Beschreibung:

Karstsysteme in Karbonatgesteinen entstehen in Gegenwart von kohlensäurehaltigem Wasser. In der Karsthydrologie ist allgemein bekannt, dass die Hauptquellen dieses CO₂ die Aktivität von Mikroorganismen im Boden und die Wurzelatmung von Pflanzen sind. Karsthydrologen sind herausgefordert zu erklären, warum sich auch bei beschränkter Lösungskapazität der Wässer, tief im Höhleninneren große Hohlräume bilden. Derzeit gibt es zwei akzeptierte Erklärungen. Die erste wird als „Mischkorrosion“ bezeichnet und erklärt sich aus dem kalzitaggressiven Verhalten von Wässern, die sich aus zwei Wasserströmen, jeweils im kalkkohlenstoffhaltigen Gleichgewicht mischen.

Dies kann zum Beispiel in Klüften passieren. Das Mischwasser hat dann neues Potenzial weitere Karbonate zu lösen und Hohlräume zu bilden. Eine zweite Erklärung geht von einer nichtlinearen Auflösungskinetik aus, die besagt, dass Wasser einen Teil seines verbleibenden Potenzials zur Auflösung von Karbonaten behalten würde, während es tief in das Gestein eindringt. Ein neuer Ansatz für die Verbringung von CO₂ in tiefere Erdschichten ohne perkolierendes meteorisches Wasser wurde kürzlich von uns vorgeschlagen (Class et al., 2021). Sie befasst sich mit der Einlösung von CO₂ am epiphreatischen Karstgrundwasserspiegel und der eigenständigen CO₂ Mobilität und seinem dichtegetriebenen Absinken in der Wassersäule (NERO von nerochytis/Senke – griechisch).

Dieses mit zusätzlichem CO₂ beladenes Karstwasser führt zur Neubildung unterirdischer Wasserwegsamkeiten mit ihren typischen runden, phreatischen Wand- und Deckenformen. Eindrücklich ist diese Morphologie in vielen fossilen Höhlen, z.B. auf der Schwäbischen Alb, Deutschlands größtem Karstgebiet, zu sehen. Unsere Vorarbeiten im -System Wasser-CO₂ haben die Plausibilität der neuen Hypothese bestätigt. Um die Relevanz im Vergleich zu „klassischen“ Theorien zu untermauern, wird im Rahmen des Projekts das System CO₂-Wasser-Karbonat im Labor, im Modell und im Feld untersucht.

Class, H., Bürkle, P., Sauerborn, T., Trötschler, O., Strauch, B., Zimmer, M. (2021) On the role of density-driven dissolution of CO₂ in phreatic karst systems. Water Resources Research, DOI: 10.1029/2021WR030912

Projektlaufzeit: 01/2023 – 12/2025

Finanzierung: DFG 508470891

Kooperationspartner:

apl. Prof. Dr.-Ing. Holger Class Universität Stuttgart, Institut für Wasser- und Umweltsystemmodellierung

Harald Scherzer Höhlen- und Heimatverein Laichingen e.V.