mini|„Zwergenloch“ am Sachsenstein bei Bad Sachsa (Deutschland) Quellungshöhlen () sind blasenartige, länglich-ovale Hohlräume im Gestein, die durch die Umwandlung von Anhydrit in Gips und eine damit verbundene Volumenvergrößerung entstehen. Im Volksmund des Südharzes werden diese kleinen Höhlen oft als Zwergenlöcher bezeichnet, da Sagen früher Zwerge darin vermuteten. Weltweit stellen Quellungshöhlen eine geologische Rarität dar, da sie nur in sehr wenigen Regionen gehäuft auftreten.Standorte aktiv wachsender Quellungshöhlen researchgate.net (englisch)
Beschreibung Quellungshöhlen sind blasenartige, länglich-ovale Hohlräume im Gestein. Voraussetzung für ihre Bildung ist Anhydritgestein im Untergrund. Nimmt Anhydrit Wasser auf, beginnt sich die Oberfläche in Gips umzuwandeln. Dabei vergrößert sich das Volumen um insgesamt ca. 60 %. Es kommt zu Quellungsvorgängen. Die obere vergipste Gesteinsschicht hebt sich vom anhydritischen Untergrund ab. Vergrößert sich der Hohlraum, so bricht die Dachbank. Damit wird der Hohlraum zu einer zugänglichen Höhle. Bei einer weiteren Aufwölbung und eine Übersteilung infolgedessen kommt es zum Einsturz dieses Hohlraums. Gleichzeitig beginnt an anderen Stellen erneut eine Vergipsung. Dieser Prozess vollzieht sich in geologisch sehr kurzen Zeiträumen. Von der Entstehung der Blase bis zu ihrem kompletten Einsturz vergehen nur wenige Jahrhunderte.
Die größeren Exemplare erreichen Längen von bis zu 10 Metern und eine Höhe (Firsthöhe) von etwa einem halben bis über einem Meter.
Für den Geotoptyp der Quellungshöhlen gibt es in der geologischen Fachsprache keine klassische lateinische Bezeichnung.
Vorkommen Quellungshöhlen stellen weltweit eine geologische Rarität dar. Aktiv wachsende Höhlen dieser Art treten nur an vier bekannten Regionen in größerem Maße auf. Die Fundplätze sind in Deutschland, Russland, der Ukraine und Kanada.
Das europäische Vorkommen am Sachsenstein und Höllstein bei Walkenried (Südharz) ist in seiner räumlichen Dichte einzigartig. Während es sich hierbei sowie bei den Formationen auf Nowaja Semlja (Russland) um die einzigen in der Literatur dokumentierten Vorkommen natürlichen Ursprungs handelt, sind die Fundorte im Steinbruch von Pisky (Ukraine) und in Dingwall (Nova Scotia, Kanada) anthropogener Natur.
Objekte Sachsenstein (Deutschland) mini|Sachsenstein bei Bad Sachsa mini|„Zwergenloch“ bei Walkenried Südöstlich von Bad Sachsa gibt es im Anhydritmassiv des Sachsensteins sowie weiter östlich im Höllstein in Richtung Walkenried zahlreiche Quellungshöhlen. Diese werden im Volksmund als Zwergenlöcher bezeichnet, da Sagen früher Zwerge darin vermuteten. Die Zwergenlöcher zählen nicht zuletzt deswegen zu den bedeutendsten Naturdenkmalen der Region. Alle größeren Quellungshöhlen tragen einen meist sehr phantasievollen Namen wie Waldschmiede, Zwergenkirche, Zwergensakristei, Arnulfsloch oder Möppelloch.
Seit dem endgültigen Einsturz der sogenannten WaldschmiedeWaldschmiede auf karstwanderweg.de bei Walkenried führen die Zwergenlöcher am Südharz ein eher kümmerliches Dasein. Einst auch Touristenmagnet sind sie jetzt wertvolle, weil recht seltene Geotope.Die Zwergenlöcher sind auf der Liste der Geotope im Landkreis Göttingen unter der Nr. 4429/13 eingetragen. Erstmals erwähnt werden „Zwerg-Löcher“ 1703 von Georg Henning Behrens. Eingehende beschreibende Betrachtungen stellte 1931 Walter Biese an. Im Jahr 1981 veröffentlichten Richard L. Breisch und Fred L. Wefer eine einflussreiche Forschungsarbeit über die Entstehung sogenannter „Gypsum bubbles“ (Gipsblasen) bzw. Quellungshöhlen. Breisch und Wefer präsentieren ein Rechenmodell zur HohlraumgeneseUnter Hohlraumgenese versteht man in der Geologie, Karst- und Höhlenforschung die Entstehung und Entwicklung von unterirdischen Hohlräumen im Gestein. Das Wort setzt sich zusammen aus „Hohlraum“ und „Genese“ (griechisch für Entstehung/Ursprung). dieser Objekte und postulierten bereits seitlichen Druck für ihre Entstehung.
Um bessere Daten zu erhalten, wurden an der sogenannten Zwergenkirche mit Zustimmung der oberen Naturschutzbehörde im Jahr 1999 vier Stahlbolzen als geeignete Fixpunkte an der Innenseite der Dachbank eingesetzt. Bei jährlichen Messungen Ende März zeigte sich als Ergebnis nach 3 Jahren in 2002 eine deutliche Einengung an der Basis der Höhle um 7 mm, was auf den seitlichen Zuschub der dachbildenden Bank zurückzuführen ist. Die Dachflanken verlängerten sich im selben Zeitraum um 5 bzw. 8 mm; hier wirkt die Längenausdehnung der Dachbank direkt ein.
Rezente Quellungshöhlen werden jedoch immer häufiger auch auf Anhydritsohlen aufgelassener Gipssteinbrüche nicht nur im Südharz (Juliushütte, Ellrich) beschrieben. An ihnen kann der Raumveränderungsprozeß quantitativ modellhafter beobachtet und beschrieben werden, da hier in der Regel kaum oder weniger Störungen durch den langeinwirkenden Verwitterungs-, Bodenbildungs- oder Durchwurzelungsprozesssprozeß auftreten.
Alle größeren Höhlen mit 0,5 bis 2 Meter Firsthöhe und bis zu 10 Meter Länge sind im Harzer Höhlenkataster erfasst. Als Begründer des Harzer Höhlenkatasters gilt Friedrich Stolberg, der 1923 mit der Aufstellung des Katasters begonnen hat. Das Höhlenkataster ist im Jahre 1995 auf EDV-Betrieb umgestellt worden.
Das Gebiet gehört unter anderem zum Gipskarstgebiet bei Bad Sachsa (bis 2021 Gipskarstlandschaft Bad Sachsa und Walkenried), das für seine besonderen geologischen und naturräumlichen Strukturen bekannt ist. Durch das Gebiet verlaufen mehrere Wanderwege, darunter auch eine Teilstrecke des Karstwanderwegs Südharz. Die Schutzhütte Sachsensteinhütte ist als Nr. 166 in das System der Stempelstellen der Harzer Wandernadel einbezogen.Stempelstelle 166 / Sachsensteinhütte harzer-wandernadel.de
Auch die einzige Gips-Schauhöhle Niedersachsens, die Sachsensteinhöhle, war dort zu finden, sie fiel aber in den 1950er Jahren dem Gipsabbau zum Opfer.
Nowaja Semlja (Russland) Dass Quellungshöhlen gerade auf Nowaja Semlja, insbesondere auf den Alebastrowyje-Inseln, so ausgeprägt sind, liegt an der besonderen Kombination aus arktischem Klima und Geologie. Die Alebastrowyje-Inseln () sind eine kleine, unbewohnte, geologisch einzigartige Inselgruppe in der Oblast Archangelsk im Nordwesten Russlands. Sie befinden sich in der Kaspischen Meeresstraße Matotschkin Schar südwestlich des arktischen Archipels Nowaja Semlja. Der Name leitet sich von ihrer Beschaffenheit ab. Die Inseln bestehen fast vollständig aus Anhydrit aus dem Unterkarbon, das von einer 1,5 bis 3 Meter dicken Verwitterungsschicht aus Alabaster überzogen ist. Die einzelnen Felsen sind durch bis zu 1,5 Kilometer lange Nehrungen miteinander verbunden, zwischen denen sich Lagunen und Salzwasserseen bilden.
Nowaja Semlja ist die nördliche Fortsetzung des Ural-Gebirges. Im Paläozoikum (vor rund 300 bis 400 Millionen Jahren) befand sich hier ein flaches Randmeer. In den heißen Phasen dieser Ära verdunstete das Wasser massiv, wodurch sich kilometerdicke Schichten aus Sulfatgesteingesteinn (Anhydrit und Gips) ablagerten.
In der Arktis ist der Boden tief gefroren. Die Hydratation findet vor allem dort statt, wo im Sommer das Eis der obersten Schicht (Auftauschicht) schmilzt und Wasser in die Risse des Anhydrits dringt. Das Zusammenspiel aus Frostsprengung im Winter und chemischer Quellung im Sommer formte diese einzigartige Landschaft.
Aufgrund dieser rasanten, aktiven geologischen Veränderungen gelten die Inseln als international bedeutendes Geotop.
Pisky (Ukraine) Der Steinbruch von Pisky (Pisky quarry) in der Westukraine, nahe der Stadt Lwiw (Lemberg), ist eine international bedeutende geologische Stätte für die Erforschung von Quellungshöhlen. Diese extrem seltenen geologischen Formationen entstehen direkt am Grund des über ein Jahrhundert aktiven Gips-Steinbruchs durch die chemische Verwitterung von Anhydrit. Geologische Querschnitte des Steinbruchs wurden bereits in den Jahren 1894–1895 vom polnisch-österreichischen Geologen Wawrzyniec Teisseyre für den Geologischen Atlas von Galizien dokumentiert.
Der „Große Dom“ beherbergte die spektakulärste Höhle des Areals. Der Gesteinsdom selbst war über 2 Meter hoch, 18 Meter lang und 15,5 Meter breit. Die Höhle im Inneren maß rund 9,5 × 7,8 Meter bei einer Deckenhöhe von 1,2 Metern.
Neben den Höhlen zeigt der Steinbruch weitere seltene geologische Phänomene wie Sulfatkarst, kugelförmige Verwitterung von Anhydrit sowie seltene Evaporit-Minerale.
Während Quellungshöhlen in Deutschland vor allem historisch aus dem Südharz als sogenannte „Zwergenlöcher“ bekannt sind, bietet der verlassene Steinbruch in Pisky eine einzigartige, frische Topografie für die Forschung. Der kommerzielle Betrieb wurde im späten 20. Jahrhundert eingestellt. In den 1990er-Jahren war der Abbau bereits vollständig beendet, da zu dieser Zeit die intensiven universitären Forschungen zu den heute weltberühmten Quellungshöhlen am freigelegten Steinbruchboden begannen.
Dingwall (Kanada) Die ostkanadischen Provinzen New Brunswick, Neufundland, Prince Edward Island und insbesondere Nova Scotia weisen erhebliche und auch in der Fläche verbreitete Gips- und Anhydritvorkommen auf. Es handelt sich um Evaporite des späten Unterkarbons (Windsor-Serie), die sich erdgeschichtlich unter tropisch-ariden Bedingungen der Äquatornähe in einem epikontinentalen Flachmeer entwickelten. Erst die jüngere Kontinentalverschiebung führte zur Lage in einer geographischen Breite Süd- und Mitteleuropas am Ostrand Nordamerikas.
mini|Anhydrit (Windsor Group) Der Tagebau auf Gips, der quantitativ der deutschen Produktion entspricht, verfügt über solide Vorräte für ein Jahrhundert und konzentriert sich dabei auf wenige Großtagebaue. Der Gips ist überwiegend hoch-weiß. In einem 1956 aufgelassenen Gipssteinbruch an der kanadischen Atlantikküste bilden sich und vergehen seither Hunderte von Quellungshöhlen. Die Oberfläche der Quellungshöhlen besteht zum Teil aus nacktem Gips bzw. Anhydrit, z. T. aus vergrustem, ca. zuckerwürfelgroßem scherbigem Gips. Beide Typen grenzen örtlich scharf, fallweise direkt auf einer Quellungshöhle aneinander. Die Ursache liegt sicher in der unterschiedlichen Vergipsung. Nur etwa ein Zehntel der Quellungshöhlen ist angeschnitten, also zugänglich oder einsehbar.
Die größte zugängliche Quellungshöhle in Dingwall war Ramesh Cave mit gut 10 Meter Längserstreckung und 1,35 Meter Scheitelhöhe. Die zweitgrößte zugängliche Höhle Maruhn-CaveBilder von Maruhn-Cave (Kanada) researchgate.net (englisch) hat eine Grundfläche von ca. 8 × 4,5 Metern mit sanft gewölbter Dachbank und maximaler Raumhöhe von 1 Meter. Die Wachstumsraten (Schub, Einengung) liegen bei ca. 2 cm im Jahr. Ein chemischer Einfluss der Salzgischt des Atlantiks ist möglich. Das Verfallsstadium zeigt bisweilen kleine Naturbrücken.
Das Areal um Dingwall (Nova Scotia) ist für alle Freunde des Gipskarstes ein touristisch und wissenschaftlich attraktives Ziel. Im Brackwasser der Haffs (North Harbour, South Harbour) des Mündungsästuars des Aspy River liegen zahlreiche KüstenkliffsEin Küstenkliff (auch Steil- oder Abbruchküste genannt) ist eine steil aufragende Küstenform, die durch die abtragende Kraft der Meeresbrandung (Abrasion) entsteht. aus Gips, zum Teil mit Weißkopfseeadler-Horsten, sogar Gipsinseln. Es ist ein gutes Wander- und Paddelrevier, vom Boot lassen sich die Küstenbildungs- und Laugphänomene im Gips oder die Ausbildung typischer wabenförmiger Oberflächen des Gipses gut studieren.
Nur hier tritt eine auf den sulfatischen Boden eingestellte Vegetation, etwa mit Gelbem Frauenschuh, auf.
Eriesee (Vereinigte Staaten)