Abb. 2. Löslichkeiten von Gips und Anhydrit in Abhängigkeit vom NaCl-Gehalt (nach BRAITSCH 1962) Die Umbildung Anhydrit → Gips geht nach der Gleichung CaSO4 + 2 H2O  CaSO4 • 2 H2O unter Volumenverringerung vonstatten. Die Summe der Molvolumina der linken Seite beträgt 81,99; das Molvolumen des Gipses aber nur 74,22. Nach v. ENGELHARDT (1945) erfolgt die Umbildung des Anhydrits zu Gips nicht durch Wasseraufnahme des Anhydrits, sondern sie verläuft über eine CaSO4-Lösung. Der Anhydrit löst sich und bei Erreichen der Sättigungskonzentration des Gipses scheidet sich dieser aus der Lösung aus. Falls eine Wasserbewegung da ist, wird das gelöste CaSO4 weggeführt und der Anhydrit verkarstet ohne vorherige Vergipsung. Feine Klüfte im Anhydrit müssen folglich nicht durch Gips verschlossen werden, sondern können sich bei entsprechender Wasserbewegung verbreitern. Es kann auf diesem Wege durchaus zu einer Verkarstung unterhalb des Vorflutniveaus kommen. Wichtig ist nur, daß die Gesteine nicht im Bereich der stagnierenden Grundwasserzone liegen. Barbarossahöhle und Wimmelburger Schlotten können unter diesen Bedingungen entstanden sein. Normal dürfte allerdings eine Vergipsung mit nachfolgender Verkarstung sein (z. B. Heimkehle). Die Löslichkeit von Gips und Anhydrit wird durch zusätzliche Ionen stark beeinflußt. So wird sie im allgemeinen durch den Zusatz von Fremdionen (z. B. Na+ und Cl-) erhöht, dagegen durch den Zusatz gleicher Ionen (also Ca2+ und SO42-) erniedrigt. In der Abb. 2 sind die Löslichkeiten von Gips und Anhydrit in NaCl-Lösungen dargestellt (System CaSO4-NaCl-H2O). Daraus ist ersichtlich, daß die Löslichkeiten von Gips und Anhydrit in Abhängigkeit vom NaCl-Gehalt ein mehr oder weniger flaches Maximum durchlaufen. Da die CaSO4-Gesteine des Zechsteins an vielen Stellen in Nachbarschaft mit Chloriden auftraten und auftreten, ist zu erwarten, daß derartige Löslichkeitserhöhungen durch Fremdioneneinfluß eine mehr oder weniger große Rolle bei der Verkarstung gespielt haben. Beispiele dafür sind die Verkarstung im Bereich der Solquellen an der Numburg (Kyffhäuser-Nordrand-Störung) und in Bad Frankenhausen. Nach PRIESNITZ (1969) ist ein für die Höhlenbildung im Kalkstein sehr wichtiges Phänomen ohne Entsprechung bei anderen Gesteinen die sogenannte Mischungskorrosion. Mischungskorrosion bedeutet, daß zwei Wässer entsprechend ihres CO2-Gehaltes jedes für sich an CaCO3 gesättigt, beim Vermischen an CaCO3 untersättigt werden und damit weiter korrosiv wirken können. Bei der Betrachtung der Abb. 2 stellen wir fest, daß es auch bei der Verkarstung von CaSO4-Gesteinen diese Mischungskorrosion geben kann. Beim Zusammentreffen zweier Lösungen mit unterschiedlichem NaCl-Gehalt, aber jeweils an Gips bzw. Anhydrit gesättigt, bildet sich eine Lösung mittleren NaCl-Gehaltes, die entsprechend den Löslichkeitskurven noch weiteren Gips bzw. Anhydrit auflösen kann. Betrachten wir dazu folgendes Beispiel: es treffen zwei Wässer folgender Zusammensetzung im gleichen Mengenverhältnis aufeinander: 1. Wasser – 0 Mol Na2Cl2/1000 Mol H2O und 0,36 Mol CaSO4/1000 Mol H2O 2. Wasser – 30 Mol Na2Cl2/1000 Mol H2O und 1,03 Mol CaSO4/1000 Mol H2O Die entstandene Lösung enthält 15 Mol Na2Cl2/1000 Mol H2O   und   0,70 Mol CaSO4/1000 Mol H2OSie ist an CaSO4 untersättigt, da nach den Löslichkeitskurven in Abb. 2 bei einem Na2Cl2-Gehalt von 15 Mol/1000 Mol H2O die Sättigung an CaSO4 erst bei etwa 1,04 Mol/1000 Mol H2O bei der entsprechenden Temperatur liegt. Über die Bedeutung dieser sog. Mischungskorrosion bei der Verkarstung in Anhydriten und Gipsen kann noch nichts Endgültiges gesagt werden. Sie wird aber dort eine Rolle gespielt haben bzw. spielen, wo unter dem Vorflutniveau versickernde bzw. versinkende Wässer mit NaCl-haltigen Wässern zusammentreffen. Leitformen für Mischungskorrosion sind unter anderem kolkartige Erweiterungen an Stellen, wo Klüfte durch den Hohlraum angeschnitten werden. Entsprechende Formen können wir z. B. in den Wimmelburger Schlotten finden. Nun Einiges zur Entstehung der typischen Dreiecksform im II. Stadium der Speläogenese. GRIPP hat 1912 eine Modellvorstellung entwickelt, die besagt, daß der für Laughöhlen im II. Stadium charakteristische dreieckige Gangquerschnitt durch Kippung der Kluftwände von der Senkrechten bis (theoretisch) in die Horizontale entsteht. Diese Kippung beruht nach GRIPP auf der mit der Wassertiefe abnehmenden Lösungsgeschwindigkeit – hervorgerufen durch Dichteunterschiede. Hiernach ließen sich Doppelfacetten nur aus Wasserstandsschwankungen erklären. REINBOTH (1968) ist dagegen der Auffassung, daß die Facetten keinen ursächlichen Zusammenhang mit einer niveauabhängigen Langintensität besitzen. Das Liegenbleiben von Rückständen bedingt bei einem bestimmten Neigungswinkel das Ende der Auflösung nach der Seite. Die geschützte Facettenebene erweitert sich nach oben; also erweist sich die horizontale Langdecke als nicht niveaugebunden, sondern bildet sich unter Druck. Nach der GRIPPschen Vorstellung müßten bei unterschiedlichem Alter und unterschiedlicher Wasserbewegung die Facetten unterschiedliche Neigungen besitzen. Tatsächlich läßt sich aber generell ein Winkel von ±45° messen. Bei Annahme der REINBOTHschen Vorstellung müßte man voraussetzen, daß zur Schaffung größerer Hohlräume die Auslaugung sehr weit unterhalb des Wasserspiegels einsetzen muß. KEMPE (1970) geht bei der Entwicklung seiner Vorstellungen nicht allein vom Querschnitt aus, sondern betrachtet auch den Längsschnitt des Ganges. Er stellt fest, daß sich die Sohle zur Firste hebt und die Facetten bis zum kaum handhohen Ende des Ganges eine Neigung von ±45° besitzen. Nach REINBOTH müßte sich dagegen die Firste senken. KEMPE projezierte die aufeinanderfolgenden Querschnitte in eine Ebene (Abb. 3). Danach soll der Gang durch parallele Rückversetzung der Facetten vergrößert werden. Die Neigung der Facetten wird seiner Meinung nach durch Sedimentation von Lösungsrückständen sowie sich im oberen Teil der Facettenebene ausscheidende Kalke bedingt. KEMPE (1970) führte Modellversuche zur Untermauerung seiner Vorstellungen durch. Mit einer Bohrung versehene Gipsblöcke standen bis zu einem bestimmten Niveau im Wasser. Durch die Bohrung wurde kontinuierlich frisches Wasser zugegeben. Nach wenigen Wochen zeigten sich Hohlräume in Dreiecksform, deren größte Breite an der Wasseroberfläche lag. Er schließt daraus, daß sich Gipshöhlen tatsächlich in erster Linie an der Wasseroberfläche entwickeln. Soweit einige Ausführungen zu den Vorstellungen von GRIPP, REINBOTH und KEMPE. Im folgenden will ich einige Überlegungen zu diesem Problem darlegen. Ich möchte von vornherein betonen, daß die Untersuchungen noch im vollen Gange sind und die mitgeteilten Ergebnisse nur vorläufigen Charakter besitzen können. Eine Tatsache ist das Auftreten von Laugfacetten bzw. Resten von ihnen in den meisten Laughöhlen des Südharzes. Sie besitzen allgemein eine Neigung von 45°. Das läßt sich einfach durch den Lösungsvorgang in stagnierendem Wasser erklären, denn es besteht folgende Beziehung: tan α =  h  V    h = Höhe des Lösepunktes (angeordnet ist eine bestimmte Dichte) tan 45° =  h  V 1 =  h  V    V = Lösegeschwindigkeit V = h Bedingung ist also über einen gewissen Zeitraum ± stagnierendes Wasser. Das Liegenbleiben von Rückständen bzw. das Ausscheiden von Kalk spielt nur eine sekundäre Rolle. Da obige Beziehung selbst bei geringen vertikalen Entfernungen gültig ist, ergeben sich die in der Abb. 3 dargestellten Verhältnisse. Allerdings gehe ich nicht mit KEMPE konform, daß die kleinräumigen Teile zugleich die entwicklungsmäßig jüngsten sind. Diese Verjüngung kann z. B. auch durch das Einfallen einer schwerer löslichen Schicht im Liegenden in Verbindung mit konstantem Wasserspiegel entstanden sein. Abb. 3. Projektion der Laughöhlenquerschnitte in eine Ebene (nach KEMPE 1970) Die Dreieckform der Laughöhlen entsteht durch Verkarstung bei ± stagnierendem Wasser im Bereich der Grenze zwischen statischem und dynamischem Karstwasser. Die Laughöhlenbildung hängt nicht vom Vorflutniveau ab. Wichtig ist eine wassersperrende Wirkung durch Verengen der Klüfte bzw. durch schwerer lösliche Gesteine nach unten zu. Ein größerer Wechsel der Höhe der Grenze zwischen statischen und dynamischen Karstwassers macht sich durch das Auftreten von Doppelfacetten bemerkbar. Durch die Wirkung der Mischungskorrosion kann es bei Höhlen speziell unterhalb des Vorflutniveaus zu einer Modifizierung der Hohlraummorphologie kommen. Kennzeichnend hierfür ist das Auftreten von Kolken. Die Entstehung der Südharzer Gips- und Anhydrithöhlen durch Höhlenbäche (siehe z. B. STOLBERG 1926) kann in der Regel abgelehnt werden. Allerdings ist eine sehr geringe Strömung – ob dauernd oder zeitweise mag dahingestellt bleiben – notwendig, um die Entstehung der Laughöhlen zu erklären. Sie muß so gering sein, daß obige Beziehung ihre Gültigkeit behält. Verschiedentlich läßt sich sogar die Strömungsrichtung an der Form auftretender Langnäpfchen feststellen. Abb. 4. Entwicklung einer Laughöhle (in Anlehnung an KEMPE 1970) Die Entstehung der Südharzer Laughöhlen in ihrer typischen Dreiecksform wird in der Hauptsache nicht durch eventuelle spezifische Eigenschaften der Gips- bzw. Anhydritgesteine bedingt, sondern durch die spezifischen karsthydrologischen Bedingungen des Gebietes. Der Vollständigkeit halber möchte ich kurz noch die restlichen Stadien der Laughöhlengenese erwähnen. Das III. Stadium ist gekennzeichnet durch Firstfälle und Auflösung des Versturzmaterials. Während dieser Phase erweitert sich der Hohlraum noch. Rückstandssedimente sammeln sich an der Sohle. Im IV. Stadium erreichen diese Sedimente den Karstwasserspiegel von unten her; die Höhle wird dadurch trocken. Ab V. Stadium schließt sich der Verfall an; im Extremfall entsteht ein Erdfall. Die geschilderten Stadien (Abb. 4) geben natürlich nur die Hauptentwicklung der Laughöhlengenese im Gips bzw. Anhydrit dar. Selbstverständlich gibt es zwischen diesen Typen Übergänge. Unter Umständen können einzelne Stadien übersprungen werden. Neben diesen Laughöhlen – die praktisch einen Sonderfall der Karsthöhlen darstellen – sind im Südharzer Gips- und Anhydritgebiet als genetische Typen noch die eingangs erwähnten Klufthöhlen sowie die Quellungshöhlen ausgehalten worden. Ich möchte auf letzteren Typ nicht eingehen, da er in hydrogeologischer Hinsicht überhaupt keine Bedeutung besitzt. 3. Karsthydrologie der Zechsteinschichten am Südharzrand Entsprechend dem Thema möchte ich mich im folgenden noch einigen karsthydrologischen Problemen kurz zuwenden. Karstwasser ist das in Karstgebieten unterirdisch vorhandene Wasser. Für seine Charakteristik werden gegenwärtig nur seine dynamischen Besonderheiten angesehen. Dazu muß folgendes bemerkt werden. Die Karsthydrologie basiert auf Untersuchungen im klassischen Dinarischen Karst. Dieser zeichnet sich durch eine ungewöhnliche Tiefe, Reinheit und flächenmäßige Verbreitung des Kalkes aus. Nur bei entsprechenden Verhältnissen kann der gesamte Formenschatz – hervorgerufen durch die spezifische Dynamik des Karstwassers – auftreten. Trotzdem kann gesagt werden, daß die relativ geringmächtigen Anhydrit- bzw. Gipsschichten im Bereich ihres verkarsteten Ausbisses eine typische Karstentwässerung besitzen. Entsprechende Phänomene gibt es eine ganze Reihe; denken wir nur an den Periodischen See oder die Dinsterbachschwinde. Der Periodische See ist ein Polje mit einem Flächeninhalt von etwa 35000 m². Wie Untersuchungen von VIETE (1954) ergaben, tritt das Wasser des in mehreren Ponoren innerhalb des Poljes verschwindenden Glasebaches an verschiedenen Stellen, so z. B. am Mundloch des Erbstollen, im Eckteich und in Quellen im Nassetal wieder ans Tageslicht. Durch Rückstau der Wässer kann es zu einer episodischen Überflutung des Poljes kommen. Die Füllungen sind von den Niederschlägen abhängig. Allgemein kann gesagt werden, daß sich der See in Jahren mit Überschreitung des langjährigen Niederschlagsdurchschnittes füllt. Dagegen besitzt der östlich Questenberg am Fuße einer Hauptanhydritsteilwand befindliche Dinsterbachponor keine Schwierigkeiten hinsichtlich der Aufnahmefähigkeit. Auch bei einer zeitweisen Wasserführung des Dinsterbaches von 6,0 m³/min tritt kein Rückstau ein. Das weist auf ein gut ausgebildetes, weit verzweigtes Karstwassersystem in diesem Gebiet hin. Ein großes Problem der Karsthydrologie war die Frage, Karstwasserspiegel bzw. „Dynamischer Hauptkarstwasser-Horizont“ ja oder nein. Bekanntlich ist die Frage mit „sowohl als auch“ beantwortet worden. Im Südharzer Gipskarstgebiet kann die Frage mit einem eindeutigen Nein beantwortet. werden. Denn allein schon die Tatsache, daß im verkarsteten Komplex z. T. mehrere Wasserstockwerke auf Grund der petrographischen Beschaffenheit des nicht einheitlichen Gesteinskomplexes ausgebildet sind, spricht dagegen. Örtlich ist natürlich eine hydraulische Verbindung zwischen diesen Stockwerken möglich. Es wird wohl lokale Karstwasserspiegel geben, die auf die jeweilige Vorflut eingestellt sind. Dabei kann es auf geringe Entfernungen zu starken Höhenunterschieden kommen. Um den immer größer werdenden Verbrauch an Trink- und Brauchwasser zu decken, muß in immer stärkerem Maße auf Karstwasser zurückgegriffen werden. Wegen verschiedener Besonderheiten des Karstwassers, z. B. besondere dynamische Verhältnisse sowie keine Filterung, müssen der Erschließung von Karstwasserquellen gründliche Untersuchungen vorausgehen. Diese sollten sich auf jeden Fall über einen längeren Zeitraum erstrecken, denn der dynamische Karstwasservorrat und auch das Einzugsgebiet der Karstquelle können sich jahreszeitlich ändern. Die Untersuchungen sollten sich auf Schüttungsmengen, Strömungsrichtung, bakteriologische und chemische (Härte!) Zusammensetzung erstrecken. Durch seine Eigenschaften eignet sich das Karstwasser in den Zechsteinschichten nicht oder nur bedingt für Wassererschließungen. Nach HERRMANN (1968) gibt es die Möglichkeit, im Bereich der Auflagerungsfläche des Zechsteins auf das Paläozoikum hygienisch einwandfreies Wasser – örtlich auch in größerer Menge – zu erschließen. Karstwasser besitzt je nach der Art der verkarsteten Gesteine einen mehr oder weniger hohen Gehalt an gelösten Komponenten. Es bildet infolge seiner Konzentration und Zusammensetzung eine hydrochemische Anomalie im Verhältnis zum übrigen unterirdischen Wasser. Dieses kommt besonders deutlich bei der Verkarstung von Salzschichten zum Ausdruck. Neben der Bedeutung des Karstwassers bei der Trink- und Brauchwassererschließung spielt das Karstwasser bei der Beurteilung der hydrologischen Gefährdung des Kali- und Kupferschieferbergbaus eine große Rolle. Während bei ersterem Bergbauzweig vor allen Dingen die „Wässer“ des Salzkarstes eine Rolle spielen, sind es im Kupferschieferbergbau auch Wässer aus Gips und Anhydrit. Auf Grund der leichten Löslichkeit der Salzminerale nimmt unter den verschiedenen Gefahren des Salzbergbaus die Gefahr durch Wässer und Salzlösungen eine Sonderstellung ein. Diese Zuflüsse in Salzgruben stellen in der Regel zwar keine unmittelbare Gefahr für die untertage arbeitende Belegschaft dar, weil die plötzlich zusitzenden Mengen meist klein im Verhältnis zu den vorhandenen Grubenhohlräumen sind. Die Gefahr von Zuflüssen im Salzbergbau besteht vielmehr darin, daß die Begrenzungsflächen der Grubenbaue durch Auflösung der Salzminerale zerstört werden, so daß es zu Absenkungen des Hangenden kommen kann. Die Auswirkungen sind oft bis über Tage bemerkbar. Außerdem können durch die Senkungen neue Zuflußwege geöffnet werden, so daß eine Verstärkung der Schüttung möglich ist. Der Verlust der betreffenden Grube ist dann nur eine Frage der Zeit. Das Ersaufen einer Grube bedeutet nicht nur Produktionsausfall und Verlust an Investitionen, sondern ist meistens mit dem Verlust großer Lagerstättenvorräte verbunden. Im Salzbergbau besteht deshalb die grundsätzliche Forderung, Wasser bzw. Salzlösungen von den Grubenbauen im Salinar fernzuhalten. Dazu bedarf es einer umfangreichen systematischen Arbeit von Wissenschaftlern verschiedener Fachgebiete.