Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforscher57 (2)45-48München 2011

Eingeregelte Fossilien im Lehm der Einhornhöhle bei Scharzfeld im Harz

von
DIETER MEISCHNER


Zusammenfassung
Im Lehm der Einhornhöhle sind Knochen und Zähne von Säugetieren sehr gleichmäßig verstreut und in zwei Richtungen bevorzugt eingeregelt. Sowohl die Dispersion der Elemente wie ihre Regelung sind bisher nicht erklärt. Weil kein Höhlenfluss Sediment und Fossilien transportiert hat, müssen beide gemeinsam von den Tagesöffnungen um die Blaue Grotte her gravitativ, dem Gefälle folgend transportiert worden sein. Der mehr oder weniger wassergesättigte Lehm wurde als nicht-Newtonsches Fluid transportiert. Die mitgeführten Fossilien wurden dabei in charakteristischer Weise eingeregelt. Diese Regelung wird nach ihrem Entdecker „Nielbock-Regelung“ genannt.

Directional orientation of fossils in the sediment in the Einhornhöhle (Unicorn Cave, Harz Mts., Germany)
Bones and teeth of fossil vertebrates are highly dispersed in the loam (silty sediment) of the Einhornhöhle („Unicorn Cave“, Harz Mts.). Oblong bones are oriented in two directions though no creek has existed in this cave. The silty sediment must have entered the cave trough the natural cave entrances around the „Blaue Grotte“, and from there flown as a more or less water-saturated non-Newtonian fluid through the whole extent of the cave. Fossils carried in this flow became oriented according to the shear pattern characteristic of such flow. This orientation is named after its first author „Nielbock-Regelung“ („Nielbock’s orientation“).

Résumé
Dans l’argile de la grotte Einhornhöhle (Grotte de la Licorne, Harz), on trouve des os longs et des dents de mammifères épars, généralement orientés parallèlement et dans les deux sens. Ni la dispersion des ossements ni leur parallélisme n’ont jusqu’à présent été expliqués. En l’absence de toute rivière souterraine, les sédiments et les éléments de squelette ont dû être entraînés par gravité depuis le puits d’entrée jusqu’à la salle de la Grotte Bleue. Au-delà, l’argile, plus ou moins saturée d’eau, s’est comportée comme un fluide non-Newtonien et les fossiles ont été déposés d’une manière caractéristique dénommée „disposition régulière de Nielbock“, d’après l’auteur qui l’a décrite.

1 Die Höhle
Die Einhornhöhle (Abb. 1) verdankt ihren Namen dem Reichtum an fossilen Knochen großer Wirbeltiere, vorwiegend des Höhlenbären Ursus spelaeus ROSENMÜLLER, 1794. Über Jahrhunderte wurden Knochen und Zähne ergraben und als Volksmedizin „Unicornu fossile“ verkauft. Die obersten Schichten der Sediment-Füllung sind dabei fast in der gesamten Höhle umgegraben worden, zum Teil mehrfach. Wissenschaftliche Grabungen konnten daher nur Erfolg erwarten, wo die Schichten noch unverritzt waren, tief im Innern der Höhle im Weißen Saal (DUPHORN 1969, NIELBOCK 1987), unter der niederen Decke im Virchow-Gang (MEISCHNER 2001) und im zuvor noch weitgehend mit Lehm verfüllten Jacob-Friesen-Gang (JACOB-FRIESEN 1926; NIELBOCK 1987, 1989; VEIL 1989).
Die wissenschaftlichen Ausgräber haben mit Ausnahme der Kiefer von Bären, in deren Alveolen noch die Zähne steckten, fast nur isolierte Knochen gefunden. Die langen Röhrenknochen sind fast ausnahmslos zerbrochen und gespalten. Unter hunderten, auf wenigen Quadratmetern ergrabenen Zähnen und Knochen ließ sich nicht von zweien nachweisen, dass sie im Leben zu demselben Individuum gehört oder gar aneinander gelenkt hätten. Dies änderte sich auch nicht, als die Knochen mittels Wasserstoff-Peroxid so gereinigt wurden, dass feinste Details der Oberflächen sichtbar wurden (MEISCHNER 1964). Skelette vorwiegend von Bären sind vollständig disartikuliert und die Elemente im Sediment der Einhornhöhle derart gleichmäßig verstreut worden (Abb. 2, 3), dass hierfür eine besondere Ursache gesucht werden muss.

Abb. 1: Längsschnitt durch die Einhornhöhle und ihre Sedimente. Der Schotter einer kaltzeitlichen Sturzflut (Mure?) wird überlagert von fein lamelliertem Höhlenlehm. Dessen Sedimentation beginnt im letzten Interglazial (Eem-Zeit) und erstreckt sich bis in die Gegenwart. Nach PAUL & VLADI (2001), stark vereinfacht.


2 Wissenschaftliche Grabungen in jüngerer Zeit
Göttinger Grabungen
Eine Arbeitsgruppe von Studenten der Universität Göttingen hat 1956 und 1958 im Virchow-Gang in die Tiefe gegraben, um ein Profil bis zum Boden der Höhle erschließen und datieren zu können. Die Grabungen waren keine Veranstaltungen der Universität oder des Instituts, sie werden daher auch nicht als „Lehrgrabungen“ bezeichnet.
Vermutlich bestehen aber auch hier die obersten 0,7 m des ergrabenen Profils aus verkipptem Abraum älterer Grabungen, denn sie enthalten nur cm-große Splitter von Knochen  MEISCHNER 2001: Tab. 1). Die Grabung wurde im März 1958 in 2,7 m Tiefe eingestellt, ohne dass eine Datierung möglich gewesen wäre.
Die Bärenzähne der Grabungen 1956 und 1958 haben im Sommer 1962 dem finnischen Wirbeltier-Paläontologen Björn Kurtén bei dessen Besuch in Göttingen vorgelegen. Meischner hatte bereits Größen-Diagramme von Caninen gezeichnet, war aber wegen der Variationsbreite der Prämolaren und Molaren in Zweifel. Kurtén fand, dass ein Großteil der Zähne nicht zu der ihm bekannten Variationsbreite von Ursus spelaeus passte und vermutete, dass es sich um eine Frühform der Art handelte. Dies war für Professor Dr. Otto Sickenberg, damals Lehrbeauftragter für Wirbeltier-Paläontologie an der Universität Göttingen, Anlass, Gerda Schütt mit der Bearbeitung der Bären der Einhornhöhle zu betrauen. SCHÜTT (1968) beschrieb die Fossilien als zu dem älteren pleistozänen Bären Ursus deningeri VON REICHENAU, 1904 gehörig. Danach wären die Höhlen-Sedimente wie die darin enthaltene Fauna prä-weichselzeitlichen Alters.

Grabungen von Nielbock 1984 - 1988
NIELBOCK (1987) hat zunächst im Weißen Saal, wo er nur 0,5 m mächtige lehmige Sedimente über Fluss-Schotter vorfand, flächenhaft gegraben und dabei die Lage jedes Fossils, seine Orientierung gegen die Nord-Richtung und seine Neigung gegen die Horizontale registriert. Weil der jungpleistozäne Lehm hier nur geringmächtig ist, sind die Fossilien mehrerer 10.000 Jahre in einer Grabungs-Fläche vereinigt. Eine Datierung war von diesen Sedimenten nicht zu erwarten.
Später haben NIELBOCK (1987, 1989) und SCHEER (1986) im Jacob-Friesen-Gang ein etwa 2,5 m mächtiges Profil mit Sedimenten ergraben, die der Eem-Warmzeit, dem Weichsel-Glazial und der Nacheiszeit angehören. Diese Sedimente umfassen die letzten 130.000 Jahre vor der Gegenwart. Sie erlauben, das Alter von Fossilfunden schon nach ihrer Lage im Profil mit einer Genauigkeit von etwa 10.000 Jahren zu schätzen, soweit Umlagerungen ausgeschlossen werden können. Durch Vermessen besonders der Prämolaren und Molaren der Bären kam NIELBOCK (1987) zu dem Schluss, dass der fossilreiche Lehm in etwa 2 m Tiefe und die folgenden Schichten die Entwicklung des lokalen Bären in Richtung auf den mehr herbivoren Ursus spelaeus ROSENMÜLLER, 1794 enthielten. Damit war die Datierung der Fauna, aber auch der Sedimente der Höhle als cromerzeitlich (SCHÜTT 1968) nicht mehr zu halten.

3 Einregelung der Fossilien: Nielbock-Regelung
(Abb. 2 und 3)
NIELBOCK (1987: 34, 35; 1989: 218, 219) fand durch Einmessen hunderter Fossilien sowohl im Weißen Saal wie im Jacob-Friesen-Gang eine deutliche, signifikante Regelung der länglichen Fossilien, ohne dass er eine dafür plausible Deutung zu geben wusste. Seine Ausführungen beschränken sich auf die Vermutung rollenden oder gleitenden Transports der Knochen-Fragmente auf den jeweiligen Sediment-Oberflächen.
Die Regelung der Fossilien im Sediment der Einhornhöhle ist zweigipfelig, d.h. die Richtung längerer Knochen oder von länglichen Bruchstücken von Knochen, aufgetragen gegen die magnetische Nord-Richtung, weist zwei Maxima auf, deren eines grob mit der Nord-Richtung zusammenfällt, während die zweite nahezu nach Westen bzw. Osten gerichtet ist (NIELBOCK 1987: Abb. 23, S. 35). Es liegt nahe, die nordgerichtete Einregelung als parallel zur Längsrichtung der Höhle zu verstehen, die zweite dagegen als Querregelung, und beide Regelungen als durch den Transport der Knochen in einem Höhlenbach verursacht. Diese Deutung kann aber nicht überzeugen, weil der Bach nach NNE, auf den Harz zu, geflossen sein müsste. Schon gar nicht kann die wesentlich besser belegte Regelung im Jacob-Friesen-Gang (NIELBOCK 1989: 218, 219, Abb. 1, 2) durch einen Höhlenbach erklärt werden. Die Feinschichtung der Sedimente ist in über 2 m Profil fast ungestört erhalten (BAIER 2004).
Ralf Nielbock hat die Regelung von Fossilien im Höhlenlehm als Erster gefunden und vorbildlich dokumentiert. Ihm zu Ehren nenne ich diese Regelung „Nielbock-Regelung“. Sie ist vermutlich von allgemeiner Bedeutung in Sedimenten, die in dichter Suspension transportiert wurden.

Abb. 2: Grabungsfläche im Jacob-Friesen-Gang der Einhornhöhle mit zahlreichen dislozierten und zerbrochenen Wirbeltier-Knochen und Zähnen. Die Streuung ist besser als zufällig, eine Regelung mit zwei orthogonalen Maxima deutlich. Die Fläche beträgt etwa 3 m2, die Fossilien sind aus etwa 2 m Mächtigkeit entsprechend 100.000 Jahren Ablagerungsdauer kompiliert. Aus NIELBOCK (1989: 218, Abb. 1), verändert.


Abb. 3: Nielbock-Regelung im Jacob-Friesen-Gang der Einhornhöhle, gemessen an 220 Fossilien der Abb. 2. Die Transport-Richtung entspricht dem gewichteten Mittel der beiden Orientierungs-Maxima und stimmt mit Richtung und Gefälle des Ganges überein. Ausschnitt aus dem Höhlenplan von VLADI (1986), Regelungs-Diagramm aus NIELBOCK (1989: 219, Abb. 2), beide verändert.


4 Einregelung und Sediment-Transport
Vorläufig bleibt ungeklärt, wie Skelette großer Säugetiere nach wenigen zehn bis hundert Metern Transport in ihre Elemente zerlegt und diese über den gesamten Höhlenboden gleichmäßig verteilt werden, ohne dass einerseits

  • die sie einhüllenden Sedimente Störungen des Schichtverbandes zeigen, die solchen mechanischen Prozessen adäquat wären (BAIER 2004),
  • andererseits die Knochen eine Regellage annehmen, die so streng nicht einmal nach Transport in fließendem Wasser zu erwarten wäre (NIELBOCK 1989).
Regengüsse, die BAIER (2004) zur Erklärung des Transports heranzieht, würden nach kurzer Laufstrecke im Höhlenlehm versickern, weil vor den Tageslöchern ein oberirdisches Einzugsgebiet für einen länger fließenden Höhlenbach fehlt. Ein noch so kleiner temporärer Bach würde sich in seine eigenen Sedimente einschneiden, sie umlagern und örtliche Sortierungen schaffen. Weder BAIER (2004) noch MÖLLER (1986) haben derartige fluviogene Strukturen gefunden.

5 Deutung: Transport des Sediments als nicht-Newtonsches Fluid
Der Höhlenboden ist auf der Grundlage nahezu horizontal abgelagerter (saalezeitlicher?) Schotter auf ganzer Länge der Höhle sanft nach NNE geneigt. Dieses Gefälle wurde erst durch die Sedimentation des Höhlenlehms selbst geschaffen; es ist seit Beginn der Sedimentation im Eem-Interglazial (130.000 Jahre) stetig steiler geworden, weil durch die Tagesöffnungen mehr Sediment eingebracht als durch Transport abgeführt wurde. Das Gefälle ist die einzige Energie-Quelle sowohl für den Transport des Sediments wie für Dispersion und Einregelung der Fossilien.
Die Oberfläche der Höhlen-Sedimente ist derart gewölbt, dass die Fläche in Richtung der Höhlenwände zunehmend steiler einfällt (Abb. 4). So entsteht eine durchgehende, keilförmige Vertiefung vor der Höhlenwand, die bis mehrere Meter tief sein kann. Die Grenze Höhlenwand gegen Sediment kann daher nur mit einer gewissen Willkür gezeichnet werden.

Abb. 4: Höhlenlehm als nicht-Newtonsches Fluid. Die Oberfläche des Stroms ist erhaben, Scherung zwischen benachbarten Partikeln radial. Störkörper werden durch Vorauseilen des mehr mittigen Stroms rotiert, die Rotation ist aber nur an länglichen Körpern sichtbar und messbar. Nicht maßstäbliche, überhöhteDarstellung. Original.
Dieses Relief wird durch den Transport des Höhlenlehms selbst geschaffen. Die Mischung aus umgelagertem Löss mit geringen Mengen feinkörniger silikatischer Minerale, angelösten Dolomit-Körnern und organischen Partikeln (MEISCHNER 2001, BAIER 2004) verhält sich wie ein nicht-Newtonsches Fluid. Dessen Scherfestigkeit wird durch wechselnde Durchfeuchtung des Sediments und, dadurch verursacht, Wechsel der Dichte und der kinematischen Zähigkeit kontrolliert. Wird ein Grenzwert unterschritten, fließt der Lehm, dem Gefälle folgend, in infinitesimalen Schritten, in Zeiten feuchten Klimas rascher und häufiger als in trockenen. Klimawechsel bilden sich in der Feinschichtung des Sediments ab. In 100.000 Jahren wurden so 100 Meter zurückgelegt entsprechend 1 mm/a.
Die beim Transport verfügbaren Kräfte reichen aus, mitgeführte Knochen einzuregeln und größere zu zerreißen, Langknochen sogar in Längsrichtung aufzuspalten und die Produkte zu verteilen. Nach BAIER (2004, farbige Fotografien) werden die ursprüngliche Feinschichtung des Sediments und selbst Sediment-Strukturen durch den Transport im Fluid nicht zerstört, sondern nur geometrisch überformt.

6 Dank
Der Betriebsleiter der Einhornhöhle, Dr. Ralf Nielbock, hat diese Arbeit durch mündliche Informationen und Überlassen von Unterlagen gefördert. Ich danke für die freundschaftliche Zusammenarbeit.
Der Schriftleiter der Verbandsmitteilungen, Dr. Friedhart Knolle, hat durch geduldig wiederholte Mahnungen bewirkt, dass diese im Jahre 2009 konzipierte Arbeit schließlich in den Druck gegangen ist. Ich verdanke ihm eine kritische Durchsicht und Redaktion des Manuskripts.

Literatur
BAIER, S. (2004): Frühweichselzeitliche feinlaminierte Sedimente der Einhornhöhle bei Scharzfeld/Harz. – Diplom-Arbeit, Univ. Mainz, Inst. Geowiss., 151 S., 93 Abb.

DUPHORN, K. (1969): Geologische Ergebnisse einer Grabung in der Einhornhöhle/Scharzfeld am Harz. – Jh. Karst- u. Höhlenkde. 9: 83 - 90

JACOB-FRIESEN, K. H. (1926): Die „Einhornhöhle“ bei Scharzfeld, Kreis Osterode a. Harz. – Führer urgesch. Fundstätt. Niedersachsens 2: 1 - 34, 10 Abb., Hannover

MEISCHNER, D. (1964): Präparation von Wirbeltierknochen aus tonigen Sedimenten mittels Wasserstoffperoxyd. – Paläont. Z. 38 (3/4): 235 - 236

MEISCHNER, D. (2001): Bericht über Grabungen in der Einhornhöhle bei Scharzfeld im Harz. – Mitt. Verb. dt. Höhlen- u. Karstforscher 47 (1): 4 - 7

MÖLLER, U. (1986): Kartierung der Höhlensedimente der Einhornhöhle/Scharzfeld. – Diplom-Kartierung, Geol.-Paläontol. Inst. TU Clausthal, 40 S., 12 Abb., 4 Taf.

NIELBOCK, R.-D. (1987): Holozäne und jungpleistozäne Wirbeltierfaunen der Einhornhöhle/Harz – Paläontologisch-biostratigraphische Untersuchungsergebnisse der Höhlengrabungen 1985/87. – Dissertation, TU Clausthal, 195 S.

NIELBOCK, R. (1989): Die Tierknochenfunde der Ausgrabungen 1987/1988 in der Einhornhöhle bei Scharzfeld. – Archäol. Korrespondenzbl. 19: 217 - 230

PAUL, J. & VLADI, F. (2001): Zur Geologie der Einhornhöhle bei Scharzfeld am südwestlichen Harzrand. – Ber. Naturhist. Ges. Hannover 143: 109 - 131

REICHENAU, W.v. (1904): Über eine neue fossile Bären-Art Ursus deningeri MIHI aus den fluviatilen Sanden von Mosbach. – Jb. Nassauischen Ver. Naturkde. 57: 1 - 11

ROSENDAHL, W. & KEMPE, S. (2004): Johann Christian Rosenmüller und der Höhlenbär (1794 - 2004) – „Lebensbilder“ aus 210 Jahren. – Naturhist. Ges. Nürnberg, Jahresmitt. Natur u. Mensch 2003: 145 - 159, Nürnberg

SCHEER, A. (1986): Mittelpaläolithische Funde in der Einhornhöhle bei Scharzfeld (Stadt Herzberg am Harz, Ldkr. Osterode am Harz). Vorbericht über die Grabungen 1986. – Nachr. Niedersachsens Urgesch. 55: 1 - 39

SCHÜTT, G. (1968): Die cromerzeitlichen Bären aus der Einhornhöhle bei Scharzfeld. – Mitt. Geol. Inst. TH Hannover 7: 1 - 121

VEIL, S. (1989): Die archäologisch-geowissenschaftlichen Ausgrabungen 1987/1988 in der Einhornhöhle bei Scharzfeld, Ldkr. Osterode am Harz. – Archäol. Korrespondenzbl. 19: 203 - 215

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


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