Festkolloquium 15 Jahre Studentenzirkel Speläologie
Bergakademie Freiberg 1980                     S. 28-36

Dieter Kleffel, Dieter Mucke und Gert Wiemeier

Zur Altersbestimmung von Verkarstungsphasen auf dem Territorium der DDR 1)

Unter den verkarstungsfähigen Gesteinsserien auf dem Territorium der DDR erreichen drei mehrere hundert Meter Mächtigkeit:

  • hochreine Kalksteine des mittleren und oberen Devons, die im Elbingeröder Komplex des Harzes während der Entwicklung der variskischen Geosynklinale entstanden,
  • Sulfat- und Chloridgesteine (lokal auch Dolomite und Kalksteine), die während des Oberen Perms zyklisch im Zechsteinmeer abgelagert wurden,
  • Mergel- und Kalksteine (untergeordnet Sulfatgesteine, Steinsalz und Dolomit) als Bildungen im Muschelkalkmeer der Mittleren Trias.
Diese, zumeist von jüngeren Bildungen bedeckten Gesteine kamen mit den Hebungsvorgängen der saxonischen Tektogenese an die Oberfläche oder zumindest in den Strömungsbereich oberflächennah zirkulierender Wässer. Die Vorgänge begannen in der Kreide und setzen sich bis zur Gegenwart fort. Seitdem ist folglich auch mit Verkarstungserscheinungen zu rechnen.

Zur zeitlichen Einordnung solcher Verkarstungsprozesse wurden nur wenige Untersuchungen durchgeführt. Nutzbar für die Lösung einer solchen Aufgabe sind aber auch zahlreiche geologische Beobachtungen, die seit Jahrzehnten - oft unter ganz anderen Gesichtspunkten - gemacht wurden. Einige solcher Befunde zusammenzufassen und verallgemeinert gegenüberzustellen, ist das Anliegen unseres Vortrages. Auf diese Weise soll nicht nur ein erster Eindruck vom Ablauf der Verkarstungsprozesse auf dem Territorium der DDR vermittelt werden, sondern auch die methodische Vielfalt der Möglichkeiten zur Altersbestimmung der Verkarstung umrissen werden.

Methodisch lassen sich die Altersbestimmungen in drei Gruppen zusammenfassen:

  1. Relative Altersbestimmungen, die nur die Aussage "jünger" oder "älter" als ein anderer geologischer Prozeß (auch als eine andere Verkarstungsphase) erlauben.
  2. Biostratigraphische und Isotopen-Altersbestimmungen von Mindest- oder Höchstaltern; dazu gehören z. B. Datierungen am Höhleninhalt.
  3. Direkte absolute und biostratigraphische Altersbestimmungen, die das Alter der Verkarstungsprozesse unmittelbar ergeben. Dazu gehören z. B.:
    • Datierungen von karstwassergebundenen Kalziumkarbonatausscheidungen und Neutralisationseffekten.
    • Mächtigkeitsanomalien von Braunkohlen, Torfen und Kiesen.
    • Lagerungsstörungen, wie Schichtdurchbiegungen über Dolinen und Erdfällen.
In dem wenige km² umfassenden Elbingeröder Komplex des Harzes ist im devonischen Massenkalk ein umfangreicher klassischer Kalkkarst ausgebildet. Durch die Hebung des Gebirges fielen die jüngeren Deckschichten der Abtragung zum Opfer. Nur im Kalkverbreitungsgebiet erhielten sich in Dolinen tertiäre Sedimente, die bio- und lithostratigraphisch als eozäne Bildungen einzustufen sind. Aufgrund dieser Funde ist der Beginn der Verkarstung und damit der Höhlenbildung an die Grenze Kreide/Tertiär bzw. in das frühe Tertiär zu stellen.

Im Quartär war die Entwicklung der Höhlen hauptsächlich von klimatischen Faktoren abhängig - dem Wechsel von Warm- und Kaltzeiten. Durch die zyklische Klimaentwicklung im Quartär lagerten sich in vor der Ausräumung geschützten Höhlenteilen Sedimente und Sinterdecken mehrfach übereinander ab. In den Sedimenten wurden Artefakte aus dem Mittel- und Jungpaläolithikum und aus dem Neolithikum gefunden. Durch Freiberger Speläologen wurden nun erstmals Sinterproben, ausgerichtet auf 14C-Altersdatierungen, aus den Höhlen des Elbingeröder Komplexes entnommen. Diese Proben wurden durch HEBERT & FRÖHLICH, Sektion Physik der Bergakademie Freiberg, analysiert. Damit liegen neben geologisch-stratigraphischen und archäologischen Hinweisen zur Höhlenbildung Angaben durch eine dritte Methode vor. An zwei Stalagmiten verschiedener Generationen wurden Bildungsalter von 34100±3400 bis 19800±1200 und von 13000±900 Jahren vor heute bis rezent beobachtet. Das Alter der obersten fossilen Sinterdecken wurde aus zwei Höhlen mit 1654±200 bzw. 2026±200 Jahren vor heute bestimmt. Ein Sinterbruchstück aus einem Sedimentprofil unter der jungen fossilen Sinterdecke hat ein Alter von 15944±900 Jahren vor heute.
Damit sind Sinterbildungen aus den letzten vier Interstadialen der Würmkaltzeit und aus dem Holozän belegt (Bild 1).

Im SW der DDR und im Subherzyn nimmt der Muschelkalk weite Areale ein, welche verkarstet wurden. Das Thüringer Becken wird von zahlreichen NW-SE-streichenden Störungszonen durchzogen. Diese erreichen oft einige km Breite. Sie stellen hervorragende Wasserleiter dar und führen beträchtliche Wassermengen von den Rändern ins Beckenzentrum. Hier kam es zur Ausbildung eines Tiefenkarstes, von dessen Existenz stark schüttende Karstquellen, Erdfälle, Dolinen und Kalktufflager künden. Man kann zwei Typen von Kalktufflagern unterscheiden:
  1. Lager in Verbindung mit Schichtquellen an der Grenze Oberer Buntsandstein/Unterer Muschelkalk.
  2. Lager, die an (oft artesische) Dolinen- und Erdfallquellen gebunden sind. Sie sitzen im Inneren des Beckens den schon erwähnten Störungszonen auf.
Die Sedimentation der Kalktuffe in NW-Thüringen erfolgte in den Flußtälern, vor allem aber in den Salzauslaugungssenken des Mittleren Muschelkalkes. Die laterale Aufeinanderfolge immer jüngerer Kalktufflager zum Beckeninneren hin bildet gleichzeitig das mit der Zeit immer tiefere Niveau des Salzspiegels ab und dokumentiert damit den Verkarstungsprozeß des Salzes.

Die Sedimentation von Kalktuffen im Pleistozän erfolgte nur in den Warmzeiten. Die ältesten pleistozänen Kalktuffe stammen dem Eem-Interglazial; hierzu gehören die Lager von Bilzingsleben und Taubach, aus dem Raum Mühlhausen sowie (noch umstritten) von Ehringsdorf. Holozäne Kalktuffe sind vor allem aus NW-Thüringen und vom Südrand des Thüringer Beckens bekannt. Sie sind durch JÄGER (1965) bearbeitet worden. Er konnte einzelne Verkarstungsphasen in Abhängigkeit von der Klimaentwicklung belegen. Nach JÄGER erwies sich die Kalktuffdatierung auf der Grundlage archäologischer Funde und der Untersuchung der Molluskenfaunen als am sichersten. Radioaktive Altersbestimmungen führten bisher wegen methodischer Fehler zu widersprüchlichen Ergebnissen; gegenwärtig läuft ein neues Untersuchungsprogramm.

Auf ungewöhnliche Weise haben wir Kenntnis von Verkarstungs in der Braunkohlenlagerstätte Geiseltal erhalten. Normalerweise werden in Braunkohlen keine kalkigen Fossilien gefunden, da deren Kalziumkarbonat durch Humussäuren gelöst und weggeführt wird. Hier wurden nun die Humussäuren durch Wasser aus dem Muschelkalk vom Rand der Lagerstätte neutralisiert und zahlreiche Tier- und Pflanzenreste blieben erhalten (z. B. Knochen, Eierschalen, vollkörperliche Tiere und Pflanzen). Der Überschuß an Kalziumkarbonat führte vereinzelt noch vor Beginn der Inkohlung zu einer Verkalkung der Fossilien. Außerdem wurden infolge des großen Überangebotes an Kalziukarbonat durch Sammelkristallisation Riesenkalzitsphärite mit bis zu einigen m³ Inhalt gebildet. Aus all dem läßt sich für das Mitteleozän (Lutet) eine Verkarstung der das Geiseltal umgebenden Muschelkalkgebiete nachweisen.

Die Gesteinserien des Zechsteinsalinars sind ohne Zweifel die wichtigsten und interessantesten verkarstungsfähigen Gesteine auf dem Territorium der DDR. In mehreren Zyklen wurden über Tausende km² hinweg Kalksteine und Dolomite, Kalziumsulfatgesteine, Stein- und Kalisalze sedimentiert. Der nach diagenetisch/metamorphen Vorgängen vorliegende Anhydrit wurde seit dem Tertiär in oberflächennahen oder stark zerrütteten tieferen Bereichen vergipst.
In Gipsen und Anhydriten sind zahlreiche Höhlen bekannt. Im Unterschied zu Höhlen im Kalkstein wurden noch in keiner Gips- oder Anhydrithöhle pleistozäne Fossilien gefunden, so daß z. B. BIESE (1931) für alle uns zugänglichen Gipshöhlen holozänes Alter annimmt. Datierungen in Gipshöhlen liegen z. B. von BEHM-BLANCKE (1958) vor, der in Klufthöhlen am Kyffhäuser-Südrand Funde aus der Jüngeren Steinzeit (5000-6000 Jahre v.d.Z.) und aus der Bronze- und frühen Eisenzeit (1400-600 Jahre v.d.Z.) machte. Für den Südharzrand sind Vorkommen grobkristallinen Gipses (Marienglas) charakteristisch, die häufig bergmännisch gewonnen wurden. An verschiedenen Stellen konnte nachgewiesen werden, daß diese Marienglasvorkommen vollständig mineralisierte, d.h. konvakuationsfreie Höhlen im Gips darstellen, die nach bisherigen Beobachtungen auch frei von Lockersedimenten sind (MUCKE). In mehreren Fällen war darüber hinaus zu beobachten, daß diese mit Marienglas zumineralisierten Höhlen von Hohlräumen der jüngeren, wohl holozänen Generation durchschlagen werden - Beweis für das höhere Alter dieser Marienglashöhlen. Absolute Datierungen liegen bisher nicht vor.

Für die zeitliche Einordnung der Verkarstung von Chlorid- und Sulfatgesteinen sind die tertiären Braunkohlen von größter Bedeutung. Neben Lagerstättentypen, die unabhängig von Verkarstungsprozessen entstanden, sind karstgebundene Braunkohlenvorkommen häufig. Als Prototyp eines größeren Lagerstättenreviers vom Salzauslaugungstyp sei das bereite erwähnte Geiseltal, ein Randbecken des Nordwestsächsischen-Thüringischen Braunkohlenbeckens in der Gegend von Halle, genannt. Seine bis 120 m mächtigen, gebänderten Flöze bilden den Rhythmus der auslaugungsbedingten Absenkung ab; die bis 20 km langen Wannenfüllungen sind an Salzspiegel oder -hänge gebunden. Das obermitteleozäne Alter dieser Braunkohlen ist gleichzeitig das Alter dieser Steinsalzverkarstung; die Dachziegelartige Lagerung der Flöze bildet außerdem das Wandern der Salzauslaugung von Norden nach Süden ab (KRUMBIEGEL &. SCHWARZ 1974).

Schon lange sind räumlich eng begrenzte Flözanschwellungen im Weißelsterbecken bekannt (GRAHMANN 1931), die auf die während der Flözbildung erfolgte Eintiefung von Senkungskesseln zurückgehen. In solchen "Kesseln" können bis zu 50 m Flözmächtigkeit erreicht werden.
Detailliertere Ergebnisse über die Bindung kleinräumiger Braunkohlenbecken an Ab- und Auslaugungsprozesse erzielte JANKOWSKI in Randbecken des südlichen und südöstlichen Harzvorlandes. Aufgrund einer Analyse der Sedimentationsverhältnisse, der Größe der Becken, der Ablagerungsformen der Braunkohle und der Beziehungen zum salinaren Untergrund unterschied er Tertiärbecken vom Halit-, Sulfat- und Halit-Sulfattyp. Diese ordnete er bestimmten Salinarserien des Zechsteins und der Trias zu. Die biostratigraphische Einstufung der Kohlen ließ die zeitliche Einordnung der Subrosionsprozesse praktisch in alle Stufen des Tertiärs zu.
Abschließend sei noch erwähnt, daß uns die Braunkohlen auch durch die Lagerungsstörungen der Flöze Aufschluß über epigenetische Verkarstungsvorgänge geben: die sogenannten "Löcher" in der Braunkohle. Hier sind alle Flöze ohne Mächtigkeitszunahme auf engem Raum nach der Tiefe zu durchgebogen und erst wieder von jüngeren pleistozänen Bildungen reliefausgleichend überdeckt. Diese erdfallbedingten Flözverbiegungen bilden mithin eine Verkarstung ab, die jünger als das jüngste Flöz und älter als die reliefausgleichende Deckschicht ist, z. B. beim Loch von Maltitz zwischen Obereozän und Pleistozän. Ausführlich ist der Zusammenhang zwischen Subrosion und Mächtigkeitsanomalien bzw. Lagerungsstörungen der Braunkohlen im Weißelsterbecken durch EISSMANN (1970) analysiert.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß vom Beginn des Tertiärs an Verkarstungsprozesse sicher nachweisbar sind. Die in verschiedenen Teilbereichen der Geowissenschaften (wie Lagerstättengeologie, Paläontologie u.a.) gesammelten Befunde sind als Bausteine für die zeitlich-räumliche Rekonstruktion der Verkarstungaprozesse nutzbar.

Quellen:

BEHM-BLANCKE, G.:Höhlen, Heiligtümer, Kannibalen. - Leipzig 1958.
BIESE, W.:Über Höhlenbildung. - Berlin 1931.
EISSMANN, L.:Geologie des Bezirkes Leipzig. Eine Übersicht.- Naturwissenschaftliches Museum Leipzig, Leipzig 1970, 172 S.
GRAHMANN, R.:(1931), zit. in: PIETZSCH, K.: Geologie von Sachsen, Berlin 1962.
HEBERT, D. & K. FRÖHLICH:14C-Datierungen an Kalksintern aus Rübeländer Höhlen (im Druck).
JÄGER, K.-D.:zit. in HOPPE, W.; SEIDEL, G.: Geologie von Thüringen, Hermann Haack Gotha und Leipzig 1974, S.742 - 781
JANKOWSKI, G.:Die Tertiärbecken des südlichen Harzvorlandes und ihre Beziehungen zur Subrosion. - Geologie, Beih. 43 (1962), 60 S.
KRUMMBIEGEL, G. & M. SCHWAB:Saalestadt Halle und Umgebung. Geologischer Führer. - Halle 1974.
MUCKE; D.:Höhlenbildung im sulfatischen Zechstein des Südharzes - Ergebnisse vergleichender geologischer Beobachtungen (im Druck).

1) Beitrag zur Europäischen Regionalkonferenz für Speläologie Sofia 1980