mini|Moos, von frisch ausgefälltem Kalk umkrustet, wächst auf dieser Unterlage weiter Kalktuff, auch Quellkalk, Quelltuff oder Bachtuff genannt, ist ein noch junges, poröses, sekundäres Sediment. Es handelt sich um sekundäres Gestein, weil primäre Kalksedimente eines Erdzeitalters nach chemischer Kohlensäure-Lösungsverwitterung und Ausfällung erneut sedimentiert wurden. Nach moderner petrographischer Auffassung gilt der Begriff „Kalktuff“ als obsolet.
In Europa kommt diese Art von Kalkgestein im Falle begünstigender Umstände in Karstgebieten der humiden, gemäßigten Warmklimazone vor. Besonders bekannt und untersucht sind in Deutschland einige Vorkommen auf der und am Rand der Schwäbischen und der Fränkischen Alb sowie im Alpenvorland.
Abgrenzung mini|Das Seeburger Kraftwerk (erbaut 1920) zeigt mit seiner Fugengestaltung und Steinsichtigkeit ein typisches Erscheinungsbild von Häusern im Gebiet von Seeburg, in dem der Seeburger Kalktuff gebrochen und verbaut wurde.
Mit der irreführendenMartin Meschede et al.: Geologisches Wörterbuch. Springer Spektrum, Berlin 2022, S. 176. Bezeichnung „Kalktuff“ werden bezeichnet. „Begriffsverwirrung entsteht, wenn der Begriff Kalksinter und seine parallelen Begriffe Kalktuff und Travertin synonym verwendet werden.“ Zu Missverständnissen gibt oft Anlass, dass vulkanische Tuffe nach moderner petrografischer Auffassung allein als Tuffe anzusprechen sind. Diese sind im Gegensatz zu den Kalktuffen Gesteine aus verfestigten vulkanische Aschen und entstammen einer völlig anderen Petrogenese.
Kalktuffe haben keine deutliche Schichtung und sind nicht gebändert. Sie zeigen teilweise gleichförmige, mitunter aber auch blumenkohlartige Oberflächen und enthalten teilweise versteinerte Pflanzen und Kleintiere wie z. B. Schnecken. Sie liegen häufig in gelockerter und nur teilweise verfestigter Form vor. So können sie nicht poliert, in bruchfeuchtem Zustand jedoch mit Handsägen oder Messern geformt werden (gute Bearbeitbarkeit) und härten danach aus.Wolfgang Werner, Roman Koch: Kalktuffe. In: Naturwerksteine aus Baden-Württemberg – Vorkommen, Beschaffung und Nutzung. Landesamt für Geologie, Rohstoffe und Bergbau, Rüsselsheim 2013, S. 317, ISBN 978-3-00-041100-7. Zudem haben sie aufgrund ihrer zahlreichen, partiell auch großen Hohlräume gute wärmedämmende Eigenschaften.Andreas Kalweit, Christof Paul, Sascha Peters, Reiner Wallbaum (Hrsg.): Handbuch für Technisches Produktdesign: Material und Fertigung. Entscheidungsgrundlagen für Designer und Ingenieure. VDI-Buch. Springer, 2012, ISBN 978-3-642-02641-6, doi:10.1007/978-3-642-02642-3, S. 354
Im Gegensatz dazu sind Travertine deutlich geschichtet, fest und polierfähig. So wird im natursteinverarbeitenden Gewerk in Deutschland ein Kalktuff als Travertin bezeichnet, sofern er fest und polierfähig ist. Er kann nicht mit einem Messer geformt werden. Wird er gegen seine Lagerrichtung gesägt, so zeigt sein Schnitt eine deutliche Bänderung. Ein solcher Naturstein ist etwa der Cannstatter Travertin.
Alle oben genannten Gesteine zählen zu den Weichgesteinen.
Zudem (z. B. in Italien) gibt es noch „thermogene Travertine“, deren Kohlendioxid (CO2) aus thermalen Prozessen in oder unter der Erdkruste stammt, also von Thermalwässern aus größerer Tiefe. Das Quellwasser sprudelt mit dem gelösten Kalkanteil zutage, wo dieser durch den dabei eintretenden CO2-Verlust nach dem bekannten chemischen Reaktionsverlauf mit unterschiedlicher Intensität (abhängig vom Temperaturgefälle und pH-Wert im Wasser) wieder ausfällt.
Der ähnliche, „invasiv“ chemische Prozess bildet zwar auch das Kalksediment – allerdings im Oberflächenwasser und nicht an der Atmosphäre, wird aber in Europa nicht angetroffen. Vgl. dazu weiter unten den Abschnitt „Abgrenzung der vielfältigen Bezeichnungen für ausgefällten Kalk“.
Abgrenzung der vielfältigen Bezeichnungen für ausgefällten Kalk Die festen Sedimente werden oft –auch bei ähnlicher Morphologie – unterschiedlich als Kalksinter, Travertin und Kalktuff bezeichnet; die Begriffe werden sogar synonym verwendet.
Unter die allgemeinere Bezeichnung Sinter sind dagegen auch solche Materialien subsumiert, die man nicht zu den geologisch bestimmten Erscheinungen zählt (z. B. Mauersinter und Kesselstein), oder auch solche, die sich unter wesentlicher Beteiligung anderer Elemente bilden (z. B. Kiesel- oder Schwefelsinter).
Zur Bezeichnung der geologischen Erscheinungen im Karst kommen noch regionale, länderspezifische oder sprachbezogene Verwendungen, die sich bei lokalem Vorkommen historisch ergeben haben, so etwa auch die regionale Bezeichnung „Duckstein“, etwa im östlichen Niedersachsen.
Zu einer genaueren Abgrenzung ist die Bezeichnung Kalktuff nützlich (wenngleich „Tuff“ oder „Tuffstein“ als vulkanische Erscheinung eher in die Irre führt). Im deutschsprachigen Raum und der deutschsprachigen Literatur ist sie immer noch gebräuchlich – wohl auch wegen des relativ häufigen Vorkommens und der guten wissenschaftlichen Kartierung dieser Karsterscheinung; vgl. die wissenschaftlichen und umweltpolitischen Kartierungen als Geotope. Einheitlichkeit in der Bezeichnung hat sich auch im Schrifttum der Geologie bisher nicht durchgesetzt.Die Karst+Höhlen-Glossare der UNESCO von 1972 und der EPA, Washington, DC von 2002 (Links UNESCO und EPA) haben nur die Bezüge zwischen Bezeichnungen innerhalb einer Sprache und zwischen Sprachen systematisieren können.
Kalktuff, Travertin und Kalksinter können nach ihrem sinkenden Anteil an (freiem und gebundenem) Wasser unterschieden werden. Sie lassen sich weiter unterscheiden nach ihrer Dichte bzw. Porosität (durch Fremdkörper) und nach ihrer Festigkeit (durch Austrocknung und Eigendruck).
Kalksinter kann als Substanz hoher Reinheit und/oder dichter Schichtung angesehen werden, wie etwa die Tropfsteine in Höhlen.
Travertin ist das Sediment, das durch abiotische, ggf. auch biotische „Verunreinigungen“ mehr oder weniger porös bleibt und sich durch ständige Schichtung und damit steigenden Eigendruck und abnehmende Feuchtigkeit verändert. Solche Prozesse bezeichnet man als Diagenese.
mini|Türme am Mono Lake, Tufa (Kalifornien) – kein Kalktuff Tufa, der im Amerikanischen gebräuchliche Oberbegriff, der gerne mit Kalktuff übersetzt wird, ist kein Kalktuff. Die z. B. im Mono Lake in den Uferbereichen stehenden Tufa columns sind Türme, die unterirdisch im alkalischen (salzhaltigen) Wasser durch Mischung mit calciumreichem Grundwasser entstanden sind; sie sind ein völlig anders entstandes Material als hier beschrieben. Nachdem Kalifornien zur Trinkwassergewinnung dem ganzen Land große Mengen Wasser bis hin zum Mono Lake-Becken dauerhaft entnahm, sank der Wasserspiegel des Mono Lake so sehr, dass die Türme aus ihm hervorragten. Der englische Wissenschaftler Allan Pentecost, Experte für sämtliche karbonathaltige Sedimente weltweit, meint zum tufa vom Mono Lake: „Diese Formation entsteht nicht aus evaporiertem Kohlendioxid (CO2); genau genommen sind solche Ablagerungen keine Travertine,Travertine werden als Oberbegriff für alle Arten von Karbonatsedimenten gewählt. Tufa ist ein nicht „meteogen“, sondern „thermogen“ entstandenes Produkt, Pentecost Travertine, S. 53. sondern werden wegen ihrer Ähnlichkeit den epigenen Erscheinungsformen zugerechnet.“
Versteinerter Kalktuff: Baumaterial mini|Unteres Schlosstor, Schloss Hohentübingen, Kalktuffquader von 1606 (vermutlich Gönninger Kalktuff oder Honauer Kalktuff) mini|400 Jahre alte Mauersteine aus Kalktuff Kalktuff im ausgehärteten Zustand wurde jahrhundertelang bis ins 20. Jahrhundert als hochwertiges Baumaterial genutzt: Er ist leicht, bleibt witterungsbeständig, abriebfest, gut isolierend und feuerbeständig. Die Gewinnung im Steinbruch war arbeitstechnisch leicht – im relativ frischem Zustand (bruchfrisch) können poröse Quader auch leicht gesägt und bearbeitet werden. Sie „härten“ anschließend weiter aus.
Zahlreiche aufgelassene Steinbrüche und die lokale Verbauung belegen seine lokale wirtschaftliche Bedeutung. Vor allem als lokal vorkommender Baustein wurde Kalktuff bei ausreichender materialspezifischer Belastbarkeit und Witterungsbeständigkeit an vielen repräsentativen Gebäuden verwendet, wie in Baden-Württemberg am Tübinger Unteren Schlosstor (errichtet 1606) und in Bayern bei der Burghauser Burg seit dem 13. Jh. als fast einziges Baumaterial; auch die meisten Kirchen, Klöster und älteren Gebäude der Stadt Burghausen und vieler ähnlicher Städte im Voralpengebiet bestehen aus Kalktuff. Bei anderen Gebäuden wie dem Ulmer Münster und dem alten Stuttgarter Schloss wurde Kalktuff in kleinen Mengen verbaut, in Stuttgart im 20. Jh. bei Ausbesserungsarbeiten.
Vor der Entstehung Verkarstung Bei der Verkarstung laufen neben Prozessen physikalischer Verwitterung vorrangig chemische Prozesse der Kohlensäureverwitterung ab: dabei nimmt kohlensäurehaltiges Wasser im spröden Kalkgestein (Kalkstein, Kreide, Marmor und andere Calciumcarbonate) eines mehr oder weniger entwickelten Karstsystems die Karbonate bis zur Sättigung in Lösung. Gerät der gelöst transportierte Kalk dann unter andere Umgebungsbedingungen, so kann er durch chemische Ausfällung erneut abgelagert werden. Die beiden Vorgänge können als zwei verschiedene Gleichgewichtszustände eines umkehrbaren chemischen Prozesses angesehen werden (vgl. dazu Calciumhydrogencarbonat).
Ausfällung des gelösten Kalks Wechselwirkungen von Karstwasser und Kohlenstoffdioxid – unterirdisch oder beim Austritt an die Oberfläche – können das Ausfällen von Kalk auslösen. Vor allem in Karst-Systemen und nach dem Austritt aus Karstquellen können beachtliche Kalkmengen sedimentieren, indem der im Karstwasser gelöste Kalk unter sich verändernden chemischen und physikalischen Bedingungskonstellationen wieder ausfällt.
Entstehung mini|hochkant|Flächiges Durchnässen und Moos-Assimilation aus dem Karstwasser begünstigen Ausfällung und Ablagerung Die Ablagerung von Kalk als Kalktuff entsteht vornehmlich hinter kalten Schichtquellen (Kalktuffquellen) im Karst. Solche Ablagerungen gibt es in einigen Karstgebieten der humiden, gemäßigten Warmklimazone seit der letzten Warmzeit (siehe Würmeiszeit) und auch gegenwärtig noch. Ob es zu Ausfällung von Kalk aus Karstwasser kommen kann und in welchen Mengen, hängt allgemein von den klimatischen und geologischen Bedingungen ab, besonders von weiteren physikalischen und chemischen Bedingungskonstellationen, die regional oder lokal vorliegen müssen.
Die günstigsten klimatischen Bedingungen bestanden während der rund zweitausend Jahre des postglaziären Atlantikums. In dieser Zeit (vor ca. 8000–6000 Jahren) lagen die durchschnittlichen Temperaturen in Mitteleuropa ca. 2 Grad höher als heute, und es war damals niederschlagsreicher.
Liegen diese allgemeinen Voraussetzungen vor, gehören zu den notwendigen Bedingungen für das Ausfällen noch die folgenden Faktoren: eine relativ geringe Schüttung der jeweiligen Quelle, eine relativ große Verdunstungsoberfläche, ein günstiger Korridor der Wassertemperaturen, eine Veränderung der Druckverhältnisse und bestimmte Ionenkonzentrationen. Wenn Karstwasser über Moosteppiche, Algenteppiche oder Kolonien von Cyanobakterien fließt, kann eine größere Kalkmenge ausgefällt werden, wenn die Organismen für ihre Assimilation (Photosynthese) dem Karstwasser Kohlenstoffdioxid entziehen. Dadurch steigt der pH-Wert des Wassers, und die Löslichkeit von Kalk sinkt, der Kalk fällt aus.Stephan Kempe, Wilfried Rosendahl (Hrsg.): Höhlen. Verborgene Welten. Wissenschaftliche Buchgesellschaft, 2008, S. 39 ff Die Kalksedimente können mit Raten von 0,01 mm/Jahr bei anorganischer und bis zu 20 mm/Jahr bei organisch mitinduzierter Ausfällung wachsen.