Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforscher
52 (1)
6-7
München 2006

Das Blaue vom Himmel herunter –
Warum ist die Blaue Grotte in der Einhornhöhle im Harz blau?

VON
DIETER MEISCHNER

Zusammenfassung
Das Klima der Einhornhöhle bei Scharzfeld (Südharz) wird durch ein apikales Deckenloch kompliziert. Zwei extreme Klima-Situationen in Winter und Sommer werden dargestellt und verallgemeinert. Die Einhornhöhle zeigt eine hohe jahreszeitliche Wetterdynamik.

Abstract
The climate in the Einhornhöhle (Unicorn Cave; Southern Harz Mts.) is complicated by an aperture in the apex of the ceiling. Climate extremes in winter and summer are generalized to describe the cave’s climate as seasonally dynamic.

Résumé
Le climat dans la Grotte Einhornhöhle près de Scharzfeld (Harz du sud) se présente très compliqué en raison d’un effondrement de la voûte. Deux situations climatiques en hiver et en été sont décrites généralisées. La Grotte Einhornhöhle montre un grand dynamisme du climat dépendant de la saison.

Die Blaue Grotte
Besuchern der Einhornhöhle bei Scharzfeld, Landkreis Osterode am Harz, ist schon lange aufgefallen, dass der Raum unter dem Deckeneinsturz am Südwest-Ende der Höhle zuweilen in leuchtend blaues Licht getaucht ist. Der Raum heißt daher auch „Blaue Grotte“. Diese Erscheinung tritt im Hochsommer an sonnigen Tagen auf, aber auch an sehr kalten Wintertagen, dann sogar eindrucksvoller als im Sommer (Abb. 3, Titelseite dieses Heftes und des Jahrganges).
Man nimmt unwillkürlich an, das blaue Himmelslicht schiene durch das Loch in der Höhlendecke herein. Aber das Licht in der Höhle ist intensiver blau als das im Buchenwald oberhalb der Höhle. Das Tageslicht ist weiß, nicht blau. Woher also das blaue Leuchten?

Abb. 1: Die Blaue Grotte als natürliche Camera Obscura. Der blaue Himmel wird auf dem Schuttkegel unter dem Einsturz abgebildet, der Laubwald über der Höhle kopfstehend am Rand der Grotte. Die Grenze blau/grün ist infolge der Weite des Deckenlochs unscharf. Das Sonnenlicht fällt davon unabhängig durch das Deckenloch. Die beiden Strahlengänge sind voneinander unabhängig, man kann die Bilder übereinander legen.

Prinzip der Camera Obscura
Die Erklärung hat schon Leonardo da Vinci (1452–1519) gefunden, als er im abgedunkelten Zimmer das Straßenleben vor seinem Hause an der Wand dem Fenster gegenüber kopfstehend abgebildet sah. Ein Loch oder eine Lücke im Vorhang wirkte wie die Linse einer Kamera. Tatsächlich stammt das Wort „Kamera“ von da Vincis „camera obscura“, dem abgedunkelten Zimmer. Im Prinzip ist jede Kamera nichts weiter als ein abgedunkelter Raum mit einem Loch. Das Loch ist zur Verbesserung der Abbildung mit einer Linse, bei modernen Kameras mit einer Kombination von Linsen, dem „Objektiv“, versehen. Das Objektiv bündelt das vom Objekt kommende Licht zu einem scharfen Bild in der Brennebene, wo der Film liegt. Für eine Lochkamera ohne Linse gelten einfachere Gesetze. Das kann man an einem Schuhkarton zeigen. In dessen Deckel sticht man ein rundes Loch, die „Blende“, und ersetzt in der Mitte des Bodens die Pappe durch transparentes Papier. Fertig ist die Camera Obscura. Eine brennende Kerze ist ein gutes Objekt zur Darstellung. Das Bild der Kerze steht auf dem Kopf, rechts und links sind vertauscht. Das ist bei jeder Kamera so und anhand der Abb. 2 leicht erklärt.
Je kleiner das Loch, desto schärfer die Abbildung; aber desto lichtschwächer ist sie auch. Vergrößert man das Loch mit einer dickeren Nadel (es sollte rund bleiben), erhält man ein helleres, aber weniger scharfes Bild. Weil keine Linse die Abbildung auf eine Ebene bündelt, ist das Bild im ganzen Karton vorhanden. Man kann es in jeder Entfernung von der Blende mit einem Schirm auffangen.

Abb. 2: Das Prinzip der Lochkamera, Strahlengang. Die Camera Obscura hat keinen Brennpunkt. Das Bild lässt sich in beliebiger Entfernung von der Blende auffangen. Die Weite des Lochs (= die „Blende“) bestimmt Helligkeit und Schärfe des Bildes, je weiter desto heller, aber auch desto weniger scharf ist das Bild. Die Bildweite bestimmt die Größe der Abbildung.

Blaue Grotte – eine Camera Obscura
Was hat das kindliche Experiment mit der Blauen Grotte zu tun? Das Loch in der Höhlen-Decke macht die darunter liegende Grotte zur Camera Obscura. Der blaue Himmel bildet sich ab, und weil der Untergrund nicht eben ist, wird der ganze Schuttkegel unter dem Loch vom Bild des blauen Himmels überzogen. Wo ist dann das Bild der Umgebung des Lochs? Grundsätzlich muss es sich rings um den Schuttkegel befinden, auf dem Boden und in jeder Höhe über dem Boden. Dort wird das Bild sichtbar, wenn das in der Luft enthaltene Wasser kondensiert. Das ist der Fall, wenn die Luft unter den Taupunkt abkühlt. Zahllose in der Luft schwebende Wassertröpfchen reflektieren und streuen dann die Strahlen (Abb. 3).
Die Höhlenluft hat eine mittlere Jahrestemperatur von ca. 9°C. An heißen Sommertagen kühlt sich die über der Höhlenluft in der Grotte stehende Außenluft ab, in der Höhle wird es diesig oder nebelig. Dann ist die Mitte der Blauen Grotte leuchtend blau und rings vom Abbild der grünen Baumkronen umgeben. Man glaubt im Wald zu stehen (Abb. 3). Diese Erscheinung wird besonders deutlich bei extremen Temperatur-Sprüngen zwischen Höhlenluft und Außenluft. Dann kann sich an der Grenzschicht Nebel entwickeln, der das Bild wie ein Film in einer dünnen Schicht auffängt.
An ruhigen Wintertagen mit strengem Frost mischt sich in den Deckensturz eingedrungene Luft mit der Höhlenluft und kühlt diese bis unter den Gefrierpunkt ab. Dann bildet sich in der Luft ein feiner Eisnebel, am Boden aus zahllosen Eiskristallen Reif. Die optischen Bedingungen sind ähnlich wie im Sommer – nur bildet sich keine scharfe Grenzschicht aus und die Eiskristalle reflektieren ein brillantes Blau.
Man kann das Bild der Camera Obscura nur sehen, wenn es hell genug ist und die Temperaturschichtung für einige Stunden stabil bleibt – d.h. vom Mittag bis zum frühen Nachmittag. Wenn die Sonne den Zenith durchschritten hat, scheint sie im Sommer zusätzlich für einige Zeit direkt in die Blaue Grotte. Man sieht ihre Strahlen in der Luft abgebildet etwa wie im Dunst einer verrauchten Kneipe, und am Boden einen Sonnenfleck. Das ist aber nicht das blaue Licht, sondern davon völlig unabhängig (Abb. 1).
Die Camera Obscura der Blauen Grotte ist zufällig ein gelungener Kompromiss aus Größe des Lochs in der Decke und Größe des Höhlenraumes. Das durch die Lochkamera erzeugte Bild ist mittags hell genug, um sichtbar zu leuchten, andererseits klein genug, um ein – wenn auch unscharfes – Bild des Laubwaldes über der Höhle zu erzeugen. Auch wenn die Höhlenluft klar ist, verbleibt noch immer das Abbild des blauen Himmels auf dem Schuttkegel. Der Name „Blaue Grotte“ ist daher gerechtfertigt – allerdings nur bei blauem Himmel. Die Camera Obscura bringt das Blaue vom Himmel herunter.

Dank
Dr. Ralf Nielbock, Osterode, danke ich für einen Bericht über die Blaue Grotte im heißen Sommer 2003. Friedhart Knolle, Goslar, half uneigennützig bei Literaturrecherche und Drucklegung; Wilm-Peter Wölfl, Gieboldehausen, stellte das Farbfoto bereit. Allen sei herzlich gedankt.

Literatur
Literaturübersichten und weiterführende Informationen zur Einhornhöhle in den Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforscher 50(2) (Schwerpunktheft Einhornhöhle) und im Internet unter www.einhornhoehle.de


Abb. 3 (Titelseite dieses Jahrganges): Die Blaue Grotte der
Einhornhöhle im Harz im Mittagslicht. Foto: Wilm-Peter Wölfl, Sommer 2003.

Anschrift des Verfassers: Dr. Dieter Meischner, Professor für Geologie (em.), Am Weendelsgraben 6, 37077 Göttingen-Weende, Tel. 0551/32744, www.dieter-meischner.de


Wir danken der Schriftleitung der Mitteilungen des Verbandes deutscher Höhlen- und Karstforscher für die freundliche Genehmigung, diesen Beitrag ebenfalls veröffentlichen zu dürfen. Weiterer Nachdruck oder Veröffentlichung bzw. Verbreitung in anderen elektronischen Medien nur mit schriftlicher Genehmigung der Schriftleitung.