Original paper

Zur Verkarstungsgeschichte der Bären- und Karlshöhle bei Erpfingen (Schwäbische Alb) im Plio-Pleistozän unter Berücksichtigung von Sinterchronologie und Paläontologie

Abel, Thekla; Harlacher, Christof; Ufrecht, Wolfgang

Kurzfassung

Die Bären- und Karlshöhle bei Erpfingen ist eine der bekanntesten Höhlen der Schwäbischen Alb. Neben ihrem reichen Tropfsteinschmuck und den Knochenlagern des oberpleistozänen Höhlenbären (Ursus spelaeus) findet die Höhle auch wegen ihrer Villafranchium-Faunen aus dem Eopleistozän und Unterpleistozän wissenschaftliche Beachtung – vor allem hinsichtlich der Diskussion um die Landschafts - und Verkarstungsgeschichte der Kuppenalb. Die in der Höhle angetroffenen Sedimente, ihr Fossilinhalt und die zahlreichen Sintergenerationen, die zum Teil mit den Sedimenten wechsellagern, ermöglichen die Rekonstruktion einer ereignisreichen Speläogenese, die im ausgehenden Tertiär begann und bis in das Oberpleistozän reicht. Die phreatische Phase der Höhle ist eng mit der flussgeschichtlichen Entwicklung der Lauchert verknüpft. Die Höhenlage der Höhle kann mit einem Terrassenniveau in Verbindung gebracht werden, das der ersten Stagnationsphase der Urdonau nach der Kerbtalbildung im Pliozän entspricht. Diese morphologische Position ist vergleichbar mit der Position anderer großer Höhlensysteme der Mittleren Schwäbischen Alb. Sie bekräftigt die eng mit der Eintiefungsgeschichte der Donau verbundene Tiefenverkarstung der Oberjurakalke. Aufgrund fossilführender Sedimente an der Felssohle, aus denen 36 Molluskenarten sowie Knochen von Bibern der Gattungen Trogontherium und Castor geborgen wurden, ist das Flusshöhlenstadium in das jüngste Eopleistozän (Tegelen ) einzustufen. Dagegen belegen die Funde von Zähnen und wenigen Knochen von Großsäugern in den darüber folgenden Bohnerzsedimenten Hochwasserereignisse und episodische Überflutungen während des frühen Unterpleistozäns (Eburon) und zeigen das Bröllerstadium, die Übergangsphase von der aktiven Wasserhöhle zur inaktiven Höhle an. Die Kartierung des Höhleninhalts stützt sich vor allem auf Sedimente, die mit Sinterbildungen im Verband lagern. Die U/Th-(TIMS)-Datierungen solcher Sinter liefern Absolutalter für eine stratigraphische Gliederung der Profile und damit auch für die zeitliche Rekonstruktion von Akkumulations- und Erosionsereignissen. Zwei Absolutalter ergaben 444.000 +80.200 / –46.200 bzw. 474.000 +33.900 / –26.100 Jahre (Sauerstoffisotopenstufen 11–13). Ein 200.000 ±18.000 Jahre alter Bodensinter (Sauerstoffisotopenstufe 7), der von Bohnerzsediment unterlagert und einem rotbraunen bohnerzfreien Ton überlagert wird, zeigt noch Ablagerungsprozesse bis in das jüngere Mittelpleistozän an. Im engen Verbindungsgang zwischen Karls- und Bärenhöhle konnten zwischen dem weniger als 500.000 Jahre alten Bodensinter und holozänen Stalagmiten, die auf Knochen des oberpleistozänen Höhlenbären wuchsen, der Nachweis 13 weiterer Sintergenerationen geführt werden. Die Bären- und Karlshöhle zeigt ab dem Pliozän eine rund 5 Millionen Jahre dauernde speläogenetische Entwicklung, die mit den Untersuchungen zur Sedimentologie, Sinterchronologie und Paläontologie sowie mit fluss- und landschaftsgeschichtlichen Prozessen zeitlich bestmöglich aufgeschlüsselt wurde. Die Ergebnisse bestätigen die Bedeutung der Höhle zum Verständnis des Verkarstungsgeschehens der Kuppenalb im Plio-Pleistozän.

Abstract

The “Bären- und Karlshöhle” (Bear and Charles’ Cave) near Erpfingen, is one of the best known caves of the Swabian Alps. Beside speleothemes and deposits of bones of Late Pleistocene cave bears (Ursus spelaeus), sediments containing iron ore concretions (“Bohnerze“, bean iron ore) and fossils of Early Pleistocene mammal faunas (Tegelen and Eburon) draw scientists’ attention to the cave. Results of investigations on those deposits contribute to the discussion on landscape and karstification of the “Kuppenalb”, the hilly landscape, which stretches along the nothern part of the Swabian Alps. The fossil bearing cave sediments as well as several generations of sinter deposits, which are partly interbedded with these cave sediments, enable scientists to reconstruct an eventfull history of the “Bären- und Karlshöhle”. Beginning in the Late Tertiary the speleogenetic evolution of the cave continued into the Late Pleistocene. The phreatic stage of the cave is closely related to the fluvial history of the river Lauchert. Studies show a strong correlation in altitude between a land-scape “terrace” level, which corresponds to the first stage of stagnation of the “Urdonau” (predecessor of todays river Danube) after the starting entrenchment of the V-shaped valley, and the cave level. This morphological position is comparable to those of other large cave systems of the central Swabian Alps. It confirms the close relation in between the morphological history of the Danube river and the deep karstification of the Upper Jurassic limestones. Fossil bearing sediments, deposited in a small cavern (called the “Urhöhle”), next to the actual entrance to the main cave, indicate the age of an active river stage of the cave. Molluscs and remains of beavers (Trogontherium and Castor), found above the cave ground, are of Eopleistocene age (Tegelen). The fossil mammal faunas in the “Bohnerz” deposits verify the sedimentation and the sealing of the cave with weathered material at the beginning of the Lower Pleistocene (Eburon). The fact, that other cavities and caves at about the same altitude as the “Bären- und Karlshöhle”, have been filled completely or partly with these “Bohnerz” sediments, supports the theory of a widespread sealing of karst cavities at about the same time. The scientific mapping of the cave was focused on areas, where sediments occur together with sinter formations. Uranium-Thorium datings of these sinter formations provide secure ages for a stratigraphic structuring and for stratigraphic profiles, and thus help to reconstruct the accumulation and erosional events over time. A flowstone, overlaying the “Bohnerz” sediments, was dated by U/Th (TIMS) to an age of 444000 (+80200/–46200) and 474000 (+33900/–26100) years, respectively oxygen isotope stages 12 and 13. It indicates a minimum age for the sealing and a maximum age for the following erosional event. A 200000 (±18000) years old flowstone (oxygen isotope stage 7), which is underlain by “Bohnerz” sediments and covered by a layer of reddish brown clay without iron ore concretions, indicates sedimentation processes during the Middle Pleistocene. In the narrow passage between the Charles’- and the Bear Cave further generations of sinter were identified in between the about 500000 years old flowstone at the bottom, and Holocene stalagmites, that have grown on top of the bones of the Late Pleistocene cave bear. The “Bären- und Karlshöhle” shows a speleogenetic development over a period of more than 5 million years. Results from different techniques of investigation (sedimentology, sinter chronology and paleontology) on cave deposits, combined with the history of the surrounding rivers and the landscape, the speleogenetic development of the cave has been differentiated best possible into different events.

Keywords

bear cavecharles caveerpfingenswabian alpsgermanylate pleistoceneiron ore concretionstegeleneburonkuppenalbspeleothemes