Kalktuff

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Dieser Artikel befasst sich mit Kalktuff als Quellkalk. Zu den verwandten Begriffen (Kalk-)Sinter, Travertin und Onyxmarmor siehe dort.
Moos, von frisch ausgefälltem Kalk umkrustet, wächst auf dieser Unterlage weiter
Trona Pinnacle View.JPG

Kalktuff oder Süßwasserkalk oder Quellkalk ist ein poröses, noch junges „sekundäres"[1] Sediment. In Europa kommt es in einigen der Karstgebiete der humiden, gemäßigten Warmklimazone vor, sofern eine Reihe von Bedingungsfaktoren regional vorliegen. Besonders bekannt und untersucht sind Vorkommen der Schwäbischen Alb, der Fränkischen Alb und der Alpenränder.

Vor der Entstehung: Verkarstung[Bearbeiten]

Bei der Verkarstung laufen neben Prozessen physikalischer Verwitterung vor allem aber chemische Prozesse der Kohlensäureverwitterung ab. Kohlensäurehaltiges Wasser nimmt im spröden Kalkgestein (Kalkstein, Kreide, Marmor und andere Calciumcarbonate) eines mehr oder weniger entwickelten Karstsystems die Karbonate bis zur Sättigung in Lösung. Gerät der gelöst transportierte Kalk unter andere Umgebungsbedingungen, kann er durch chemische Ausfällung erneut abgelagert werden. Die beiden Vorgänge können als zwei verschiedene Gleichgewichtszustände eines umkehrbaren chemischen Prozesses angesehen werden; vgl. dazu Calciumhydrogencarbonat.

Vor der Entstehung: Ausfällung gelösten Kalks[Bearbeiten]

Wechselwirkungen von Karstwasser und Kohlenstoffdioxid - unterirdisch oder beim Wiederaustritt an die Oberfläche - können den Prozess des Ausfällens von Kalk auslösen. Vor allem in Karst-Höhlen und nach Karstquellen können beachtliche Kalkmengen sedimentieren, indem der gelöste Kalk unter verschiedenen chemischen und physikalischen Bedingungskonstellationen wieder ausfällt. Die Produkte dieser sekundären Sedimentierung werden in den Geologien zu den Sintern gerechnet. Zu den stark wässrigen, weichen Sedimentierungen wie Kalkschlamm, Mont- oder Bergmilch siehe Mondmilch.

Entstehung von Kalktuff[Bearbeiten]

Flächiges Durchnässen und Moos-Assimilation aus dem Karstwasser begünstigen Ausfällung und Ablagerung

Die Ablagerung von Kalk (CaCO3) als Kalktuff entsteht vornehmlich hinter kalten Schichtquellen im Karst. Solche Ablagerungen gibt es in einigen Karstgebieten der humiden, gemäßigten Warmklimazone seit der letzten Warmzeit (siehe Würmeiszeit) und auch gegenwärtig noch. Ob es zu Ausfällung von Kalk aus Karstwasser kommen kann und in welchen Mengen, hängt allgemein von den klimatischen und geologischen Bedingungen ab, vor allem aber von weiteren physikalischen und chemischen Bedingungskonstellationen, die regional oder lokal vorliegen müssen. Die günstigsten klimatischen Bedingungen bestanden während der rund zweitausend Jahre des postglaziären Atlantikums. In dieser Zeit (vor ca. 8.000-6.000 Jahren) lagen die durchschnittlichen Temperaturen in Mitteleuropa ca. 2 °C höher als heute, und es war niederschlagsreicher. Liegen die allgemeinen Voraussetzungen vor, gehören zu den notwendigen Bedingungen für das Ausfällen noch die folgenden Faktoren:

  • eine relativ geringe Schüttung der jeweiligen Quelle,
  • eine relativ große Verdunstungsoberfläche,
  • ein günstiger Korridor der Wassertemperaturen,
  • eine Veränderung der Druckverhältnisse und
  • bestimmte Ionenkonzentrationen.

Wenn Karstwasser über Moosteppiche, Algenteppiche oder Kolonien von Cyanobakterien[2] fließt, kann eine größere Kalkmenge ausfällen, indem die Biosubstanzen für ihre Assimilation (Photosynthese) den Kohlendioxid-Bedarf aus dem Karstwasser beziehen.[3] Die Kalksedimente können mit Raten von 0,01 mm/Jahr bei anorganischer und bis zu 20 mm/Jahr bei organisch mitinduzierter Ausfällung wachsen.[4]

Der ausgefällte Kalk legt sich als feinkristalline Kruste um alles relativ ruhende Kleinmaterial (Sand, Steinchen, Zweige, Blätter, Farne, Moose, Algenschleim, etc.). Es entstehen durch Übergussschichtung nach oben und vorne wachsende Gebilde oder Polster an kleinen Wasserfällen oder Stufen in Bachterrassen. Moose wachsen über ihren sich verkrustenden Teil frisch hinaus; sie wirken wie kleine Reusen und bilden ein tragendes Gerüst. So können auch größere, fragile Gehänge („Nasen") entstehen. Biotische Verunreinigungen aus Algen und Bakterien bilden relativ feine Strukturen. Sie sind poröser und leichter, wenn Moose der Fließenergie widerstehen konnten. Dieser Kalktuff ist oft noch feucht und von bröseliger Konsistenz. In den günstigsten Zeiten war er schon nach wenigen Jahrhunderten zu mächtigen Gebilden, so genannten „Kalktuffbarren", (siehe unten: "Besondere Erscheinungsfaktoren") herangewachsen.

Abgrenzung der vielfältigen Bezeichnungen für ausgefällten Kalk[Bearbeiten]

Kalktuff-Türme und Kalktuff-Vegetation am Ufer des Mono Lake im Mono Lake Tufa State Reserve, Kalifornien, USA.

Die festen Sedimente werden oft - auch bei ähnlicher Morphologie - unterschiedlich als Kalksinter, Travertin, Quellkalk oder Kalktuff bezeichnet; oder die Begriffe werden sogar synonym verwendet. Unter die allgemeinere Bezeichnung Sinter sind dagegen auch solche Materialien subsumiert, die man nicht zu den geologisch bestimmten Erscheinungen zählt (z.B. Mauersinter und Kesselstein), oder auch solche, die sich unter wesentlicher Beteiligung anderer Elemente bilden. (z. B. Kiesel- oder Schwefelsinter). Zur Bezeichnung der geologischen Erscheinungen im Karst kommen noch regionale, länderspezifische oder sprachbezogene Verwendungen, die sich bei lokalem Vorkommen historisch ergeben haben. So etwa auch die regionale Bezeichnung für den Muschelkalk „Duckstein" im östlichen Niedersachsen. Zu einer genaueren Abgrenzung ist die Bezeichnung Kalktuff nützlich (wenngleich „tuff" als vulkanische Erscheinung eher irreführend). Im deutschsprachigen Raum und der deutschsprachigen Literatur ist sie immer noch gebräuchlich - wohl auch wegen des relativ häufigen Vorkommens und der guten wissenschaftlichen Kartierung dieser Karsterscheinung. Vgl. die wissenschaftlichen und umweltpolitischen Kartierungen als Geotope. Einheitlichkeit in der Bezeichnung hat sich auch in den Geologien bisher nicht durchgesetzt.[5]

Kalktuff, Travertin und Kalksinter können nach ihrem sinkenden Anteil an freiem und gebundenem Wasser unterschieden werden. Sie lassen sich weiter unterscheiden nach ihrer Dichte, bzw. Porosität (durch Fremdkörper) und nach ihrer Festigkeit (durch Austrocknung und Eigendruck).

Unteres Schlosstor, Schloss Hohentübingen, Kalktuffquader von 1606 (vermutlich Gönninger- oder Honauer Steinbruch)
Kalktuff- bzw. Travertinstein mit vielen „Verunreinigungen". Seit 400 Jahren unverwittert in einer Schlossmauer

Kalksinter kann als Substanz hoher Reinheit und/oder dichter Schichtung angesehen werden, wie etwa die Tropfsteine in Höhlen. Travertin ist das durch abiotische, ggf. auch biotische „Verunreinigungen" mehr oder weniger porös bleibende, durch ständige Schichtung und damit steigendem Eigendruck und abnehmender Feuchtigkeit veränderte Sediment. Solche Prozesse bezeichnet man als Diagenese.

Versteinerter Kalktuff: Baumaterial Travertin[Bearbeiten]

Kalktuff im ausgehärteten Zustand wurde seit Jahrhunderten und bis ins 20. Jahrhundert hinein als hochwertiges Baumaterial genutzt: es ist leicht, bleibt witterungsbeständig, abriebfest, ist gut isolierend und feuerbeständig. Die Gewinnung im Steinbruch war arbeitstechnisch leicht - im relativ frischem Zustand können poröse Quader auch leicht gesägt werden. Zahlreiche aufgelassene Steinbrüche und die lokale Verbauung belegen seine lokale wirtschaftliche Bedeutung. Wegen seiner materialspezifischen Belastbarkeit und Witterungsbeständigkeit wurde Kalktuff-Travertin aus dem schwäbischen Seeburger Kalktuff an vielen repräsentativen Gebäuden, wie dem alten Stuttgarter Schloss, dem Tübinger Unteren Schlosstor (errichtet 1606), dem Ulmer Münster und sogar am Straßburger Münster verwendet.[6] Die international beachtete Architektur des Neubaus der Staatsgalerie Stuttgart hat eine Kalktuff-Fassade aus Cannstatter Travertin.

Vorkommen[Bearbeiten]

"Eselstrog" am Fuß der Ludolfsklinge bei Mosbach-Diedesheim an der Bundesstraße 37

In Nebentälern, Talfüllungen oder amphitheaterähnlichen Talabschlüssen des Albtraufs und der Fränkischen Alb[7], in der Eifel, dem Alpenvorland, sowie in den Kalkalpen finden sich frische und alte Ablagerungen von Kalktuff, die älteren schon vollständig zu Gestein ausgehärtet. Ein rezentes Kalktuffvorkommen existiert am Eingang zur Ludolfsklinge bei Diedesheim am Neckar[8].

Zu Vorkommen (z. B. in Frankreich, in England, in den Dinarischen Alpen oder in Indiana (USA)) oder Quellkalken ganz andersartiger Verhältnisse und Klimazonen (z. B. großen Kalksinter-Ablagerungen von Thermalquellen in der Türkei und dem Yellowstone Nationalpark) vgl. unten den Abschnitt „Siehe auch".

Besondere Erscheinungsformen[Bearbeiten]

Kalktuff-Barren[Bearbeiten]

Am Hangfuß des Albtraufs sind an vielen Bächen so genannte Kalktuffbarren entstanden. An allen sieben hangseitigen Bächen, die der oberen Fils zwischen Wiesensteig und Geislingen an der Steige zufließen, sind eine oder mehrere ausgedehnte alte, teilweise auch rezente (noch aktive) Kalktuffablagerungen vorhanden. Herausragend sind auch die mehrfachen Kalktuffbarren der Echaz, der Wiesaz (ehem. Gönninger Steinbrüche) und des Rohrbachs bei Geislingen/Steige. Die erste und größte von sieben Kalktuffbarren hinter der Echazquelle ist mit ihren 900x400 m Fläche und einer Dicke von mindestens 24 m auch die größte Barre der Schwäbischen- und Fränkischen Alb. Im oberen Ermstal (südlich von Bad Urach) gibt es 7 beachtliche Kalktuffbarren, von denen die größte ursprünglich die ganze Breite des Tals bei Seeburg verriegelte und somit den Fischbach zum so genannten Bodenlosen See aufstaute (bis 1821).[9]

Die jeweilige Nähe des hochwertigen Baustoffs solcher Kalktuffbarren war sicher auch ein Grund für bevorzugte Besiedlung. In einigen Fällen wuchsen die Orte (Honau, Seeburg) und Städte (Altstadt von Geislingen/Steige) direkt auf einer Barre heran. Die Morphologie der Barren ist an aufgeschlossenen Hängen und aufgelassenen Steinbrüchen gut zu erkennen.[10] Die Sedimente erreichen Mächtigkeiten zwischen 5 und ca. 40 m.[11] Durch die mächtigen Schichtungen der vergangenen Jahrtausende haben die Barren Gesteinscharakter mit den Eigenschaften von Travertin angenommen.

Kalktuff-Nasen, Kalktuff-Polster[Bearbeiten]

Kalktuffnase, Seitenansicht, Gütersteiner Wasserfall. Wasserrinne auf dem Nasenkamm berieselt die Moosummantelung

Diese außergewöhnlichen Gebilde entstehen nur selten und nur dann, wenn sich an Steilhängen im herabrinnenden Wasser Kalktuff-Moospolster bilden, die bei vermehrter Kalkausfällung nach oben und vorne zu so genannten „Nasen" heranwachsen können. Ist das Gefälle dagegen nicht steil, dominiert die Entwicklung von Kalktuff nach vorne, es entstehen die so genannten „Steinernen Rinnen", siehe dazu weiter unten. Wertvolle Geotope sind die Nasengebilde Dreimühlen-Wasserfall in der Eifel, der Gütersteiner Wasserfall am Albtrauf des Maisentals südwestlich Bad Urach und nahe der bayerischen Isar der Wachsende Felsen von Landau/Usterling. Da die Nasen äußerst poröse, aus feuchtem, ungehärtetem Kalk bestehende und daher fragile Gebilde sind, ist z. B. die Nase des Neidlinger Wasserfalls vor einem halben Jahrhundert kollabiert und noch nicht wieder hochgewachsen. Große terrassenförmige Schutthalden, die aber wieder mit alten und frischen Kalktuff- und Moospolstern überzogen sind, liegen unterhalb der Nasen der Wasserfälle Uracher Wasserfall und des 1,5 km nördlich gelegenen Gütersteiner Wasserfalls. Sie zeugen von wiederholten Abbrüchen der Nasen. Im Mühltal Seeburgs, dem Quellgebiet der Erms, sind auf einer Strecke von nur 600m auf dem Hangschutt der Nordflanke des Kerbtals[12] sechs (!) gewaltige versteinerte Kalktuffgehänge[13] zu sehen, die entstanden, als in einem niederschlagsreicheren, weniger kluftigen, früheren Karst Quellen noch in Schichten oberhalb der Talsohle zu Tage traten.

Steinerne Rinnen[Bearbeiten]

Die Steinerne Rinne von Erasbach

Selten sind die Geotope der Steinernen Rinnen. Bei einer Umwelt-Kartierung in Bayern wurde rund ein Dutzend erfasst.[14] Hinter kleinen Quellen an sanften Hängen schlängeln sich schmale Karstwasserrinnsale hinab - allen Unebenheiten des Geländes folgend. Am Saum der Rinnsale wachsen die Moose heran, die in der oben geschilderten Weise je nach Fließgeschwindigkeit des Rinnsalwassers mehr nach vorne als nach oben ihre Kalkgerüste zu sattelförmigen Dämmen entwickeln. Nach oben wächst in dichter Sinterschichtung die Wasserrinne, die Berieselung der Seiten lässt die Moose zu kalktuffigen Moosgerüsten heranwachsen. Je nach Gefälle und anfallendem Kalksediment werden Hochbetten zwischen 13 und 170 cm und Längen von 7 bis 130 m beobachtet. Ihre Entwicklung ist nicht kontinuierlich und nicht sicher. Einige Exemplare sind wegen fragwürdiger Eingriffe nicht mehr authentisch. Das wohl bedeutendste, naturbelassene Beispiel Europas ist die etwas 80 Meter lange Steinerne Rinne bei Erasbach. Die Rinne folgt dem welligen, leicht geneigten Gelände auf einer alten, flächigen Kalktuffablagerung im aufgelockerten Mischwald.[15] In Baden-Württemberg gibt es eine unscheinbare Steinrinne bei Lenningen (Schwäbische Alb, LK Esslingen) und unterhalb eines ehemaligen Prallhangs der Jagst bei Krautheim (LK Hohenlohe).[16]

Bachterrassen[Bearbeiten]

Frische Moos-Polster über altem Kalktuff. Der CO₂-Verbrauch der Moose steigert die Kalkausfällung enorm. Gütersteiner Wasserfall

Unterhalb von Kalktuffnasen, auf deren Schutthalden und an wenig Wasser führenden Oberläufen von Bächen der Fränkischen- und der Schwäbischen Alb finden sich zahlreiche, unspektakuläre, kleine Terrassen aus Stufen von Kalktuff. Ein imposantes, jedoch nicht naturbelassenes Geotop stellen die Terrassen der Lillach in der Fränkischen Schweiz dar. Ausgeprägte Bachterrassen sind um Seeburg, oberhalb von Bad Ditzenbach (Ditz Nebenfluss der Fils) und an der Zwiefalter Ach nach der Wimsener Höhle zu finden. Aus einer ganzen Reihe relativ großer Kaskaden mit Wällen aus Kalktuff haben sich die Plitvicer Seen in Kroatien gebildet (Vgl. "Siehe auch").

Primärhöhlen/Tuffhöhlen[Bearbeiten]

Bei nach oben und vorne erfolgender Übergussschichtung oder Abbrüchen von Überhängen entstehen in größeren Kalktuffablagerungen auch kleinere und größere Hohlräume oder gar (Halb-)Höhlen. Wenn die Hohlräume in den Ablagerungen weitgehend oder vollständig entwickelt sind, spricht man von so genannten Primärhöhlen oder Tuffhöhlen, primär, weil sie gleichzeitig mit dem Gestein entstanden. Da sie nicht als Funktion eines Wasserweges entstanden sind, werden sie i.d.R. nur entdeckt, wenn eine Kalktuffablagerung bricht, als Steinbruch benutzt oder sonstwie in sie eingegriffen wurde.

Siehe auch: Primärhöhle.

Siehe auch[Bearbeiten]

Frankreich (fr:Tufière); England (Gordale Scar); Dinarische Alpen (insb. Nationalpark Plitvicer Seen); Pamukkale (Türkei); USA: (Yellowstone Nationalpark); (en:Lost River (Indiana) ). Vergleiche auch die Visualisierungen im Eintrag Travertin und bei der Sonderform Onyxmarmor.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. "sekundär", weil Kalksedimente eines Erdzeitalters nach chemischer Kohlensäure-Lösungsverwitterung und Ausfällung erneut sedimentieren
  2. Cyanobakterien, früher den Blaualgen zugerechnet, besitzen wie Moose und Algen die Fähigkeit zur Photosynthese, also zur Aufnahme von CO₂
  3. Siehe Link „Zur Hydrogeologie..."
  4. siehe Literatur „Warm Period Growth..."
  5. Die Karst+Höhlen-Glossare der UNESCO von 1972 und der EPA, Washington, DC von 2002 (Links UNESCO und EPA) haben nur die Bezüge zwischen Bezeichnungen innerhalb einer Sprache und zwischen Sprachen systematisieren können.
  6. siehe Literatur, „Bodenloser See...", S. 45ff
  7. Siehe den Link „Frankenalb, Verbreitung von Kalktuff in der nördlichen Frankenalb..."
  8. Geologische Landesanstalt für Umweltschutz Baden-Württemberg (LfU) (Hrsg.). Naturdenkmale im Regierungsbezirk Karlsruhe. 2. Auflage 2000 (PDF; 5,8 MB)
  9. Siehe Literatur, „Bodenloser See..."
  10. Z. B. am Albtrauf in Seeburg, Honau/Lichtenstein, Gönningen. Siehe Link „Geotope im RGB Tübingen..."
  11. 36 m in Seeburg, nach einer geologischen Studie von Rosendahl/López Correa (2003); siehe Literatur, „Bodenloser See...", S. 22
  12. am Albtrauf wirkt auch die rückschreitende Erosion
  13. in einem Fall ist eine typische Kalktuff-„Nase" erhalten
  14. Siehe Link „Verbreitung von Steinernen Rinnen in Bayern (Fränk. Alb und Alpenvorland).
  15. Siehe Link „Die Steinerne Rinne bei Erasbach..."
  16. Siehe Link „Geotope im RGB Stuttgart..."

Literatur[Bearbeiten]

  • Alfons Baier: Die „Steinerne Rinne“ am Berg südlich Erasbach/Opf. Eine Untersuchung zur Hydrogeologie und -chemie des Seichten Karstes. In: Geologische Blätter NO-Bayerns, Bd. 52 (2002), Heft 1/4, S. 139–194, 17 Abb., 2 Tab., 3 Taf., ISSN 0016-7797 (Vgl. auch den Link Seichter Karst).
  • Norbert Frank, Margarethe Braum, Ulrich Hambach, Augusto Mangini, Günther A. Wagner: Warm Period Growth of Travertine during the Last Interglacial in Southern Germany (PDF; 325 kB). In: Quaternary Research. A interdisciplinary research, Bd. 54 (2000), S. 38–48, ISSN 0033-5894.
  • Wilfried Rosendahl, Dorothee Sahm-Stotz (Hrsg.): „Bodenloser See“ und Schickhardt-Stollen. Natur- undKulturgeschaihte im Kalktuff von Seeberg bei Bad Urach. Staatsanzeiger-Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 3-929981-57-2.

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Kalktuff – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien