Salztürme wachsen am Grund des Toten Meeres zu Gebilden heran, die etwa sieben Meter über den Seeboden ragen. Aus ihren hellen Spitzen strömt eine klare Sole, während sich außen neue Kristalle bilden. Ihre Spur führt unter das Ufer, wo dem Boden stellenweise der feste Halt verloren geht.
Taucher haben im Toten Meer bis zu sieben Meter hohe Salztürme dokumentiert, die aus dem schlammigen Seegrund aufragen. Der Hydrogeologe Christian Siebert vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung untersuchte die ungewöhnlichen Quellen gemeinsam mit einem interdisziplinären Team. Auf Unterwasseraufnahmen stehen schmale, knorrige Säulen mit weiß leuchtenden Kronen vor grünlichem Wasser, während ältere Abschnitte braune Sedimentauflagen tragen. Manche Gebilde besitzen einen schlanken Stiel, andere enden in einer breiten, unregelmäßig ausgefransten Spitze.
Zwischen 2012 und 2018 sammelten die Wissenschaftler Wasser und Gesteinsproben an Land, vom Boot aus und bei Tauchgängen. Besonders genau untersuchten sie aktive Schlote bei Darga und in Jake’s Bay, um deren Baumaterial und Wasserwege zu bestimmen. Viele kleinere Exemplare erreichten ein bis zwei Meter Höhe, daneben fanden die Taucher junge Gebilde mit feinen, verzweigten Salznadeln. Die als Weiße Raucher bezeichneten Quellen ergänzen damit die bekannten Formen mineralischer Schlote, zu denen auch die Gebilde in Hydrothermalfeldern der Tiefsee gehören.
Für saubere Wasserproben öffneten die Taucher einzelne Spitzen und schoben millimeterdünne Kunststoffschläuche in den inneren Kanal der jeweiligen Säule. Anschließend zogen sie die austretende Flüssigkeit langsam in gereinigte Spritzen, damit möglichst wenig Wasser aus der Umgebung hineingeriet. Parallel nahmen sie Vergleichsproben aus dem See sowie aus Brunnen und Quellen im Umland, wie die Originalstudie in Science of the Total Environment beschreibt. Abgesägte Schlotstücke transportierten sie in verschlossenen Behältern, die vollständig mit der umgebenden Seesole gefüllt waren.
An der TU Bergakademie Freiberg machte eine Mikro-Computertomografie sichtbar, wie die Flüssigkeit durch eine solche Kristallkrone hindurchgelangt. Im Schaft verläuft ein zentraler Versorgungskanal, der sich nach oben in ein Netz feiner Wege und Austrittsöffnungen verzweigt. Das tragende Mineral ist Halit, also Steinsalz, dessen Kristalle mit der Zeit zu größeren, durchsichtigen Würfeln heranwachsen. Dabei schließen sich kleine Seitenkanäle, während die ältere Außenwand dichter wird und das Wasser zunehmend durch den Hauptkanal strömt.
Nach dem Entfernen einer Kappe beobachtete das Team vier Tage lang, wie sich am geöffneten Schlot neues Salz ansetzte. Für den nachwachsenden Abschnitt ermittelte es dabei eine Geschwindigkeit von ungefähr einem Zentimeter pro Tag unter den Bedingungen dieses Versuchs. Über längere Zeit dürfte das Tempo schwanken, weil sich sowohl die Temperatur des Sees als auch die Druckverhältnisse zwischen Grundwasser und See verändern. Dazu passen die wechselnd dicken, welligen Abschnitte vieler Säulen, die auf unterschiedliche Wachstumsbedingungen während ihrer Entstehung hinweisen.
Am Austritt treffen Flüssigkeiten mit verschiedener chemischer Zusammensetzung aufeinander, wodurch gelöste Teilchen über ihre gemeinsame Grenzfläche wandern. Aus dem Seewasser gelangt besonders viel Chlorid in die aufsteigende Sole, sodass dort mehr Halit vorliegt, als gelöst bleiben kann. Unmittelbar an den Öffnungen entstehen deshalb neue Kristalle, deren Kanten und feine Verzweigungen die frischen Kronen aufbauen. Auch der Austausch von Wasser sowie Magnesium, Calcium und weiteren Ionen beeinflusst diese Kontaktzone, an der sich das Mineralgerüst fortlaufend erweitert.
Für den Auftrieb genügt der Unterschied zwischen einer gemessenen Dichte von 1,209 Gramm pro Kubikzentimeter in der Schlotsole und 1,242 im Seewasser. Die leichtere Flüssigkeit steigt durch die schwerere Umgebung nach oben und erscheint dabei als durchsichtige, flimmernde Schliere. In anderen Gewässern kann sich salzreiche Flüssigkeit wegen ihrer höheren Dichte am Boden sammeln, wie bei einem Salzsee unter dem Roten Meer.
Seinen Weg beginnt das zufließende Wasser in den Grundwasserleitern des angrenzenden Hochlands, von denen es zum tief gelegenen Seebecken strömt. Dort durchquert es Ablagerungen früherer Seen und löst Salz aus mächtigen Schichten, während es sich zugleich mit älterer Porensole vermischt. Zusätzlich tauschen Tonminerale geladene Teilchen mit dem vorbeiströmenden Wasser aus, wodurch sich dessen Zusammensetzung entlang des Fließwegs weiter verändert. Mit chemischen Modellrechnungen rekonstruierten die Autoren diese Mischung aus Grundwasser, gespeicherter Lake und gelösten Mineralen für die untersuchten Austrittsstellen.
Spuren des radioaktiven Isotops Chlor 36 halfen dem Team, die Beiträge verschiedener Wässer und des aufgelösten Salzes voneinander zu unterscheiden. In den Kristallproben fanden sich außerdem genetische Spuren von Bakterien, die an wenig salzige Lebensräume angepasst sind, neben salzliebenden Archaeen. Diese Kombination stützt den Kontakt unterschiedlicher Wasserwelten, wie er auch aus den chemischen Messungen und der Modellierung hervorgeht. Aus den DNA-Spuren allein lässt sich dabei keine aktive Lebensgemeinschaft an der Schlotspitze ablesen; untersucht wurde im Salz eingeschlossenes Erbmaterial.
Mit dem Rückzug des Sees verschiebt sich auch unter dem Ufer die Grenze zwischen weniger salzigem Grundwasser und dichter Lake. Der Wasserspiegel sank über Jahrzehnte um ungefähr einen Meter jährlich, weil weniger Wasser zufließt und starke Verdunstung den Verlust verstärkt. Dadurch erreicht das Grundwasser Salzschichten, die zuvor durch salzige Flüssigkeit vor weiterer Auflösung geschützt waren, und vergrößert dort vorhandene Hohlräume. Solche unterirdischen Salzlagen entstanden beim Rückzug des Vorgängersees Lisan vor ungefähr 10.000 Jahren und wurden später von weiteren Sedimenten überdeckt.
Der Geological Survey of Israel untersuchte mit einer Modellrechnung, wie sich die Salzauflösung unter dem Ufer selbst beschleunigen kann. Wo Wasser zunächst etwas mehr Salz löst, entstehen durchlässigere Wege, die wiederum zusätzlichen Zustrom begünstigen und den Angriff weiter beschleunigen. Im Modell konzentriert sich die Auflösung deshalb in einzelnen Bereichen, sodass sich bevorzugte Kanäle und größere Hohlräume entwickeln können. Wie diese verteilt sind, hängt unter anderem von Klüften, der Durchlässigkeit der Schichten und dem Salzgehalt des nachströmenden Wassers ab.
An Land werden solche Hohlräume sichtbar, sobald ihre Decke nachgibt und der darüberliegende Boden in einen Einsturzkrater absackt. Rund um den See entstanden so Tausende Erdfälle, von denen manche laut UFZ etwa 100 Meter breit und 20 Meter tief werden. Am Badeplatz Mineral Beach brach der Eingangsbereich über Nacht ein; bei diesem vom Forschungszentrum dokumentierten Ereignis wurde niemand verletzt. Für Jake’s Bay schätzen die Studienautoren anhand von Abfluss und Wasserchemie einen jährlichen Verlust von etwa 290 Kubikmetern Steinsalz im zugehörigen Hinterland.
Die Salzschlote liefern einen räumlichen Hinweis darauf, wo Grundwasser im Untergrund besonders wirksam Salz abträgt und anschließend zum See austritt. Ihr Vorkommen lässt sich deshalb als Ansatz nutzen, um Uferbereiche für genauere Untersuchungen auszuwählen und die Suche nach verborgenen Hohlräumen zu lenken. Eine bezifferte Vorwarnzeit bis zum Einsturz eines bestimmten Grundstücks geben die Autoren für dieses Verfahren bislang nicht an. Wie gut eine Karte der Schlote einzelne spätere Erdfälle vorhersagt, müsste mit wiederholten Beobachtungen und dokumentierten Einsturzorten geprüft werden.
Für eine großflächige Suche schlägt Siebert autonome Wasserfahrzeuge vor, die mit Fächerecholoten oder seitlich blickendem Sonar den Seegrund vermessen. In flachen Bereichen kommen nach Einschätzung des Teams zusätzlich Luftaufnahmen infrage, während akustische Verfahren auch unter Wasser die Formen erfassen können. Weitere Vorkommen erwarten die Autoren zudem in anderen stark salzhaltigen Gewässern, sofern dort chemisch unterschiedliche Solen aufeinandertreffen und Halit auskristallisiert. Welche Seen diese Bedingungen tatsächlich erfüllen und ebenfalls solche Schlote besitzen, muss erst durch entsprechende Funde geklärt werden.
Science of the Total Environment, A new type of submarine chimneys built of halite; doi:10.1016/j.scitotenv.2024.176752
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung, Weiße Raucher am Seegrund
Journal of Geophysical Research: Solid Earth, Salt dissolution and sinkhole formation along the Dead Sea shore; doi:10.1029/2005JB004038
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