Höhlenforschung: Tropfsteinwachstum unterliegt geometrischen Regeln

Stalaktiten in Tropfsteinhöhlen neigen überwiegend zur Bildung einer einzigen Form, die sich nur in Größe und Durchmesser unterscheidet Ihre Wachstum lässt sich daher mathematisch beschreiben.

Die Form der Tropfsteine wird mitbestimmt durch das Wasser, das über ihre Oberfläche abläuft. Deshalb entwickelten die Forscher um Raymond Goldstein von der Universität von Arizona eine mathematische Formel, die sich an Grundsätzen der Strömungsdynamik orientiert. Darauf aufbauende Computersimulationen ergaben täuschend echte Stalaktitenimitate mit jeweils gleichartiger Form – unabhängig von unterschiedlichen Ausgangsdaten.

Tropfsteinhöhle | Stalaktiten in der Kartchner-Höhle in Arizona. Die Bildung der Tropfsteine folgt mathematischen Regeln und lässt sich daher in eine Formel packen. Die Stalaktiten unterscheiden sich im Prinzip nur durch Dicke und Länge sowie durch individuelle Schäden. Die Grundform entwickelt sich ansonsten immer gleich.

Anschließend überprüften die Wissenschaftler die Gültigkeit ihrer Formel anhand natürlicher Stalaktiten in der Kartchner-Höhle in Arizona. Dazu vermaßen sie diese Tropfsteine und verglichen ihre Ergebnisse mit den Idealstalaktiten aus der Simulation: Die Abweichung voneinander betrug weniger als fünf Prozent.

Stalaktiten entstehen, wenn mit Kalziumhydrogenkarbonat gesättigtes Wasser aus Rissen oder Löchern einer Höhle tropft. Das Wasser verliert dabei Kohlendioxid, und kristallines Kalziumkarbonat fällt aus. Wiederholt sich dieser Prozess viele Male, wächst ein Stalaktit heran. An der Stelle, an der die Wassertropfen auf dem Boden aufschlagen, bilden sich auf die gleiche Weise Stalagmiten. Stalaktiten und Stalagmiten können dabei schließlich auch zusammenwachsen: Sie bilden dann Stalagnate -Tropfsteinsäulen.