Die Ajalon-Höhle (, Plene: ) in der Nähe von Ramla, zwischen Tel Aviv und Jerusalem, ist mit mehr als 2700 Metern Länge die zweitgrößte Kalksteinhöhle Israels. Ihr Name ist von ihrer Lage in dem bereits im Alten Testament erwähnten Tal von Ajalon abgeleitet. Die Ajalon-Höhle wurde am 24. April 2006 bei Arbeiten im Steinbruch einer Zementfabrik entdeckt. Sie soll zum Schutz der einzigartigen Fauna mit mindestens sechs endemischen Arten von Arthropoden für die Öffentlichkeit unzugänglich bleiben. Der Betreiber des Steinbruchs erklärte, dass sein Unternehmen ungeachtet möglicher Störungen des Betriebs an der Erhaltung der Höhle und ihres Ökosystems interessiert sei.
Lage und Entdeckung mini|Nordrand des Nesher-Steinbruchs, Querschnitt mit der Ajalon-Höhle Die Ajalon-Höhle befindet sich etwa vier Kilometer südöstlich der Stadt Ramla und 21 Kilometer vom Mittelmeer entfernt im israelischen Zentralbezirk (Koordinaten: ). Sie liegt in einem Kalksteinbruch der Nesher Israel Cement Enterprises Ltd., der eine Fläche von etwa 1300 × 600 Metern einnimmt. Die Sohle des Steinbruchs lag im Jahr 2006 etwa 100 Meter unterhalb des ursprünglichen Geländeniveaus, und damit unterhalb des Grundwasserspiegels der 1950er Jahre. Routinemäßige Untersuchungen des Untergrunds ergaben Hinweise auf Hohlräume im Gestein. Bei deren näherer Untersuchung stellten Angehörige der Hebräischen Universität von Jerusalem und ehrenamtliche Helfer des Israel Cave Research Center die Ausdehnung des Höhlensystems fest.
Geologie mini|Verbindungsgang in der oberen Ebene der Höhle Struktur der Höhle Trotz der geringen Größe des Landes ist Israel außerordentlich reich an Höhlen, die meisten davon sind Karsthöhlen. Im Karst besteht ein hohes Risiko plötzlicher Einstürze unterirdischer Hohlräume, sowohl in Steinbrüchen als auch in Siedlungen auf nur unzureichend untersuchtem Boden. In der Vergangenheit kam es im Bereich der Ayalon Saline Anomaly wiederholt zu derartigen Einbrüchen, auch in unmittelbarer Nähe zu bewohnten Häusern. Im Dezember 1997 ereignete sich im Steinbruch der Nesher Israel Cement Enterprises ein tödlicher Unfall. Die Decke eines Hohlraums war durch die Abbauarbeiten so dünn geworden, dass eine Planierraupe mit dem Fahrer 40 Meter in die Tiefe stürzte. Seither wurden im Steinbruch während des Abbaubetriebs zahlreiche Bohrungen durchgeführt, um Gefahrenstellen frühzeitig zu erkennen. Dabei wurden am nördlichen und östlichen Rand des Steinbruchs, in der Umgebung der Ajalon-Höhle, wiederholt Hohlräume entdeckt, die aber nicht deren Ausmaß hatten und teilweise bereits eingestürzt waren.
Die Ajalon-Höhle ist eine Karsthöhle in der Oberkreide Israels, die aus einer Anzahl von engen, teilweise vertikalen Gängen mit einer Gesamtlänge von 2.780 Metern besteht. Die Höhle erstreckt sich auf zwei Hauptebenen über 11,30 bis 49 Meter Höhe über dem Meeresspiegel und nimmt eine Fläche von nur etwa 100 × 140 Metern ein. Die obere Ebene liegt in einem Bereich von 40 bis 49 Metern über dem Meeresspiegel. Sie besteht vorrangig aus engen, labyrinthartig miteinander verbundenen Gängen mit rundem oder elliptischem Querschnitt und 0,30 bis 1,40 Metern Durchmesser. Die Gesamtlänge der Röhren in der oberen Ebene beträgt fast 2000 Meter, das sind etwa drei Viertel der Höhlenlänge. Die Röhren sind teilweise eingestürzt oder mit Ton verfüllt. Ein Teil der Wände ist mit Calcitkrusten bedeckt, die an einigen Stellen die Röhren überwiegend oder vollständig verschlossen haben.
Die untere Ebene liegt zwischen 11,30 und 32 Metern über dem Meeresspiegel und ist mit der oberen Ebene durch vertikale Schächte verbunden. Sie weist breitere Durchgänge und drei Kammern auf. Der untere Bereich ist durch wesentlich mehr Einstürze als die obere Ebene gekennzeichnet, viele Gänge sind dadurch unpassierbar geworden. Die größte Kammer ist etwa 200 Meter vom Höhleneingang entfernt und bildet eine mehr als 30 Meter hohe Halle mit einem Durchmesser von 40 Metern. Die Wände der Halle sind mit hellen Calcitkristallen bedeckt. Sie bilden am unteren Teil eine etwa fünf Zentimeter starke Schicht, die nach oben hin dünner wird.
Über der Halle befindet sich eine nur etwa 30 Meter starke Gesteinsschicht. Obgleich die Halle frei steht, haben Berechnungen ergeben, dass sie nur eine geringe Stabilität aufweist. Dieser Befund wird dadurch gestützt, dass seit der Entstehung des Hohlraums Teile der Decken in den Kammern herabgestürzt sind, und einige Gänge durch Trümmer und Verformungen blockiert sind.
Einen Teil der Hallenfläche nimmt ein im Jahr 2006 etwa vier Meter tiefer Höhlensee ein, in dem sich salzhaltiges Grundwasser mit einer hohen Konzentration von Schwefelwasserstoff befindet. Unter der Wasseroberfläche befinden sich Karren, deren Entstehung auf eine absteigende Wasserströmung zurückgeführt wird. Die Analyse des Wassers ergab in den tieferen Bereichen eine Temperatur von 28,5 bis 30 °C, 4,5 ppm Schwefelwasserstoff, einen pH-Wert von 6,8 und einen Salzgehalt von 490 bis 1300 mg/l an Chlorid. Das Wasser des Sees ist unterhalb von einem Meter Tiefe anoxisch. Die Schicht schwefelhaltigen Thermalwassers wird durch nur etwa 25 °C warmes Oberflächenwasser überlagert, dessen Eigenschaften weitgehend mit dem umgebenden Grundwasser übereinstimmen, und in dem die Krebstiere des Sees leben.
mini|Ajalon-Höhle, große Kammer mit dem Höhlensee, im Vordergrund und hinten links Trümmer von zurückliegenden Deckeneinstürzen
Hydrogeologie Die Ajalon-Höhle befindet sich im Bereich des Yarkon–Taninim-Aquifer, dem wichtigsten Süßwasserreservoir Israels. Der Yarkon-Taninim-Aquifer hat seinen Namen von zwei durch ihn gespeiste Quellen. Der Yarkon entspringt aus Süßwasserquellen etwa 15 Kilometer östlich von Tel Aviv. Der Taninim bezieht hingegen salzhaltiges Wasser aus etwa 60 Kilometer nördlich gelegenen Quellen. Der Yarkon-Taninim-Aquifer wird aus Niederschlägen in den Bergregionen im Westjordanland gespeist und verläuft am Ostrand der israelischen Küstenebene vom Karmel im Norden bis südlich von Beʾer Scheva. Obwohl er seit fast einem Jahrhundert genutzt und untersucht wird, ist seine genaue Struktur bis heute unklar. Unstrittig ist, dass er aus zwei voneinander isolierten jeweils etwa 350 Meter starken Aquifers gebildet wird, die meist gemeinsam betrachtet werden und so einen Grundwasserleiter von 700 bis 1000 Metern Stärke bilden.
Der Aquifer ist durch intensive Wasserentnahme bedroht. Die Wasserentnahme durch Israel übersteigt die Grundwasserneubildung deutlich, so dass es seit den 1950er Jahren zu einem Absinken des Grundwasserspiegels und wegen der geringeren Wassermenge zu einem Anstieg des Salzgehalts im Grundwasser gekommen ist. Eine weitere Bedrohung ist der Eintrag von Nitrat aus ungeklärten Abwässern, sowohl in Israel als auch im Westjordanland.
Schwefel- und salzhaltiges Grundwasser ist in der Region bereits 1932 entdeckt worden, später wurde aus zahlreichen Brunnen in der Gegend Grundwasser mit einem unerklärlich hohen Salzgehalt gefördert. Der betroffene Bereich, die Ayalon Saline Anomaly, erstreckt sich über ein Gebiet von 200 Quadratkilometern. Zunächst waren Geologen von verschiedenen möglichen Ursachen an der Erdoberfläche ausgegangen, darunter aus mineralhaltigem Gestein ausgewaschenes Salz und Rückstände von Düngemitteln.
Im Nesher-Steinbruch und in seiner Umgebung wurden über einen Zeitraum von vier Jahren die Wasserverhältnisse untersucht. Durch die Analyse von Wassertemperatur, Mineralstoffgehalt und Konzentration von Schwefelwasserstoff in dem Wasser aus 68 Bohrlöchern in der Region wurde festgestellt, dass die Ayalon Saline Anomaly, in deren Zentrum der Steinbruch mit der Ajalon-Höhle liegt, tatsächlich durch Thermalquellen gespeist wird. Im Schlusssatz ihrer Veröffentlichung, die wenige Wochen vor der Entdeckung der Ajalon-Höhle erschien, wiesen die Forscher auf die Gefahren durch große Hohlräume unter der Erdoberfläche hin, die bei Baumaßnahmen und in Steinbrüchen der Region berücksichtigt werden sollten.
Entstehung der Ajalon-Höhle Die Ajalon-Höhle ist durch das in ihrem Bereich austretende salz- und schwefelhaltige Thermalwasser entstanden, das sich mit dem vorhandenen Grundwasser vermischte und bereits vorhandene Risse im Gestein erweiterte. Bis vor wenigen Jahrzehnten war die untere Ebene der Höhle überflutet. Die chemische Zusammensetzung des Wassers, die Beschaffenheit der Höhlenwände und die vorgefundene Mikrofauna lassen den Schluss zu, dass der Prozess der Höhlenbildung noch im Gange ist. Darin ist die Ajalon-Höhle mit den Grotten von Frasassi in Italien und der Höhle von Movile in Rumänien vergleichbar. Derartige Höhlen entstehen, wenn der Schwefelwasserstoff austretenden Thermalwassers mit gelöstem Sauerstoff im umgebenden Grundwasser reagiert, oder von Mikroben zu Schwefelsäure oxidiert wird. Die entstandene Schwefelsäure reagiert im einfachsten Fall mit dem umgebenden Kalkstein und wandelt ihn in Gips und Kohlensäure um:
Daneben kommt es im Rahmen des bakteriellen Stoffwechsels und in Abhängigkeit von den verfügbaren Stoffen zu anderen chemischen Reaktionen in unterschiedlichem Umfang. Beteiligt sind regelmäßig Schwefel, Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff, bei einigen dieser Reaktionen entstehen ebenfalls Säuren, die den Kalkstein angreifen.
Speläobiologie mini|Fang von Krebstieren im See der Ajalon-Höhle Umweltbedingungen Die Ajalon-Höhle bildete bis zu ihrer Öffnung ein von der Außenwelt abgeschlossenes Ökosystem, in das wegen einer darüber liegenden und Dutzende Meter starken Kalksteinschicht weder Wasser noch organisches Material von der Oberfläche eindringen konnte. Die Lufttemperatur schwankt in den meisten Bereichen der Höhle zwischen 26 und 28 °C bei einer Luftfeuchtigkeit von mehr als 94 %. Die Atmosphäre weist in der unteren Ebene der Höhle einen hohen Gehalt von Schwefelwasserstoff auf.
Die in der Höhle existierenden Organismen waren ständig auf die von chemoautotrophen Bakterien erzeugte Biomasse angewiesen. Solche Ökosysteme sind weltweit selten, in Israel wurde ein derartiges System erstmals 1968 mit der Quelle En Nur in Tabgha am See Genezareth beschrieben, ohne jedoch eine eingehende Untersuchung durchzuführen. In dieser Quelle wurde bereits 1909 die nur dort lebende Krebsart Typhlocaris galilea gemeinsam mit Tethysbaena relicta entdeckt, die beide einen nahen Verwandten in der Ajalon-Höhle haben. Weitere Forschungen in der Höhle von Movile und den Grotten von Frasassi führten erst in den 1990er Jahren zu der Erkenntnis, dass unterirdische Ökosysteme auf der Basis von Chemoautotrophie existieren können.
Bakterien, wie jene der Gattung Beggiatoa, gewinnen aus dem Schwefelwasserstoff des Wassers Energie, die sie zur Bildung von Biomasse aus dem im Wasser gelösten Kohlenstoffdioxid verwenden. Schwefelwasserstoff und Sulfide wirken auf aerobe Organismen toxisch, und sie verursachen durch die Bindung von Sauerstoff Hypoxie. Eine an Schwefelverbindungen reiche Umgebung erfordert daher von höheren Organismen spezielle Anpassungen. Solche Anpassungen sind beispielsweise die Bildung Sauerstoff-bindender Proteine zum Transport oder zur Bevorratung im Körper, oder Endosymbiosen mit schwefeloxidierenden Bakterien.
Biodiversität