Die Cueva de Villa Luz ist eine Höhle in der Nähe des Ortes Tapijulapa im mexikanischen Bundesstaat Tabasco. Sie ist auch unter verschiedenen anderen Namen bekannt, die sich auf die Geologie und Ökologie der Höhle beziehen. Die Höhle weist aufgrund zahlreicher schwefelwasserstoffhaltiger Quellen und wegen Folgereaktionen große Mengen an Gips- und Schwefelablagerungen auf. Auf Bakterien, die den Schwefelwasserstoff als Energiequelle nutzen können, ist eine für Höhlen große Artenvielfalt zurückzuführen, da diese Bakterien die Nahrungsgrundlage verschiedener Tiere bilden. Sie ist neben der Höhle von Movile in Rumänien in der Nähe des Schwarzen Meers die einzige bekannte Höhle, in der Schwefelbakterien die Grundlage des Ökosystems bilden.

In der präspanischen Zeit wurde die Cueva de Villa Luz vom indigenen Volk der Zoque als religiöse Stätte genutzt. Auf Basis des dort durchgeführten historischen Rituals wird am Palmsonntag ein Fest begangen, das von Einheimischen und Touristen besucht wird.

Lage Die Cueva de Villa Luz liegt etwas mehr als drei Kilometer südlich vom Ort Tapijulapa im Süden des mexikanischen Bundesstaats Tabasco und anderthalb Kilometer westlich vom Río Oxolotán. Sie befindet sich im Arroyo del Solpho, einem Tal an einem niedrigen Bergkamm aus Kalkstein. Das Gebiet liegt im Naturschutzgebiet Parque estatal de la Sierra de Tabasco.

Die Region ist ein steil ansteigendes Vorland des Gebirgszugs Sierra Madre de Chiapas. Aufgrund eines niederschlagsreichen und warmen Klimas wächst auf den Berghängen eine dichte Vegetation. In der Gegend liegen viele Höhlen.

Geologie Geologisches Umfeld Die Höhle befindet sich in einem Ausläufer der Sierra Madre von Chiapas, einem Gebirgszug im Südosten Mexikos. Die Sierra-Madre-Formation hat sich hauptsächlich aus Karbonatsedimenten der mittleren Kreidezeit gebildet, teilweise befinden sich dort auch Gesteinsschichten mit Ursprung im Jura und in der Trias.

In einer Entfernung von 25 Kilometern westlich der Höhle befinden sich Sulfidvorkommen, die wirtschaftlich genutzt werden können. Ungefähr 50 Kilometer westlich befindet sich der aktive Vulkan El Chichón, der zuletzt 1982 ausgebrochen ist. Nördlich der Höhle, in ungefähr 65 Kilometern Entfernung, bei Villahermosa, wird Erdöl gefördert. Möglicherweise gelangt Schwefelwasserstoff von den Ölfeldern oder aus dem vulkanischen Gebiet zu den Quellen innerhalb der Cueva de Villa Luz.

Entstehung Die Cueva de Villa Luz ist eine hypogene Höhle. Sie wurde hauptsächlich durch aus der Tiefe aufsteigendes schwefelreiches Wasser gebildet, während die Höhlenbildung durch Oberflächenwasser nur einen kleinen Anteil hatte. Das Grundgestein wurde vom Quellwasser umflossen und durch chemische Prozesse und Erosion abgetragen, sodass ein Hohlraum entstand. Vermutlich waren an den Positionen der Lichtschächte in der Höhle Quellen beteiligt, die an die Oberfläche führten. Diese These wird durch die Vielzahl der Quellen in der Höhle gestützt. Da der Fluss in der Nähe der Höhle durch Erosion sein Flussbett vertiefte, sank der Grundwasserspiegel und Teile der Höhle fielen trocken, so dass seitdem das Quellwasser durch den luftgefüllten Raum innerhalb der Höhle als Bach floss.

In der Höhle laufen verschiedene chemische Reaktionen ab, wodurch sich Schwefelsäure und anschließend Gips bilden. Im ersten Schritt reagiert Schwefelwasserstoff mit atmosphärischem Sauerstoff zu elementarem Schwefel und Wasser. 2 H2S + O2 -> 2 S^0 + 2 H2O

Der Schwefel kann sowohl abiotisch als auch biotisch durch Mikroorganismen oxidiert werden, wodurch Schwefelsäure entsteht. 2 S^0 + 3 O2 + 2 H2O -> 2 SO4^2- + 4 H+ oder H2S + 2 O2 -> SO4^2- + 2 H+

Die gebildete Schwefelsäure reagiert beim Vorgang der Schwefelsäureverwitterung mit Kalk aus dem Kalksandstein, der sich hierdurch langsam auflöst (dissolviert), da die Calciumionen in Wasser löslich sind und zudem Kohlenstoffdioxid freigesetzt wird. CaCO3 + 2 H+ -> Ca^2+ + H2O + CO2

Die gelösten Calciumionen verbinden sich anschließend mit den Sulfationen der Schwefelsäure zu wasserunlöslichem Gips. Gipskristalle kommen als Überzug an den Felswänden vor oder hängen als Gipsstalaktiten von der Decke der Höhle. Ca^2+ + SO4^2- + 2 H2O -> CaSO4*2H2O

Möglicherweise führten auch andere biotische und abiotische Reaktionen zu denselben Ergebnissen bei der Höhlenbildung.

Neben diesen Vorgängen auf der Grundlage von Schwefel spielt Kohlensäure, die sich aus Wasser und aus den Quellen austretendem Kohlenstoffdioxid bildet, ebenfalls eine Rolle bei der Auslösung des Kalksteins. Das entstandene Calciumhydrogencarbonat ist im Vergleich zum Kalkstein wesentlich wasserlöslicher. H2O + CO2 -> H2CO3 CaCO3 + H2CO3 -> Ca^2+ + HCO3-

Höhlenatmosphäre Beim Betreten der Höhle ist ein Geruch nach faulen Eiern wahrnehmbar, der von dem Schwefelwasserstoff herrührt. Das giftige Gas mit einer Maximalen Arbeitsplatz-Konzentration (MAK) von 5 ppm tritt aus mehr als einem Dutzend Quellen aus und hat einen Anteil von 1 bis 40 ppm in der Höhlenatmosphäre, vereinzelt steigt der Anteil innerhalb weniger Minuten auf bis zu 240 ppm an. Die Atmosphäre in der Höhle unterscheidet sich auch für andere Gase von der normalen Zusammensetzung im Außenbereich. Der Sauerstoffanteil liegt teilweise unter 10 %, während Kohlenstoffmonoxid einen Anteil von 85 ppm (MAK von Kohlenstoffmonoxid bei 35 ppm) hat. Der Kohlenstoffdioxidanteil liegt bei 420 bis 900 ppm, der von Methan bei 1,88 bis 3,67 ppm. In der Nähe der Quellen sind die Werte für Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Methan höher. Wegen der erhöhten Konzentration der giftigen Gase fühlen sich Höhlengänger während des Besuchs und danach oft krank. Aus diesem Grund sollten die hinteren Höhlenbereiche nur mit einer entsprechenden Atemausrüstung mit Sauerstoffmaske betreten werden.

Beschreibung Die Cueva de Villa Luz ist eine 500 Meter lange Karsthöhle. Wenn alle Haupt- und Seitengänge gemessen werden, haben sie insgesamt eine Länge von ungefähr 1900 Metern. In der Höhle befinden sich mehrere Kammern, die durch niedrige Passagen miteinander verbunden sind. Die Hauptkammer hat eine Höhe von etwa 12 Metern. Insgesamt sind in der Decke 24 Öffnungen, wodurch in manche Bereiche Frischluft und Licht gelangen können. Wegen der Lichtschächte hat die Höhle den Namen Cueva de Villa Luz erhalten, was Höhle des erleuchteten Hauses bedeutet. Die meisten Öffnungen befinden sich jedoch in Spalten, so dass das Licht oft nicht den Innenraum der Höhle erreicht. Vereinzelt ist die Decke eingebrochen. Das Relief der Höhle hat Höhenunterschiede von nur 25 Metern. Von den Einwohnern Tapijulapas wurde eine Treppe als Zugang zur Höhle erbaut.

mini|Gewässer im Innenraum der Höhle Die Wände, die Decke und die Bereiche des Grundes, die nicht vom Bachlauf erreicht werden, sind größtenteils von mikrokristallinem Gips bedeckt. Am Boden sammelt sich heruntergefallener Gips teilweise bis auf eine Höhe von mehreren Metern an. An der Decke und an überhängenden Wänden hängen bis zu 10 Zentimeter lange, blattartige Gipsstrukturen, die in den Raum zeigen. Der Gips besteht zum Teil auch aus Marienglas. Elementarer Schwefel lagert sich teilweise auf dem Gips oder auf unlöslichem Gestein ab. Vor allem in der Nähe der schwefelwasserstoffhaltigen Quellen sind größere Mengen an Schwefelablagerungen erkennbar. In einer Passage formt der elementare Schwefel mehrere Zentimeter lange, lamellenartige Strukturen, die sich einen halben bis einen Meter über der Wasseroberfläche befinden. Vereinzelt ist Calcit in Form von Mondmilch abgelagert. In einzelnen Kammern sind Stalagmiten und Stalaktiten vorhanden. Im Sediment des Bachlaufs befinden sich verschiedene Minerale, wie Ton, Quarz und Minerale metamorphen und magmatischen Ursprungs, z. B. Labradorit, Hornblende, Chloritminerale, Zirkon und Muskovit. Auch Schiefer wurde in diesem Sediment gefunden.

An manchen Stellen hängen viele Bakterienkolonien als schleimige Fäden von der Decke, an denen Schwefelsäure heruntertropft. Die Schwefelsäure hat teilweise einen pH-Wert von 1 oder niedriger, weshalb sie in der Lage ist, Löcher in Kleidung zu ätzen.

Die mittlere Temperatur in der Höhle ist mit 28 °C etwas höher als außerhalb der Höhle, wo die Durchschnittstemperatur bei 27 °C liegt. Die Höhle wird von mindestens 26 Thermalquellen gespeist, aus denen Wasser mit einer Temperatur um 28 °C tritt, während das Grundwasser in der Region eine Temperatur von 22 bis 24 °C aufweist.

Bachlauf Bachlauf in der Höhle mini|Bachlauf in der Höhle Ein zweiarmiger Bach fließt über die gesamte Länge der Höhle und wird durch viele Quellen gespeist. Das Wasser einiger Quellen enthält den giftigen Schwefelwasserstoff. Die Schwefelwasserstoffkonzentration im Wasser ist im hinteren, durch einen Wasserfall abgegrenzten Bereich geringer, weil dort weniger Schwefelwasserstoff durch die Quellen eingetragen wird. Zum Teil ist das Quellwasser klar, zum Teil entspringt milchig blaues, getrübtes Wasser, für dessen Färbung vermutlich Calciumsulfat oder elementarer Schwefel verantwortlich ist.

Der Bachlauf hat durchschnittlich eine Tiefe von 30 bis 60 Zentimetern und ein geringes Gefälle. In Bereichen geringer Strömung befindet sich am Grund des Bachbettes grauer bis schwarzer Schlamm, ansonsten besteht das Bett aus nacktem Fels. Im Bach befinden sich einige tiefere Becken mit einer Tiefe von bis zu anderthalb Metern.

El Azufre mini|El Azufre El Azufre ist ein Bachlauf, der in den Hügeln südwestlich oberhalb der Höhle entspringt. Nach dem Ausfluss vereinigt sich der Höhlenbach mit dem El Azufre. Er fließt weitere anderthalb Kilometer, bis er über einen Wasserfall in den zum Río-Grijalva-Flusssystem gehörenden Río Oxolotán mündet. El Azufre wird auch von einem Wasserlauf aus einer weiteren Höhle gespeist, der Cueva Luna Azufre, in der sich jedoch entgegen ihrer Namensgebung keine Schwefelquellen befinden.

Auf der Strecke zwischen der Cueva de Villa Luz und der Mündung hat das Wasser wegen der Schwefel- und Sulfatverbindungen eine milchige bis hellblaue Färbung. Im El Azufre konnten trotz der toxischen Schwefelwasserstoff­konzentration zwei Fischarten nachgewiesen werden: Atlantikkärpflinge (Poecilia mexicana) und Salvins Buntbarsche (Trichromis salvini).

Höhlenökologie Aufgrund des Mangels an Licht können keine Pflanzen oder Algen in der Cueva de Villa Luz überleben. Diese bilden üblicherweise durch Photoautotrophie die Basis der Nahrungskette eines Ökosystems. Neben der Höhle von Movile ist die Cueva de Villa Luz die einzige bekannte Höhle, in der Schwefelwasserstoff die Grundlage für das Ökosystem bildet. Der Unterschied besteht darin, dass die Cueva de Villa Luz im Gegensatz zur Höhle von Movile kein geschlossenes System ist. Neben dem Schwefelwasserstoff kommt es zusätzlich zu Energieeinträgen durch Guano von Fledermäusen und durch Pflanzenreste, die durch die Oberflächenschächte und den Eingang in die Höhle gelangen. Diese Einträge spielen für das Ökosystem aber nur eine untergeordnete Rolle.

Mikrobiologie mini|Snottiten in der Cueva de Villa Luz