Lagerungsmaterialien und -merkmale

Es gibt drei große Kategorien von Sedimentmaterial, das in Höhlen zu finden ist: klastische Sedimente, die von Flüssen hereingetragen werden und von der Oberfläche infiltriert werden; Blöcke, Platten und Bruchstücke, die aus dem lokalen Grundgestein stammen; und chemische Sedimente, die in der Höhle durch versickerndes Wasser abgelagert werden. Die chemischen Sedimente sind die vielfältigsten und sind für die dekorative Schönheit vieler Höhlen verantwortlich.

Das häufigste der sekundären chemischen Sedimente ist Calcit, Kalziumkarbonat. Es gibt auch eine weniger häufige Form von Kalziumkarbonat, das Mineral Aragonit. Das zweithäufigste Höhlenmineral ist Gips, Calciumsulfat-Dihydrat. Auch andere Karbonat-, Sulfat- und Oxidminerale werden gelegentlich in Höhlen gefunden. Viele dieser Minerale setzen voraus, dass die Höhle mit Erzlagerstätten oder anderen besonderen geologischen Umgebungen verbunden ist. Aus diesem Grund sind von den mehr als 200 Mineralienarten, die in Höhlen vorkommen, nur etwa 20 weit verbreitet.

Die Ablagerungen von Höhlenmineralien treten in vielen Formen auf, wobei ihre Form davon abhängt, ob sie durch tropfendes, fließendes oder sickerndes Wasser oder in stehenden Wasserbecken abgelagert wurden. Diese sekundären Mineralformen werden als Speläotheme bezeichnet.

Wasser, das aus einer Fuge in der Höhlendecke austritt, bleibt eine Zeit lang als hängender Tropfen hängen. Während dieser Zeit lagert sich eine kleine Menge Kalziumkarbonat in einem Ring ab, in dem der Tropfen mit der Decke in Berührung kommt. Dann fällt der Tropfen herunter, und ein neuer Tropfen nimmt seinen Platz ein, wobei sich ebenfalls ein kleiner Ring aus Kalziumkarbonat ablagert. Auf diese Weise entsteht ein eiszapfenartiges Speläothem, ein so genannter Stalaktit. Stalaktiten variieren in ihrer Form von dünnen strohähnlichen Gebilden bis hin zu massiven Anhängern oder drapierten Formen. Stalaktiten haben einen zentralen Kanal, der das Wasser von der Zubringerfuge zur Stalaktitenspitze leitet. Wenn die Tropfen auf den Höhlenboden fallen, lagern sich zusätzliche Mineralien ab und Stalagmiten bilden sich. Auch Stalagmiten nehmen viele Formen an, von schlanken Besenstielen bis hin zu hügel- und pagodenartigen Gebilden. Stalagmiten bestehen aus sich überlagernden Kappen oder Schichten und haben keinen zentralen Kanal. Stalaktiten können so groß werden, dass sie ihr eigenes Gewicht nicht mehr tragen können; die Bruchstücke großer Stalaktiten werden manchmal in Höhlen gefunden. Stalagmiten sind nicht so eingeschränkt und können Höhen von mehreren zehn Metern erreichen. Wasser, das an Felsvorsprüngen und Wänden entlangfließt, hinterlässt Schichten von Kalzit, die eine massive Ablagerung bilden, die als Fließstein bekannt ist.

Die meisten Flusssteinvorkommen bestehen aus Kalzit, obwohl gelegentlich auch andere Mineralien vorhanden sind. Der Kalzit ist in der Regel grob kristallin, dicht gepackt und in verschiedenen Schattierungen von hellbraun, orange und braun gefärbt. Ein Teil des Pigments stammt von Eisenoxiden, die durch das Sickerwasser in die Lagerstätte getragen werden, der häufigere Farbstoff sind jedoch Huminstoffe aus den darüber liegenden Böden. Huminstoffe sind organische Zerfallsprodukte von Pflanzen, die auch für die braune Farbe mancher Böden und für die teeähnliche Farbe mancher Sumpf- und Seewässer verantwortlich sind. Calcit-Speläotheme können rein weiß sein, erscheinen aber aufgrund vieler winziger Wassereinschlüsse in der Struktur milchig.

Das Calcit in Speläothemen stammt aus dem darüber liegenden Kalkstein nahe der Grenzfläche zwischen Fels und Boden. Regenwasser, das durch den Boden sickert, absorbiert Kohlendioxid aus dem kohlendioxidreichen Boden und bildet eine verdünnte Lösung von Kohlensäure. Wenn dieses saure Wasser die Bodensohle erreicht, reagiert es mit dem Kalzit im Kalkstein und nimmt einen Teil davon in Lösung. Das Wasser setzt seinen Weg nach unten durch enge Fugen und Risse in der ungesättigten Zone fort, ohne dass es zu weiteren chemischen Reaktionen kommt. Wenn das Wasser aus der Höhlendecke austritt, geht Kohlendioxid an die Höhlenatmosphäre verloren und ein Teil des Kalziumkarbonats wird ausgefällt. Das eindringende Wasser wirkt wie eine Kalzitpumpe, die das Kalzit aus dem oberen Teil des Gesteins herauslöst und in der darunter liegenden Höhle wieder ablagert.

Höhlen bieten eine sehr stabile Umgebung, in der Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit über Jahrtausende hinweg konstant bleiben können. Das langsame Wachstum der Kristalle wird nicht unterbrochen, und einige Speläotheme haben Formen, die durch die Kräfte des Kristallwachstums und nicht durch die Zwänge des tropfenden und fließenden Wassers gesteuert werden. Speläotheme, die als Heliktite bekannt sind, ähneln den Stalaktiten insofern, als sie einen zentralen Kanal haben und in langen röhrenförmigen Formen wachsen. Sie drehen und wenden sich jedoch in alle Richtungen und werden nicht durch die Schwerkraft anhängender Wassertropfen geführt. Eine andere Art von Speläothem, der Anthodit, ist eine strahlenförmige Ansammlung von nadelartigen Kristallen. Anthodite bestehen in der Regel aus Aragonit, das einen anderen Habitus (d. h. eine andere Form der einzelnen Kristallkörner) aufweist als das häufiger vorkommende Kalziumkarbonat, Calcit. An Höhlenwänden treten geschichtete, perlen- oder korallenartige Formen auf, und in Höhlentümpeln finden sich komplexe Anordnungen von Kristallen. Mit Kalziumkarbonat gesättigte Wasserbecken haben die bemerkenswerte Eigenschaft, sich mit Randsteindämmen aus ausgefälltem Kalzit zu umgeben.

Gips und andere wasserlöslichere Sulfatminerale wie Epsomit (Magnesiumsulfat-Heptahydrat) und Mirabilit (Natriumsulfat-Dekahydrat) entstehen aus Sickerwasser in trockenen Höhlen. Die Ablagerung der Sulfatminerale ist auf die Verdunstung der mineralhaltigen Lösungen zurückzuführen. Diese Minerale treten als Krusten und in Form von strahlenden, gekrümmten Massen faseriger Kristalle auf, die als Gipsblumen bekannt sind. Aufgrund ihrer höheren Löslichkeit kommen Sulfatminerale in feuchten oder nassen Höhlen entweder nicht vor oder werden zerstört.