Hypogene Wasser-Gesteins-Interaktion und Speläogenese

Das Thema dieses Forschungsantrages ist so genannter hypogener Karst. "Normale" Karsthöhlen verdanken ihre Entstehung kalte Niederschlagswässern, die der Schwerkraft folgend durch lösliches Gestein sickern und dieses lösen. Im Gegensatz dazu entstehen hypogene Höhlen durch aufsteigende Wässer aus der Tiefe, die häufig warm bis heiß und mineralisiert sind. Neben der Bildung von Höhlen kann durch solche Fluide auch das Muttergestein chemisch verändert werden, Minerale auskristallieren und z.B. auch Erzlagerstätten gebildet werden. Obwohl die Erkenntnis des hypogenen Karstes nicht neu ist, ist das Verständnis der physikalischen und chemischen Bedingungen, unter denen er entsteht, sehr begrenzt. Der Hauptgrund dafür ist die Tatsache, dass hypogener Karst ein Prozess weit unter der Erdoberfläche ist, der in den meisten Fällen nicht direkt beobachtet werden kann. Dem Forscher bleibt daher meist nur das Studium fossiler, heute inaktiver hypogener Höhlen und Höhlenablagerungen. Das Ziel dieses Projektes ist es, eine Reihe von Methoden und analytischen Techniken zu testen und zu entwickeln, die es erlauben, die ehemals abgelaufenen Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen während der hypogenen Höhlenbildung zu erkennen und zu quantifizieren. Zu diesem Zweck werden bestehende Methoden getestet und mit neuartigen geochemischen Methoden kombiniert, von denen einige kürzlich an der Universität Innsbruck entwickelt wurden. Die zu erwartenden Neuerkenntnisse haben potentielle Anwendungen in einer Reihe von Bereichen, von der Hydrogeologie, Erzlagerstättenkunde bis zur Paläoklimaforschung.

Normale Karsthöhlen verdanken ihre Entstehung kalten Niederschlagswässern, die der Schwerkraft folgend durch lösliches Gestein sickern und dieses lösen. Im Gegensatz dazu entstehen hypogene Höhlen durch aufsteigende Wässer aus der Tiefe, die häufig warm bis heiß und mineralisiert sind. Neben der Bildung von Höhlen kann durch solche Wässer auch das Muttergestein chemisch verändert werden, Minerale auskristallieren und z.B. auch Erzlagerstätten gebildet werden. Obwohl die Erkenntnis des hypogenen Karstes nicht neu ist, ist das Verständnis der physikalischen und chemischen Bedingungen, unter denen er entsteht, sehr begrenzt. Der Hauptgrund dafür ist die Tatsache, dass hypogener Karst ein Prozess weit unter der Erdoberfläche ist, der in den meisten Fällen nicht direkt beobachtet werden kann. Dem Forscher bleibt daher meist nur das Studium fossiler, heute inaktiver hypogener Höhlen und Höhlenablagerungen.Dieses Projekt testete und entwickelte eine Reihe von Methoden und analytische Techniken, die es erlauben, die ehemals abgelaufenen (Paläo-) Wasser-Gesteins-Wechselwirkungen während der hypogenen Höhlenbildung zu erkennen und zum Teil auch zu quantifizieren. Wir untersuchten eine Reihe von hypogenen Höhlen in Österreich, Ungarn und der Ukraine und entnahmen Bohrkerne aus den Höhlenwänden. Ihre geochemische und insbesondere stabile Isotopenzusammensetzung zeigte unterschiedliche Grade an Alteration durch die Paläowässer. Eine markante Erniedrigung des Sauerstoffisotopenwertes ist ein oft festgestelltes Merkmal im Gestein der Höhlenwand hypogener Höhlen, obwohl wir auch Höhlen fanden, in denen dieser Effekt nicht auftrat. Dies dürfte ziemlich sicher darauf zurückzuführen sein, dass die Lösungsgeschwindigkeit in diesen offenbar sehr aggressiven hypogenen Systemen höher war als die Alteration im angrenzenden Gestein. Sinterbildungen in hypogenen Höhlen sind wichtige Informanten über das Paläowasser und wir stellten charakteristische Fluideinschlusstypen und zusammensetzungen fest. Wir erforschten unter anderem erstmalig die Gaszusammensetzung dieser winzigen Einschlüsse, die vielversprechende Ergebnisse lieferten. Schließlich wandten wir Laserscanning an, um zwei hypogene Höhlen in bislang unerreichter Detailgenauigkeit darzustellen.