Höhlenklimatologie

Lange Jahre erschöpfte sich für die meisten Höhlenforscher die Höhlenklimatologie darin zu erkennen, ob in einem Eingang oder Gang innerhalb einer Höhle ein Luftzug bemerkbar war. Wenn ja, ging es weiter, wenn nicht, war es zumindest ungewiss.

Seit einigen Jahren ist die Höhlenklimatologie jedoch auch in breiteren Höhlenforscherkreisen eine vielgenutzte Methode, um qualifizierte Aussagen aufgrund des Höhlenwindes machen zu können. Nicht zuletzt die sehr ermutigenden Erfolge in Hessenhau- und Seligengrundhöhle durch die Arge Blaukarst sind direkte Erfolge einer konsequenten Anwendung dieses Wissens.

Der nachfolgende Text ist eine knappe Zusammenfassung einiger Beiträge von Marco Filipponi (Arbeitsgemeinschaft für Speläologie Regensdorf, Schweiz).


Die Luftbewegung in Höhlen – der Höhlenwind

Die Luftbewegung in einer Höhle wird allgemein als Höhlenwind bezeichnet. Dabei lassen sich im Wesentlichen drei unterschiedliche Antriebsmechanismen unterschieden:

  • Konvektiv (Temperaturdifferenz),
  • barometrisch (Druckdifferenz),
  • Impuls (Mechanisch).

Diese drei Mechanismen treten oft gemeinsam auf, wobei sich ihre Wirkungen verstärken oder dämpfen können.

Konvektive Luftbewegung zwischen zwei Höhleneingängen; Grafik: M. Filipponi

Die konvektive Luftbewegung

Die Dichte der Höhlenluft (bedingt durch die konstante Lufttemperatur) ist über das Jahr hinweg mehr oder weniger konstant. Hingegen weist die Luft der freien Atmosphäre große tägliche und jahreszeitliche Schwankungen auf. Die Dichte der Luft hängt vom vorherrschenden Luftdruck und von der Lufttemperatur ab.

Das Prinzip der konvektiven Luftbewegung ist einfach: Dichtere (kältere) Luft fällt, während die weniger dichte (wärmere) steigt. Im Sommer „fällt“ normalerweise die Luft in der Höhle, die kälter ist als die Außenluft, während sie im Winter steigt. Daraus können Höhleneingänge anhand ihrer klimatischen Funktionsweise als meteohoch oder meteotief bezeichnet werden

  • Der meteohohe Eingang saugt im Sommer Luft an und stößt im Winter Luft aus (im Winter ein „Blasloch“).
  • Der meteotiefe Eingang stößt im Sommer Luft aus und saugt im Winter Luft an (Sommerblasloch).

Barometrische Luftbewegung; Grafik: M. Filipponi

Die barometrische Luftbewegung

Die barometrische Luftbewegung drückt aus, dass Luft von einem Ort höheren Drucks zu einem niedrigeren fließt. Zwar ist der Luftdruck in und außerhalb der Höhle in der Regel gleich hoch, aber bei schnellen Luftdruckänderungen der Außenatmosphäre (zum Beispiel beim Heranziehen eines Gewitters) kann  vor der Höhle ein anderer Luftdruck herrschen als drinnen. Die Höhle reagiert, indem sie Luft „ansaugt“ oder „ausstößt“. Wie viel Luft angesaugt wird, hängt vom Volumen der Höhle sowie vom Druckunterschied ab. Die barometrische Luftzirkulation kann in einigen Höhlen sehr heftig sein, doch ist sie meist nur von kurzer Dauer (einige Minuten bis Stunden).

Luftbewegung durch Impuls

Unter der Luftbewegung durch Impuls werden alle Luftbewegungen zusammengefasst, bei denen die Höhlenluft durch die Bewegung eines anderen Körpers angetrieben wird. So zum Beispiel durch das Fließen eines Höhlenbachs oder durch Höhlenbesucher, die sich in der Höhle bewegen.

Beispiel einer Luftbewegung durch Impuls um einen Wasserfall; Grafik: M. Filipponi

Ein Höhleneingang, der NICHT bläst – ist er unwichtig?

Ein Höhleneingang, an dem ein Luftzug zu beobachten ist, sagt uns, dass der Höhleneingang mit weiteren Gängen im Bergesinnern verbunden ist und dass dies für den Höhlenwind der widerstandsärmste Weg ist. Fehlt jedoch der Höhlenwind, kann es daran liegen, dass die Höhle „blind“ endet oder dass der Höhlenwind einen anderen Höhleneingang bevorzugt. Daher ist es nicht möglich, das „Potential“ eines nicht blasenden Höhleneinganges abzuschätzen. Kein Höhlenwind heißt aber eben nicht, dass kein Potential vorhanden ist, es ist lediglich unbekannt.

Welches ist der vorherrschende Mechanismus?

Welches der vorherrschende Mechanismus eines Höhlenwinds ist, lässt sich meistens einfach herausfinden:

Die konvektive Luftbewegung hängt vom Temperaturunterschied zwischen innen und außen ab und hält meist über Tage bis Monate an; während die barometrische Luftbewegung durch die Druckdifferenz bestimmt wird. Diese hält nur kurze Zeit (einige Minuten bis Stunden) an und ist daher eher eine „höhlenmeteorologische“ Erscheinung.

Luftbewegungen durch Impuls sind meist kleinräumig (z. B. unmittelbar um einen Wasserfall) und lassen sich nicht mit Veränderungen des Außenklimas in Verbindung setzen.

Es kommt oft vor, dass sich die Mechanismen überlagern. Deshalb ist es notwendig, den Luftzug bei verschiedenen Wetterlagen zu beobachten!

Aus speläoexplorativer Sicht sind wir vor allem an der konvektiven und barometrischen Luftzirkulation interessiert. Das Vorhandensein konvektiver Luftzirkulation sagt uns, dass der Höhleneingang mit anderen Zonen des Berges verbunden ist. Hingegen sagt uns eine barometrische Luftzirkulation, dass ein großes Luftvolumen bei großen Gangdimensionen vorhanden ist.

Zahlreiche weitere Fragestellungen sowie die Messmethoden und –geräte werden in den nachfolgenden Publikationen näher beschrieben.

[Stand: 2/2011, Thilo Müller]

Literatur

Filipponi M. (2003): Das Höhlenklima der Schrattenhöhle (Schweiz) – Auswertung einer 10 jährigen Messreihe. Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Institut für Atmosphäre und Klima, 2003. Online bei der ETH

Filipponi M. (2000): Höhlenklimaskript. Arbeitsgemeinschaft für Speläologie Regensdorf, p. 1–67, Regensdorf. www.agsr.ch


Zu diesem Thema gibt es in unseren Publikationen folgende Beiträge:
Jahresheft 2005, Marco Filipponi: Luftbewegungen in Höhlen
Jahresheft 2000, Marco Filipponi: Höhlenklimabeobachtungen im Bauerloch