Gipshöhlen und Gipskarst

Gipskarst entsteht, wie der Name schon sagt, in Schichten aus Gips oder Anhydrit, manchmal auch Alabaster genannt. Chemisch gesehen ist Anhydrit wasserfreies Calciumsulfat CaSO₄, an-hydrit ist Lateinisch für ohne Wasser. An der Oberfläche wird Regenwasser vom Anhydrit absorbiert und wird Teil des Gesteins, das nun die chemische Formel CaSO₄*2H₂O hat. Wenn der Anhydrit Wasser aufnimmt, verwandelt er sich in Gips und vergrößert sein Volumen um 30-40 %. Im Allgemeinen ist Gips das Ergebnis von Verdunstung, es ist ein chemisches Sedimentgestein, das bei der Diagenese seinen Wassergehalt verliert, sodass die Schichten aus Anhydrit bestehen. Nur die oberflächennahen Schichten verwandeln sich durch Regenwasser in Gips.

Gipskarst funktioniert ganz ähnlich wie Kalksteinkarst, es gibt Höhlen, Dolinen, Schlucklöcher, unterirdische Entwässerung und Karstquellen. Das Besondere am Karst ist, dass das Gestein durch das Wasser aufgelöst wird und das Wasser es dann in gelöster Form abtransportiert, wodurch die Höhlen entstehen. Dies ist bei allen löslichen Gesteinen wie Kalkstein, Dolomit, Gips/Anhydrit und Salz der Fall. Die Löslichkeit von Gips ist jedoch ganz anders als die von Kalkstein, die Menge ist viel höher, über 2 kg pro 1 m³ Wasser, und es wird keine Kohlensäure benötigt, wie bei der Lösung von Kalkstein. Die hohe Löslichkeit des Gipses führt zu einer sehr schnellen und großflächigen Höhlenbildung. Höhlen entstehen in weniger als einem Zehntel der Zeit, die sie in Kalkstein benötigen würden, aber sie stürzen auch umso schneller wieder ein. Die Barbarossahöhle in Deutschland ist zum Beispiel erst 200.000 Jahre alt.

Es gibt einen Prozess, der Höhlen in Gips bildet, den es in Kalkstein nicht gibt und der nicht mit dem Auflösen verbunden ist. Es handelt sich um einen mechanischen Prozess, der auf der Volumenvergrößerung bei der Umwandlung von Anhydrit in Gips beruht. Wenn eine horizontale Schicht von einiger Dicke in Gips umgewandelt wird, dehnt sie sich aus, aber es gibt keine Möglichkeit, sich horizontal auszudehnen, und da sich darunter eine Gesteinsschicht befindet, gibt es auch keinen Weg nach unten. Infolgedessen entstehen durch die Ausdehnung nach oben gerichtete Falten in der Schicht mit kleinen Höhlen in der Mitte. Man spricht von Quellungshöhlen.

Gipshöhlen haben ganz andere Speläotheme, insbesondere gibt es normalerweise keine Stalaktiten oder Stalagmiten. Gips ist direkt wasserlöslich, ohne dass Kohlensäure erforderlich ist, und es ist kein weiterer Stoff an dem Prozess beteiligt. Tropfstein oder Sinter entstehen durch Ausfällung: Wenn das kalkgesättigte Wasser die Höhle erreicht, entweicht die Kohlensäure aus dem Wasser in die Luft, woraufhin der Kalkstein ausfällt und Stalaktiten und andere Sinterformen bildet. Gips hingegen bleibt in Lösung; um Gips auszufällen, muss das Wasser verdunsten, was in einer Höhle mit einer Luftfeuchtigkeit von fast 100 % nicht geschieht. Was passiert, ist das Wachstum von Gipsmineralien im stehenden Wasser, ein langsamer Prozess, bei dem durchscheinende weiße oder farblose Kristalle entstehen.

Gips ist wie Kalkstein ein "Salz" und entsteht durch die Verwitterung von Gestein und durch biologische Aktivitäten. Er gehört zu den Mineralien, die im Meerwasser gelöst sind, und wenn das Meerwasser verdunstet, fällt er aus. Im Gegensatz zu Kalkstein und Quarz wird er von Tieren nicht zur Bildung von Schalen oder Knochen verwendet, da er nicht fest genug ist, sodass es keine Gipsfossilien gibt. Wegen seiner hohen Löslichkeit fällt er auch nicht im Meer aus, wie es bei Kalkstein immer wieder geschieht. Es gibt eigentlich nur einen bekannten Prozess, bei dem Anhydritschichten entstehen. Man braucht eine riesige Senke, in der Meerwasser eingeschlossen ist und verdunstet, um Gipsablagerungen zu bilden. Sie muss sich in einem trockenen Teil der Welt befinden, da sonst das Regenwasser diesen Prozess umkehren und den Gips wieder auflösen würde. Es muss ein kontinuierlicher oder regelmäßiger (Meer-)Wasserzufluss vorhanden sein, um die Ablagerung einer angemessenen Menge Gips zu ermöglichen. Wenn es keine (vorübergehende) Verbindung zum Meer gibt, wäre die Schicht eher dünn. Wenn die Verbindung vorübergehend ist, beginnt jedes Mal, wenn die Senke mit frischem Meerwasser gefüllt wird, eine neue Abfolge. Zuerst verschwindet das Kohlendioxid und Kalkstein wird abgelagert, dann steigt die Konzentration aller Salze im Wasser. Irgendwann ist die Lösung übersättigt und das nächste Salz beginnt auszufallen, Gips, dann Steinsalz und schließlich Kaliumsalz. Und obwohl die Voraussetzungen eher selten sind, sind sie im Laufe der Erdgeschichte tatsächlich mehrmals aufgetreten.

Jetzt hat man Gips, aber es gibt noch ein anderes Problem: Wasser kann Gips ohne die komplizierte Kohlendioxidreaktion lösen, die bei Kalkstein notwendig ist. Und es wird es viel schneller tun und eine viel größere Menge auflösen können! Sobald sich Gipsschichten in der Grundwasserzone befinden, werden sie vom Grundwasser aufgelöst und abtransportiert. Sie sind also mindestens 10-mal schneller verschwunden als eine Kalksteinschicht es wäre. Mit anderen Worten: Es gibt zwar deutlich weniger Gips als Kalkstein, aber Gips ist wiederum noch viel seltener an der Erdoberfläche. Und weil er schnell erodiert wird, ist er immer sehr jung, wenn er älter wird, verschwindet er. Und vor allem sind die Höhlen außerordentlich groß, viel größer als man es bei Kalkstein erwarten würde.

• Beispiele
• Gipshöhlen und Gipsbergwerke