Stalaktit

Eine Stalaktit ( aus dem Altgriechischen σταλακτός ( stalaktós ) „ tropfend “ , von σταλάσσειν ( stalássein ) „ tropfen “ ) [ ¹ ] ist eine mineralische Formation , die von der Decke von Höhlen , heißen Quellen oder von Bauwerken wie Brücken und Bergwerken herabhängt . Jedes lösliche Material , das sich als Kolloid ablagern , ⁱⁿ Suspension sein oder schmelzen kann , kann eine Stalaktit ^bilden . Stalaktiten können aus Lava , Mineralien , Schlamm , Torf , Pech , Sand , Sinter und Bernstein (kristallisiertem Urin von Packratten ) bestehen . ^{[ 2 ] [ 3 ]} Ein Stalaktit ist nicht zwangsläufig ein Speläothem , obwohl Speläotheme aufgrund der Vielzahl an Kalksteinhöhlen die häufigste Form von Stalaktiten darstellen. ^{[ 2 ] [ 4 ]}

Die entsprechende Formation am Höhlenboden wird als Stalagmit bezeichnet .

The most common stalactites are speleothems, which occur in limestone caves. They form through deposition of calcium carbonate and other minerals, which is precipitated from mineralized water solutions. Limestone is the chief form of calcium carbonate rock which is dissolved by water that contains carbon dioxide, forming a calcium bicarbonate solution in caverns.^[5] The chemical formula for this reaction is:^[6]

CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(aq) → Ca(HCO₃)₂(aq)

This solution travels through the rock until it reaches an edge and if this is on the roof of a cave it will drip down. When the solution comes into contact with air the chemical reaction that created it is reversed and particles of calcium carbonate are deposited. The reversed reaction is:^[6]

Ca(HCO₃)₂(aq) → CaCO₃(s) + H₂O(l) + CO₂(aq)

An average growth rate is 0.13 mm (0.0051 inches) a year. The quickest growing stalactites are those formed by a constant supply of slow dripping water rich in calcium carbonate (CaCO₃) and carbon dioxide (CO₂), which can grow at 3 mm (0.12 inches) per year.^[7][8] The drip rate must be slow enough to allow the CO₂ to degas from the solution into the cave atmosphere, resulting in deposition of CaCO₃ on the stalactite. Too fast a drip rate and the solution, still carrying most of the CaCO₃, falls to the cave floor where degassing occurs and CaCO₃ is deposited as a stalagmite.

Alle Kalksteinstalaktiten entstehen aus einem einzigen mineralhaltigen Wassertropfen. Beim Fallen lagert sich ein dünner Kalzitring ab. Jeder weitere Tropfen, der sich bildet und fällt, lagert einen weiteren Kalzitring ab. Schließlich formen diese Ringe ein sehr schmales (ca. 4 bis 5 mm Durchmesser), hohles Röhrchen, das gemeinhin als „ Soda-Strohhalm “-Stalaktit bekannt ist. Soda-Strohhalme können recht lang werden, sind aber sehr zerbrechlich. Verstopfen sie durch Ablagerungen, fließt Wasser über die Außenseite, lagert weiteren Kalzit ab und bildet so den bekannteren, kegelförmigen Stalaktiten.

Die Bildung von Stalaktiten beginnt in der Regel großflächig, wobei das mineralreiche Wasser über mehrere Wege fließen kann. Da sich Mineralien in einem Kanal etwas stärker lösen als in anderen, zieht der dominante Kanal immer mehr Wasser an, was sein Wachstum beschleunigt und schließlich dazu führt, dass alle anderen Kanäle verstopft werden. Dies ist einer der Gründe, warum Stalaktitenformationen tendenziell einen Mindestabstand zueinander aufweisen. Je größer die Formation, desto größer der Abstand zwischen den Formationen.

Die gleichen Wassertropfen, die von der Spitze eines Stalaktiten fallen, lagern mehr Kalzit am Boden ab und führen schließlich zur Bildung eines abgerundeten oder kegelförmigen Stalagmiten . Im Gegensatz zu Stalaktiten entstehen Stalagmiten nie als hohle „Trinkhalme“. Mit genügend Zeit können diese Formationen aufeinandertreffen und verschmelzen, wodurch ein Tropfstein aus Kalziumkarbonat entsteht, der als Säule oder Stalagmit bezeichnet wird. ^{[ 9 ]}

Eine weitere Art von Stalaktiten entsteht in Lavatunneln, solange die Lava darin noch fließt. ^{[ 10 ]} Die Entstehung erfolgt durch das Abtropfen der geschmolzenen Lava an die Höhlendecke. Lavastalaktiten bilden sich jedoch sehr schnell, innerhalb weniger Stunden, Tage oder Wochen, während Kalksteinstalaktiten Tausende von Jahren benötigen können. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass Lavastalaktiten aufhören zu wachsen, sobald der Lavafluss erloschen ist. Das bedeutet, dass ein abgebrochener Stalaktit nicht nachwachsen kann. ^{[ 2 ]}

Der Oberbegriff Lavakegel wird wahllos auf Lavastalaktiten und Stalagmiten angewendet und leitet sich vom Wort Eiszapfen ab. ^{[ 2 ]}

Ähnlich wie Kalksteinstalaktiten können sie Lavatropfen auf dem Boden hinterlassen, die sich in Lavastalaktiten verwandeln und schließlich mit dem entsprechenden Stalaktiten zu einer Säule verschmelzen können.

Der Haifischzahn-Stalaktit ist breit und spitz zulaufend. Er entsteht möglicherweise als kleiner Lavatropfen aus einer halbfesten Decke und wächst dann durch die Anlagerung von Schichten, während aufeinanderfolgende Lavaströme im Lavatunnel auf- und abfließen und den Stalaktiten immer wieder mit neuem Material überziehen. Seine Länge kann von wenigen Millimetern bis über einem Meter variieren. ^{[ 11 ]}

Wenn Lava durch einen Tunnel fließt, spritzt Material an die Decke und sickert wieder herab, wo es zu Stalaktiten erstarrt. Diese Art der Bildung führt zu unregelmäßig geformten Stalaktiten, die etwas an gedehnten Karamell erinnern. Oft weisen sie eine andere Farbe auf als die ursprüngliche Lava, aus der die Höhle entstanden ist. ^{[ 11 ]}

Beim Abkühlen des Daches einer Lavaröhre bildet sich eine Haut, die halbgeschmolzenes Material im Inneren einschließt. Die Ausdehnung der eingeschlossenen Gase drückt Lava durch kleine Öffnungen nach außen, wodurch hohle, röhrenförmige Stalaktiten entstehen, ähnlich den Soda-Röhrchen, die als Ablagerungssinter in Lösungshöhlen gebildet werden . Der längste bekannte Stalaktit misst fast zwei Meter. Diese Stalaktiten sind in hawaiianischen Lavaröhren häufig und oft mit einem Tropfstalaktit vergesellschaftet, der sich darunter bildet, wenn Material durch den Stalaktiten transportiert wird und sich am Boden ablagert. Manchmal bricht die Röhrenform nahe dem distalen Ende zusammen, höchstwahrscheinlich, wenn der Druck der entweichenden Gase nachlässt und noch flüssige Teile des Stalaktiten zusammenfallen und abkühlen. Oft nehmen diese röhrenförmigen Stalaktiten ein verdrehtes, wurmförmiges Aussehen an, da Lavastücke kristallisieren und den Lavafluss in verschiedene Richtungen lenken. Diese röhrenförmigen Lavaheliktiten können auch von Luftströmungen in der Röhre beeinflusst werden und in Windrichtung zeigen. ^{[ 11 ]}

Ein häufiges Stalaktitenvorkommen, das saisonal oder ganzjährig in vielen Höhlen zu finden ist , sind Eisstalaktiten, die insbesondere an der Oberfläche oft als Eiszapfen bezeichnet werden. ^{[ 12 ]} Sickerwasser dringt von der Oberfläche in die Höhle ein, und bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt bilden sich daraus Stalaktiten. Sie können auch durch das Gefrieren von Wasserdampf entstehen . ^{[ 13 ]} Ähnlich wie Lavastalaktiten bilden sich Eisstalaktiten sehr schnell innerhalb von Stunden oder Tagen. Im Gegensatz zu Lavastalaktiten können sie jedoch nachwachsen, solange Wasser und Temperatur geeignet sind.

Eisstalaktiten können sich auch unter Meereis bilden , wenn Salzwasser in das Meerwasser gelangt. Diese speziellen Stalaktiten werden als Brinicles bezeichnet .

Aus Eisstalaktiten können sich auch darunter entsprechende Stalagmiten bilden, die mit der Zeit zusammenwachsen und eine Eissäule bilden können.

Stalaktiten können sich auch auf Beton und in Rohrleitungen bilden, wenn ein langsames Leck vorliegt und das Wasser Kalzium, Magnesium oder andere Ionen enthält . Dort bilden sie sich jedoch deutlich schneller als in natürlichen Höhlen. Diese sekundären Ablagerungen, wie Stalaktiten, Stalagmiten, Sinterterrassen und andere, die aus Kalk, Mörtel oder anderen kalkhaltigen Materialien im Beton außerhalb von Höhlen entstehen, können aufgrund der Definition des Begriffs nicht als Speläotheme klassifiziert werden. ^{[ 8 ]} Der Begriff „ Kalthemit “ wird verwendet, um diese sekundären Ablagerungen zu bezeichnen, die die Formen von Speläothemen außerhalb von Höhlen imitieren. ^{[ 14 ]}

Die Entstehung von Stalaktiten auf Beton beruht auf einer anderen chemischen Reaktion als bei natürlich in Kalksteinhöhlen entstehenden Stalaktiten. Ursache ist das im Zement enthaltene Calciumoxid . Beton besteht aus Zuschlagstoffen, Sand und Zement. Bei Zugabe von Wasser reagiert das Calciumoxid im Zement mit dem Wasser zu Calciumhydroxid (Ca(OH) _₂ ). Die chemische Formel lautet: ^{[ 6 ]}

CaO_(S)+ H₂O_(l)→ Ca(OH)_2(aq)

Mit der Zeit transportiert Regenwasser, das durch Risse in ausgehärtetem Beton eindringt, gelöstes Calciumhydroxid an den Rand des Betons. Stalaktiten können sich bilden, wenn die Lösung an der Unterseite des Betonbauwerks austritt, wo sie in der Luft schwebt, beispielsweise an einer Decke oder einem Balken. Beim Kontakt mit Luft an der Unterseite des Betonbauwerks findet eine weitere chemische Reaktion statt. Die Lösung reagiert mit dem Kohlendioxid der Luft und es fällt Calciumcarbonat aus . ^{[ 6 ]}

Ca(OH)_2(aq)+ CO_2(G)→ CaCO_3(S)+ H₂O_(l)

Wenn diese Lösung abtropft, hinterlässt sie Calciumcarbonatpartikel, die sich mit der Zeit zu Stalaktiten formen. Diese sind normalerweise einige Zentimeter lang und haben einen Durchmesser von etwa 4 bis 5 mm. ^{[ 6 ]} Die Wachstumsrate der Stalaktiten wird maßgeblich durch die kontinuierliche Zufuhr von Calciumcarbonat beeinflusst.^{Ab 2 Jahren}Die gesättigte Lösung und die Tropfgeschwindigkeit spielen eine Rolle. Ein strohhalmförmiger Stalaktit, der sich unter einer Betonstruktur gebildet hat, kann bis zu 2 mm pro Tag wachsen, wenn die Tropfgeschwindigkeit etwa 11 Minuten zwischen den Tropfen beträgt. ^{[ 14 ]} Änderungen des pH-Werts der Sickerwasserlösung können zusätzliche chemische Reaktionen begünstigen, die ebenfalls das Wachstum von Kalthemit- Stalaktiten beeinflussen können. ^{[ 14 ]}

Die Weiße Kammer in der oberen Höhle der Jeita-Grotte im Libanon beherbergt einen 8,2 m langen Kalksteinstalaktiten, der für Besucher zugänglich ist und als längster Stalaktit der Welt gilt. ^{[ 15 ]} Ein ähnlicher Anspruch wird für einen 20 m langen Kalksteinstalaktiten erhoben, der in der Kammer der Seltenheiten in der Gruta Rei do Mato ( Sete Lagoas , Minas Gerais , Brasilien) hängt. ^{[ 16 ]} Höhlenforscher sind jedoch bei ihren Erkundungen häufig auf längere Stalaktiten gestoßen. Einer der längsten öffentlich zugänglichen Stalaktiten befindet sich in Pol an Ionain (Doolin-Höhle) in der Grafschaft Clare , Irland, in der Karstregion Burren . Besonders beeindruckend ist die Tatsache, dass der Stalaktit von einem weniger als 0,3 m² großen Kalzitstück gehalten ^wird . ^{[ 17 ]}

Stalaktiten werden erstmals (wenn auch nicht namentlich) vom römischen Naturforscher Plinius erwähnt . In seinem Text spricht er auch von Stalagmiten und Säulen und beschreibt deren Entstehung durch das Abtropfen von Wasser. Der Begriff „Stalaktit“ wurde im 17. Jahrhundert von dem dänischen Arzt Ole Worm geprägt . ^{[ 18 ]} Er leitet ihn vom griechischen Wort σταλακτός (stalaktos, „tropfend“) und dem griechischen Suffix -ίτης (-ites, verbunden mit oder zugehörig) ab. ^{[ 19 ]}

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  Stalaktiten im unterirdischen Fluss von Puerto Princesa , Palawan , Philippinen
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  Mineralisierter Wassertropfen, der sich am Boden von Stalaktiten bildet
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  Stalaktiten vom Typ „Soda-Strohhalme“ aus den Choranche-Höhlen im Vercors , Frankreich
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  Röhrenförmige Lavastalaktiten
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  Ein röhrenförmiger Lava- Helikt

• Stalagmit
• Lavacicle
• Rusticle
• Karst
• Eiszapfen
• Flaschenbürsten -Stalaktit, beschichtet mit Pool-Spar.
• Brinicle

• Tropfsteine ​​im Zeitraffer - Schmidkonz, B.; Wittke, G.; Chemie Unserer Zeit , 2006, 40, 246. doi : 10.1002/ciuz.200600370

• „Speläotheme (Höhlenformationen) – Wind Cave National Park (US National Park Service)“ . www.nps.gov . Abgerufen am 5. Januar 2020 .
• Die Seite der virtuellen Höhle über Stalaktiten
• Stalaktiten von Enrique Zeleny, Wolfram Demonstrations Project .