Saisonale Variationen derHydrochemie des Höhlenbaches ... · than cave temperature, cold air rests...

Seite 68 Jahresheft 1999

Saisonale Variationen der Hydrochemie desHöhlenbaches der Falkensteiner Höhle (Schwäbische

Alb, SW-Deutschland)Beck, M.(l), Gruner, Chr.(2), Gruner, F.(2), Geserer, R.(3), Rosendahl, W.(1) & Kempe, S.(l)

Seite 68-94, 16 Abb.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung / Abstract1. Einleitung2. Geographische Lage und Geologie3. Hydrologie4. Probenahme und Methoden5. Hydrochemischer Jahreslauf6. DiskussionDanksagungLiteratur

ZusammenfassungDie saisonale Variabilität der Hydro-

chemie des Höhlenbaches der FalkensteinerHöhle (NE Bad Urach, mittlere SchwäbischeAlb) wurde zwischen Februar 1997 undMärz 1998 in Zusammenarbeit mit der ArgeHöhle & Karst Grabenstetten untersucht.Es wurden wöchentlich Wasserproben amersten Schluckloch im vorderen Höhlen-bereich (ca. 100 m hinter dem Eingang)genommen. An der Probenahmestelle ist derHöhlenbach bereits mehrere Kilometerentlang des Hauptganges der Höhle in einemoffenen, vadosen System geflossen. Dreimalwurden Proben im hinteren Höhlenbereichnach dem ersten Siphon (bei ca. 400m)entlang des Höhlenbachs genommen.

Im Rahmen der hydrochemischen Ana-lysen wurden die Parameter pH-Wert, Leit-fähigkeit, Luft- und Wassertemperatur,Sauerstoffgehalt, Alkalinität und die Kon-zentrationen der gelösten Hauptkationen und-anionen bestimmt. Daraus wurden mit demProgramm PHREEQC die Parameter CO2-

und O2- Partialdruck, SIcaIcit und SIDolomitberechnet.

Bei jeder Probenahme wurden dieAbflüsse des Höhlenbaches qualitativ ge-schätzt. Die Abflußschätzungen korrelierenhochsignifikant mit den Abflüssen des Vor-fluters Erms und den regionalen Nieder-schlägen. Das Niederschlags- und Abfluß-jahr des Probenahmezeitraums war, vergli-chen mit dem langjährigen Mittel, trocken.Der Aquifer kann als Feinkluft-dominiertcharakterisiert werden (diffuse flow system).

Die Korrelation zwischen den hydro-logischen und hydrochemischen Daten zeigteine weitgehende Niederschlags- und Ab-flußunabhängigkeit der Hydrochemie desHöhlenbaches. Die Wassertemperaturschwankte während des Beobachtungsjahresnur gering um die mittlere Gesteins-temperatur von 9,2°C. Der Bach war fastimmer Calcit-übersättigt. Nur zweimalerreichten untersättigte und damit korrosiveWässer das erste Schluckloch. Die Leit-fähigkeiten zeigen, daß auch bei Hoch-wasser der Bach keine .Verdünnungs-effekte" zeigt, d.h., die Hydrochemie desBaches wird nicht durch das Abflußregimegesteuert. Der Jahreslauf des CO2- Partial-drucks des Höhlenbaches zeigt vielmehr,daß die Hydrochemie allein von der Be-wetterung der Höhle abhängig ist. DerenDynamik wird vom saisonal schwankendeVerhältnis zwischen Außen-, Höhlenluft-und Wassertemperatur im vorderen Höhlen-bereich gesteuert. Übersteigen die Höhlen-luft- die Wassertemperaturen, fließt kalteLuft aus der Höhle und verhindert dasEindringen warmer Außenluft. Der ersteSiphon bildet dabei eine Barriere, hinter dersich im Laufe der Sommerperiode CO2 inHöhlenluft und Höhlenbach anreichert

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(PC02 > 20000 ppm). Sinken die Höhlen-lufttemperaturen unter die Wassertempera-turen, schlägt die Bewetterungslage imHöhlensytem um und kalte Außenluft mitniedrigem, atmosphärischem CO2- Partial-druck (PC02 - 400 ppm) dringt bis hinterden Siphon vor. Aus dem Höhlenbach kannCO2 entgasen (PC02 < 2000 ppm). Einsolcher Umschlag konnte im Oktober/November '97 beobachtet werden. Dieschnelle Entgasung trieb Calcit in dieextreme Übersättigung (SIcalcit> 0,8). Dieeinsetzende Fällung von Calcit in der Höhleführte zu einem Abfall des SICalcit,der Ca-Konzentrationen und der Leitfähigkeit inden darauffolgenden Wochen.

Durch die landwirtschaftliche Nutzungder Albhochfläche (Eintrag von Dünge-mitteln oder Gülle) ist der Höhlenbachdurch hohe Nitrat-Konzentrationen (bis 25mgll) stark belastet. Die Nitrat-, Sulfat- undSauerstoffgehalte zeigen deutliche saisonaleSchwankungen mit generell niedrigerenwinterlichen und höheren sommerlichenKonzentrationen. Die Nitrat- und Sulfatge-halte bauen in der sommerlichen Trocken-periode langsam höhere Konzentrationenauf, die nach starken Niederschlägen wiederzurückgesetzt bzw. mit dem Sickerwasserausgespült werden.

AbstractThe cave of Falkenstein ("Falkensteiner

Höhle") is situated below the Erkenbrechts-weiler Peninsula, an isolated plateau of theSwabian Alb, ca. 35 km SW of Stuttgart,Baden Württemberg, Germany. The cave isdeveloped ~ithin the Kimmeridge 2limestones of the Upper Jurassic. The cavecontains a creek which flows its entirelength (i.e. several km) as an open vadosestream before it sinks ca. 100 m inside of thepresent cave entrance. The stream issuesfrom the entrance only under high flowconditions.

We monitored the chemistry of the creekweekly between February '97 and March'98. Sampies were retrieved regularly fromthe sink inside the entrance as well as on

three occasions along a profile behind thefirst siphon (ca. 400 m inside the cave).

The discharge was estimated qualitativly.It followed closely the regional rainfallpatterns and shows a variation comparableto those of neighbouring streams.

The temperature of the creek shows littlevariation around the mean annual rocktemperature (9.2DC). The concentration ofthe main ions stay relativly constantthroughout the year and the stream is mostlysupersaturated in respect to calcite. Undersa-turation of calcite was recorded only twice.During floods conductivity and concentra-tion of main ions stay high, i.e. they are notdiluted. Dilution is only shown by nitrateand sulfate, anthropogenic componentswashed in from the fields above the cave.

The main factor, which governs the PC02

of the cave stream and its calcite saturationis, however, ventilation of the cave sytem.As long as outside temperature is higherthan cave temperature, cold air rests on topof the cave stream, effectively trapping CO2.

Therefore, during summer, the PC02 of thecave stream rises slowly to values above20000 ppm. Only when the outsidetemperature drops below cave temperatureambient air can flush the cave and thestream can degass. PC02 drops below2000 ppm. In Ocrober/November '97 such aswitch in ventilation occured, causingdegassing of the cave creek and a substantialincrease in calcite supersaturation whichtriggered calcite precipitation leading to ameasurable depletion in the Ca-concen-tration and conductivity of the cave stream.

1. EinleitungDie Falkensteiner Höhle, nahe dem

Albtrauf bei Bad Urach gelegen, ist, auchaufgrund ihrer einfachen Befahrbarkeit, eineder klassischen Höhlen des Malmkarstes derSchwäbischen Alb. Im Rahmen einerDiplomarbeit am Geologisch-Paläontolo-gischen Institut der Technischen UniversitätDarmstadt (BECK, 1999), wurde derHöhlenbach in Zusammenarbeit mit derArge Höhle & Karst Grabenstetten über einJahr in hoher zeitlicher Auflösung beprobt


(wöchentlich Probenahme). Ziel derUntersuchungen war es, die saisonale Varia-bilität der Hydrochemie des Höhlenbachesder Falkensteiner Höhle zu beschreiben unddabei Aussagen über die einflußnehmendenParameter, deren Wirkung und jahreszeit-liche Änderungen zu treffen. Von Interessewaren insbesondere die Sättigungsverhält-nisse im Höhlenbach gegenüber Calcit, dieAussagen über mögliche Fällungs- oderKorrosionserscheinungen auf dem Fließwegzulassen. Aus den beobachteten hydrolo-gischen und hydrochemischen Verhältnissenkönnen daneben Rückschlüsse auf dieEigenschaften des Aquifers gezogen werden.

Für die hydrochemische Variabilität vonKarstwässern können im wesentlichen fol-gende Parameter verantwortlich gemachtwerden:

• Die saisonale Variation der hydrolo-gischen Situation, d.h. der Niederschlags-und Abflußverhältnisse. Die Kopplung vonNiederschlägen und Abflüssen in einem Ein-zugsgebiet, abhängig von den Eigenschaftendes Karstaquifers, bestimmt die Verweil-dauer und damit den Sättigungszustand desWassers im System. Generell sollten inNiedrigwasserphasen höher konzentrierte,gesättigtere Wässer erwartet werden, wäh-rend in Hochwasserphasen eher verdünnteWässer niedriger Leitfähigkeiten vorkom-men sollten (z.B. HARLACHER et al. ,1997). Nach WILLIAMS (1983) können beieinem Hochwasserereignis mit ansteigendenSchüttungen durch Verdrängung bereits ±gesättigter Wässer der phreatische Zone unddes Epikarstes, zunächst ansteigende Leit-fähigkeiten und Ca-Konzentrationen be-obachtet werden. Mit Abklingen derSchüttungen sinken die Leitfähigkeiten undCa-Konzentrationen stark ab, weil nunabfließende, niedrig-konzentrierte Ober-flächenwässer das Karstwasser verdünnen.

• 1ahreszeitliche Veränderungen derAußen- und Bodentemperaturen und damitder Vegetation nehmen Einfluß auf dieLösungskapazität von Sickerwässern inKarstgebieten. Die Lösungskapzität wirddurch die Anreicherung mit CO2 imBodenhorizont (MIOTKE, 1974; KEMPE,

1997) und In der vadosen Zone(ATKINSON, 1977b; CLEMENS et al.,1997b) generiert. Bei der Oxidation orga-nischen Materials und der Wurzelrespirationentstehen in der Bodenluft extrem hoheCO2-Gehalte, die gegenüber der AtmosphärelO-lOOfach überhöht sein können (SCHEF-FER & SCHACHTSCHABEL, 1991). Diesaisonalen Variation des CO2-Dargebotes imBoden ist abhängig von der biologischenProduktivität bzw. der Vegetation, die tem-peraturabhängig im Sommer ein Maximumund im Winter ein Minimum erreicht.Zwischen zunehmenden Temperaturen undzunehmenden Boden-Cfj--Gehalten bestehtnach DRAKE & WIGLEY, (1975) eingrundsätzlicher Zusammenhang. Unter land-wirtschaftlich genutzten Flächen sind diesommerlichen CO2-Gehalte am höchsten. InWaldböden variieren die Konzentrationendagegen kaum (APPELO & POSTMA,1996; CLEMENS et al., 1997b). Entspre-chende Verhältnisse wurden von PECHOLD(1996) bei Bodenluft-Messungen auf derAlbhochfläche über der Falkensteiner Höhlebestätigt.

Die Temperaturdifferenz zwischenAußen- und Höhlenluft kann außerdemstarken Einfluß auf die Dynamik der Be-wetterung in einem Höhlensystem nehmen,die wiederum entscheidend für die Chemieder Höhlenatmosphäre ist. PECHOLD(1991) konnte entsprechende Beobach-tungen in der Falkensteiner Höhle machen.

• Anthropogene Einträge sind inner-halb des lahreslaufes an ungewöhnlichen,meist einmaligen, teils erheblichen Maximain den Nährstoffkonzentrationen zu erken-nen, die aufgrund saisonaler natürlicherVerhältnisse nicht erklärbar sind. DasGebiet über der Falkensteiner Höhle wirdintensiv landwirtschaftlich genutzt. Dünge-mittel oder Gülle, die bereits sehr früh im1ahr auf die Felder ausgebracht werden,können erhöhte Chlorid-, Sulfat-, Nitrat-,Phosphat-, Kalium-, Calcium-, Magnesium-und Natriurnkonzentrationen verursachen(MATTHES, 1990). Möglicherweise ge-langen auch Abwässer der GemeindeGrabenstetten in den Aquifer. Die im

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Einzugsgebiet verlaufenden Straßen werdenbei Glättegefahr im Winter gesalzt.

• Für die Falkensteiner Höhle kommenzuletzt auch Veränderungen innerhalb desAquifers bzw. entlang des Fließweges durchdie Höhle in Frage. In einem offenen Systemsteuert der CO2-Partialdruck der Höhlen-atmosphäre das hydrochemische Gleich-gewicht im Wasser. Auf dem langen Fließ-weg können sich durch Fällung oderKorrosion die Sättigungsverhältnisse starkverändern. Daneben können seitliche Zu-flüsse mit ganz anderer hydrochemischerCharakteristik durch einfache MischungEinfluß auf die Zusammensetzung desBaches nehmen bzw. die Gleichgewichteverschieben (Mischungskorrosion; BÖGLI,1964; WIGLEY & PLUMMER, 1976).

2. Geographische Lage und Geolo-gie

Die Falkensteiner Höhle (Kataster-Nr.7422/02) liegt ca. 4,5 km nordöstlich vonBad Urach und ca. 1,5 km südwestlich vonGrabenstetten im Süden der sogenannten"Erkenbrechtsweiler Halbinsel" (Nordrandmittlere Schwäbische Alb). Die Halbinselwird im Wund E durch die tiefeinschneidenden Täler der Errns bzw. derLauter begrenzt (Abb.l). Nach Norden brichtsie zum Vorland der Schwäbischen Alb steilab. Die Täler des Elsachsystems schneidenvon SW in den Albkörper ein und verengenzusammen mit dem aus NE einschneidendenTal des Lauterzubringers Schrecke denAnschluß der Halbinsel an die Restalb imSüden zu einer schmalen "Landbrücke".


Abb. 1: Schematische Karte der"Erkenbrechtsweiler Halbinsel"(verändert nach WITZIG & WIN-TER, 1991). Die FalkensteinerHöhle und die benachbartenElsachbröller (7422/20) undBüchelbrunner Bröller (7422/22)bilden zusammen das Graben-stetter Großhöhlensystem. Hell-grau dargestellt ist die Hoch-fläche der Schwäbischen Alb.


Mit einer Länge von mehr als 5 km ist dieFalkensteiner Höhle eine der längsten be-kannten Höhlen der Schwäbischen Alb. DasHöhlensystem besteht aus einem begehbarenGang mit schwachem Gefälle und ohnebedeutende Seitensysteme. Es ist störungs-oder schichtgebunden angelegt (Hauptaus-richtung NNE und NNW) (HOYDEM,1991b) und verläuft in gebankten Kalken

des Weißjura 0 3-4 bzw. Kimmeridge 2.3-4(GWINNER, 1974). Die Überdeckung desHöhlensystems hat eine Mächtigkeit von ca.100 m und reicht stratigraphisch bis in denobersten Weißjura bzw. das Untertithon(Abb.2) (HINKELBEIN et al., 1991;HOYDEM, 1991a).

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Abb. 2: Geologische Karte der Erkenbrechtsweiler Halbinsel (verändert nach HOYDEM,1991a)

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Abb. 3: Niederschläge und Abflüsse im Arbeitsgebiet. Von unten nach oben: Qualitativgeschätzte Abflüsse der Falkensteiner Höhle (1 = sehr niedrig, 2 = niedrig, 3 = mittel,4=hoch, 5 = sehr hoch; Abflußganglinie (Tagesmittelwerte) der Erms am Pegel BadUrach; Tagessummen der Niederschlagshöhen der Meßstationen Bad Urach, Neuffen undMünsingen. Es ist zu beachten, daß, im Vergleich zur kontinuierlichen Abflußganglinie derErms, die Abflußschätzungen an der Falkensteiner Höhle aufgrund ihrer wesentlichgeringeren Datendichte nur ausschnitthaft die Variation der Abflüsse wiedergeben können.

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3. HydrologieAls aktive Wasserhöhle in der vadosen

Zone wird die Falkensteiner Höhle auf derganzen Länge von einem Höhlenbach durch-flossen. Im vorderen Höhlenabschnitt ver-sickert der Höhlenbach in zwei aufeinander-folgenden Sickerstellen (erstes und zweitesSchluckloch; Abb. 4) und tritt aus mehrerenHangquellen im Taleinschnitt der Höhle undaus einer gefaßten Quelle am Taleingangwieder aus. Bei Hochwasserereignissen trittauch aus dem Höhlenportal Wasser aus. DieSchüttungen der Quellen bilden ein Großteildes Abflusses der Elsach, die in Bad Urachder neckartributären Erms zufließt.

Die Erms ist der einzige Neckarzufluß,der sich im Oberlauf noch nicht bis auf dasKarstbasisniveau der Schwäbischen Alb(stauende Sohlschicht des Weißjura a. bzw.Oxford 1) eingeschnitten hat. So müssen dieQuellen des Einzugsgebietes definitions-gemäß mehrheitlich dem Tiefen Karst zuge-rechnet werden (WEIDENBACH, 1954;VllLINGER, 1972). Lokaler Quellhorizontder Falkensteiner Höhle sind Mergel desWeißjura Ö2 (Kimmeridge 2.3).

Das Einzugsgebiet der FalkensteinerHöhle und der Elsach, Teil des deutlichgrößeren, nach Süden reichenden Einzugs-gebietes der Erms (109 km2 hinter PegelUrach), umfaßt wahrscheinlich große Teileder Erkenbrechtsweiler Halbinsel. Die Halb-insel hat eine Gesamtfläche von 25 krrr'.WITZIG & WINTER (1991) errechnetenmit Hilfe einer einfachen Grundwasserhaus-haltsgleichung Einzugsgebietsflächen beiNiedrigwasser von 1,5 krrr', bei Hochwasservon 11,7-13,1 km2• HINKELBEIN et al.(1991) schätzen ein unterirdisches Einzugs-gebiet von 5 km2 für das Elsachsystem(oberhalb der Hangquellen im Taleinschnittder Falkensteiner Höhle) ab.

NiederschlägeGrundsätzlich müssen die Niederschlags-

verhältnisse aufgrund des hohen Reliefs undder starken morphologischen Gliederung imBereich des Albtraufes als sehr uneinheitlicheingeschätzt werden. Niederschlagsereig-nisse am Rande des Albtraufes und auf der

Albhochfläche können regional bis lokalsehr stark variieren. Niederschläge, die fürdas Abflußregime der Falkensteiner Höhleentscheidend sind, müssen in den hierverwendeten Daten der Meßstationen nichtunbedingt abgebildet werden.

Im einjährigen Probenahmezeitraumfielen in den nächstgelegenen MeßstationenNeuffen 711 mm, in Bad Urach 764 mm undin Münsingen 764 mm Niederschlag. DieNiederschlagstagessummen sind in Abb. 3dargestellt. An allen drei Niederschlags-meßstationen traten anhaltende, ausgeprägteNiederschlagsmaxima im Juli '97, zurJahreswende '971'98 und im März '98 auf.In einer Trockenperiode zwischen Augustund November '97 fielen nur vereinzeltNiederschläge (Abb. 3). Die Niederschlags-ereignisse der einzelnen Meßstationen tretenmeist zeitgleich auf und korrelieren statis-tisch hochsignifikant (BECK, 1999).

Aus der Isohyetenkarte des LandesBaden-Württemberg ergeben sich lang-jährige Niederschlagsmittel für die Erken-brechtsweiler Halbinsel von 960 mm/a(Zeitraum 1951-1981; HINKELBEIN et al.,1991) und für Bad Urach von 950 mm/a(Zeitraum 1921-1930; VILLINGER, 1974).Vergleichend muß das NiederschlagsjahrFebruar '97 bis Februar '98 also als trockenbewertet werden.

AbflüsseDie Abflußganglinie der Erms (Abb. 3)

zeigt mehrere ausgeprägte Abflußspitzen,die in etwa zeitgleich mit den Hauptnieder-schlagsereignissen sind. Die Abflüsse stei-gen innerhalb weniger Tage mehrfachschnell an und sinken dann über diefolgenden Tage schnell und die folgendenWochen immer langsamer werdend ab (-exponentieller Verlauf). Zwischen Augustund Mitte Dezember '97 hat die Erms beiausbleibenden Niederschlägen durchgängigausgesprochen niedrige Abflüsse.

Bei jeder Probenahme wurden durch denProbennehmer die Wasserstände bzw. dasAbflußverhalten des Höhlenbaches derFalkensteiner Höhle an der Probenahme-stelle qualitativ abgeschätzt. Die verwen-




deten Abstufungen waren: sehr hoch (5) -hoch (4) - mittel (3) - niedrig (2) - sehrniedrig (1) (Abb. 3). Die Einschätzungerfolgte durch Probenehmer mit sehr guten,langjährigen Kenntnissen des Schüttungs-verhaltens der Höhle. Vereinzelte Abfluß-messungen an der Falkensteiner Höhle sindin der Literatur beschrieben. WITZIG &WINTER (1991) bestimmten Niedrigab-flüsse von 30 l/s, mittlere Abflüsse von 4001/s und Hochwasserabflüsse von max. 17001/s. Von CLEMENS et al. (1997a) wurdenim Januar bei Niedrigwasser und konstanterQuellschüttung Markierungsversuche mitSalz durchgeführt, die eine Schüttung von14 l/s ergaben.

Die beobachteten einzelnen Hochwasser-tage der Falkensteiner Höhle bilden sich inder Abflußganglinie der Erms deutlich ab(hochsignifikante Korrelation; BECK,1999). Gemeinsame Abflußmaxima (Abb. 3)treten im März/April, im Juni '97, EndeDezember '97 und im März '98 auf. DieAbflüsse der Falkensteiner Höhle reagierenmeist noch vor denen der Erms.

Neben der weiter unten beschriebenenBeschaffenheit des Aquifers, hängt dieReaktion von Abflüssen auf Niederschlägevon einer Vielzahl weiterer Parametern ab(RICHTER & LILLICH, 1975). Dazu zählenu.a. die Art, Verteilung und Intensität derNiederschläge, die Temperatur, vegetations-abhängige, saisonal variierende Evapo-transpiration und Interzeption, die Mächtig-keit und Feldkapazität des Bodenhorizontes,sowie die Bodenfeuchtigkeit bzw. Sättigung.

Wie bereits von ENGEL (1991) beob-achtet, sind nicht alle Niederschläge abfluß-wirksam. Die' Schüttungen reagieren nurunregelmäßig auf entsprechende Ereignisse.So bilden sich die erhöhten mehrtägigenNiederschläge im Oktober '97 nicht imAbfluß der Erms ab (Abb. 3). Die Nieder-schläge fielen während der ausgedehntensommerlichen Trockenperiode. Die Nieder-schlagsmengen genügten offensichtlichnicht, um die Feldkapazität des Boden-horizontes zu übersteigen.

Abflüsse oder Schüttungen von Ge-wässern bzw. Quellen, abgebildet in

Ganglinien, sind eine Reaktion auf dieGrundwasserneubildung und den Aufbauund die Eigenschaften des Grundwasser-leiters im zugehörigen Einzugsgebietes. InKarstaquiferen kann zunächst zwischen dervadosen, ungesättigten Zone und derphreatischen, vollständig mit Wasser ge-füllten Zone unterschieden werden. DieAuswertung von Abfluß- oder Schüttungs-ganglinien in Karbonatkarstgebieten läßtRückschlüsse auf die Struktur des Grund-wasserspeichers zu.

SHUSTER & WHITE (1971) unter-scheiden zwei Speichertypenendglieder fürKarbonatkarstaquifere. In den "diffuse flowsystems" ist die Wasserwegsamkeit auf nurgering geöffneten Feinklüfte oder Ban-kungsfugen gegeben. Fließbewegungen ver-laufen laminar. Diese Aquifere haben relativhohe Speicherkoeffizienten und Retentions-zeiten. Es treten nur deutlich gedämpfteAbflußmaxima auf. "Conduit flow systems"sind von weitständigen Grobklüften bzw.Röhren- oder Höhlensystemen dominierteAquifere mit extremen Maxima in denAbflußganglinien. Fließbewegungen verlau-fen meist turbulent. Der Speicherkoeffizientist sehr niedrig. Die Verweilzeiten sind kurz.

WILLIAMS (1983) führte als weiterenwichtigen Speicher die sogenannte "sub-cutaneous zone" oder Epikarst ein. DieseZone zwischen Bodenhorizont und verkars-tetem, anstehendem Gestein kann alswichtiger Zwischenspeicher bei starkenNiederschlagsereignissen dienen. DurchKorrosion im Kontaktbereich mit demBoden erweiterte Klüfte im anstehendenGestein verengen sich naturgemäß nachunten und verzögern oder verhindern so dasAblaufen von Perkolationswasser. Nur ent-lang einiger bereits stark erweiterter Klüftekann das Wasser schnell ablaufen und führtso zu lateralen Fließbewegungen im Epi-karst. Die Wirksamkeit dieser Zone istabhängig vom Alter des Karstaquifers bzw.der Intensität der Verkarstung und damit derDurchlässigkeit des anstehenden Gesteins.

Reale Karstaquifere müssen immer alsMischungen der oben beschriebenenSpeichertyp-Endglieder betrachtet werden


(z.B. CLEMENS, 1998). In der Abfluß-ganglinie der Errns (Abb. 3) bilden sichaufgrund des großen Einzugsgebietes alleEndglieder ab. Die innerhalb von wenigenTagen schnell ansteigenden und meistinnerhalb von 1-2 Wochen wieder ab-fallenden Abflußspitzen entstehen zunächstaus Oberflächen- und Interflowabflüssen,dann aus dem Überlaufen der tiefphrea-tischen und Epikarst-Speicher und einemschnellen Auslaufen der durch anhaltendeNiederschläge gefüllten, großvolumigenKarsthohlräume im vadosen Bereich. DieNiedrigabflüsse während der Trockenperio-de von August bis Dezember generieren sichaus dem sich langsam leerenden Fein-kluftsystemen und dem Epikarst.

Trockenwetterfallinien von Abflüssen inKarstgebieten setzten sich, wenn sie loga-rithmisch dargestellt werden, aus mehrerenGeradensegmenten abnehmender Steigungzusammen (FORD & WILLIAMS, 1989,BAUMGARTNER & LIEBSCHER, 1990),denen nach der Exponentialfunktion vonMaillet sogenannte Auslaufkoeffizientenzugeordnet werden können. In BECK (1999)wurde bei einer Analyse einer Trocken-wetterfallinie der Errns (zwischen Juli undNovember '97) drei Geradensegmente bzw.Auslaufkoeffizienten bestimmt, die dennacheinander auslaufenden, oben beschrie-benen Karstspeichertypen zugeordnet wer-den können.

VILLINGER (1977) schätzte denmittleren durchflußwirksamen Hohlrauman-teil im Malmkarst der Schwäbischen Alb aufetwa 2 %. VILLINGER (1972) beobachtetaber auch erhöhte Hohlraumanteile in Ge-bieten starker tektonischer Beanspruchung,die eine verstärkte Feinklüftung des Gebir-ges induziert. Dabei können Werte von max.5-6 % erwartet werden. Durch die erhöhtetektonische Beanspruchung der Erken-brechtsweiler Halbinsel (vgl. HOYDEM,1991a) können dort entsprechend relativhohe Speichervolumen erwartet werden.

Die Drainage des Einzugsgebietes derFalkensteiner Höhle und damit großer Teileder Erkenbrechtsweiler Halbinsel, erfolgtüber das vadose Röhrensystem der Höhle.

Das Höhlensystem besteht nur aus einemgroßvolumigen Gang. Seitliche Zubringersind von untergeordneter Bedeutung. Wo imhinteren Bereich der Höhle die eigentlichHauptzubringer zum Höhlenbach sind, istungeklärt. Möglicherweise "fasert" derHöhlengang im hintersten Bereich inmehrere weitständige Klüfte aus. Dieständige Wasserführung des Höhlenbachs,auch in Trockenwetterphasen, gewährleistetdas anteilig bedeutendere Feinkluft- undEpikarstsystem ("diffuse flow system") (vgl.ATKINSON, 1977a). Die Reaktion derAbflüsse des Höhlenbaches auf starkeNiederschläge ist abhängig von der Sätti-gung der Speicher.

4. Probenahme und MethodenZwischen Februar 1997 und März 1998

wurden in einem möglichst wöchentlichenTurnus am ersten Schluckloch (ca. 100 mhinter dem Höhleneingang) aus demHöhlenbach der Falkensteiner HöhleWasserproben entnommen. Dies geschahdurch Mitglieder der Arbeitsgemeinschaft(Arge) Höhle & Karst Grabenstetten. Dane-ben wurden dreimal innerhalb des Bepro-bungszeitraums hydrochemische Profiledurch die Höhle gelegt. Alle Proben-nahmepunkte sind in Abb. 4 im Höhlenplanverzeichnet. Insgesamt wurde der Höhlen-bach in dreizehn Monaten 64 mal beprobt.Am 1. Schluckloch wurden über den Be-probungszeitraum (57 Wochen) 49 Probengenommen. Das entspricht im Schnitt einerProben ahme alle acht Tage.

Je Probenahmetag wurden zwei Proben(250 rnl PE-Flaschen) ohne Lufteinschlüsseund ohne Zusatz, eine angesäuerte Probe(Zusatz von 1 rnl 25 %iger SalpetersäureHN03) und eine vergiftete Probe (Zusatzvon 0,25 rnl gesättigter Quecksilberchlorid-(HgCh)-Lösung) genommen. Zur Bestim-mung des Sauerstoffgehaltes wurden zweiGlasflaschen mit einem auf 0,1 rnl genaudefiniertem Volumen unter Wasser ohneLufteinschlüsse befüllt. Die Proben wurden,soweit nicht noch am selben Tag bearbeitet,immer kühl und dunkel gelagert.



Probenahmepunkte in derFalkensteiner Höhle(Kataster-Nr.7422/22)

am 19. Mai 97

Datum derProbenahme

Anzahlder

Proben

Probenahme-punkt

Abb. 4: Höhlenplan der Falkensteiner Höhle (verändert nach dem Höhlenplan der ArgeHöhle & Karst Grabenstetten und des HHV Laiehingen. Stand 1990) mit allen Probenahme-punkten und Gesamtanzahl und Datum der Probenahmen.

Maßstab - 1:5000

: j----- : : =lOm 50m 100m 150m 200m

1x am 19. Mai 97

1X am 02. Nov. 97

2x 19. Mai 97 &02. Nov. 97

Seestrecke am 01. März 97vor und nach demStuttgarter Block

2x

49x zwischen Feb. 97 und März 98(im Schnitt alle 8 Tage)

Schluckloch 1I

I

Demutscl;lfuffI

II

III

I

Elsach- ,Quelle ~ am 19. Mai. 97

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\ Eisach-Bröller



Grundlegende hydrochemische Parameter(physiko-chemische Parameter, Alkalinität,Sauerstoffgehalt) wurden bereits im Geländeoder Feldlabor noch am Probenahmetagbestimmt. Die Bestimmungen der Gesamt-konzentrationen der Hauptkationen und -anionen wurden im chemischen Labor desGeologisch- Paläontologischen Instituts derTU Darmstadt durchgeführt.

Die Leitfähigkeit wurde elektronisch mitdem Leitfähigkeitsmeßgerät der Fa. Wissen-schaftlich Technische Werkstätten (W1W)LF90 und der Sonde W1W KLE1 gemessen.Die Angabe der Leitfähigkeit erfolgt in/-lS/cm bei 25°C. Das Gerät arbeitet auf ±Iu Szcm genau. Die Wassertemperatur desHöhlenbaches und die Temperatur derHöhlenluft wurde mit dem im Leitfähig-keitsmeßgerät integrierten Temperaturfühlergemessen. Das Gerät arbeitet auf ± O,I°Cgenau. Die Lufttemperaturen wurden etwaein Meter über der Wasseroberflächegemessen.

Die Messung des pH-Wertes (auf 25°Cbezogen) erfolgte potentiometrisch mit einerEinstab-Glaselektrode. Es wurde das pH-Meter W1W pH320 mit einer WTW SenTix97T- Elektrode verwendet. Die pH-Elektrodewurde vor jeder Messung neu kalibriert. Siearbeitet nach Angaben des Herstellers auf ±0.05 Einheiten genau.

Die Alkalinität und der Sauerstoffgehaltdes Wassers wurden titrimetrisch mit einemdigitalen Handtitrationsgerät der Fa. Hach(Digital Titrator®Model 16900) und denentsprechenden Titer-Patronen (Hach Digi-tal Titrator Cartridges't) im Feldlaborbestimmt. Das Titrationsgerät gibt dastitrierte Volumen in "Digits" an (800 Digits= 1 ml) und arbeitet nach Angaben desHerstellers auf ein Digit genau. Grundlageder Alkalinitätsbestimmung war eine Säure-Base-Titration (STUMM & MORGAN,1982). Die Bestimmung des Sauerstoff-gehaltes erfolgt redoxtitrimetrisch nach derMethode von Winkler (Iodometrie) (HÖLL,1986).

Die Gesamtkonzentrationen der KationenNatrium Nah Kalium K, Magnesium Mg.,Calcium Ca., Strontium Sr., Eisen Fe, und

Mangan Mn. wurden mittels Flammen-atomabsorptionsspektroskopie (AAS) be-stimmt. Für die Messungen wurde dasvergleichend messende Einstrahlgerät PYE-UNICAM SP9 Atomic Absorption Spectro-photometer der Fa. Phillips verwendet. ZurAnalyse an der AAS wurden die ange-säuerten Proben verwendet. Mittels einesIonenchromatographen (IC) der Fa. Waters(Millipore®) wurden die Konzentrationender Anionen Chlorid cr, Sulfat so," undNitrat N03- bestimmt. Zur Bestimmung desChloridgehaltes wurden die Proben ohneZusatz verwendet. Die quecksilberver-gifteten Proben wurden zur Bestimmung derNährstoffe Nitrat und Sulfat benutzt . DieAnionenkonzentrationen Phosphat P04

3-

und Nitrit N02-, sowie der Gehalt an freierKieselsäure Si02 wurden photometrisch miteinem UVNIS-Zweistrahlspektralphoto-meter der Fa. GBC (UVIVIS Spectralphoto-meter 918) bestimmt. Für die Bestim-mungen wurden die entsprechenden Test-Sets Spectroquant" der Fa. E. Merckverwendet (Nitrit-Test 14776, Phosphor-Test (PMB) 14848, Silicium-Test 14794).Grundlagen der Methoden sind in WEIß(1983), SKOOG & LEARY (1996) undBECK (1999) beschrieben.

Als Maß für die Gesamtqualität derverwendeten analytischen Methoden dientdie Ionenbilanz, die durch die prozentualeAbweichung der Differenz I,Kationen -I,Anionen von der Gesamtsumme derKationen und Anionen (I,(Kationen +Anionen)) ausgedrückt wird (alle Konzen-trationen in meq/l) (MATTHES, 1990;DVWK, 1992). Unter idealen Bedingungenist die Abweichung nahe Null. Bei dendurchgeführten Untersuchungen lag diemittlere Abweichung von der I,(Kationen +Anionen) bei 4,5 %. Dies läßt einausreichend gutes Urteil über die verwen-deten quantitativen analytischen Methodenzu (BECK, 1999).

Zur Auswertung der hydrochemischenDaten wurde das Programm PHREEQC(PARKHURST, 1995) bzw. das Erweite-rungsprogramm PHREEQCI (CHARLTONet al. , 1997) verwendet. PHREEQC dient



insbesondere der Berechnung der Spezies-verteilungen in den chemischen Gleichge-wichten, der Aktivitäten, der Sättigungs-indices und der Partialdrücke in wässrigerLösung (APPELO & POSTMA, 1996). MitHilfe von PHREEQC wurden u.a. dieSättigungindices von Calcit und Dolomit,sowie der O2- und CO2-Partialdruck berech-net.

Die hydrochemischen und hydrolo-gischen Daten wurden in BECK (1999)computergestützt statistisch ausgewertet.Mittels Kreuzkorrelation wurden für allemöglichen hydrologischen und hydro-chemischen Datengruppen die Korrelations-koeffizienten und zweiseitige Signifikanzen(SACHS, 1992) berechnet.

5. Hydrochemischer JahreslaufPhysikochemische Parameter

Die zwischen Februar ~97 und März ~98am ersten Schluckloch gemessene mittlereWassertemperatur betrug 9,3°C. Abb. 5

verdeutlicht die enge Schwankungs breite derWassertemperaturen (8,4°C-1O,8°C), um dievon PECHOLD (1991) mit 9,2°C gemesse-ne mittlere Gesteinstemperatur.

Die am ersten Schluckloch etwa 1 m überdem Wasser gemessenen Lufttemperaturenlagen im Mittel bei 1O,6°C, schwanktenallerdings jahreszeitlich gekoppelt an dieAußentemperatur beträchtlich. Besonders imFrühjahr ~97 wurden jahreszeitlich unge-wöhnliche Schwankungen der Außentempe-raturen zwischen 20°C und O°C bzw.Höhlenlufttemperaturen zwischen 14°C und8,8°C innerhalb einer Woche beobachtet.Während der Sommermonate (Mai bisSeptember) blieben die Lufttemperaturenkonstant über der Wassertemperatur (10°C -17°C). Ab Oktober ~97 sanken mit denAußentemperaturen die Höhlenlufttempera-turen unter die Wassertemperatur undblieben bis Januar auf niedrigem Niveau(min. Werte 1,6°C - 2°C).

18~----~---;-----;----;-----:-----~---:----__----__---- ~,#I16T-----~--~----~----~----~_:~~~~~_:~----~----~----~----~~

~ ~ ~ ~\14T---_:r---~--~~IT----r~--+-F_--r---~--~-+----~-----r----+_----~~12 1< /\ Oe' i , ~ .• 1\ I \ 1\

/\i!\ I'~ / 'Y. ~f \ .A: / \10 b;::!;-:::=;::: ~:",;i,J~~~;;::;;::dt;~;2~~::;:::;~:!:;;;:~;:;:;~~;:;:;;:;;;;~~=~'\.'::;:~~;;~;t::;j~,\8T-----~--~----~----~----~----~--~-----~~~+!-~~,~r_~,~·~,~y~,--~~~~~.6 I---- -.!>- Temperatur Luft [OC] \,..1, ! Y \ L AA '\ f4 I---- - TemperaturWasser [0C] : V"': · \ I 'I

-- Mittlere Gesteinstemperatur \j \~ :====:==_nr-ach-,---+pe_ch.-OI-,-dt"T"(1-.99t-1)::::::::~::::~::::~:::~::::::::~::::~:::~::::~:~\i.f.---~--,~--,-~~~'Feb 97 Mrz 97 Apr 97 Mai 97 Jun 97 Jul97 Aug 97 Sep 97 Okt 97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

Abb. 5: lahreslauf der Wasser- und Lufttemperaturen am ersten Schluckloch und mittlereGesteinstemperatur der Falkensteiner Höhle nach PECHOLD (1991). Auf der Zeitachsegibt die Hauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.

Die Leitfähigkeiten schwankten imJahresverlauf unregelmäßig zwischen 470-648 uSzcm (mittlere Leitfähigkeit 560flS/cm) (Abb. 6). Die gemessenen Wertekorrelieren statistisch hoch signifikant mitden Ca- und NacKonzentrationen (BECK,

1999), entsprechend ihres hohen Anteils ander Gesamtmineralisation. Saisonale Trendssind nicht erkennbar. Auffallend niedrigeWerte wurden im November/Dezember ~97beobachtet.


\.

500+---~----~----~----~----+---~~--~----~----~--~1-----~


700.---~----~----~----~---:----:-----;----:----;-----:----;-----:--,

650+---~----~----~----~--~----~----~--~----~----7---~----~---

- Leitfähigkeit [IJS/cm]450t---~-----+~~~·~--~·~--~----~----~----~--~----~----~----~~

400~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Feb 97 Mrz97 Apr 97 Mai 97 Jun 97 Jul 97 Aug 97 Sep 97 Okt 97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

Abb. 6: Jahreslauf der am ersten Schluckloch gemessenen Leitjähigkeiten. Auf der Zeitachsegibt die Hauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.

Die pH-Werte variierten zwischen einemmin. 6.99 und max. 8.06. Der mittlere pH-Wert betrug 7.4. Die pH-Werte zeigenzwischen Februar und April '97 ein starkschwankendes Verhalten. In den MonatenMai bis September läßt sich ein deutlich

abnehmender Trend von pH -Werten um 7.4auf Werte um 7.1 erkennen (Abb. 7). Danachsteigen die pH -Werte bis zum obenerwähnten Maximum Anfang Novemberschnell an, um dann wieder abzufallen.

-pH-Wert


7.0~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Feb 97 Mrz97 Apr 97 Mai 97 Jun 97 Jul 97 Aug 97 Sep 97 Okt 97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

•

Abb. 7: Jahreslauf der am ersten Schluckloch gemessenen pH- Werte. Auf der Zeitachse gibt dieHauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.


Parameter im System CaC03 - CO2 - H20Die Chemie der Lösungsprozesse, die für

die Verkarstung eines Kalksteinaquifersverantwortlich sind, können vereinfachtdurch das System CaC03 - CO2 - H20 be-schrieben werden. Die chemischen Gleich-gewichte sind u.a. detailliert in USDOWSKI(1982), KEMPE (1982) oder MATTHES(1990) beschrieben. Für die Gleichgewichts-konstanten der Reaktionen existiert einebreite Datenbasis in der Literatur (z.B.PLUMMER & BUSEN-BERG, 1982), dieauch Grundlage des Programms PHREEQCsind. Die für die zeitliche Entwicklung vonKarsthöhlensystemen entscheidenden reak-tionskinetischen Verhältnisse wurden beson-ders von DREYBRODT untersucht (u.a.SIEMERS & DREYBRODT, 1992;

SVENSSON & DREYBRODT, 1998).Im folgenden werden die Jahresläufe der

gemessenen und mit PHREEQC berechne-ten Parameter (inkl. Mg, und Sr.) be-schrieben:

Die mittlere Calciumrf'a.j-Konzentrationim Probenahmezeitraum betrug 118 mg/l(5,9 meq/l) mit Schwankungen zwischen 88mg/l (4,4 meq/l) und 128 mg/l (6,4 meq/l)(Abb. 8). Ab Juni '97 konnte ein Trendsinkender Konzentrationen beobachtet wer-den. Im November '97 kam es zu einem aus-gesprochenen "Loch" in der Ca-Konzentra-tionskurve.

Die Magnesiumflvlg.)- Konzentrationenwaren mit einem Mittelwert von 5,1 mg/l(0,42 meq/l) relativ niedrig. SaisonaleTrends sind in der Schwankungs breite (3 -

7,0~---;----~----~--~----~----~--~----~----c---~-------------,_.- ..,

6,5 +------'-----~----~-----'------'-----~-----'--'-~"'------'--------'------'__ ---'--_

5,5

5,0+--~---~----7---~----~---~--~---~~~~_+~----~---~~- Ca, [meq/I)'~-i&-Alkalinität [meq/I)

4,0Feb 97 Mrz 97 Apr97 Mai 97 Jun 97 Jul97 Aug 97 Sep97 Okt 97 Nov97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

0,6

0,5

0,4

0,3- Mgt [meq/I)

0,2 -...- Srt [meqn]0,003

0,1 0,002

0,001

0,0 0,000Feb 97 Mrz97 Apr97 Mai 97 Jun 97 Jul97 Aug 97 Sep 97 Okt97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb98

Abb. 8: Jahreslauf der am ersten Schluckloch gemessenen Ca-, Mgr und Sr-Konzentrationenund der Alkalinität. Auf der Zeitachse gibt die Hauptskalierung die Mitte des Monats an,Teilstriche im Wochenabstand.

4,5



6,7 mgll) nur kaum erkennbar. Über dieSommerperiode blieben die Gehalte fastkonstant hoch (Abb. 8). In den Winter-perioden variierten die Gehalte stärker.

Die Alkalinitäten des Höhlenbacheswaren mit einem Mittelwert von 5,6 meqllrecht hoch. Sie zeigen einen deutlichansteigenden Trend zwischen Februar undAnfang Oktober ~97 (max. 6,7 meqll).Anfang November ~97 sind die Konzentra-tionen wieder stark abgefallen (min. 4,99meqll).

Die Sr-Konzentrationen waren meistnahe der Nachweisgrenze (Abb. 8). Diemittlere gemessene Konzentration ist < 0,1mgfl. Jahreszeitliche Entwicklungen sindnicht zu erkennen.

Der Sättigungsindex für Calcit SIcalcitzeigt mit mehrheitlich positiven Werten imBeprobungszeitraum eine schwache Über-sättigung des Höhlenbaches an (Abb. 9).Maxima extremer Übersättigung konnten imAprillMai (+0,78) und im Oktober/Novem-ber ~97 (+0,85) beobachtet werden. Die

Winterperioden zeigten generell stärkerschwankende Sättigungsverhältnisse, wäh-rend in der Sommerperiode die Über-sättigung auf niedrigem, positiven Niveauweitgehend konstant blieb. Schwache Unter-sättigungen konnten nur zweimal beobachtetwerden.

Die Sättigungindices für Dolomit SIDolomitwurden aus der seIben Datenbasis wie SIcalcitberechnet und korrelieren dementsprechendsehr gut (hochsignifikant; BECK, 1999).Der Höhlenbach ist über fast das gesamteJahr gegenüber Dolomit stark untersättigt(SI bis -1,5). Nur während der Maxima inder Calcitsättigung ist auch Dolomit über-sättigt (Abb.9). Die Lösung von Dolomit imKarstwasser kann nach WIGLEY (1972)Calcit in die Übersättigung treiben und zurCalcitfällung führen. Die niedrigen Mg.-Konzentration lassen aber darauf schließen,daß Dolomite im Einzugsgebiet der Falken-steiner Höhle nicht oder nur lokal begrenztvorkommen, so daß der Effekt hier nicht zurGeltung kommt (vgl. STRIEBEL, 1992).

-SI Calcit-1,5+---7--;- __ SI Dolomit--7"--~------;-----;-----:----+--~~ ••.----i---~----.j

-0,5tt-----:n-+-\--i-f!--:-------:------7----:----i~-~---:--~:__-~--

-2~~~h-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~_r~~~~~~~~~~Feb97 Mrz97 Apr 97 Mai97 Jun97 Jul 97 Aug 97 Sep97 Okt97 Nov97 Dez97 Jan98 Feb98

Abb. 9: lahreslauf der berechneten Sättigungsindices für Calcit und Dolomit. Auf derZeitachse gibt die Hauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.

Arbeitsgemeinschaft Höhle und Karst Grabenstetten e.V.


Die berechneten CO2- Partialdrücke imHöhlenbach zeigten im Frühjahr '97 starkuneinheitliche Schwankungen (3300 - 25100ppm). Ab April nahmen während desSommers die Partialdrücke bis zu einem

Maximum Ende September (23400 ppm) zu(Abb. 10). Bei der ersten Probenahme imOktober hatte sich der Partialdruck dann fasthalbiert und sank bis Anfang November aufein Minimum von 2050 ppm.

30000,---------~----,_--~----~------------------------~------------~

- Partialdruck CO2 [ppm]25000+-~+-,--------:-----.:---------:.-----~----~----:-----~----,-----,--:.~----'--_._-_..._-

5000+---~----~~--~---7----~----~--~----~~-~-----7----7-~~--~

O~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~Feb 97 Mrz 97 Apr 97 Mai 97 Jun 97 Jul 97 Aug 97 Sep 97 Okt 97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

Abb. 10: Jahreslauf der mit PHREEQC berechneten COrPartialdrücke. Auf der Zeitachse gibtdie Hauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.

Weitere ParameterDie mittlere Natrium(N at)-Konzentration

betrug über den Beprobungszeitraum 5,3mg/l (0,23 meq/l). Die mittlere Chlorid-konzentration betrug 11,3 mgll (0,32 meq/l).Erwartungsgemäß korrelieren beide Para-meter statistisch hochsignifikant (BECK,1999) und blieben im Jahreslauf auf einemnur mäßig SChwankenden, gleichmäßigenNiveau. Ausnahmen waren vereinzelte,gemeinsame Maxima mit Chlorid-Konzen-trationen > 20 mgll und und Natrium-Konzentrationen > 10 mgll (Abb. 11). ImWinter '971'98 bilanzieren die hohenChloridkonzentration nicht mehr mit denNa-Konzentrationen. Ursache sind mög-licherweise Meßfehler. Die Kalium(Kt)-Konzentrationen waren mit einem Mittel-

wert von 1,6 mg/l (0,04 meq/l) erwartungs-gemäß niedrig.

Die erhöhten Chloridkonzentrationen desZuflusses am Stuttgarter Block (bei - 1050m, Abb. 4) sind schon seit langem bekannt(z.B. PECHOLD, 1991). Der Zufluß wurdezweimal beprobt (Mai und November '97).Dabei wurden die hohen Na-Konzen-trationen (>28 mg/l) und Chlorid-Konzen-trationen (>50 mg/l) bestätigt. Der Anteilder SChüttungen des Seitenganges am Ge-samtabfluß des Höhlenbaches ist beinormalen Wasserständen allerdings sogering, daß keine Unterschiede in denChloridkonzentrationen in Proben kurz vorund nach dem Zufluß nachgewiesen werdenkonnten (BECK, 1999).



- Na,[meq/I]O,7~--~--~---- __--~-- ~ __~ --.

- K, [meq/I] -tr- CI' [meqll]o,6t---~----~--~----~~h.--~----~--~----~--~~~~ __~ ~

0,0 !,....,~~~~~~=!ir~~~~~~:...-~=:;:::~;:::~~~::JFeb 97 Mrz97 Apr 97 Mai 97 Jun 97 Jul 97 Aug 97 Sep 97 Okt 97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

Abb. 11: Jahreslauf der Na-, Kr und Chloridkonzentrationen. Auf der Zeitachse gibt dieHauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.

Die saisonale Entwicklung der Sauer-stoffkonzentrationen im Höhlenbach zeigtwinterlich leicht erhöhte und sommerlicheniedrige Gehalte. Der mittlere Sauerstoff(02)-Gehalt betrug 8,9 mg/l (Abb.12).Sauerstoffgehalte in Wasser, das mit dematmosphärichen 02-Partialdruck im Gleich-gewicht steht, haben abhängig von derGesamtmineralisation Gehalte zwischen 9mg/l bei 20DC und 14 mg/l bei ODC

(MATTHES, 1990). Die beobachteteSaisonalität entspricht den jahreszeitlichenSchwankungen im Bodenhorizont als Folgeder erhöhten biologischen Sauerstoffum-setzung in der sommerlichen Vegetations-periode (SCHEFFER & SCHACHTSCHA-BEL, 1992). Sauerstoff wird dabei im Bodendurch die Bildung von CO2, Nitraten undSulfaten verbraucht.

12~ __ ~ ~ __ ~ ;- __ -; ;- __ -; ~ __ -; ~ ;- __ ~ __ 1300000

_ 02-Gehalt [mg/l] __ PartialdruckO2[ppm]

260000

2~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~100000

Feb 97 Mrz97 Apr 97 Mai 97 Jun 97 Jul 97 Aug 97 Sep 97 Okt 97 Nov 97 Dez 97 Jan 98 Feb 98

Abb. 12: Jahreslauf der gemessenen OrGehalte und der mit PHREEQC berechneten CO2-

Partialdrücke. Auf der Zeitachse gibt die Hauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstricheim Wochenabstand.

Arbeitssemeinschaft Höhle und Karst Grabenstetten e.V.


Der Jahreslauf der Nitratkonzentrationzeigt eine zum Sauerstoffgehalt entgegen-gesetzte saisonale Entwicklung. Die Para-meter korrelieren statisch hochsignifikantnegativ (BECK, 1999). Die mittlere Nitrat-konzentration im Probenahmezeitraumbetrug 20 mg/l (0,33 meq/l).

Im Bodenhorizont sind Schwankungen inden Nitratkonzentrationen durch die saisonalvariierenden Prozesse der Mineralisierung,Immobilisierung und Denitrifikation ge-steuert. In erheblichem Umfang nehmendabei auch Art und Intensität der Boden-nutzung, insbesondere der Düngemittel-einsatz auf landwirtschaftlichen Flächenoder Ernterückstände, Einfluß (SCHEFFER& SCHACHTSCHABEL, 1992). In dersommerlichen Vegetationsperiode solltendie Nitratkonzentrationen in Sickerwässemaufgrund pflanzlicher Fixierung niedrig sein.

Mit dem Ende der Vegetationsperiode imHerbst ist der mineralische Stickstoffvorratzwar auf einem Minimum, aber nicht mehrfixiert. Bei erhöhter Grundwasserneubildungin der Winterperiode nehmen deswegendurch Auswaschung des Bodenhorizontesdie Nitratkonzentrationen im Sickerwassereigentlich zu.

Die saisonalen Schwankungen in denNitratkonzentrationen des Höhlenbacheszeigen eine anderen Verlauf. Im Aquiferbauen sich in der Sommerperiode langsamerhöhte Konzentrationen auf. ZwischenMärz und Juni sowie Juli und November '97sind deutliche Anstiege zu beobachten, diekurzfristig wieder zurückgesetzt werden.

Nitrit ist in mehreren Proben nachge-wiesen worden. Die gemessenen Nitritkon-zentrationen sind aber mit einem Mittelwertvon 0,013 mg/l durchweg sehr niedrig.

O,50~---;----;----:---:----~-- __ ----~--~---- __ --~-- __ -- ~

0,20T----;;-;-----:------:-------:-------:-------:-----..:-------:-----:..---~__,__----:-----:.-

0,0030,10 -t-llrll--:-----:-----:---~----+-------.;.----+---~----~----:---~----+-_+0,002

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Feb97 Mrz97 Apr 97 Mai97 Jun 97 Jul 97 Aug 97 Sep97 Okt 97 Nov97 Dez97 Jan 98 Feb98

denen des Nitrats. Nach BECK (1999)korrelieren die Sulfatgehalte statistischhochsignifikant mit den Na-, Kc,Chlorid-und Nitratgehalten. Phosphate konnten imHöhlenbach im Jahreslauf nur fünfmalnachgewiesen werden. Die Konzentrationenwaren immer x 1 mg/l. Die EisentFe.) - und

Abb. 13: Jahreslauf der Nitrat- und Nitritkonzentrationen. Auf der Zeitachse gibt dieHauptskalierung die Mitte des Monats an, Teilstriche im Wochenabstand.

Die Sulfatkonzentrationen zeigten imJahreslauf starke Schwankungen. Nur wäh-rend des Sommers waren die Gehalte aufrelativ niedrigem Niveau konstant. Diemittlere Konzentration betrug 8,9 mg/l (0,18meq/l), die maximalen Konzentrationen 14-16 mg/l. Die jahreszeitlichen Trends ähneln



MangantMn.) Konzentrationen warendurchweg niedrig bzw. teilweise unterhalbder Nachweisgrenze. Die mittlere FeeKonzentration betrug 0,15 mg/l (0,008meq/l), die mittlere Mn-Konzentrationbetrug 0,16 mg/l (0,006 meq/l). BeideParameter korrelieren nicht (BECK, 1999).

Ein saisonaler Verlauf ist nicht zu erkennen.Eisen korreliert hochsignifikant mit dengemessenen Nitritgehalten. Die mittlerenGehalte freier Kieselsäure über den beprob-ten Zeitraum betrugen 4,8 mg/l. Die Gehalteschwanken stark. Eine jahreszeitlicheEntwicklung ist nicht erkennbar.

20,0r---"~-('}'-"" -Te-m-p-er~atu-r-w-as-s-er~[·-C]-_--T-em-p-era-t-ur-Luft~[O-C]---*--"'--p-art-ia-Id-ru-ck-C-O-,-[p-pm-]------~--~------r 3000018,0

16,0 25000

14,0~

12,0

10,0

8,0

6,0

4,0

2,0

O,O~_~~~~~~_~_~~~~-r~_~---~_~~~_~~~~~~_~~~~_~OFeb97 Mrz97 Apr97

1,---------------------------------------~Mai97 Jun97 Jul97 Aug97 Sep97 Okt97 Nov97 Oez97 Jan98 Feb98

0,5

-Q,5

-1

-1,5_SI Calcit____SIOolomit

-2~_~~ __ ~~~-~ ~~~~~_~_~~_~~ ~_~~ __ ~~_~_~

Feb97 Mrz977,0,---~---------~--~--------~------~------__,

Apr97 Jul97 Feb98Mai97 Jun97 Aug97 Sep97 Okt97 Nov97 Dez97 Jan98

6,5

6,0

_Ca, [meqII]

__ Alkalirilat[meq/I]

5,0

4,5

4,0~-~~-~~~-~-~~--~~~-~---~-~~~-~~~~~~-~-~~~Feb97 Mrz97 Apr97 Mai97 Jun97 J~97 Aug97 Sep97 Okt97 Nov97 Dez97 Ja198 Feb98

Abb. 14: Vergleich der saisonalen Entwicklung der Luft- und Wassertemperaturen am erstenSchluckloch mit den berechneten COz-Partialdrücken, den Ca-Konzentrationen, denAlkalinitäten und Sättigungsindices. Man beachte den Temperaturumschlag amProbenahmetag Mitte Oktober.


20000

15000

10000

5000


6. DiskussionSaisonale Gliederung

Der hydrochemische Jahreslauf derFalkensteiner Höhle zwischen Februar /97und März /98 läßt auf der Basis derParameter Nitrat-, Sulfat- und Sauerstoff-gehalt generell eine einfache saisonaleGliederung mit niedrigeren winterlichen undhöheren sommerlichen Konzentrationen zu,die im wesentlichen mit vegetations-abhängigen Verhältnissen im Bodenhorizontzu erklären sind.

Auf der Basis der für Karstwässerentscheidenden Parameter des SystemsCaC03-C02-H20 und der physiko-chemi-schen Parameter läßt sich der Jahreslauf(Abb.14) in drei Abschnitte teilen:

• Eine uneinheitliche Frühlingsperio-de zwischen Februar und Mitte April /97zeigt starke Schwankungen, die sich imVerlauf der Höhlenlufttemperaturen, derCO2-Partialdrücke, der pH-Werte und derSättigungsindices abbilden;

• Über die Sommerperiode zwischenEnde April und Ende September /97 steigendie CO2- Partialdrücke allmählich. Ent-sprechend fällt der CO2-Partialdruck. DieWässer sind schwach Calcit-übersättigt. DieHöhlenlufttemperatur bleibt konstant überder Wassertemperatur.

• In der HerbstIWinterperiode abEnde September/Mitte Oktober fällt, miteiner schnellen Abkühlung der Höhlenluft-temperaturen unter die Wassertemperaturen,der CO2-Partialdruck stark ab. Der pH-Wertsteigt an. Der Wendepunkt dieser Ent-wicklung ist die Proben ahme am 14.Oktober 97. Die Calcitübersättigung steigtnoch bis Ende Oktober weiter stark an undfällt dann ab.

Einfluß der TemperaturenWie bereits von PECHOLD (1991)

beobachtet, bestimmen die Lufttemperatur-schwankungen im Eingangsbereich nicht nurdie Bewetterung des Höhlensytems, sondernauch die Hydrochemie des Höhlenbaches.Die auf der Basis der hydrochemischenDaten berechneten CO2-Partialdrücke korre-

lieren statistisch nach BECK (1999) auf-fallend gut (signifikant) mit den über demersten Schluckloch gemessenen Lufttempe-raturen (beide Parameter sind unabhängigvoneinander). Der erste Siphon, als erstewichtige Querschnittsverengung im Höhlen-verlauf, übernimmt für die Bewetterung desHöhlensystems eine entscheidende Bar-rierenfunktion. Der Halbsiphon liegt etwa400 m hinter dem Höhleneingang. DieHöhlendecke erniedrigt sich dort so, daß nurein etwa 0,5-1 m hoher Schluf den Durch-gang bildet. Dahinter steigt nach der Reut-linger Halle der Höhlengang entlang derWasserfallstrecke um mehr als 15 m wiederan (WINTER & WITZIG, 1991).

Es lassen sich abhängig von den Höhlen-lufttemperaturen TLuft relativ zur Wasser-temperatur TWasser im vorderen Bereich derHöhle zwei Bewetterungssituationen mo-dellhaft unterscheiden, die in Abb. 15dargestellt sind:

Während der sommerlichen, hohenAußentemperaturen wirkt der erste Siphonals Kaltluftfalle (Fallt: TLuft > TWasser) DieKaltluft läuft langsam aus dem Siphon aus.Sie fließt über dem Boden und dem sich nurlangsam bewegenden bis stagnierendenHöhlenbach zum Höhlenausgang. Die aus-laufende Kaltluft verhindert das Eindringenwarmer Außenluft hinter den Siphon. ImEingangsbereich der Höhle zirkuliert Warm-luft über einer bodennahen Kaltluftschicht.Im Bereich hinter dem Siphon erhöht sich soseit Ende April bzw. dem letzten Tag mitniedrigeren Luft- als Wassertemperaturenkonstant der CO2- Partialdruck im Wasserund in der Höhlenluft (Abb.14). Eindringen-de CO2-reiche Sickerwässer entgasen ent-lang der Höhlenbachstrecken mit steileremGefälle und turbulentem Fließverhalten(Wasserfallstrecke und Kolkstrecke ) undbauen selbstverstärkend langsam hohePartialdrücke im Wasser auf. Über derProbenahmestelle hemmt bodennah ab-fließende, CO2-reiche Kaltluft als Sperr-schicht eine substantielle Entgasung ausdem Höhlenbach bis zum ersten Schluck-loch.



Fa1l1:TI.ufI>Tw •••• rKaltluftfal1e I------=r::::---- VadoseZone

]I

Warmluft>9.2°C·

T••••••,=9.2°C

2. & 1. Schluckloch

VadoseZone

2. & 1. Schluckloch

Abb. 15: Schematisches, vereinfachtes Profil der Höhle mit den sommerlichen (Fall 1) undwinterlichen (Fall 2) Bewetterungsverhältnissen. (Dunkelgrau = Kaltluft, Hellgrau =Warmluft)

Sobald die Außentemperaturen so starkabfallen, daß auch die Höhlenlufttemperaturim Höhlenraum vor dem Siphon niedrigerals die Wassertemperaturen sind (Fall 2:TLuft < TWasser) kann ein Keil aus kalterAußenluft in den Bereich hinter den Siphoneindringen. Der Siphon wirkt nun alsWarmluftfalle für die Luft des hinterenHöhlenteils. Das Eindringen von kalterAußenluft in Teile des hinteren Höhlen-bereiches ermöglicht die schnelle CO2-

Entgasung aus dem Höhlenbach. WarmeHöhlenluft kann durch die verkarstete Über-deckung zur Albhochfläche hin nach obenabziehen.

An drei Probenahmetagen im März, Maiund November ~97 wurde der Höhlenbachauch hinter dem ersten Siphon beprobt. Die

\\

I -Co,-reiche I l=r=---=---+-~-- rCkerwässer ~

Wasserfallstrecke

\

l

in Abb. 16 dargestellten hydrochemischenProfile bestätigen dabei die oben entwickel-ten Bewetterungsmodelle. An den Probe-nahmetagen im März und Mai ~97waren dieHöhlenlufttemperaturen am ersten Schluck-loch höher als die Wassertemperaturen. DieCO2-Partialdrücke im Höhlenbach warenhoch und nahmen bis zum zweiten Siphon,bei gleichzeitig abnehmenden Lufttempera-turen, zu. Die Situation im November warfast spiegelbildlich. Die Lufttemperaturenwaren im hinteren Höhlenbereich wesentlichhöher (11,2°C in der Reutlinger Halle). DerCO2-Partialdruck im Wasser war um eineDimension niedriger und nahm hinter dem1. Siphon deutlich ab. Der Höhlenbach wargegenüber Calcit extrem übersättigt.



21000,--------------------------- --r 12.0

20000

Partialdruck CO2 [ppm] -t-- Temperatur Luft [.C]

Probennahme am 01.März 97

9.5

11,5

11,0

19000 10.5

10,0

18000

17000+------------ ------ --19.0

1.Schluckloch (100m) vor Stuttgarter Block (-1025m) nach Stuttgarter Block (-107Sm)

Temperatur Wasser [0C] 9.1 9 9

Leitfähigkeit wS/em] 517 581 581

pH·Wert 7,17 7,12 7,11

Ca, [meq/q 6,34 6,35 6,25

Alkalinität [meq/I] 5,59 5,62 5,33

SI Caleft 0,09 0,04 0

14000.,----------,-----------..,.------------------,7.6

12000

Partialdruck C021ppm]

80007.2

7.5

Probennahme am 19. Mai 97TWasser< TL.uft

"Kaltluftfaf/e"

7.3

7.4

10000

6000 +---------~--------_---------_---------! 7.11.SChluckloch(100m) Zufl.St.Block(-1050m) Königshalle (-1400m) 2.Siphon ("2200rn)

Temperatur Was$er rCl 9,3 9,3 9,3 9,3 iTemperatur Luft rCJ 13,1

Leitfähigkeit (J,IS/em] 526 819 566 580

Ca, [meqtl] 5,86 6,7 5,7 5,97

A1kal;n;lät [meq/I] 5,36 5,64 5,32 5,17

SI CalcH 0,43 0,36 0,25 0,15

2100.-------------,-------------,-------------, 12.02000

Partialdruck. CO2 [ppml

1900

11,0

10,01800

Probennahme am 02. November 97TWaner > TLuft

"Warmluftfaf/e" 9,01700

8,01600

7,01500

1400 +------------~-----------_-,--------- -I-6.0I.SChluckloch (100m) Reutlinger Halle (SOOm) Zuflluß Stutlgarter Block (-1050m)

Temperatur Wasser rC] 9,2 9,3 9,3

Le;mh;gkeH IJlSiem] 550 587 600

pH-Wert 8,06 8,2 8,2

Ca,[meq/q 5,34 5,21 5,1

AlkaUn;lät [meq/l] 4,99 5,34 5,15

SI Caleft 0,85 1,01 0,91

Abb. 16: Hydrochemische Profile in der Falkensteiner Höhle. COrPartialdruck und pH-Werte oder Lufttemperaturen sind gegen die Probenahmepunkte in der Höhle aufgetragen. DenProbenahmepunkten sind die Entfernungen vom Höhleneingang beigefügt. Alle Punkte hinterdem 1. Schluckloch liegen auch hinter dem 1. Siphon (bei 400 m).



Der Bewetterungsumschlag in der Höhletrat im hier untersuchten Jahreslauf /97 mitder Probenahme am 14. Oktober 97 ein(Abb. 14). Die Lufttemperatur an der Pro-bennahmestelle fiel unter die Wasser-temperatur. Kalte CO2-untersättigte Außen-luft floß in die Höhle und ermöglichte dieCO2-Entgasung aus dem Höhlenbach.Wenig später, Anfang November, ist dasWasser bereits stark Calcit-übersättigt(SIcalcit> 0,8). Die extreme Supersaturationgeht mit einem Abfall in den Ca- Konzen-trationen einher (Calcium-i.Loch"; Abb. 14).Der Abfall wird von sehr niedrigen Leit-fähigkeiten begleitet (unabhängiger Para-meter!). Möglicherweise ist in diesemZeitraum Calcit entlang der Fließ strecke desHöhlenbachs ausgefallen. Mit dem Wieder-anstieg der Ca-Konzentration ist die Fällungabgeschlossen und die normale Über-sättigung des Höhlenbaches wird wiedererreicht.

Für die uneinheitlichen Verhältnisse inder Frühlingsperioden können die extremen,für die Jahreszeit außergewöhnlichen Tem-peraturschwankungen verantwortlich ge-macht werden, die die Bewetterungslage derHöhle ständig wechseln ließ.

Einfluß der Niederschläge und AbflüsseWie bereits von BEHRIGER (1987) für

die mittlere Schwäbische Alb und vonPECHOLD (1991) für die FalkensteinerHöhle beobachtet, konnte eine Korrelationzwischen den regionalen Niederschlägen,den Abflüssen und den Parametern im obenbeschriebenen System während des Jahres-laufes nicht nachgewiesen werden (BECK,1999). .

Die gemessenen Wassertemperaturen undLeitfähigkeiten zeigen im Jahreslauf auchbei starken Abflüssen keine Beeinflussungdurch ein erhöhtes Wasserdargebot. Dieenge Schwankungsbreite der Wassertempe-raturen, um die von PECHOLD (1991) mit9,2°C angegebene mittlere Gesteinstempera-tur, weist auf eine ausreichend lange Ver-weildauer des Karstwassers zur thermischEquilibrierung im Aquifer hin. Die vonW~LIAMS (1983) beschriebenen erhöhten

Kalkgehalte und Leitfähigkeiten bei Ein-setzen eines Hochwasserereignisses, diedurch die Verdrängung des gesättigtenKarstwassers im Aquifer durch eindringendeniedrig-konzentrierte Sickerwässer ent-stehen, konnten aufgrund der nicht aus-reichenden zeitlichen Auflösung derHochwasserereignisse nicht nachvollzogenwerden.

Auch auf die mehrheitlich schwacheCalcit-Übersättigung im Höhlenbach habendie Hochwässer in der Falkensteiner Höhlekeinen Einfluß. Die Maxima der Calcit-übersättigungen wurden jeweils währendNiedrigwasserphasen beobachtet. Die niedri-gen Ca-Gehalte und entsprechenden Leit-fähigkeitsminima nach extremer Über-sättigung Ende Oktober/November ereigne-ten sich noch vor den SchüttungsmaximaEnde Dezember. Die Niederschläge undSickerwässer sind in ihrem Volumen, ver-glichen zum gespeicherten Volumen imKarstkörper, so klein, daß sie durchMischung angeglichen werden. In Trocken-perioden genügt möglicherweise bereits dieVerweildauer im Epikarst, um die Sicker-wässer gegenüber Calcit in die Über-sättigung zu führen (vgl. CLEMENS et al.,1997b).

Nur im Jahreslauf der Nitrat- undSulfatkonzentrationen kann während derNiederschlags- und Abflußmaxima einZurückgehen der in der Sommerperiodelangsam ansteigenden Konzentrationen be-obachtet werden. Im Bodenhorizont wirdangereichertes Nitrat bzw. Sulfat bei starkenNiederschlägen mobilisiert und mit demSickerwasser "ausgespült".

Einfluß der BodenluftAus dem Jahreslauf des CO2-Partial-

druckes im Höhlenbach können keineRückschlüsse auf eine Saisonalität des CO2-

Dargebots in der Bodenluft gemacht werden.In den stark schwankenden CO2-Gehaltendes Höhlenbaches bilden sich keine durchdie winterliche "Vegetationspause" entstan-denen Minima ab. Als ein, wie obenbeschrieben, über die Fließ strecke offenesSystem variiert der Partialdruck abhängig

ArbeitszemeinschaftHöhleund Karst Grabenstettene.V.


von der Bewetterung im Jahreslauf so stark,daß entsprechende Effekte überdeckt werdenoder erst garnicht wirken. Das CO2-

Dargebot im Boden ist also nicht entschei-dend für die Hydrochemie des Höhlen-baches. Als weitere nicht zu vernach-lässigende und nicht-saisonale, konstanteCO2-Quelle nimmt ATKINSON (1977b)durch Sickerwasser eingebrachtes organi-sches Material in der ungesättigten, vadosenZone an.

Dieser Befund steht im deutlichen Wider-spruch zum ausgesprochen saisonalen Ver-lauf der PC02- Kurven von Sickerwässern,Karstgrundwasserblänke und Karstquellendes Gipskarstgebietes Hainholz/Südharz(KEMPE, 1992). Dort wurden höchsteWerte im August und niedrigste Werte imFebruar-April gemessen. Der Unterschiedzwischen beiden Karstgebieten liegt in derHydrologie begründet. Die FalkensteinerHöhle ist ein offen-vadoses System. DasHainholz besitzt einen phreatischen Grund-wasserkörper .

Anthropogene EinträgeVor dem Hintergrund einer normalen

geogenen Grundbelastung können anthropo-gene Einträge durch die Ausbringung vonDüngemitteln, die Berieselung landwirt-schaftlicher Flächen mit kommunalen Ab-wässern oder Gülle und die Verwendungvon Streusalzen auf VerkehrsflächenSpitzenkonzentrationen erzeugen.

Die Maxima in den Chlorid- undNatriurnkonzentrationen im Höhlenbach (imwesentlichen Tagesereignisse) korrelierenstatistisch sehr gut oder gut mit gemessenenMaxima in den Sulfat-, Nitrat- undMagnesiurnkonzentrationen (BECK, 1999).Dies läßt auf anthropogene Einträge (Dünge-mitteln oder Gülle) auf den landwirt-schaftlich genutzten Flächen der Hochflächeder Erkenbrechtsweiler Halbinsel schließen.Für die kontinuierlich hohen Belastungen imZufluß des Stuttgarter Seitenganges müssenSickerwässer einer ständig auslaugendenAbfallablagerung auf der Albhochflächeverantwortlich gemacht werden.

Die gemessene Nitratbelastung desHöhlenbaches der Falkensteiner Höhle bzw.der Elsach liegen unter dem Grenzwert derTrinkwasserverordnung der BRD (50 mg/l).Im Sinne der Güteklassifizierung für Nitratder Länderarbeitsgemeinschaft Wasser(LA WA) stellt sich der Höhlenbach aber alssehr stark belastet (90%-Perzentil > 10 mg/lNitrat; LEHMANN, 1997) dar.

DanksagungFür die freundliche und umfassende

Unterstützung danken wir der Arge Höhle &Karst Grabenstetten. Gedankt wird weiter-hin dem Landesamt für UmweltschutzBaden- Württemberg für die freundlicheBereitstellung der Niederschlagsdaten derMeßstationen Bad Urach und Münsingenund der Abflußdaten der Erms am Pegel BadUrach, sowie dem Deutschen WetterdienstOffenbach für Niederschlagsdaten derMeßstation Neuffen. Besonderer Dank giltR. Branolte (Labor am GPI Darmstadt),Dipl.-geol. M. Kaselow und B. Hassenbach.

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Autoren:Adressen:(1) Geologisch-Paläontologisches Institut,TU Darmstadt, Schnittspahnstr. 9, 64285Darmstadt(2) Uracher Straße 30, 72582 Grabenstetten(3) Bahnhofstraße 22, 73252 Lenningen


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