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El Zapote-Höhle auf Yukatan Wie entstehen Tropfsteine unter Wasser?

| Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Es klingt unmöglich und trotzdem gibt es sie: Tropfsteine unter Wasser. Heidelberger Geowissenschaftler haben nun deren Entstehung in einer mexikanischen Unterwasserhöhle untersucht. Wichtige Rollen scheinen Algen, Bakterien und der pH-Wert der Ungebung zu spielen.

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Ein Taucher untersucht die Hells Bells-Formationen in der El Zapote-Höhle bei Puerto Morelos auf der Yukatan-Halbinsel.
Ein Taucher untersucht die Hells Bells-Formationen in der El Zapote-Höhle bei Puerto Morelos auf der Yukatan-Halbinsel.
(Bild: E.A.N./IPA/INAH/MUDE/UNAM/HEIDELBERG)

Heidelberg – Wissenschaftler haben in den vergangenen Jahren eine kleine Gruppe von Tropfsteinen identifiziert, bei denen die charakteristische Kalkbildung nicht etwa in einer trockenen Höhle, sondern unter Wasser abzulaufen scheint. Dazu zählen die sogenannten Hells Bells in der El Zapote-Höhle bei Puerto Morelos auf der Yukatan-Halbinsel. Ein deutsch-mexikanisches Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Wolfgang Stinnesbeck vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg hat nun analysiert, wie sich diese glockenförmigen und meterlangen Formationen unter Beteiligung von Bakterien und Algen gebildet haben.

30 Meter dicke Süßwasserschicht unter sulfidhaltigem Salzwasser

Hängende Tropfsteine, auch Stalaktiten genannt, entstehen im Zuge physikalisch-chemischer Prozesse, bei denen kalkhaltiges Wasser eintrocknet. Sie verjüngen sich normalerweise und bilden an ihrem unteren Ende eine Spitze, von der die Wassertropfen auf den Höhlenboden fallen. Die Formationen in der El Zapote-Höhle, die bis zu zwei Meter lang sind, öffnen sich kegelförmig, sind hohl und weisen runde, elliptische oder auch hufeisenförmige Querschnitte auf. Aber nicht nur ihre Form und Größe sind einzigartig, sondern auch die Bedingungen ihres Wachstums, so Prof. Stinnesbeck.

Sie entstehen in einer absolut lichtlosen Umgebung an der Basis einer 30 Meter dicken Süßwassereinheit, die sich unmittelbar über einer sauerstofffreien Zone mit sulfidhaltigem giftigen Salzwasser befindet. „Die örtliche Taucher-Gemeinschaft hat ihr daher den Namen ,Hells Bells‘, Höllenglocken, gegeben, der aus unserer Sicht sehr gut passt“, sagt Wolfgang Stinnesbeck. Dass diese Formationen tatsächlich unter Wasser entstanden sein müssen, belegen Altersdatierungen der Kalkstrukturen, die über das Verhältnis von Uranium-Thorium-Isotopen vorgenommen wurden. Sie belegen, dass die „Hells Bells“ bis in historische Zeiten gewachsen sein müssen. Bereits damals waren die tiefen Bereiche der Höhle seit Tausenden von Jahren überflutet.

Physikalische und biochemische Bedingungen entscheidend

Wie der Heidelberger Geowissenschaftler weiter ausführt, repräsentiert diese Unterwasserwelt auf der Yukatan-Halbinsel in Mexiko ein rätselhaftes Ökosystem, in dem sich die größten heute bekannten Unterwasser-Tropfsteine bilden konnten. Die bisher entdeckten Tropfsteine dieser Art sind nach den Worten von Prof. Stinnesbeck viel kleiner und unscheinbarer als die „Hells Bells“. Die Forscher vermuten, dass das Wachstum der Höllenglocken an spezielle physikalische und biochemische Bedingungen nahe der Halokline geknüpft ist. Damit ist diejenige Schicht in der Wassersäule gemeint, die das Süßwasser von dem darunterliegenden schwereren Salzwasser trennt. „Hier könnten Stickstoff-verarbeitende Bakterien, die bis heute aktiv sind, durch ihre Fähigkeit zur Erhöhung des pH-Wertes eine entscheidende Rolle für die Kalkabscheidung gehabt haben“, betont Wolfgang Stinnesbeck.

Originalpublikation:

Stinnesbeck, W., Frey, E., Zell, P., Avíles, J., Hering, F., Frank, N., Arps, J., Geenen, A., Gescher, J., Isenbeck-Schröter, M., Ritter, S., Stinnesbeck, S., Aceves Núñez, E., Fito Dahne, V., González González, A.H., Deininger, M.: Hells Bells – unique speleothems from the Yucatán Peninsula, Mexico, generated under highly specific subaquatic conditions. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, doi: 10.1016/j.palaeo.2017.10.01

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