Reinhard Völker

Die Verbreitung der Südharzer Sulfatkarstlandschaft

Der am Südrande des Harzes existierende etwa 100 km lange Ausstrich von Zechsteinschichten bietet mit seinen Gipsen, Anhydriten und Dolomiten gute Voraussetzungen zur Entstehung einer Karstlandschaft. Er erstreckt sich von Badenhausen im Landkreis Osterode über den Landkreis Nordhausen bis hin nach Pölsfeld im Landkreis Sangerhausen.
Eine Karstlandschaft entsteht durch die Auflösung des Gesteins im Wasser. Dabei bilden sich im Gestein Formen, die als Karsterscheinungen die Landschaft prägen. Die für den Gipskarst typischen Formen sind in Abbildung 1 dargestellt. Ein weiteres Charakteristikum der Karstlandschaft ist, daß die Entwässerung der Landschaft überwiegend unterirdisch verläuft. Die hohe Wasserlöslichkeit des Gipses bedingt eine schnelle Auflösung des Gesteines. Theoretisch können sich etwa 2 g Gips in einem Liter Wasser lösen. Danach ist das Wasser gesättigt. Der Lösungsablauf des Gipses ist so ausgerichtet, daß die Auflösung des Gesteins am Anfang sehr schnell geht, sich jedoch bald darauf extrem verlangsamt. So ist es möglich, daß selbst bei sehr langer Verweildauer des Wassers im Gestein nur geringe Auflösungsvorgänge möglich sind. Würde dieser Vorgang nicht so verlaufen, wäre das Wasser bereits nach wenigen hundert Metern Verlauf im Gestein völlig mit Gips gesättigt und der Verkarstungsprozeß hätte ein Ende gefunden. Lange Höhlensysteme wären unmöglich und eine Tiefenverkarstung unvorstellbar.
Um Gips oder Anhydrit aufzulösen, bedarf es Bahnen, durch welche das Wasser an das lösungsfähige Gestein herangeführt wird. Diese Bahnen bestehen aus Klüften, geologischen Störungszonen und Schichtgrenzen. Wo diese geologischen Elemente verstärkt vorkommen, gibt es eine Anhäufung von Karsterscheinungen.
Die lösungsfähigen Gesteinshorizonte variieren in ihrer Mächtigkeit und Ausbildung in Richtung ihres Streichens sehr stark. Ursache ist eine Untiefe des vormaligen Zechsteinmeeres, in welchem die Gesteine gebildet wurden. Diese Untiefe, die sogenannte Eichsfeldschwelle, wurde zeitweilig gar nicht oder nur sehr flach vom Zechsteinmeer bedeckt, so daß es auf ihrer höchsten Erhebung nicht zur Ausfällung und Ablagerung von Anhydrit bzw. Gips kam. In diesem Bereich lagerten sich mächtige Dolomite ab, auch in Form von Riffen. Die Eichsfeldschwelle trennt das Südharzer Sulfatkarstgebiet in einen östlichen und einen westlichen Bereich. Der Scheitelpunkt der Schwelle befindet sich im Bereich der Ortslagen Osterhagen, Barbis und Scharzfeld im Landkreis Osterode. An den Flanken der Eichsfeldschwelle treten die Gipse und Anhydrite in großer Mächtigkeit auf. Die einzelnen Gips- bzw. Anhydritschichten sind durch tonige, karbonatische und dolomitische Schichtglieder getrennt. Deren Ausbildung verändert sich ebenfalls mit Abstand zur Eichsfeldschwelle. Besonders markant sind die mächtigen Dolomite, in denen ebenfalls Verkarstungserscheinungen bekannt sind, an und in der Nähe der Eichsfeldschwelle. Höhlen, Schwinden, Karstquellen, Erdfälle und Dolinen prägen auch das Bild der Dolomitlandschaft. Hinsichtlich der Ausbildungshäufigkeit und Vielfalt treten die Karsterscheinungen im Dolomit hinter denen in den Sulfatgesteinen jedoch zurück.
Der Karstausstrich des Südharzes wird im Westen von der Harz-Westrandstörung abgebrochen. Im Osten endet er östlich von Pölsfeld am Hornburger Sattel, setzt sich allerdings östlich dieses Sattels am Rande der Mansfelder Mulde in einem kleinen Ausstrich fort. Dieser Ausstrich findet in der wissenschaftlichen Arbeit wenig Beachtung, ist er doch durch Erscheinungen des historischen Kupferschieferbergbaus so stark überprägt, daß er stets im Zusammenhang mit diesem betrachtet werden muß. Im Bereich des Kyffhäusers ist eine ähnliche Karstlandschaft ausgebildet, die allerdings auf einer wesentlich kleineren Fläche auftritt.

Abb. 1: Oberflächenformen in der von sulfatischen Gesteinen geprägten Zechsteinlandschaft (Zeichnung: R. Völker)

Die geologische Situation im Karst des Landkreises Sangerhausen

Der Aufbau der Schichtenfolge wurde in der Vergangenheit im Zusammenhang mit dem Sangerhäuser Kupferschieferbergbau intensiv erforscht. BLEI und JUNG gaben für das Gebiet ein Idealprofil an. Im Bereich der übertägigen Karstlandschaft ist jedoch ein wesentlich reduzierteres Auslaugungsprofil ausgebildet:

Tabelle 7: Idealprofil des Karstes im Landkreis Sangerhausen (nach BLEI und JUNG, 19)
 

Das typische Auslaugungsprofil ist an keiner einzigen Stelle des Landkreises Sangerhausen so ideal ausgebildet. Durch die ständige weitergehende Auslaugung wurden ganze Schichtglieder aufgelöst. An ihrer Stelle blieben Auslaugungsreste in Form von rotbraunen, grauen oder blaugrauen Tonen liegen. Häufig befinden sich in den Tonen Gipsreste, Gipsbänke oder Fasergipslagen. Auch Dolomitbänke sind nicht selten. Diese Reste nennt man Rückstandsgebirge. Dieses ändert seine Zusammensetzung in vertikaler und in horizontaler Richtung auf engstem Raum. Oft vermeint man eine intakte Schichtenfolge aufzufinden, bei näherer Betrachtung, besonders durch Bohraufschlüsse, kann man aber bemerken, daß selbst große intakt erscheinende Schichten nicht mehr in ursprünglicher Lage aufeinanderliegen.
Besonders der Übergangsbereich zwischen den Zechsteinablagerungen und dem überdeckenden Unteren Buntsandstein ist von Auslaugungsprodukten gekennzeichnet, die man schwer voneinander trennen kann. Untersuchungen der letzten Jahre haben eindeutig gezeigt, daß den glazialen und periglazialen Vorgängen (Überprägungen durch die Eiszeit) eine große Bedeutung bei der Bildung der Oberfläche zukommt. Durch diese Vorgänge mit ihren Bildungen sind viele Schichtgrenzen bis zur Unkenntlichkeit verwischt worden. Die einzelnen Schichten der Zechsteinabfolge weisen eine unterschiedliche Härte und ein unterschiedliches Lösungsvermögen gegenüber Wasser auf. Im Bearbeitungsgebiet zeigt sich das besonders im Wechsel zwischen karbonatischen und sulfatischen Schichtstufen, die unterschiedlich beansprucht wurden. Es entstand eine Schichtstufenlandschaft.

Die Herausbildung der Karstlandschaft im Landkreis Sangerhausen

Das in einer Höhe von etwa 450 m ü. NN liegende Harzplateau wird von vielen kleinen Bächen und Flüßchen über die Harzabdachung nach Süden entwässert. Am Rande der paläozoischen Ablagerungen des Harzes berührt das Wasser die lösungsfähigen Gesteine des Zechsteins. Dabei greift es seit Jahrtausenden Salze und Sulfatgesteine an, löst sie auf und schiebt ihre Verbreitungsgrenze immer weiter nach Süden zurück. An der Berührungsstelle von Wasser und lösungsfähigem Gestein entstand im laufe der Entwicklung ein harzrandparalleles Auslaugungstal, welches heute in einer Höhe von etwa 300 m ü. NN liegt. Man kann davon ausgehen, daß dieser Prozeß mindestens seit der Tertiärzeit abläuft und der ursprüngliche Angriffspunkt der Gesteinsauflösung einige Kilometer nördlich im Bereich der Harzabdachung lag. Die morphologische Ausformung des Südharzrandes läßt vermuten, daß der Beginn der Verkarstungsprozesse an der Grenze Harzabdachung-Harzplateau lag. Die südliche Begrenzung des Auslaugungstales wird durch die Auslaugungsfront gebildet, einem mehr oder weniger steilen Wall, der nach wie vor der lösenden Kraft des Oberflächenwassers ausgesetzt ist. An der Auslaugungsfront konzentrieren sich die heutigen Verkarstungsvorgänge, da das aktive Oberflächenwasser diese Stellen günstig erreicht und angreifen kann. Besonders an Störungszonen sucht sich das Wasser im Bereich des Auslaugungswalles unterirdische Abflußstellen. Diese Vorgänge wurden in der Eiszeit durch den Wasserreichtum sehr stark aktiviert. JORDAN (81) belegte für den niedersächsischen Raum, daß der Auslaugungswall in etwa tausend Jahren um einen Meter zurückversetzt wurde. Mit nachlassender Transportkraft ließ das eiszeitliche Schmelzwasser größere Schottermassen zurück, die heute den verkarstungsfähigen Untergrund bedecken. Unter dieser Bedeckung geht die Auflösung jedoch weiter. Gelegentlich künden tiefe Erdfälle oder Subrosionsmulden davon.
Gips und Anhydrit selbst sind keine Wasserleiter. In diesen Gesteinen kann sich das Wasser nur auf Störungszonen bewegen, wobei der Verkarstungsprozeß Höhlensysteme bildet. Auf den karbonatischen-dolomitischen Zwischenschichten kann sich das Wasser dagegen gut bewegen. Erkundungen der letzten Jahre haben aber gezeigt, daß auch in diesen Gesteinen keine flächenhafte Wasserführung vorhanden ist, sondern daß Störungszonen bevorzugt werden. Im Landkreis Sangerhausen leiten Zechsteinkalk und Stinkschiefer das Wasser gut an die Sulfatgesteine heran. An den Kontaktflächen zum lösungsfähigen Sulfatgestein kommt es zu flächenhaften Ablaugungsprozessen. Der historische Kupferschieferbergbau hat große Areale aufgeschlossen, in denen die Kontaktfläche Zechsteinkalk-Werraanhydrit als eine etwa 0,5 m starke Laugrückstandszone ausgebildet ist. Im Bereich größerer Störungen wurden Höhlensysteme ausgebildet. Der historische Kupferschieferbergbau hat rund 100 solcher Höhlensysteme gefunden, die für den Bergbau einerseits wegen ihrer Wasserfüllung gefährlich waren, andererseits aber wegen ihrer Fähigkeit, Grubenwässer abzuführen, hoch geschätzt wurden.
In südliche Richtung kommt die Karstlandschaft schnell unter Buntsandsteinbedeckung. Gelegentlich durchschlagen Erdfälle diese Bedeckung und verweisen damit auf das darunter befindliche verkarstungsfähige Gestein. In den westlich anschließenden Landkreisen Nordhausen und Osterode verbreitert sich der Zechsteinausstrich und damit die Breite der Karstlandschaft deutlich. Das liegt einerseits an der in Richtung Eichsfeldschwelle veränderten Schichtenfolge, andererseits aber auch an dem bedeutend größeren Einzugsgebiet der den Karst formenden Oberflächenwässer in Form von Flüssen und Bächen. Große Bedeutung kommt dem teilweise über 300 m mächtigen Werraanhydrit zu, der im Landkreis Sangerhausen nur etwa 50 m mächtig wird. Auch ist der im Landkreis Sangerhausen mit etwa 6 m Mächtigkeit vertretene Stinkschiefer nach Westen zu durch teilweise weit über 100 m mächtigen Dolomit vertreten, der landschaftsbildend ist.

Das Karstinventar

Gips und Anhydrit werden als Sulfatgesteine, Kalke und Dolomite als Karbonatgesteine bezeichnet. Karsterscheinungen in Karbonatgesteinen sind weltweit verbreitet. Die Karbonatgesteine zeichnen sich durch eine relativ große Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasser aus. Die Karsterscheinungen in diesen Gesteinen brauchen viel längere Entstehungszeiträume, sind aber auch langlebiger.
Karst in Sulfatgesteinen ist dagegen relativ selten ausgeprägt. Es gibt auf der Erde nur wenige aktive zusammenhängende Karstregionen des Sulfatkarstes. Die Auflösung der Sulfatgesteine läßt typische Landschaftsformen entstehen. Die vielen kleinen und großen morphologischen Formen bezeichnet man als Karstinventar. Grundsätzlich entstehen im Sulfatkarst all die Karstformen, die auch aus dem Karbonatkarst bekannt sind. Ausnahme sind Formen, die sich aus der Besonderheit begründen, daß zur Kalklösung Kohlensäure notwendig ist, eine Voraussetzung, die bei der Sulfatlösung keine Rolle spielt. Da die Sulfatgesteine bedeutend lösungsfreudiger als Kalkgesteine sind, gehen Verkarstungsvorgänge ungleich schneller vor sich. Das bedeutet, daß innerhalb kurzer Zeit morphologische Formen entstehen, aber auch wieder vergehen können. Die Entstehung von Erdfällen, Dolinen und Höhlen im Verlaufe weniger Wochen oder Monate ist bei entsprechender Lösungskraft des Wassers keine Seltenheit. So entstand beispielsweise in Tilleda am Nordkyffhäuser innerhalb weniger Wochen ein etwa 20 m tiefer Korrosionsschacht durch einen Wasserleitungsrohrbruch. In Großleinungen wurde ein 8 m tiefer befahrbarer Erdfall freigelegt, der im Verlaufe weniger Jahre durch eine undichte Verschraubung an einer Wasserleitung entstand. Der etwa 10m hohe Verbruchsberg an der Dinsterbachschwinde wurde in etwa 30 Jahren nahezu restlos gelöst und weggeführt. Karren und Karrenfelder verschwinden wegen der Weichheit des Gesteins schnell von der Oberfläche. Im Schutze von verhüllenden Sedimenten sind sie jedoch auf der Oberfläche des Sulfatkarstes allgegenwärtig. Typische Karsterscheinungen der Sulfatkarstlandschaft sind:

• Das harzrandparallele Auslaugungstal, welches sich von Uftrungen im Westen über Breitungen, Questenberg, Hainrode, Morungen, Wettelrode, Obersdorf bis östlich von Pölsfeld zieht und dort endet.

• Die Durchbruchstäler, die den Wall des Auslaugungstales durchbrachen haben und das Wasser ihrer Bäche und Flüsse in das Helmetal führen. Dabei geht allerdings ein Teil des abgeführten Oberflächenwassers im verkarsteten Untergrund verloren.

• Erdfälle und Dolinen, die mit etwa tausend kleineren und größeren trichterartigen Vertiefungen von eingestürzten Höhlen im Untergrund oder von der Gesteinsauflösung an der Erdoberfläche zeugen.

• Uvalas, die als Aneinanderreihung vieler einzelner Dolinen und Erdfälle ein meist tief eingeschnittenes Karsttal bilden.

• Ponore, welche das Wasser der Bäche in die Tiefe führen.

• Karstquellen, an welchen unterirdische Wasserläufe wieder zur Erdoberfläche gelangen und deren Wasser sich durch eine hohe Gipsmineralisation auszeichnet.

• Abrißspalten, die durch Unterlaugung steiler Felswände besonders in den Hängen der Durchbruchstäler entstehen. Gipsbuckellandschaften, die mit ihrer ungewöhnlichen Morphologie von der differenzierten Auflösung der Gesteinsoberfläche durch Niederschlagswasser künden.

• Höhlen, von denen im Höhlenkataster des Landkreises Sangerhausen 42 Stück erfaßt sind.