lassen sich erkennen.

In der Fränkischen Schweiz zeigen die Richtungsrosen der Talzüge eine nahezu netzförmige Anordnung in herzynischer und in erzgebirgischer Richtung, worauf bereits NEISCHL (1903) hinwies. Diese Richtungen sind nicht nur bei den Höhlenverläufen vertreten, sondern auch bei den oft linear aneinandergereihten Dolinen und Erdfällen. NEISCHL hatte eine lineare Anordnung der Dolinen wenigstens auf große Erstreckung hin noch abgelehnt. Er glaubte eher an eine wirre Verteilung der Dolinen, aber auch an eine Bindung der Erdfälle an Bruchzonen, die parallel zu den beiden Hauptkluftrichtungen liegen, also in herzynischer und in erzgebirgischer Richtung verlaufen.

Die großtektonisch angelegten Talverläufe im Wiesent- und Püttlachgebiet der Fränkischen Schweiz

Die Bindung der fränkischen Dolinen an Klüfte des Malm-Untergrundes betont auch SEEBACH (1929). Er konnte zusätzlich die N-S und die E-W-Richtung bei der Anordnung der Dolinen nachweisen. Ähnliche Ergebnisse erbrachten die Untersuchungen von SPÖCKER (1950), wonach die Anlage der Dolinen und Höhlen der Albtafel weitgehend vom tektonischen Gefüge des Karstgesteins bestimmt wird: Im oberen Pegnitzgebiet streichen die Dolinen meist etwa 125° und die Klufthöhlen zwischen 85° und 115°. Die Spaltenhöhlen verlaufen N-S und E-W.

Die Tatsache, daß Dolinen oft linear angeordnet sind, zeigten exemplarisch die Untersuchungen im Tiefen Karst des Raumes der Zoolithenhöhle und des Wiesenttales. Dort konnte SCHNITZER (1967) bei Markierungsversuchen der Karstwasserwege für die Dolinen ein relativ eigenständiges, vom Karstwasserspiegel unabhängiges Röhrensystem nachweisen. Dieses Röhrensystem steht mit dem Vorfluter in enger Verbindung: Die Verbindungslinien zwischen den Eingabe- und Austrittsstellen dieser Tracerversuche zeigen ein deutliches erzgebirgisches Streichen. Sie fallen also mit den Streichrichtungen der Hauptklüfte dieses Untersuchungsgebietes zusammen. Besonders auffällig war auch, daß die Wege der Dolinenwässer offenbar an großtektonische Strukturen gebunden sind: Sie halten sich zum einen an die stratigraphisch vorgegebenen Wasserstauer und zum anderen an das generelle Schichteneinfallen (SCHNITZER 1967, SPÖCKER 1952).

Allerdings war NEISCHL und vielen späteren Karstforschern das Phänomen der Mischungskorrosion im Karstwasserkörper noch unbekannt. In der Praxis der Wasserversorgung war zwar seit langem beobachtet worden, daß die Vermischung verschieden harter Gewässer Korrosionserscheinungen in Trink- und Abwasserleitungen hervorruft. In der Karsthydrogeologie erkannte jedoch erst BÖGLI (1964) die Bedeutung dieser Mischungskorrosionsvorgänge für die subterranen Verkarstungsvorgänge: Durch die hierdurch hervorgerufenen chemischen Reaktionen kann die Korrosion von Karbonaten auch im Karstwasserkörper selbst stattfinden. Generell tritt die Mischungskorrosion -- im Gegensatz zur Normalkorrosion -- im gesamten Karst auf, so an der Oberfläche ebenso wie in den tiefsten Teilen des Karstwasserkörpers.

Mischungskorrosion findet überall da statt, wo sich zwei Gleichgewichtswässer mit unterschiedlichen Kalkgehalten oder verschiedenen Wassertemperaturen mischen. Durch die Vermischung der beiden Wässer enthält die neue Mischung überschüssiges CO2, das sofort wieder Karbonat löst. Diese zusätzlich gelöste Karbonatmenge wächst mit dem Ausmaß des Unterschieds der beiden Ausgangskonzentrationen: Vermischen sich z.B. zwei Wässer mit 10 mg/l und 400 mg/l gelösten Kalk im Verhältnis 1:1, so beträgt die zusätzlich gelöste Kalkmenge 51 mg/l. Es ist ein "Paradoxon der Mischungskorrosion", daß umso mehr zusätzlicher Kalk gelöst wird, je höher die Konzentration des einen kalkreicheren Ausgangswassers war (BÖGLI 1978).

Durch die Mischungskorrosion lassen sich die im Karstgebirge beobachteten großen Lösungshohlräume (auch jene tief unter der Karstwasseroberfläche) schlüssig erklären. Das Phänomen, daß die größten Hohlräume im Karstgebirge nicht an der Eintrittsstelle des Wassers, sondern im Innern des Gebirges zu finden sind, wird auf derartige Vorgänge zurückgeführt.

Bei den Untersuchungen der Zoolithenhöhle bei Burggaillenreuth/Ofr. durch POLL (1972) konnte ein auffälliger Unterschied zwischen den beobachteten Kluftrosen einerseits und den Streichrichtungsrosen der Höhlen andererseits festgestellt werden. Dieser besteht in der Streuung der Streichrichtungen: Während die Kluftrosen eine mehr oder weniger breite Streuung aufwiesen, sind die Richtungsrosen der Höhlen durch eine Bündelung der Gangsysteme mit enger Bindung an wenige Streichrichtungen charakterisiert. Dies bedeutet, daß offenbar einige Kluftrichtungen weiter geöffnet gewesen sind als andere und deshalb bevorzugt von den lösenden Sickerwässern benutzt wurden.

Die Übereinstimmung zwischen Kluftbild und großtektonischem Bau war für POLL (1972) im Gebiet der Zoolithenhöhle gut nachweisbar: Diese -- vor allem aufgrund ihres paläontologischen Fundinhaltes weltberühmte -- Höhle passt sich mit ihrem Gangsystem signifikant an das fränkische Höhlen- und Kluftsystem an. Die Übereinstimmung zwischen diesem System und den tektonischen Großstrukturen läßt einen genetischen Zusammenhang erkennen. Am deutlichsten werden die Beziehungen bei der Betrachtung der herzynisch verlaufenden Höhlengänge und der entsprechenden Kluftscharen; letztere sind unmittelbar an den Verlauf der Randstörungen bzw. der Flexuren an der W-Grenze der Frankenalb-Furche gebunden. Ob die entsprechenden Gang- und Kluftscharen zeitlich von der Anlage der regionalen Großstrukturen abhängen, läßt sich für POLL aus diesem engeren Untersuchungsgebiet heraus nicht sicher entscheiden. Eine solche unmittelbare Abhängigkeit liegt nach seiner Meinung aber im Bereich des Möglichen; damit wäre die Anlage der Höhlensysteme indirekt auch von der Regionaltektonik abhängig.


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* Dr. Alfons Baier, last Update: Montag, 23. Februar 2009 22:48