Kalkstein

Es gibt nicht „den“ Kalkstein – zwar besteht er überwiegend aus Kristallisationsformen von Calciumcarbonat (CaCO₃), enthält aber auch andere Minerale. Mergel ist beispielsweise ein Kalkstein mit einem sehr hohen Anteil an Tonmineralen; neben stark verfestigtem Kalkstein gehört geologisch auch die weiche Kreide zu den Kalksteinen. Neben dem Kalkstein gibt es auch andere Karbonatgesteine, wie Dolomit. Das Gestein Dolomit besteht zu mindestens 90 % aus dem Mineral Dolomit, dessen chemische Formel CaMg(CO₃)₂ lautet.

Zwar kann Kalkstein auch auf andere Weise entstehen, aber die meisten Kalkgesteine sind biogenen Ursprungs, also von Lebewesen gebildet. Sind Mikroorganismen die Urheber, entstehen in der Regel feine Sedimentgesteine. Kalkschalen und -gehäuse abgestorbener Meeresbewohner sinken auf den Meeresgrund, lagern sich dort ab und bilden Sediment, zunächst ist das einfach Kalkschlamm. Wächst das Sediment, wächst auch der Druck, den die oberen Schichten auf die unteren Sedimentschichten ausüben. Ist der Druck groß genug, verfestigen sich die unteren Sedimentschichten, das Wasser wird aus ihnen herausgepresst. In Wasser gelöste Minerale gelangen in die Poren des Sediments und fällen dort aus. Dadurch werden die Poren des lockeren Sediments verfüllt und das Sediment verkittet. („Ausfällen“ ist das Gegenteil von „sich auflösen“.) Ein fester Kalkstein ist entstanden.
Solche Kalkschlämme bilden sich nur bis zu einer bestimmten Wassertiefe, wird der Wasserdruck zu hoch, löst sich das Calciumcarbonat vollständig im Meerwasser.

Neben den Schalen von Kleinstlebewesen können auch kalkabscheidende Bakterien wie die Bakterien, die für die Entstehung von Stromatolithen verantwortlich sind, die Quelle für den Kalk sein. Die kalksteinbildenden Lebewesen können neben Mikroorganismen aber auch größere Lebewesen sein. In dem Fall kann der Kalkstein zum großen Teil aus Fossilien bestehen, die mit bloßem Auge sichtbar sind – wie Korallenkalke, Brachiopodenkalk und andere.

  Abb. 1 ¦ Brachiopoden  

BildunterschriftDieser Kalkstein vom Ostseestrand enthält Brachiopodenfossilien. Er ist 420 Mio. Jahre alt, stammt also aus dem Silur und ist mit den Gletschern der letzten Eiszeit aus Skandinavien nach Norddeutschland verfrachtet worden. Bildunterschrift Ende

In küstennahen, flachen Meeresregionen kann Kalkgestein auch aus festsitzenden Meereslebewesen wie Korallen entstehen, die aus ihren Kalkskeletten im Laufe von Jahrhunderten Riffe aufbauen. Man spricht dann von Riffkalken, bei sehr ausgedehnten Riffkalken auch von Massenkalk. Riffkalke von Korallen (u. a.) bilden sich bereits als feste Kalksteine, durchlaufen also nicht den oben beschriebenen Verfestigungsprozess von Sedimenten.
Heutige Korallenriffe werden heute überwiegend von Steinkorallen gebildet, in früheren Zeitaltern gab es andere Riffbildner. Im Silur und Devon hatten Stromatoporen diese Rolle übernommen (sie werden heute meist den Schwämmen zugeordnet). Das Rheinische Schiefergebirge (siehe auch Vulkaneifel) hat seine Existenz diesen Stromatoporen zu verdanken: Im Devon gab es hier ein Flachmeer, in dem sich Stromatoporenriffe bildeten. Der Dolomitfelsen bei Gerolstein in der Eifel, aber auch der „Lahnmarmor“ zeugen davon. Die Anführungsstriche deshalb, weil der Lahnmarmor im geowissenschaftlichen Sinne kein Marmor ist. Er wird in der Industrie so bezeichnet, weil er ein sehr dichtes, polierfähiges Gestein ist. (Marmor im geowissenschaftlichen Sinne ist ein Gestein, das entsteht, wenn karbonatreiches Gestein im Erdinneren durch Hitze und Druck umgewandelt wird. Nur ein Beispiel dafür, dass dieselben Fachausdrücke in verschiedenen Fachrichtungen unterschiedliche Bedeutungen haben können …) Auch in den Nördlichen Kalkalpen bestehen etliche Berge, wie beispielsweise der Hohe Dachstein, aus Korallenkalk, es handelt sich also um fossile Korallenriffe.

  Abb. 2 ¦ Unica-Steinbruch  

BildunterschriftDiese glatt geschliffene Felswand im Unica-Bruch zeigt Fossilien aus dem mittleren Devon (vor 380 Mio. Jahren). Der Unica-Bruch bei Villmar ist ein ehemaliger Marmor-Steinbruch, der heute als Naturdenkmal frei zugänglich ist.
Streng genommen ist der Lahnmarmor kein echter Marmor, sondern ein Massenkalk (Riffkalk), der vor 380 Mio. Jahren in einem flachen warmen Meer entstand, als Stromatoporen Riffe auf vulkanischen Rücken aufbauten. Bildunterschrift Ende

Karst

Kalkgestein wird schnell durch Wasser verwittert, weil Carbonat sich sehr leicht in Wasser löst (siehe: Entstehung von Tropfstein). So entstehen vielfältige Geländeformen, die als Karst bezeichnet werden – den Prozess der Verwitterung nennt man Verkarstung. Dringt Wasser durch Klüfte in das Kalkgestein ein, löst es auch im Inneren den Kalk, Höhlen bilden sich. Durch die Verwitterung (Verkarstung) erweitern sich bestehende Risse und bilden sich neue. Wasser, das auf die Oberfläche des Kalksteins trifft, findet daher sofort einen Riss oder eine Kluft, in der es versickern kann, weshalb Karst oben sehr trocken ist. In den unterirdischen Gängen und Höhlen bilden sich dann Bäche und Flüsse (es ist einigermaßen überraschend, wenn man nichts ahnend über eine knochentrockene Felslandschaft wandert und plötzlich unter sich das Wasser rauschen hört … Zu sehen war nichts von dem unterirdischen Bach, die sichtbaren Spalten waren zu schmal.)
Nicht alle Kalksteine verkarsten gleich gut – weiche Kalksteine wie Mergel oder Kreide verkarsten nicht sehr tief, zu harte Steine wie Dolomit verkarsten nur sehr langsam. Zudem muss es genügend hohe Niederschläge geben. Auch in anderen Gesteinen findet Verkarstung statt, bspw. im Sandstein. Eine Karstlandschaft, die in Sandstein entstand, ist das Elbsandsteingebirge. Während Kalkstein im Inneren kaum wasserdurchlässig ist, sodass sich das Wasser an Klüfte halten oder sich diese erst schaffen muss, hat Sandstein eine hohe Porosität und wird daher auch von innen von Wasser angegriffen und das Bindemittel zwischen den Sandkörnern und schließlich auch die Sandkörner selbst aufgelöst werden. Sandstein verkarstet sehr viel langsamer als Kalkstein.

  Abb. 3 ¦ Karstlandschaft  

BildunterschriftKarstlandschaft am Margschierf (bei Obertraun im Salzkammergut). Bildunterschrift Ende

  Abb. 4 ¦ Koppenbrüllerhöhle  

BildunterschriftDie Koppenbrüllerhöhle bei Obertraun im Salzkammergut ist eine aktive Höhle, d.h., in ihr fließt noch Wasser. Bildunterschrift Ende

Karren als oberirdische Karstform

Zu den Formen, die das Wasser aus dem Kalkstein herausfräst, gehören Karren. Das sind Rillen oder Rinnen, die im Millimeter- bis Dezimeterbereich liegen, aber auch bis Meterbreite erreichen können. Diese Rinnen werden als Abflussrinnen in geneigtem Fels geformt und können unterschiedlich geformt sein, wonach sich dann auch unterschiedliche Bezeichnungen ergeben.

  Abb. 4a ¦ Rinnenkarren  

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  Abb. 4b ¦ Rinnenkarren  

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  Abb. 4c ¦ Trittkarren  

BildunterschriftTrittkarren liegen parallel zu den Höhenlinien, also quer zum Gefälle. Wie genau sie entstehen, ist noch unklar. Bildunterschrift Ende

Doline als oberirdische Karstform

Dolinen sind trichter- oder schüsselförmige Senken in Karstgebieten. Echte Dolinen entstehen, wenn das Gestein an der Oberfläche gelöst und ausgespült wird (Lösungsdoline oder Trichterdoline). Mitunter ist am tiefsten Punkt das Schluckloch zu sehen. Hier entschwindet das Wasser in den Untergrund.
Wenn unterirdisch eine Höhle so weit vom Wasser ausgehöhlt wird, dass die Decke schließlich einstürzt und einen Einsturztrichter bildet (Einsturzdoline), handelt es sich streng genommen um einen Erdfall.

  Abb. 5a ¦ Doline am Krippenstein  

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  Abb. 5b ¦ Doline am Loser  

BildunterschriftDas Bräuning Kühntal ist ein Doline von ungewöhnlicher Größe – die meisten messen nur mehrere Meter im Durchmesser. Bildunterschrift Ende

  Abb. 5c ¦ Doline am Loser  

BildunterschriftHier hat sich eine Kette von Lösungsdolinen gebildet. Bildunterschrift Ende

  Abb. 5d ¦ Der Augstsee am Loser  

BildunterschriftDer Augstsee liegt in einem eiszeitlichen Kar. Trotzdem das Karstgestein sehr wasserdurchlässig ist, kann sich ein See bilden, wenn beispielsweise Gletscher Abriebmaterial in eine Senke hineintragen und sich so eine undurchlässige Schicht bildet. Der Augstsee entwässert in eine Doline (vorn im Bild), in deren Schluckloch das Wasser im Untergrund verschwindet. Bildunterschrift Ende

Karstquellen

Wenn Wasser, das an der Oberfläche von Kalkstein versickert, irgendwo anders wieder an die Oberfläche tritt, bildet es dort eine Karstquelle. Karstquellen sind daher häufig das Ende eines Höhlensystems. Wie viel Wasser sie führen, kann sehr stark vom Niederschlag abhängen, manche fallen in niederschlagsarmen Zeiten ganz trocken. Bei Schneeschmelze dagegen steigt die Wassermenge stark an. Karstquellen können die Form eines Kessels oder Trichters haben (und werden dann auch als Quelltopf bezeichnet) oder einfach ein Loch in der Felswand darstellen (Abb. 6a).

  Abb. 6a ¦ Karstquelle  

BildunterschriftKarstquelle bei Altaussee, Salzkammergut Bildunterschrift Ende

  Abb. 6b ¦ Altausseer See  

BildunterschriftDer Altausseer See hat keinen ganzjährigen oberirdischen Zufluss. Er wird praktisch vollständig aus Karstquellen unterhalb der Seeoberfläche gespeist. Bildunterschrift Ende

  Abb. 6c ¦ Die Koppenbrüllerhöhle bei Obertraun  

BildunterschriftDie Koppenbrüllerhöhle bei Obertraun im Salzkammergut ist eine Schauhöhle, d.h., man kann sie besichtigen. In der Höhle fließen Bäche, die nach starken Regenfällen stark anschwellen und das Brüllen erzeugen, von dem die Höhle ihren Namen hat. Die Koppenbrüllerhöhle ist mit 1 bis 2 Mio. Jahren die jüngste der Dachsteinhöhlen (die anderen beiden sind die Mammuthöhle und die Rieseneishöhle). Da aus ihr – zumindest zeitweise – Wasser fließt, ist es eine Quellhöhle und damit auch eine Karstquelle. Bildunterschrift Ende

  Abb. 6d ¦ Koppenbrüllerhöhle nach einer trockeneren Periode  

BildunterschriftSo sieht es vor der Koppenbrüllerhöhle aus, wenn das Wetter trocken war – das Bachbett ist so gut wie trocken (einige Lachen standen noch, die man hier nicht erkennen kann). Die Höhle selbst liegt wenige Meter hinter der Steinbogenbrücke und ist auf dem Foto nicht zu sehen. Bildunterschrift Ende

  Abb. 6e ¦ Koppenbrüllerhöhle nach stärkeren Regenfällen  

BildunterschriftUnd so sieht es vor der Koppenbrüllerhöhle 6 Tage und einige zehn Millimeter Regen später aus. Die Höhle war geschlossen, der Wasserstand war zu hoch. (Am selben Tag entstand auch die Aufnahme in Abb. 6c.) Bildunterschrift Ende

Höhlen als unterirdische Karstform

  Abb. 7 ¦ Mammuthöhle  

BildunterschriftDie Mammuthöhle bei Obertraun. Ihre Ausdehnung beträgt 65 km – daher hat sie auch ihren Namen, mit Mammuts hat die Höhle nichts zu tun. Wie die Rieseneishöhle (ebenfalls bei Obertraun) ist sie 5 bis 10 Mio. Jahre alt.
Die auf den ersten Blick wie künstlich angelegte Tunnel wirkenden Gänge schrieb man früher einer Urtraun oder Paläotraun zu. Inzwischen weiß man aber, dass es ein ruhigerer Fluss gewesen sein muss, der diese Gänge auswusch. Bildunterschrift Ende