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Höhlen und ihre Sedimente in den Berchtesgadener Alpen

Forschungsbericht 10

Inhaltsverzeichnis

Zur Zusammenfassung

1 Einleitung 6

1.1 Problemstellung 6
1.2 Ältere Vorarbeiten zum Problem der Landschaftsentwicklung inden Salzburger Alpen 6
1.3 Augensteine - Augensteinlandschaft 8
1.4 Zur Altersfrage der kalkalpinen Verebnungsflächen 9

2 Der Aufbau einer aktiven Landschaft die karsthydrographischen Zonen

2.1 Speläogenese - Hohlraumbildung 11
2.1.1 Die Auflösung der Karbonatgesteine 11
2.1.2 Die Mischungskorrosion 12
2.1.3 Bedeutung von Normalkorrosion und Mischungskorrosion für die Hohlraumbildung 12
2.1.4 Unterirdische Verkarstung - Entwicklung eines Hohlraumes 13
2.2 Speläomorphologie 14

3 Der Zusammenhang zwischen Landschaftsentwicklung, Höhlenbildung und Höhlensedimenten und Analysierbarkeit in Bezug auf die Problemstellung 17

4 Das Untersuchungsgebiet - Allgemeines 19

4.1 Geologische Übersicht 22
4.1.1 Großtektonischer Überblick 22
4.1.2 Die Schichtenfolge im Untersuchungsgebiet 22
4.1.2.1 Perm/Trias 22
4.1.2.2 Trias 23
4.1.2.3 Jura 23
4.1.2.4 Tertiär und Quartär 24
4.1.3 Zur Tektonik des Hagengebirges und des Steinernen Meeres 24
4.2 Zur Morphologie des Hagengebirges und des Steinernen Meeres 24
4.3 Karsthydrologie des Untersuchungsgebietes 26
4.4 Die Höhlenverteilung im Steinernen Meer und im Hagengebirge 28

5 Die Lokalitäten 30

5.1 Geländearbeiten - Probennahme 34

6 Speläomorphlogische Untersuchungen 35

7 Höhlensedimente 39

7.1 Chemische Höhlensedimente - Sinter 39
7.2 Klastische Höhlensedimente 41
7.2.1 Lockersedimente 41
7.2.2 Vergleich Quarzkomponentengehalt von Lockergesteinen und
7.2.3 Augensteinen mit Quarzgehalten verfestigter Höhlensedimente 58
7.2.2.1 Interpretation der erzielten Ergebnisse in Bezug auf die Problem-
7.2.2.2 stellung 58
7.2.3 Verfestigte Höhlensedimente - Untersuchungsmethoden 59
7.2.3.1 Lagerungsverhältnisse 59
7.2.3.2 Kornform, Rundungsgrade und Größen der Komponenten 62
7.2.3.3 Qualitative Untersuchungen 62
Dachsteinkalkgerölle 62
Gerölle der liassischen Rotkalkgruppe 62
Filmentkalke 62
Fleckenkalke 62
Radiolarit 62
Bohnerze und Bauxite 63
7.2.3.3.2 Gerölle nicht kalkalpiner Herkunft 63
Gangquarze und metamorphe Quarzaggregate 63
Quarzaggregat, Typ 1 66
Quarzaggregat, Typ 2 66
Quarzaggregat, Typ 3 66
Quarzaggregat, Typ 4 66
Quarzaggregat, Typ 5 66
Gerölle metamorphen Ursprungs 66
Quarzreicher Glimmerschiefer 66
Intern verfalteter Quarzglimmerschiefer 67
Zwei - Glimmerschiefer 67
Sehr schwach hornblendeführender Glimmergneis 67
Muscovit - Sillimantifels 67
Granit 67
7.2.3.3.3 Quarzeinkristalle - Kappenquarze 67
7.2.3.3.4 Gerölle unsicherer Zuordnung 69
Sandsteine 69
Graubrauner Fein- bis Mittelsandstein 69
Schwach feldspatführender Feinsandstein 69
Roter glimmerführender Feinsandstein 69
Schwach glimmer- und feldspatführender Feinsandstein 69
Glimmerführender Feinsandstein 69
Schwach glimmerführender und hämatitimprägnierter Feinsandstein 70
Sonstige Gerölle 70
Chalzedongerölle 70
Laminiertes feinkörniges Hornsteingeröll 70
Massiges Hornsteingeröll 70
Fossilfreie Mikritkalke 70
Rekristallisierte Kalkgerölle 70
Dolomitgerölle 71
Tonsteingerölle 71
Kalziteinkristalle 71
7.2.3.3.5 Höhleninterne Resedimente 71
Aufgearbeitete Höhlensedimente 71
Sintergerölle 71
7.2.3.3.6 Matrix der verfestigten Höhlensedimente 71
7.2.3.3.7 Abschließende Betrachtungen zu den qualitativen Untersuchungen der Höhlensedimente 73
7.2.3.4 Quantitative Untersuchungen 73
7.2.3.4.1 Untersuchungen der verfestigten Höhlensedimente mittels der Point-counter-Methode 73
7.2.3.4.2 Schwermineralanalyse 74

8 Das Problem Salzgrabenhöhle 80

8.1 Vergleich:Luftbildauswertung-Höhlenplanlineationen-Kluftmessungen 80
8.1.1 Die Hauptlineationsrichtungen 80
8.1.2 Luftbildauswertung 80
8.1.3 Höhlenplanlineationen 81
8.1.4 Kluftmessungen 82
8.1.5 Diskussion der bisher erzielten Ergebnisse 82
8.2 Faktorenanalyse 82
8.2.1 Ergebnisse aus der Faktorenanalyse 87

9 Zusammenfassung 88

10 Literaturverzeichnis 91

11 Anlagen 94

Zusammenfassung

Die in den Nördlichen Kalkalpen in den verschiedene Höhenlagen auftretenden Verebnungsflächen wurden in der bisherigen Diskussion bezüglich ihrer Genese widersprüchlich interpretiert. Zum einen wurden sie als Reste einer Altlandschaft ("Raxlandschaft") angesehen, die durch tektonische Verstellungen zerstört wurde, andererseits wurden diese Flächen als Landschaftsentwickllungsniveaus im Kinne einer mehrphasigen Landschaftsentwicklung ("Hochkönigniveau, Tennenniveau, Gotzenniveau, Niveau 1 u.a.") gedeutet. Mit geologischen Untersuchungsmethoden war bisher weder dem einen noch dem anderen Konzept ein Vorzug zu geben.
Basierend auf einem Ansatz, der geomorphologische Phänomene mit karsthydrographischen Entwicklungen unter Einbindung speläologischer und speläomorphologischer Gesichtspunkte miteinander verknüpft, war es möglich, diese Fragestellung so zu fassen, dass sie mit sedimentpetrohraphischen Methoden an Höhlensedimenten untersucht werden konnte.
Dabei wurde von folgenden Fakten ausgegangen: In Anbetracht der regionalen geologischen Gegebenheiten - über 1000 m mächtige verkarstungsfähige Gesteine - ist es zu erwarten, dass sich in Zusammenhang mit der Ausbildung einer Landschaft und eines aktiven Erosionsniveaus ein stabiler Karstwasserkörper entwickelt, in dessen aktiver phreatischer Zone Hohlraumbildung stattfindet. In den so geschaffenen Höhlen können Sedimente abgelagert werden.
Bezogen auf das Modell der einphasigen Landschaftsentwicklung würde dies bedeuten, dass die angenommenen tektonischen Verstellungen auch die entstandenen Höhlen und die darin abgelagerten Sedimente betroffen haben müßten.
Im Rahmen einer mehrphasigen Landschaftentwicklung käme es dagegen zur Ausbildung mehrerer Karstwasserkörper, was aktive Hohlraumbildung in verschiedenen Höhenlagen zur Folge hätte. Dementsprechend wären verschiedene, höhenlagenabhängige Höhlensedimente zu erwarten. Daraus ergeben sich die folgenden Fragen:
Sind in den Höhlen verschiedener Höhenlage Höhlensedimente anzutreffen, die unterschiedliche sedimentpetrographische Charakteristika aufweisen, so ist von einer mehrphasigen Landschaftsentwicklung auszugehen, erscheinen jedoch verbreitet ähnliche Sedimente, ist hingegen eine einphasige Landschaftsentwicklung anzunehmen.
Die Höhenlage der bekannten horizontalen Gangstrecken der Höhlen des Steinernen Meeres und des Hagengebirges läßt keine zufällige Verteilung erkennen. Es erscheinen deutlich ausgeprägt Maxima, die sich in ihrer Höhenlage mit Verebnungsflächen korrelieren lassen, was mit den beiden vorherrschenden Theorien zur Landschaftsentwicklung zu vereinbaren ist.
Speläomorphologische Aufnahmen in den Befahrenen Höhlen ergaben , dass im nahezu allen ein phreatisches Jugendstadium und/oder Reifestadium nachgewiesen werden kann. Dies wird vorwiegend in elliptischen und runden Gangprofilen dokumentiert. Eine anschließende vadose Phase, die nur mit einer Tieferlegung des Vorflutniveaus in Verbindung zu bringen ist, führt zu einer sekundären Eintiefung der Gangsohle (Schlüssellochprofil, Canyons). Des weiteren wurden in Abhängigkeit von der Höhenlage der Höhlen unterschiedliche Alterstadien der Raumformen festgestellt. Sehr hoch gelegenen Höhlen zeigen Formen des Alters-und Greisenstadiums, währen in tief gelegenen Höhlen Formen des Jugend- und Reifestadiums vorherrschen. Dies wurde als ein erster Hinweis auf eine mehrphasige Landschaftsentwicklung gewertet.

Qualitative und quantitative Analysen von grobklastischen Lockersedimenten lieferten den ersten Beweis für eine mehrphasige Landschaftsentwicklung. Quarze > 2mm treten häufig in Sedimenten von Höhlen in Erscheinung, die mit der Ausbildung des höchstgelegenen Niveaus, des Hochkönigniveaus, in Verbindung zu bringen sind, während in Höhlen, die in ihrer Höhenlage mit den tiefgelegenen Niveaus in Zusammenhang stehen, diese nicht vertreten sind.
Quarze, die durch Herauslösen aus verfestigten, konglomeratischen Höhlensedimenten gewonnen werden konnten, sind in gleicher Weise verteilt.
Eine detailliert durchgeführte Beschreibung der einzelnen, in den verfestigten konglomeratischen Höhlensedimenten auftretenden Komponenten, bildete die Basis für eine quantitaven Point-counter-Analyse. Dabei wurde festgestellt, dass im wesentlichen Quarze und Sandsteine in Höhlensedimenten dominieren, die dem höchstgelegenen Niveau zuzurechnen sind, während der lokale Dachsteinkalk das Komponenteninventar tiefer gelegener Höhlen beherrscht. Umlagerungserscheinungen innerhalb der verschiedenen Höhlenstockwerke wurden dabei zwar festgestellt, aber nur in so geringem Maße , dass sie die Aussagekraft der erzielten Ergebnisse nicht die Aussagekraft der erzielten Ergebnisse nicht schmälern. Dies läßt den Schluß zu, dass das in den Höhlensedimenten auftretende Komponenteninventar in seiner Zusammensetzung die Sedimentfracht widerspiegelt, die in Flüssen aus dem Gebiet der heutigen Zentralalpen über die Nördlichen Kalkalpen hinweg transportiert wurde. Deutlich wird dies besonders an Sedimenten tiefgelegener Höhlen, in denen ausschließlich der lokal anstehende Dachsteinkalk dominiert und Sedimenten hochgelegener Höhlen, in denen Quarze und Sandsteine auftreten, die nur vor der Ausbildung der Alpenquertäler südlich der Nördlichen Kalkalpen in diesen Bereich verfrachtet werden konnten. Damit ist ein weiterer Beweis für eine mehrphasige Landschaftsentwicklung erbracht.
Die Untersuchung von Schwermineralvergesellschaftungen aus der Matrix verfestigter Höhlensedimente beweist ebenfalls das Modell der mehrphasigen Landschaftsentwicklung, denn es konnten für die einzelnen Niveaus, Hochkönigsniveau, Tennenniveau, Gotzenniveau und das der tiefen Höhlen charakteristische Schwermineralassoziationen festgestellt werden. Dabei wurde der Dolomit im Schwerminaralspektrum belassen, da sein Gehalt direkt mit der Beeinflussung des Komponenteninventars durch den lokal anstehenden Dachsteinkalk in Verbindung zu bringen ist. Höhlensedimente des Hochkönigniveasus sind gekennzeichnet durch hohe Gehalte an Granat, Apatit und opaken Mineralen, daneben erscheinen Staurolith, Epidot, Hornblende und Glimmer sowie Zirkon, Rutil und Turmalin. In Sedimenten des Tennenniveaus gehen die Gehalte an Apatit und Granat am stärksten, die der übrigen Schwerminerale in geringerem Umfang zurück zugunsten eines steigenden Dolomitanteils. Eine Fortsetzung dieser Tendenz ist in Sedimenten des Gotzenniveaus zu beobachten, in Sedimenten der tiefen Höhlen schließlich beherrscht der Dolomit das Schwermineralspektrum.
Mittels der Faktorenanalyse konnte für die Salzgrabenhöhle, die in Bezug auf Höhenlage und Ganglänge nicht in die regional vorherrschenden Höhlenentwicklungssniveaus einzupassen ist, eine Bindung an eine tektonisch angelegte Zerrüttungszone nachgewiesen werden, womit für diese Höhle keine Niveaugebundenheit an eines der Landschaftsenwicklungsniveaus anzunehmen ist , vielmehr ist sie in ein tektonisch vorgezeichnetes tieferes Niveau eingebunden und in ihrem Entstehungszeitraum jünger als die hochgelegenen Höhlensysteme anzusehen.
Mit diesen Ergebnissen kann die eingangs formulierte Fragestellung eindeutig beantwortet werden: Die in den Nördlichen Kalkalpen festzustellenden Verebnungsflächen sind , wie am Beispiel Hagengebirge und Steinernes Meer gezeugt wird, als Reste einer mehrphasigen Landschaftsentwicklung anzusprechen, die über die JAusbildung der Augensteinlandschaft (Unteroligozän-Aquitan), des Hochkönigniveaus (Aquitan-Vorpannon), Tennenniveaus (Helvet/Torton-Vorpannon), Tennenniveaus sowie weiterer pliozäner und pleistozäner Flächen zu dem heutigen Landschaftsbild führte.

Eng damit ist die Entstehung der verschiedenen Höhlenentwicklungssniveaus verbunden . Die Geschichte einer Höhle beginnt mit der Tieferlegung des Vorflluters, damit wird ein Druckgefälle erzeugt, die Initialphase der Hohlraumbildung durch Mischungskorrosion beginnt. Mit der anschließ0enden Verkarstungsphase und Haltephase der Tieferlegung der Karstwasserfläche erreicht die karsthydrohraphische Entwicklung ihr Maximum, Sedimente können in die Hohlräume eingefüllt werden. Ein weiteres Tieferlegen des Vorflutniveau bedeutet für den geschaffenen Hohlraum einen Wechsel von phreatischen zu vadosen Bedingungen, Sedimente können erodiert und wieder abgelagert werden und Inkasionsvorgänge gewinnen die Oberhand, die letztendlich zu einem Höhlenverfall und somit zu einer Hohlraumzerstörung führen. Das Tieferlegen des Vorflutniveaus bedeutet das Ende der aktiven phreatischen Phase einer relativ hochgelegenen Höhle, gleichzeitig wird damit in einem tieferen Niveau die Hohlraumbildung eingeleitet. Analog zur Landschaftsentwicklung findet somit Höhlenbildung statt.
Unter Vernachlässigung der lokal formbildenden quartären glazialen Prozesse sind die verschiedenen tertiären Phasen der Landschaftsentwicklung und damit das Einschneiden der Erosionsbasis, hervorgerufen durch die Hebung des Alpenkörpers, abschließend in Abbildung 27 dargestellt.