Tropfsteine sind generell Steine, die alsSinter durch tropfendes Wasser entstehen.

Dabei wird in der Umgangssprache weder der Ort, an dem sie entstehen (Höhle, Bergwerk, Gebäude usw.), noch die chemische Zusammensetzung unterschieden. In den letzten Jahren hat sich jedoch zunehmend die Einschränkung auf Kalkablagerungen und die Entstehung inHöhlen durchgesetzt. Kohlensäurehaltiges, fließendes und insbesondere tropfendesWasser mit in der Regel sehr geringem Wasserfluss ist dabei Ursache der langsamen Ablagerung vonCalcit. Kohlendioxid-Gas entweicht und dabei fälltCalciumcarbonat aus. Tropfsteine sind daher mit demTravertin verwandt.

In jüngster Zeit findet zunehmend der BegriffSpeläothem Verwendung, der von dem englischenspeleothem abgeleitet ist. Er bezeichnet jedoch alle Arten von sekundären Ablagerungen in Höhlen (speläologische (höhlenkundliche) Sedimentation) und umfasst damit neben Tropfsteinen auch andere Formen.

• Tropfsteine
  • Deckensinter (an der Höhlendecke)
    • Sinterröhrchen (BildbereichB – Röhrchensinter, „Makkaroni“)
    • Stalaktiten (BildbereichA)
    • Deckensinterleisten
    • Sinterfahnen (BildbereichF)
    • Sintervorhänge (BildbereichG)
  • Wandsinter (an der Höhlenwand)
    • Sinterkrusten
    • Sinterfälle
    • Baldachine
    • Knöpfchensinter (Perlsinter, Blumenkohlsinter)
  • Solensinter (im Bodenbereich)
    • Stalagmiten
    • Sinterwälle
    • Sinterdecken
    • Sinterbecken (BildbereichJ)
    • Wandsinterkränze
    • Sinterterrassen (BildbereichL)
  • Lose Sinterformen (frei im Höhlenraum liegend)
    • Höhlenperlen
    • Kalkhäutchen
    • Wandsinterleisten
  • Sonstige
    • Stalagnat (BildbereichE – zusammengewachsener Stalaktit und Stalagmit, an Höhlendecke und -boden gleichzeitig vorkommend)
    • Excentriques (BildbereichH – an Höhlenwand und -decke vorkommend)
    • Mondmilch (BildbereichI)

• 
  Verschiedene Tropfsteinformen
• 
  Tropfsteinbildung

Je nach Anordnung des Tropfsteins spricht man vonStalaktit,Stalagmit oderStalagnat, wobei der letzte Begriff im allgemeinen Sprachgebrauch weniger verwendet wird, da die durchgehende Säulenform verhältnismäßig selten vorkommt.

• Die Form der Großbuchstaben «M» und «T» kann als Eselsbrücke dienen. So genügt die Form des T als Erinnerung, dass die StalakTiten von der Decke herunterhängen.
• Eine bekannte Eselsbrücke ist: „Die Mi(e)ten steigen und die Tit(t)en hängen“.
• ImEnglischen hilft der folgende Spruch: „Stalagmitesgrow from theground, stalactitescome from theceiling“, imFranzösischen „La Stalagmitemonte, la stalactitetombe“ (monter „steigen“ undtomber „fallen“).

Der Niederschlag nimmt aus der Atmosphäre Kohlenstoffdioxid auf, versickert im Boden und nimmt dort organische Säuren auf. Dadurch kann aus dem Kalkstein Calciumcarbonat (Kalk) im Wasser gelöst werden. Dieser gelöste Kalk verbindet sich mit demKohlenstoffdioxid zuCalciumhydrogencarbonat, welches gut wasserlöslich ist. Beim Erreichen einer Höhlendecke tropft diese Lösung durch vorhandene Felsspalten. Beim nun erfolgenden Zutritt von Luft entweicht das Kohlenstoffdioxid, das Calciumhydrogencarbonat wandelt sich wieder in das schwer wasserlösliche Calciumcarbonat (Kalk) um. Das Wasser verdunstet, übrig bleibt Kalk, welcher im Verlauf größerer Zeiträume die Tropfsteine bildet.

Während daskohlensäurehaltige Wasser durch denKarst fließt, löst es denKalkstein bis zurKalksättigung in sich auf. Wenn es dann auf einen Hohlraum trifft, fließt das Sickerwasser an der Decke entlang, verliert an Fließgeschwindigkeit und bildet aufgrund derOberflächenspannungTropfen. Dabei gibt esCO₂ ab, was zur Ausfällung von kristallinemCaCO₃ führt. DieserSinter-Kalk bildet den von der Decke herabhängenden Tropfstein, denStalaktiten. Der auf den Boden auftreffende Tropfen enthält noch etwas Kalk. Beim Aufprall des Tropfens wird nochmals CO₂ freigesetzt und Kalk fällt aus. Entsprechend wächst ein weiterer Tropfstein vom Boden in die Höhe und bildet einenStalagmiten. Stalagmiten und Stalaktiten können auch als Säule zusammenwachsen und werden dannStalagnat genannt. DieVerdunstung des Wassers spielt nur in wenigen Höhlen bzw. Höhlenteilen, z. B. an Höhleneingängen eine Rolle. Durch im Wasser gelösteMineralien können Tropfsteine unterschiedliche Färbungen aufweisen.

Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻  ⇌  CaCO₃ + H₂O + CO₂

oder auch

Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻  ⇌  CaCO₃ + H₂CO₃

Siehe auch:Wasserhärte#Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht undCarbonat-Silicat-Zyklus zum Chemismus der Sinterbildung.

Tropfsteine entstehen nicht nur aus Kalk. In den BesucherbergwerkenFeengrotten in Saalfeld,Morassina in Schmiedefeld (beide in Thüringen) undAlaunwerk Mühlwand inReichenbach (Sachsen) kann man zum Teil farbenprächtige Exemplare ausDiadochit bestaunen. Diadochit-Tropfsteine wachsen erheblich schneller als Tropfsteine aus Kalk, allerdings sind sie mechanisch weniger stabil.

Eiszapfen entstehen ähnlich wie Tropfsteine und können daher vergleichbare Formen ausbilden.

Aus SiO₂ bestehen die kleinen, unscheinbaren Sinterwarzen im Sandsteinkarst, die man weltweit beobachten kann.

Tropfsteine entstehen und wachsen im menschlichen Maßstab gesehen nur sehr langsam. Die genaue Geschwindigkeit des Tropfsteinwachstums variiert jedoch und hängt von mehreren Faktoren ab:

• Kalk-Konzentration im Wasser
• CO₂-Gehalt im Wasser und in der Höhle
• Menge des herabtropfenden Wassers
• Temperatur

Sehr beliebt beiHöhlenführern sind Angaben über die Wachstumsgeschwindigkeiten von Tropfsteinen. Dabei werden durchaus realistische Messungen von 8 bis 15 Millimeter pro 100 Jahre zugrunde gelegt. Nicht legitim ist jedoch die Verallgemeinerung auf die gesamte Höhle sowie das lineare Hochrechnen auf die Tropfsteingröße. Ein Stalaktit mit einem Meter Länge ist also höchstwahrscheinlich nicht genau 10.000 Jahre alt.

In derCharlottenhöhle kann man einen drei Zentimeter großen Tropfstein^[2] sehen, der auf den Leitungen der historischen elektrischen Beleuchtung gewachsen ist. Damit ist das Alter bekannt (seit Installation der Leitung, etwa 110 Jahre) und es ist möglich, die Wachstumsgeschwindigkeit auszurechnen. Das Ergebnis kann nicht verallgemeinert werden, auch benachbarte Tropfsteine können sehr unterschiedliche Wachstumsgeschwindigkeiten besitzen. Der erwähnte Tropfstein befindet sich unter einerDoline mitHumusfüllung und sehr hoher CO₂- undHuminsäurenproduktion. Dadurch ist die Wachstumsgeschwindigkeit räumlich sehr eng begrenzt ca. verfünffacht.

Maßgeblich beeinflussen auch die Umweltbedingungen das Wachstum. Die Wachstumsraten schwanken mit klimatischen Änderungen, da sich dabei die oben angegebenen vier Parameter ändern. Im Wechsel vonKaltzeiten undWarmzeiten schwankt das Wachstum sehr stark. Während einer Kaltzeit kann es, durch dieVersiegelung des Bodens aufgrund der Bildung vonPermafrost, zu einer Unterbrechung des Wachstums kommen. In der letzten Warmzeit war es wärmer und feuchter als heute, so dass die Wachstumsgeschwindigkeit höher gewesen sein kann. Vermutlich entstand bei oben genanntem Beispiel ein erheblicher Teil des Tropfsteins vor der letzten Kaltzeit. Das Wachstum wurde unterbrochen und erst nach dem Ende der Kaltzeit vor etwa 8.000 Jahren fortgesetzt. Generell meint man deshalb heute mit demAlter eines Tropfsteins die Warmzeit, während deren der größte Teil des Tropfsteins gebildet wurde.

Schließlich sei noch darauf hingewiesen, dass häufig nur von der Wachstumsgeschwindigkeit von„Tropfsteinen“ geredet wird. Dabei wird vernachlässigt, dass die Geschwindigkeit auch von der Form abhängt. Sinterröhrchen können sehr schnell wachsen, nach dem Übergang zum Stalaktit wird die Geschwindigkeit jedoch deutlich geringer, da nun die gleiche Menge Material auf einer größeren Fläche abgelagert wird. Die Wachstumsgeschwindigkeit der zugehörigen Stalagmiten unterscheidet sich wiederum drastisch. Jegliche Angabe, die diese Unterschiede nicht berücksichtigt, hat keinerlei wissenschaftlichen Wert.

Die Wachstumsgeschwindigkeit ist jedoch eine wichtige Kennzahl, wenn sie aus sinnvollen Messungen abgeleitet wird. Dazu wird das Alter entnommener Proben mit einer geeigneten geophysikalischen Methode (¹⁴C, U/Th oder O; sieheGeochronologie) bestimmt. Nun kann zwischen Messpunkten mit erkennbar homogenem Wachstum dazwischen eine aussagekräftige Wachstumsgeschwindigkeit errechnet werden. Diese lässt dann durchaus Rückschlüsse auf die klimatischen Bedingungen während der Entstehung des Tropfsteins zu.

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  Riesiger Stalagmit in den Grotten von Réclère (Schweizer Jura)
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  DerStalagnat in der Mitte derGrotta di Ispinigoli ist mit 38 m Höhe der größte Tropfstein Europas
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  DoppelterStalagnat in derTropfsteinhöhleBiserujka
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  Durch Berührung abgestorbener Stalagmit in derKubacher Kristallhöhle

Das Wachstum der Tropfsteine kann durch Höhlenbesucher gestört werden. Berührt man einen Tropfstein, so setzt sich Fett von der Haut ab und verhindert an dieser Stelle zukünftige Kalkablagerungen.

Grundsätzlich befinden sich in allenHöhlen weltweit, die in Karst- und Kalkgesteinsregionen liegen, Tropfsteine. Diese Höhlen werden alsTropfsteinhöhlen bezeichnet.

Tropfsteine können sich auch an älteren Bauwerken bilden, wenn Calciumhydroxid aus Zement oder Beton gelöst wird und dann mit dem Kohlendioxid der Luft reagiert.

1. ↑Schmidkonz, Wittke 2006
2. ↑Abbildung (Fotografie von Jochen Duckeck), Showcaves.com

• B. Schmidkonz, G. Wittke:Tropfsteine im Zeitraffer. In:Chem. Unserer Zeit. 40/2006, S. 246doi:10.1002/ciuz.200600370.
• B. Schmidkonz:Watch a dripstone grow. In:J. Chem. Educ. 94/2017, S. 1492–1497doi:10.1021/acs.jchemed.7b00215. (Link auf den unveröffentlichten Text (unedited Authors copy), der aber nahezu gleich ist mit dem veröffentlichten:https://www.researchgate.net/publication/320123945_Geochemistry_in_Action_Watch_a_Dripstone_Grow)

Commons: Tropfstein – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Mineralienatlas:Tropfsteine

• Chemisches Sedimentgestein
• Speläologie

• Wikipedia:Artikel mit Video