Expedition in die Unterwelt Höhlenforschung in Südwestdeutschland 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 1 1 1 1 1

Modul Höhlenforschung Gliederung Höhlenverteilung Zentrale Frage Hypothesen Wichtiges zum Kalk Ergebnis Den 4. Punkt haben wir gar nicht mehr besprochen ich lass ihn erstmal so… 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 2 2 2 2 2

Modul Höhlenforschung Topographische Karte Baden-Württembergs B a u l a n d B a a r Abb. nummerieren: Baden-Württemberg Atlas von Baden-Württemberg 1999 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 3 3 3 3 3 3

Modul Höhlenforschung Abb. nummerieren; sind die roten Signaturen in der Legende vermerkt? Falls nein: bitte ergänzen! Statistisches Landesamt 1999 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 4 4 4 4 4 4

Modul Höhlenforschung Muschelkalkgebiet Bekannte Höhle Signatur ergänzen Malmgebiet Statistisches Landesamt 1999 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 5 5 5 5 5 5

Modul Höhlenforschung Zentrale Frage: Warum gibt es im Malm viel mehr Höhlen als im Muschelkalk? Hypothesen: Erdzeiten: im älteren Gestein mehr Zeit zur Höhlenbildung? Zusammensetzung: unterschiedlicher chemischer Aufbau → Malm reinerer Kalk? Niederschlagsmengen: mehr Niederschlag im Malm → mehr Höhlen? Erdbeben: unterschiedliche tektonische Prozesse? 1.im älteren Gestein mehr Zeit zur Höhlenbildung? 2. unterschiedlicher chemischer Aufbau → Malm reinerer Kalk? 3.mehr Niederschlag im Malm → mehr Höhlen? 4. unterschiedliche tektonische Prozesse? 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 6 6 6 6 6

Modul Höhlenforschung 1. Erdzeiten Gesteinsschichten www.diercke.de Malm: vor 157-145 Mio. Jahren Muschelkalk: vor 215-205 Mio. Jahren Aufwölbung und Erosion vor 50 Mio. Jahren Schichten gelangen durch Erosion an Erdoberfläche; nur dort Höhlenbildung möglich Ergebnis: Malm früher an der Oberfläche => im Malm (viele Höhlen) mehr Zeit zur Höhlenbildung als im Muschelkalk (wenige Höhlen) 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 7 7 7 7 7

Modul Höhlenforschung 1. Erdzeiten Gesteinsschichten www.diercke.de Malm: vor 157-145 Mio. Jahren Muschelkalk: vor 215-205 Mio. Jahren Aufwölbung und Erosion vor 50 Mio. Jahren Schichten gelangen durch Erosion an Erdoberfläche; nur dort Höhlenbildung möglich Ergebnis: Malm früher an der Oberfläche => im Malm (viele Höhlen) mehr Zeit zur Höhlenbildung als im Muschelkalk (wenige Höhlen) Ergebnis: im Malm bestand mehr Zeit zur Höhlenbildung 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 8 8 8 8 8

2. Zusammensetzung - Bestimmung der chem. Zusammensetzung des Gesteins Exkursion zum Institut für Angewandte Geologie (KIT) - Bestimmung der chem. Zusammensetzung des Gesteins - Herausschlagen eines Elektrons mit XR - Nachrücken eines anderen mit Abgabe von spezifischer Strahlung - Einfangen und Auswerten der Strahlung - Nachweis eines Elements - Qualität und Quantität - Bestimmung der Kristallstruktur - Testen auf Vorhandensein der Kristalle - Verunreinigungen im Kalkgestein - Bestrahlen mit Gammastrahlung - Herausfinden des Abstandes der Atome - Art des Kristalls Ziel: - Zusammensetzung der Gesteine klären Analysieren der Bestandteile des Gesteins durch: - Röntgenfluoreszenzanalyse - Röntgendiffraktionsspektrometrie 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 9 9 9 9 9

2. Zusammensetzung Ergebnis aus dem Institut: Vorkommen Gestein CaCO3-Gehalt Malmgebiet Riffkalk 35 % Schichtkalk 68% Muschelkalkgebiet Muschelkalk 91% 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 10 10 10 10 10

2. Zusammensetzung Ergebnis aus dem Institut: Vorkommen Gestein CaCO3-Gehalt Malmgebiet Riffkalk 35 % Schichtkalk 68% Muschelkalkgebiet Muschelkalk 91% Ergebnis: Muschelkalk leichter “löslich” 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 11 11 11 11 11

Modul Höhlenforschung 3. Niederschlagsmengen www.klimadiagramme.de www.klimadiagramme.de Muschelkalkgebiet Malmgebiet 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 12 12 12 12 12

Modul Höhlenforschung 3. Niederschlagsmengen Klimaaufzeichnungen erst seit ca. 100 Jahren Höhlenbildung über viel größeren Zeitraum hinweg Ergebnis: Geringe Unterschiede der Niederschlagsmengen in den letzten Jahrhunderten sind nicht verantwortlich für die Häufigkeit der Höhlen! 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 13 13 13 13 13

Modul Höhlenforschung 4. Erdbeben Erdbeben nur an Plattengrenzen Leichte Erdbeben trotzdem in Deutschland messbar Oberrheingraben ist Erdbebengebiet Ergebnis: Auswirkungen eher gering 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 14 14 14 14 14

Modul Höhlenforschung Landesamt für Geologie Oberrheingraben Schwäbische Alb 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 15

Modul Höhlenforschung Kalklösung Kalk wird durch Kohlensäure gelöst H2O(l) + CO2(g) Wasser Kohlenstoffdioxid Lösung Ausfällung CaCO3(s) + H2CO3(aq) Ca(HCO3)2(aq) Bitte Aggregatzustände bzw. Löslichkeit ergänzen (s), (aq), (l), (g); das unterstreicht das Ganze in Fachsprache! (Ihr solltet die Grundidee “Säuren lösen KalK “ “auf der Pfanne haben”). Kohlensäure ist eine sehr schwache Säure.) ACHTUNG: Vorschlag: eine weitere Folie einschieben mit dem Blockbild zu Karstphänomenen auf der Schwäbischen Alb (s. Poster 2, Abb. 1): Daran könnt ihr die Höhlenbildung im Untergrund zeigen und dann auf die Dolinen eingehen; dann gibt es eine gute Überleitung zum nächsten Foto! Gleichgewichtsreaktion: Durch das Entfernen eines Bestandteils kippt die Reaktion um. Wenn z.B. CO2 entfernt wird, bildet sich Kalk. Calciumcarbonat Kohlensäure Calciumhydrogencarbonat 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 16 16 16 16 16 16

Modul Höhlenforschung Kalklösung Gleichgewichtsreaktion Durch Entfernen eines Stoffes kippt Gleichung H2O(l) + CO2(g) Wasser Kohlenstoffdioxid Lösung Ausfällung CaCO3(s) + H2CO3(aq) Ca(HCO3)2(aq) Bitte Aggregatzustände bzw. Löslichkeit ergänzen (s), (aq), (l), (g); das unterstreicht das Ganze in Fachsprache! (Ihr solltet die Grundidee “Säuren lösen KalK “ “auf der Pfanne haben”). Kohlensäure ist eine sehr schwache Säure.) ACHTUNG: Vorschlag: eine weitere Folie einschieben mit dem Blockbild zu Karstphänomenen auf der Schwäbischen Alb (s. Poster 2, Abb. 1): Daran könnt ihr die Höhlenbildung im Untergrund zeigen und dann auf die Dolinen eingehen; dann gibt es eine gute Überleitung zum nächsten Foto! Gleichgewichtsreaktion: Durch das Entfernen eines Bestandteils kippt die Reaktion um. Wenn z.B. CO2 entfernt wird, bildet sich Kalk. Calciumcarbonat Kohlensäure Calciumhydrogencarbonat 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 17 17 17 17 17 17

Modul Höhlenforschung Kalklösung Gleichgewichtsreaktion Durch Entfernen eines Stoffes kippt Gleichung H2O(l) + CO2(g) Wasser Kohlenstoffdioxid Lösung Ausfällung CaCO3(s) + H2CO3(aq) Ca(HCO3)2(aq) Bitte Aggregatzustände bzw. Löslichkeit ergänzen (s), (aq), (l), (g); das unterstreicht das Ganze in Fachsprache! (Ihr solltet die Grundidee “Säuren lösen KalK “ “auf der Pfanne haben”). Kohlensäure ist eine sehr schwache Säure.) ACHTUNG: Vorschlag: eine weitere Folie einschieben mit dem Blockbild zu Karstphänomenen auf der Schwäbischen Alb (s. Poster 2, Abb. 1): Daran könnt ihr die Höhlenbildung im Untergrund zeigen und dann auf die Dolinen eingehen; dann gibt es eine gute Überleitung zum nächsten Foto! Gleichgewichtsreaktion: Durch das Entfernen eines Bestandteils kippt die Reaktion um. Wenn z.B. CO2 entfernt wird, bildet sich Kalk. Von Moritz: Die Besprochene Änderung hab ich vorgenommen, wenn jemand noch was ändern möchte, kann er das gerne tun. Calciumcarbonat Kohlensäure Calciumhydrogencarbonat 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 18 18 18 18 18 18

Modul Höhlenforschung Kalkausfällung CO2 -Entfernung: Aufprall auf Höhlenboden → Stalagmitbildung Temperaturunterschied → Stalaktitbildung Photosynthese → Versinterung (Kalktuffbildung) Bitte hier unbedingt Exkursionen betonen (Einbindung auf Exkursionen!) Abb. nummerieren und beschriften, auch unter den Unterpunkten möglich: Unbedingt ergänzen: - Tropfsteinbildung: Stalaktiten, Tropfsteinbildung: Stalakmiten; Versinterung: Kalktuff Zum Kalktuff: schaut euch mal Bilder Richert, 355 oder 356 an; da sieht man die Abfolge vom Moos über Versinterung zum Kalktuff gut! 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 19 19 19 19 19

Modul Höhlenforschung Höhlenbildung Durch Mischungskorrosion im Kalkgestein und anschließende Erosion Ich bin überrascht, dass ihr damit einsteigt. Das ist fachlich doch sehr anspruchsvoll. Seid ihr sicher, dass es sinnvoll ist, diese Folie gleich zu Beginn zu stellen? Wenn ihr … Durch Mischungskorr… etc. beibehalten wollt, würde ich einen – setzen (Höhlenbildung – durch…). Abb. nummerieren (-> Quellenangabe!) Lösungskurve der Mischungskorrosion 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 20 20 20 20 20 20

Karstphänomene Einsturzdolinen 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 21

Modul Höhlenforschung Korallen Korallen bilden Kalkskelett um sich herum Neue Korallen lassen Skelett wachsen  Korallenriffe entstehen Zwischenräume werden nach Absterben mit Ablagerungen gefüllt 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 22 22 22 22 22

Modul Höhlenforschung Korallen Im Malm zwischen Schichtkalken immer wieder Riffkalke Riffkalk stabiler als Schichtkalk Schichtkalk erodiert  Riffe bleiben bestehen 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 23 23 23 23 23

Modul Höhlenforschung Korallen Riffkalke in der Schwäbischen Alb Hier deutlich sichtbar wie der riffkalk stehen bleibt während der schichtkalk erodiert 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 24 24 24 24 24

Modul Höhlenforschung Ergebnis Höhlen im Muschelkalk wegen Anordnung des Gesteins in Schichten sehr instabil  viele Dolinen, fast keine Höhlen Ausnahmen im Muschelkalk: Höhlen können stabil bleiben, wenn eine Gesteinsschicht wie eine Schaumkalkbank sie stützt. Höhlen bilden sich in beiden Kalkgebieten ungefähr gleich gut, stürzen aber wegen fehlender Stabilität der abgelagerten Kalkschichten ein (→ Dolinen). Die Ausnahme sind Höhlen die sich im Malmgebiet in ehemaligen Korallenriffen gebildet haben die durch ihre gewachsene Struktur viel stabiler sind. 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 25 25 25 25 25

Modul Höhlenforschung Ergebnis Höhlen im Malm wegen massivem Korallenkalk stabil viele Höhlen, weniger Dolinen 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 26

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 3. Juli 2010 Modul Höhlenforschung 27 27 27 27