Kalkstein, Karst und Tropfsteinhöhlen

Die Landschaft im Hönnetal (bzw. Nord-Sauerland), im Südharz, in der Schwäbischen Alb, auf der Paderborner Hochfläche oder im Bergischen Land ist geprägt durch den Formenschatz einer Karstlandschaft. In all diesen Regionen befinden sich Lagerstätten von Kalkstein. Es hat die chemische Formel CaCO3 und heißt offiziell Kalciumkarbonat. Es bildet sich in äquatornahen Korallen- und Muschelriffen sowie in Warmwasserbereichen. Hier setzen sich am Grund die karbonathaltigen Teilchen, z.B. Muschelschalen ab. Jetzt liegen Hönnetal und Co. zwar nicht ganz am Äquator, sondern fast 51° weiter nördlich. Die heutigen Lagerstätten sind durch den sogenannten Kontinentaldrift begründet. Bekannterweise sah die Erde mit ihrer Landmassenverteilung nicht immer so aus wie heute. Das heutige Europa lag früher nämlich in Äquatornähe und war von einem seichten Meer überdeckt. Das erklärt die heutigen Lagerstätten des Massenkalks, die im Erdzeitalter Devon (vor 350-450 Mio. Jahren) entstanden sind. Man spricht daher auch vom "Devonischen Massenkalkzug".

Auf dieser Seite werden Landschaftsformen von Karst, die Funktionsweise eines Kalkwerks und die Gewinnung von Kalk näher erläutert.

Formenschatz von Karstlandschaften: Topfsteinhöhlen, geheimnisvolle Bachschwinden und Einsturztrichter

Hierbei geht es darum, welche Oberflächenformen durch Kalkstein im Boden entstehen können. Da gibt es nämlich einige sehr faszinierende und teilweise wenig bekannte Phänomene, typische Merkmale einer sogenannten Karstlandschaft.

1. Tropfsteinhöhlen

Das bekannteste Merkmal sind Tropfsteinhöhlen. Das sind Gebilde, von denen viele Menschen ausgehen, dass sie in allen Bergen vorkommen. Tropfsteinhöhlen entstehen aber nur im lösungsfähigen Festgestein. Schiefer, Sandstein und die meisten anderen Gesteine lösen sich nicht im Wasser auf. Das kann nur karbonathaltiges Gestein - also Kalkstein. Das Material wird durch Kohlensäure im Regenwasser gelöst, fließt ab und hinterlässt Hohlräume im Gesteinskörper. Soviel zu den Höhlen an sich.

Tropfsteine entstehen, indem kalkgesättigtes Sickerwasser von oben in die Höhle eindringt und an der Höhlendecke mit der Höhlenluft reagiert und Sinterkalk ausfällt. Es entsteht ein Stalaktit, der von oben nach unten wächst. Tropft das Wasser auf den Boden, so kann es dort erneut reagieren und einen von unten nach oben wachsenden Stalagmiten bilden. Stalaktit und Stalagmit (man beachte die unterschiedliche Schreibweise mit k und g) können auch eine komplette Säule bilden, einen sogenannten Stalagnaten. Dazu braucht es allerdings viele tausend Jahre Zeit. Ebenso entstehen Sinterfahnen und -Vorhänge. Tropfsteine sehen Sie in folgendem Bild markiert:

Es gibt zahlreiche Eselsbrücken, sich zu merken, welche Tropfsteine welchen Namen haben. Die "familienfreundlichste" ist sicherlich die, das Stalaktiten in der Mitte ein T haben (Stalagmiten ein M), dessen lange Seite nach unten zeigt.

Höhlen beherbergen eine ganz eigene Flora, die in der Nähe der Eingänge oder durch Beleuchtung von Schauhöhlen ("Lampenflora") wächst, und Fauna, also Lebewesen, die in absoluter Dunkelheit leben; Außerdem besitzen sie ihr eigenes Klima. Üblicherweise ist in Höhlen ohne Zugluft die Temperatur das ganze Jahr über nahezu konstant und die Luft sehr feucht und sehr sauber. Daher gibt es in einigen Tropfsteinhöhlen die Möglichkeit, eine gewisse Zeit auf Liegen in der Höhle zu verbringen und eine Heiltherapie (z.B. bei Atemwegserkrankungen, aber auch gegen Stress) durchzuführen. Tropfsteinhöhlen - ökologisch, klimatisch und besonders optisch eine Märchenwelt für sich:

"Wasserfall" oder "Orgel" mit "Hand des Organisten": Stalaktiten	... und Stalagmiten in der Dechenhöhle Iserlohn
Hier ist das Geräusch des tropfenden Wassers allgegenwärtig	In kleinen Teichen sammelt sich das Tropfwasser

Die Bilder stammen aus der Dechenhöhle in Iserlohn. Sie ist in einer Besucherführung täglich zu besichtigen. Informationen zur Höhle und zum angeschlossenen Höhlenmuseum in Iserlohn-Letmathe finden Sie unter www.dechenhoehle.de. Denken Sie an gutes Schuhwerk! Flip-Flops, Birkenstock-Schlappen oder Stöckelschuhe sind unangebracht. Taschenlampen sind nicht zwingend notwendig (Höhle ist beleuchtet), aber auch nicht falsch. Ein Berühren der Tropfsteine ist ausdrücklich verboten.

2. Bachschwinden

Verlassen wir die Tropfsteinhöhle, gibt es auch in der Landschaft draußen manchmal sehr offensichtliche Merkmale einer Karstlandschaft.

3. Quelltöpfe

Unter Umständen kann versickertes Wasser mit hohem Druck an tieferen Stellen von unten an die Oberfläche treten und eine "Quelle" bilden.

4. Dolinen und Poljes

Ein Merkmal von Karstlandschaften sind Dolinen. Hierbei löst sich unterirdisches Gestein auf und darüberliegendes Erdreich stürzt in runden, trichterartigen Formen ein. Sie sind jedoch im Hönnetal weniger zu finden, dazu muss man in Richtung Brilon / Paderborn fahren. Hier gibt es sie in kleineren Varianten von wenigen Metern, aber weltweit kann der Durchmesser mehrere hundert Meter betragen!

Füllen sich Dolinen mit wasserstauenden Sedimenten (z.B. Ton) an, können sich kleine Tümpel oder Teiche bilden. Dieses Gebilde wird dann als Polje bezeichnet.

Kalk - ein Produkt aus Kalkstein:

In diesem Abschnitt wird der Einsatzbereich von Kalk und der Prozess des Brennens und Löschens im Kalkwerk erläutert.

1. Was habe ICH mit Kalk zu tun?!

Mehr, als Sie vielleicht denken! Wenn Sie nicht gerade im Garten im W-Lan-Netz des Nachbarn surfen - aus welchem Material besteht denn das Haus, in dem Sie sitzen? Beton? Aha! Beton ist bekanntlich eine Mischung aus Zement, Sand und Wasser. Und Zement wird aus Kalk gebrannt! Und was ist mit dem Verputz? Als Grundstoff für Mörtel oder Putz wird Kalk als Material verwendet. Möglicherweise haben Sie sogar Zierkies aus Kalkstein im Garten liegen, macht sich nämlich als Deko sehr gut.

Kalk ist wichtig für die Ökologie, da es den Säuregrad im Boden senkt (Stichwort pH-Wert) und in Industriebetrieben schädliche Bestandteile der Abgase binden kann. Zudem kann es zur Trinkwasserreinigung verwendet werden, außerdem zur Veränderung des Wasserhärtegrads. Neben der erwähnten Bauwirtschaft kommt Kalk auch in den Industriezweigen Chemie, Glas, Eisen und Stahl sowie Papier zum Tragen.

2. Prozesse im Kalkwerk und im Kalksteinbruch

Zunächst muss der Rohstoff Kalkstein abgebaut werden. Dies geschieht in großen, offenen Steinbrüchen. Wie auch im Werk Hönnetal der Firma Rheinkalk wird das durch Sprengungen abgelöste und im Brecher zerkleinerte Material über lange Förderbänder vom Steinbruch ins Werk transportiert. Hier wird es dann gewaschen.

Im Folgenden einige Bilder vom Werk Flandersbach (Wülfrath) der Fa. Rheinkalk. Vielen Dank an Verena Werner, B.Sc. für die Fotos und Infos!

So sieht zunächst das gewonnene Rohmaterial aus - einmal die großen Brocken und einmal gebrochen. Mit dem weißen Pulver hat es augenscheinlich zunächst wenig zu tun:

Im Steinbruch sieht die Gewinnung dann folgendermaßen aus: in großen Tagebaus wird in Terrassenform das Grobmaterial abgebaut und verladen auf Schwerkraftwagen (SKW), einer großen Bauform der Lastkraftwagen (LKW).

Nach vollständig erfolgtem Rohstoffabbau werden diese Gruben meist renaturiert oder zu Restseen und Naherholungsgeieten umgewandelt.

Anschließend wird der gebrochene, gereinigte und nach Größen sortierte Kalkstein je nach Verwendungszweck weiterverarbeitet. Teilweise geht schon gebrochener, unbehandelter Kalkstein in den Markt. Für den üblichen Branntkalk muss der große Ofen angeschmissen werden.

Bei 1100°C Brenntemperatur entsteht zu nächst einmal der normale Branntkalk (CaO). Bei anderen Brennvorgängen kann Kalkstein je nach Zugabe von Chemikalien zu Carbid oder Gips reagieren - jeweils unter Produktion von Kohlendioxid. Hier einmal für die Chemieinteressierten die zentralen chemischen Reaktionsgleichungen von Kalk:

Branntkalk (CaO) ist jetzt sehr empfindlich bei Reaktion mit Wasser. Bei Zusammenfügen beider Substanzen kommt es zu einer starken, expolosionsartigen exothermen Reaktion. Dieser Prozess wird als "Löschen" bezeichnet. Auch hier erhält man je nach Zugabe von Zusatzstoffen unterschiedliche Produkte. Neben Löschkalk (Kalciumhydroxid) kann auch hochexplosives Azetylen oder die Säure Schwefelwasserstoff gebildet werden. Achtung: Sicherheitshinweis! Auch beim Kontakt mit dem Schweiß auf der Haut kann es zu schweren Verletzungen kommen. Wenn Sie also Branntkalk im Komposthaufen mit den Händen verteilen wollen, sollten Sie von dieser Idee besser Abstand nehmen.

Fügt man Kalciumhydroxid bzw. dem Löschkalk Kohlenstoffdioxid hinzu, entsteht wieder das Ausgangsmaterial Kalkstein unter Gewinnung von Wasser. Somit ist ein Produktionskreislauf geschlossen.

In Staub- oder Schüttgutwagen der Bahn oder in Säcken auf LKWs verpackt kann das gewünschte Material nun in die weite Welt verschickt werden. Im Hönnetal werden dazu die sog. "Weißen Riesen" gebildet, lange Züge mit durch den Staub weiß gepuderten Wagen, die die wertvollen Fracht beinhalten. Vielleicht ist Ihnen ja auch schon einer der blau-weißen firmeneigenen LKWs entgegengekommen.

Zement - um die Ausgangsanmerkung zu vervollständigen - entsteht übrigens durch Mischung von drei Einheiten Branntkalk und einer Einheit Löss / Sand (SiO2) und dem Brennen dieser Mischung bei heißen 1450°C. Zusammen mit Wasser und Sand ergibt dies Beton.

So kunstvoll kann ein Steinbruch sein...! (Foto: V. Werner)

(c) Grafiken und Texte: V. Werner / S. Hellmann