Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforscher49 (3)75 - 77München 2003

Zur Entwicklung der sog. Zwergenkirche am Sachsenstein bei Walkenried, Landkreis Osterode am Harz, Niedersachsen
und
vergleichende Beobachtungen zur rezenten Entstehung von Quellungshöhlen in einem aufgelassenen Gipssteinbruch bei Dingwall, Nova Scotia, Kanada

von
REIMANN, Matthias und VLADI, Firouz


 

Teil 1:
Walkenried, Deutschland (M. Reimann)

Seit dem endgültigen Einsturz der Waldschmiede bei Walkenried führen die sog. Zwergenlöcher am Südharz ein eher kümmerliches Dasein. Einst auch Touristenmagnet sind sie jetzt wertvolle, weil recht seltene Geotope.
Erstmals erwähnt werden „Zwerg-Löcher“ von Behrens 1703; eingehende beschreibende Betrachtungen stellte Biese (1931) an. Breisch & Wefer (1981) präsentieren ein Rechenmodell zur Hohlraumgenese dieser Objekte und postulierten bereits seitlichen Druck für ihre Entstehung. Reimann (1991), kommentiert von Reinboth (1993), berichtete, daß durch die genaue Vermessung und die Feststellung des Hydratationsgrades der hohlraumbildenden Sulfatbank die Längenänderung von maximal möglichen 17 % infolge Volumenzunahme bei der Vergipsung von Anhydrit zwischen den jeweils höchsten Punkten am First zweier benachbarter Höhlen nachgewiesen werden kann. Zwergenlöcher entstehen, wachsen und verstürzen also im Laufe ihrer Jahrzehnte oder Jahrhunderte währenden „Lebens“ wie so viele Dinge in der sehr dynamischen, belebten aber auch unbelebten Natur (vgl. Reimann 1991, S. 86-97).
Letztlich bleibt also die Frage nach der Geschwindigkeit dieser Entwicklung; hierzu konnte nur mitgeteilt werden, daß die verstürzte Waldschmiede wohl bis zu 1 cm/Jahr „zusammengeschoben“ wird – ein Betrag, der sich allerdings nur auf der Grundlage der vielen gerade von diesem Objekt gemachten Fotos nur sehr grob quantitativ ableiten ließ.
 
Abb. 1
Meßstrecken an der Innenseite der Dachbank der sogenannten "Zwergenkirche" bei Walkenried / Südharz; Einengung durch seitlichen Schub bzw. Längenausdehnung der Dachbank durch Vergipsung von Anhydrit nach 3 Jahren (unmaßstäblich; ergänzt aus REIMANN 1991).

Um bessere Daten zu erhalten wurden an der sog. Zwergenkirche (R 44 0200, H 57 1750) mit Zustimmung der oberen Naturschutzbehörde im Jahr 1999 vier Stahlbolzen als geeignete Fixpunkte an der Innenseite der Dachbank eingesetzt. Bei jährlichen Messungen Ende März zeigte sich als Ergebnis nach 3 Jahren in 2002 eine deutliche Einengung an der Basis der Höhle um 7 mm, was auf den seitlichen Zuschub der dachbildenden Bank zurückzuführen ist. Die Dachflanken verlängerten sich im selben Zeitraum um 5 bzw. 8 mm; hier wirkt die Längenausdehnung der Dachbank direkt ein (s. Abb. 1).
Eindeutig kann festgestellt werden: „... und sie bewegt sich doch!“ Die Geschwindigkeit von nur Millimetern pro Jahr läßt sich dabei auf verschiedene Gründe zurückführen. Zum einen ist bei dieser, in ihrer Entwicklung bereits weit fortgeschrittenen Höhle (s. Abb. 2) vermutlich das quellfähige Anhydritpotential weitgehend „verbraucht“. Zum anderen konnten die Markierungsbolzen im Zweifel nicht optimal parallel zur Schub- bzw. Ausdehnungsrichtung angebracht werden – eine benutzbare Meßstrecke war einzuhalten. Auch zwischenzeitlicher interner Verbruch mag eingetreten sein.
 
Abb. 2
Die Zwergenkirche auf dem Sachsenstein bei Neuhof, Kreis Osterode am Harz. 
Deutlich ist der fortgeschrittene Entwicklungszustand dieser Quellungshöhle am Abscheren der unteren linken Flanke und dem steilen Dachfirst zu erkennen. Gesamtlänge ca. 6 m.
(Photo Vladi 3-00).

Rezente Quellungshöhlen werden jedoch immer häufiger auch auf Anhydritsohlen aufgelassener Gipssteinbrüche nicht nur im Südharz (Juliushütte, Ellrich) beschrieben. An ihnen kann der Raumveränderungsprozeß quantitativ modellhafter beobachtet und beschrieben werden, da hier in der Regel kaum oder weniger Störungen durch den langeinwirkenden Verwitterungs-, Bodenbildungs- oder Durchwurzelungsprozeß auftreten.
 

Teil 2:
Dingwall, Kanada (F. Vladi)

Die ostkanadischen Provinzen New Brunswick, Newfundland, Prince Edward Island und insbesondere Nova Scotia weisen erhebliche und auch in der Fläche verbreitete Gips- und Anhydritvorkommen auf. Es handelt sich um Evaporite des späten Unterkarbons (Windsor-Serie), die sich erdgeschichtlich unter tropisch-ariden Bedingungen der Äquatornähe in einem epikontinentalen Flachmeer entwickelten. Erst die jüngere Kontinentalverschiebung führte zur Lage in einer geographischen Breite Süd- und Mitteleuropas am Ostrand Nordamerikas.
Die örtlich mit mehreren hundert Metern entwickelten sulfatischen Serien sind überwiegend mit einer geschlossenen Decke von Grundmoränen der jüngsten Vereisung (Wisconsin) verhüllt. Diese meist bindigen Ablagerungen mit saurem Bodenmilieu unterbinden den hydraulischen Kontakt der Oberflächengewässer auf dem größeren Teil der Gipsflächen und eine sulfattypische Vegetationsentwicklung. Hier fehlen jegliche Karsterscheinungen. Dort wo die Moräne sandig- permeabel entwickelt oder sekundär, etwa an Steilufern der Flüsse, Küsten oder Binnenseen, abgetragen ist, entsprechendes gilt im Ansatz für Gipsoberflächen, die durch die Rohstoffgewinnung erst freigelegt wurden, kommt es zur bandartigen bis flächigen Entwicklung typischer Gipskarstlandschaften mit Höhlen, Erdfällen, Dolinen, Karrenfeldern, Buckeln, Steilwänden, Quellen und Schwinden. Nur hier tritt eine auf den sulfatischen Boden eingestellte Vegetation, etwa mit Gelbem Frauenschuh auf.
Die geo- und umweltwissenschaftliche Erforschung und Dokumentation der ostkanadischen Gipskarstlandschaften steht noch in der Anfangsphase.

Der Tagebau auf Gips, der quantitativ der deutschen Produktion entspricht, verfügt über solide Vorräte für ein Jahrhundert und konzentriert sich dabei auf wenige Großtagebaue. Zu erkennbaren Konflikten mit der Bewahrung von Karstlandschaften – von unbedeutenden Ausnahmen abgesehen – kommt es hier nicht. Es dominieren auf fast allen Gipsgebieten Mischwälder der 2. oder 3. Sukzessionsgeneration nach jeweiligen Großkahlschlägen. Erfahrungen in der landschaftsgerechten Renaturierung von Tagebauen liegen nur teilweise vor. Beachtlich ist die gelungene Implementation eines Golfplatzes und Erholungsgeländes in einem verwilderten Gipsgroßtagebau bei Hillsborough, Neubraunschweig. Zahlreich sind auf solchen Flächen, wo der Gips vor Jahrzehnten bis auf die Anhydritsohle abgebaut ist, die sich rasch entwickelnden Quellungshöhlen im Meterformat.
Völlig unbehandelt wurde das Abbaugebiet von Dingwall an der Nordostspitze von Cape Breton mit der Einstellung der Gipssteingewinnung im November 1956 hinterlassen. 1933 wurde hier bei geschätzten Vorräten von 35 Mio. Tonnen der Abbau durch die Atlantic Gypsum Company eröffnet. Die Lagerstätte liegt im Ästuar des nach Osten in den Atlantic mündenden Aspy Rivers. Der Abtransport erfolgte wenige Hundert Meter mit Gespannen, später LKW bis zum fast seegängigen Fischerhafen. Bei bis zu 100.000 t/a Förderung wurden insgesamt etwa 15 – 20 Mio. Tonnen gewonnen. Die Einstellung erfolgte wegen der nicht mehr rentablen Freihaltung des zunehmend versandenden Hafens.
Die in mehreren dicht beieinander liegenden Abbaustätten freigelegten Sulfatflächen umfassen insgesamt ca. 36 Hektar. Ein geringer Teil der Flächen war infolge Küsten- bzw. Flußanschnitte offen anstehender Gips, der größere Teil war vor dem Abbau von geschiebereicher Moräne bedeckt. Es wurde in bis zu drei Sohlen zwischen 5 und 20 m der vergipsten Oberkante der Vorkommen bis zur Erreichung der Anhydritsohle in offensichtlich unregelmäßiger Verfolgung der besseren Partien abgebaut; kleine Inseln mit höherer Moränenauflage blieben stehen. Die Lagerungsverhältnisse sind nahezu flach und im Meterbereich gebankt. Die Vergipsung greift wollsackartig bis kugelschalig in die Tiefe. Der Gips ist überwiegend hoch-weiß.
Hinterlassen wurden weitgehend horizontale Anhydritflächen, die seit 1956, teilweise schon seit den 40er Jahren der Hydratation bei einem jährlichen Niederschlagsmittel von ca. 1.500 mm und einem nicht auszuschließenden Einfluß von Salzgischt des nahen Atlantiks ausgesetzt sind. In diesen etwa 50 Jahren hat sich auf fast der Hälfte der Gesamtfläche die Steinbruchssohle in ein Buckelmuster von Hunderten von Quellungshöhlen aufgelöst. Es finden sich mit allen Stadien zwischen Beginn und Vergang mehrere Höhlengenerationen neben- und z.T. übereinander, verschiedene Oberflächenstrukturen, Formen, Größen, Bankdicken. Es lassen sich visuell keine bevorzugten Längsachsen oder Ursachen für ihre räumliche Verteilung ausmachen. Quellungshöhlen auf der untersten Steinbruchsohle stehen episodisch unter Wasser. Sie zeigen aber keine von den „trockenen“ Quellungshöhlen abweichenden Eigenschaften. Dieses Wasser ist also am Quellprozeß nicht beteiligt.
Die Oberfläche der Quellungshöhlen besteht z.T. aus nacktem Gips bzw. Anhydrit, z.T. aus vergruster, ca. zuckerwürfelgroßem scherbigem Gips. Beide Typen grenzen örtlich scharf, fallweise direkt auf einer Quellungshöhle aneinander. Die Ursache liegt sicher in der unterschiedlichen Vergipsung, ist aber noch nicht näher untersucht.
Nur etwa ein Zehntel der Quellungshöhlen ist angeschnitten, also zugänglich oder einsehbar. Die Mehrzahl verrät sich durch den Trittschall. Beim ersten Gang durch das stillgelegte Abbaugelände drängt sich die große Zahl der Quellungshöhlen noch nicht auf. Nachdem man anhand der angeschnittenen oder sich durch Trittschall verratenden Buckel die Strukturen erkannt hat, wird deutlich, daß alle dieser Hunderte von Buckeln im Format von etwa 2 – 8 m Quellungshöhlen sind! Hält man sich an dieser Stelle vor Augen, daß der zuletzt mit Maschinen betriebene Abbau ebene Sohlen hinterlassen hat, wird die Dimension und Flächenhaftigkeit des Quellprozesses der obersten Anhydritlage erst deutlich.
Die größte zugängliche Quellungshöhle (Maruhn-Cave, Abb. 3, 4) hat eine Grundfläche ca. 4,5 x 8 m mit sanft gewölbter Dachbank und maximaler Raumhöhe von 1 m. In ihr sind unter der Dachbank mehrere Bänke von 5 bis 12 cm abgelöst und schon in teilweisem Verbruch. Die Prozeßgeschwindigkeit muß erheblich sein, benachbart finden sich zusammengefallene Höhlen, deren Einsturzursache – letztlich wie auch bei der berühmten Waldschmiede auf dem Sachsenstein bei Walkenried – eine extreme Übersteilung bis hin zur Ausbildung einer „überkippten Falte“ ist. Hier ist mit>100 cm in 50 Jahren, also>2 cm/a zu rechnen.
 
Abb. 3
Maruhn-Cave

Oberfläche einer noch jungen aber zugleich der größten Quellungshöhle im ehem. Steinbruch von Dingwall. Die Fläche innen beträgt max. 8 x 4,5 m, die Raumhöhe max. 1 m. Bei allen im Bildvorder- und Hintergrund erkennbaren hellweißen Buckeln handelt es sich um Quellungshöhlen. Die anderen verraten sich durch ihren Trittschall.
(Photo Vladi 6-02).

Geordnete Messungen sind noch nicht erfolgt; ein solches Programm würde sicher vielversprechend sein. Das Areal um Dingwall ist für alle Freunde des Gipskarstes ein touristisch und wissenschaftlich attraktives Ziel. Im Brackwasser der Haffs (North Harbour, South Harbour) des Aspy River Mündungsästuars liegen zahlreiche Küstenkliffs aus Gips, z.T. mit Weißkopfseeadlerhorsten, sogar Gipsinseln! Es ist ein gutes Wander- und Paddelrevier und vom Boot lassen sich die Küstenbildungs- und Laugphänomen im Gips gut studieren. Dingwall ist ein hervorragender Ausgangspunkt für geologische Exkursionen, auch in den Cape Breton National Park, der die plattentektonische Schweißnaht von Kontinenten überbrückt. An anderer Stelle soll hierüber mehr berichtet werden.
 
Abb. 4
Im Innern der Maruhn-Cave ist der Quellprozeß entlang vergleichsweise dünner Bänke von ca. 4 bis 12 cm gut zu beobachten. Es zeigt sich eine bankweise differenzierte Entwicklung; einige untere Lagen sind wieder kollabiert.
(Photo Vladi 6-02). 

Abb. 5
Quellungshöhle im ehemaligen Gipssteinbruch von Dingwall. Gut zu erkennen ist die tragende ca. 50 cm starke Bank. Die Höhle ist maximal 50 Jahre alt, die Raumhöhe beträgt ca. 1,1 m, Breite und Tiefe etwa 3,5 x 2,5 m. Es dominiert flache Lagerung und wollsackartige Verwitterung der gebankten Gipse. Der Wollsackcharakter ist das Produkt einer blockweisen Vergipsung des Anhydrits. Die Vorkommen sind weitgehend mit Abraum (Moräne) überdeckt.
Photo: Vladi 6-02

Literatur
ADAMS, G. C. (1991): Gypsum and Anhydrite Resources in Nova Scotia.- Economic Geology Series 91-1, 293 S., 1 Kt.; Halifax (Departement of Natural Resources, Nova Scotia)

BEHRENS, G. H. (1703): Hercynia curiosa oder curiöser Hartz Wald.- Nordhausen (Neudruck Nordhausen 1899)

BIESE, W. (1931): Über Höhlenbildung. 1.Teil: Entstehung der Gipshöhlen am südlichen Harzrand und am Kyffhäuser.- Abh. Preuß. Geol. Landesanst. N. F. 137, 71 S., Berlin

BREISCH, R. L. & WEFER, F. L. (1981): The Shape of "Gypsum Bubbles". - Proc. 8th Int. Congr. of Speleology: 757-759; San Diego

DONOHUE, Howard. V. and GRANTHAM, Robert G. (1989): Geological Highway Map of Nova Scotia.- Atl. Geosc. Soc., Sec. Publ. No. 1 (2. Ausg.); Halifax. [Maßstab 1 : ~640.000, mit Erläuterungen und Detailkarten]

FORD, Derek (1997): Priciple Features of Evaporite Karst in Canada.- Carbonates and Evaporites, 12, 1, S. 15-23

Geofacts (1996): Anhydrite in Nova Scotia.- Nova Scotia Department of Natural Ressources, Ciscular No. 31, 4 S.; Halifax

Geofacts (1996): Gypsum in Nova Scotia.- Nova Scotia Departement of Natural Ressources, Ciscular No. 32, 4 S.; Halifax

Luftbilder (Dingwall und Umgebung), farbig, Maßstab 1 : 10.000, Halifax 1999

MOSELEY, Max (1996): The Gypsum Karsts and Caves of the Canadian Maritimes.- Cave and Karst Science, 23, 1, S. 5 – 16, 11 Abb., 4 Phot; London

REIMANN, Matthias (1991): Vergipsung und Volumenzunahme von Anhydrit. Geol.Jb. Reihe D, Heft 97, S. 21-125; Hannover

REINBOTH, Fritz (1993): Bemerkungen zu einer Veröffentlichung über Vergipsung und Volumenzunahme von Anhydrit.- Die Höhle, 44 Jg., H. 1, S. 17 f.; Wien

REINBOTH, Fritz (1997): Die Zwerglöcher bei Walkenried am Südharz – Bemerkungen zur Frage der Quellungshöhlen.- Die Höhle, 48. Jg., H. 1, S. 1 – 13, 8 Abb.; Wien

VLADI, Firouz (2000): Die Gipskarstlandschaften der kanadischen Maritimes - mit vergleichenden Anmerkungen zur Genese und Morphologie des Südharzkarstes.- Tagungsband 2. Südharz- Symposium 1998: Gipskarstlandschaft Südharz - Forschungen aus 10 Jahren - Visionen für 10 Jahre; Walkenried (www.karstwanderweg.de)
 
 
Anschrift der Autoren:Dr.Matthias Reimann
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Dipl.-Geol. Firouz Vladi
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37520 Osterode am Harz


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