Es ist wie eine Bergwanderung in stockdunkler Nacht. Die Helmlampen beleuchten den steinigen Boden vor den Füßen und den Rücken vorausgehender Personen. Doch der Untergrund – er fühlt sich anders an. Man setzt die Schritte mit Bedacht, denn alles hier ist rutschig – als wären die Steine mit einem seifigen Film überzogen. Und hebt man den Kopf, ist da kein Nachthimmel, in dem sich der Lichtkegel verliert.

Hier gibt es nur Stein und Fels, die sich in bizarren Formationen zu Räumen fügen, einmal sind es Hallen, dann engere Schläuche, die sich abwärts, aufwärts, nach links und nach rechts winden. Abzweigungen erscheinen als gähnende schwarze Löcher im Gestein. Manchmal ist der Weg breit und bequem, dann kommen Stellen, wo man über unterirdische Abgründe klettert, die der glitschige Fels nicht einladender macht. Spätestens hier beginnt man, die Profi-Höhlenforscher um ihre rutschfesten Gummistiefel zu beneiden.

40 Kilometer lang

Mehrere Kilometer arbeiten wir uns so ins Innere des Tennengebirges vor. Der Weg führt durch die Hauptader der Werfener Eisriesenwelt, deren touristische Erschließung sich heuer zum 100. Mal jährt. Mit einem Höhlengeflecht von über 40 Kilometern Länge gilt sie als die längste Eishöhle der Welt.

Gerade in diesem Jahr war die Attraktion schon mit dem traurigen Ereignis eines tödlichen Felssturzes in den Schlagzeilen. Die spektakulären Gletscher mit ihren Eisskulpturen, die sich über 11.000 Quadratmeter erstrecken und in – pandemiefreien – Jahren etwa 200.000 Gäste anziehen, schmücken aber nur die ersten paar Hundert Meter nach dem Höhleneingang. Auch "Heimdahl", die letzte große Eissäule dieses Bereichs, haben wir schon längst hinter uns gelassen.

Geschichte des Klimas

Wir passieren Orte mit bedeutungsschwangeren Namen – etwa die "Satanshalle" mit ihren Steinsäulen, die aus einer bestimmten Perspektive an eine Teufelsfratze erinnern sollen. Am Umkehrpunkt der unterirdischen Wanderung werden uns mehrere Gehstunden von der Außenwelt trennen. Der Zweck der Expedition ist nicht touristischer Natur. Die Gruppe aus Wissenschaftern und Bergführern, die DER STANDARD begleiten durfte, ist wegen recht unscheinbarer, bräunlicher Kristalle hier, die an einigen Stellen in der Höhle zu finden sind.

Christoph Spötl ist einer der Wissenschafter, die uns hierher geführt haben. Er nennt die Kristalle CCCs, kurz für "cryogenic cave carbonates", und sie erzählen ihm einiges über die Geschichte des Klimas – in und manchmal auch außerhalb der Höhle. Die Arbeit des Tiroler Geologen, der an der Uni Innsbruck die Forschungsgruppe Innsbruck Quaternary Research leitet, spielt sich zu einem Gutteil unter Tage ab – etwa 70 Tage pro Jahr ist er in Höhlen unterwegs.

Heute sind wir hier, um weitere CCC-Proben zu nehmen. "Wir suchen gezielt Höhlen auf, von denen wir vermuten, dass sie in früherer Zeit eisführend waren. Sie sollten von ihrer Geometrie her nicht zu komplex sein, sodass wir eine Chance haben, ihr Mikroklima zu verstehen", sagt Spötl, der wie alle Höhlen-Profis der Gruppe eine Höhlenmontur aus Overall und Gummistiefeln trägt.

Wasser, Eis und Kristalle

Dort, wo die nur wenigen Millimeter großen CCCs vermutet werden, ist bodennahe Fortbewegung gefragt. "Vor Ort in der Höhle schnüffeln wir wie Hunde durch die Gegend und wählen mit einer Pinzette unsere Kristalle aus", sagt der Geologe, als wir die "Teilungshalle", das Ziel der Wanderung, erreichen.

CCCs entstehen nur unter bestimmten Bedingungen. Welche das sind, erklärt Gabriella Koltai, Postdoc in Spötls Arbeitsgruppe, während ihre Helmlampe die aufgelesenen Kristalle in ihrer Hand beleuchtet. "Es braucht dickes Bodeneis in der Höhle und Wasser, das von der Decke tropft. Die Tropfen höhlen das Eis aus, und diese Wassertaschen beginnen ganz langsam zu gefrieren. Gegen Ende dieses Prozesses kristallisieren die im Wasser gelösten Karbonate", sagt Koltai.

"Es ist ein Vorgang, der nur stattfinden kann, wenn die Temperatur knapp unter null Grad Celsius liegt." Das Gute daran: Wann sich die CCCs gebildet haben, kann mit hoher Genauigkeit datiert werden. Sie eröffnen daher einen Blick auf einen bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit, an dem sich das Klima der Höhle veränderte und die Temperatur die Null-Grad-Grenze passierte.

Individuelles Mikroklima

Was diese Information bedeutet, hängt vom Kontext der jeweiligen unterirdischen Welt und von ihrem Mikroklima ab. Faktoren wie Lage, Alter, Größe, Öffnungen und innere Struktur machen jede Höhle zum Unikat. Für Koltai und Spötl sind sie schlichtweg Individuen. Ein CCC-Fund kann darauf hindeuten, dass zum datierten Zeitpunkt auch außerhalb der Höhle eine allgemeine Klimaerwärmung stattgefunden hat und deshalb die Höhlentemperatur über null Grad anstieg.

Es kann aber auch bedeuten, dass in einer Kaltphase das Eis den Höhleneingang zuwucherte und damit eine Erwärmung im Höhleninneren auslöste. Oder es kann ein anderer Grund sein, der im individuellen Klima der Höhle liegt und kaum zu entschlüsseln ist.

Ähnliche Entstehungsgeschichten von Höhlen

Auch wenn jede ihre eigene Ausprägung hat – die Entstehungsgeschichten der Höhlen sind, zumindest in den Kalktürmen der Alpen, recht ähnlich. "Dort, wo jetzt eine Höhle ist, war irgendwann einmal Wasser", sagt Spötl. Als die Auffaltung der Alpen noch weniger weit vorangeschritten war, bahnte sich das Wasser nahe dem Talniveau seine Wege durch den Kalkstein. "Mit den Jahrmillionen wuchsen die Berge, und auch die Höhlen wanderten damit in die Höhe", veranschaulicht der Geologe. Als die heutige Eisriesenwelt vor knapp zehn Millionen Jahren entstand, lag ihr Eingang also noch nicht auf 1700 Metern Seehöhe, sondern weit darunter.

"Sie steht nun bereits in einem beginnenden Verfallsprozess. Frostsprengung und Tektonik lassen Trümmerfelder entstehen", sagt Spötl. "Ich gebe der Höhle noch vier oder fünf Millionen Jahre." Dann könnte das Höhlendach wegerodiert sein und der Boden einen Bergrücken bilden. Vielleicht erinnert noch ein verwitterter Stalagmit, der an einem Berghang in die Höhe ragt, an ihre frühere Existenz.

Höhle mit Kamineffekt

Doch warum bilden manche Höhlen unterirdische Gletscher aus, andere in ähnlicher Höhenlage aber nicht? "Große Eishöhlen sind meist Systeme mit mindestens zwei Eingängen auf unterschiedlichen Seehöhen", sagt Spötl. "Im Winter, wenn es außerhalb der Höhle kälter ist, steigt die wärmere Luft im Inneren auf, dadurch entsteht ein Kamineffekt. Kalte Luft wird bei den unteren Eingängen wie durch einen Staubsauger angesaugt, was zur Eisbildung führt." Im Sommer ist ein gegenteiliges Phänomen zu beobachten. Die relativ zur Außenwelt kältere Luft sinkt in der Höhle hinunter und erzeugt den Wind, der den Touristen am Eingang der Eisriesenwelt entgegenbläst. Das Schachtsystem der Höhle, das zu den oberen, noch weitgehend unbekannten Ausgängen auf etwa 2200 Metern führt, wird heute aktiv beforscht.

Während der Wissenschafter hier, in der Tiefe der Höhle, diese Zusammenhänge erklärt, macht er immer wieder Kniebeugen. Alle in der Gruppe fangen bei längeren Aufenthalten früher oder später an, sich im Stand zu bewegen, um dem schleichenden Auskühlen des Körpers entgegenzuwirken. "Der Oberschenkel ist der größte Muskel im Körper. Kniebeugen sind also die effizienteste Methode, sich warm zu halten", sagt Spötl augenzwinkernd.

Stabile Verhältnisse für die nächsten Jahrzehnte

Die Temperaturen in der Höhle bilden langfristig gesehen ungefähr die Durchschnittstemperaturen der umliegenden Außenwelt ab. Im heute vereisten Teil herrschen etwa minus 0,4 Grad. Der große, langfristige Trend geht auch hier dem Klimawandel entsprechend in Richtung Erwärmung.

Im Detail gibt es aber Abweichungen. Manche Eiskörper wachsen langsam, andere schrumpfen. Während das Eis mancher kleinen Höhlen schon in den 1960er-Jahren verschwunden ist, geht Spötl für die Eisriesenwelt von stabilen Verhältnissen für die nächsten Jahrzehnte aus. Sie zähle "zu jenen Eishöhlen der Ostalpen, die ob ihrer Höhenlage, Größe und Bewetterung eine vergleichsweise hohe Resilienz gegenüber der prognostizierten atmosphärischen Erwärmung aufweisen", schreibt er mit Kollegen in einer aktuellen Publikation im Journal "Die Höhle".

Höhlenbären und Eiszwerge

Die erste belegte Erkundung der Eisriesenwelt geht auf das Jahr 1879 zurück. Schon bei ihrer erstmaligen Nutzung als Schauhöhle im Jahr 1920, als Besucher noch wilde, ausgesetzte Steige überwinden mussten, um den Eingang zu erreichen, war sie weitgehend erkundet und vermessen. Doch nicht vollständig.

Franz Reinstadler, Betriebsleiter der Eisriesenwelt, erzählt von einem Teil der Höhle, der erst 2006 entdeckt wurde. Der nur nach vielstündigem Marsch erreichbare Abschnitt wurde "Eiszwergenwelt" getauft. Kleine Eisfiguren bezeugen dort nämlich, dass man ganz nah an der Oberfläche sein muss.

Laut Vermessungsdaten ist man nur 15 Meter von der Nordseite des Berges entfernt. "Man spürt dort den Wind, der durch die Fugen eintritt", sagt Reinstadler. "An diesem Ort wurden zahlreiche Knochen von Höhlenbären gefunden, die auf ein Alter von 30.000 Jahre datiert wurden." Damals ist also dieser nördliche Zugang verstürzt. Und Höhlenbären sind ein paar Jahrtausende später vollends ausgestorben.

Kuriose Ideen

Zu den Kuriositäten der Eisriesenwelt zählen Gleise, die durch einen kleinen Teil der Höhle verlegt wurden und die an wilde Tunnelfahrten à la "Indiana Jones" denken lassen. Sie stammen aus der frühen Erschließungszeit, als man plante, Touristen hier auf Schienenfahrzeugen durchzuschleusen.

Das Vorhaben wurde niemals zur Gänze umgesetzt. Fragt man Reinstadler, sind es heute eher die Touristen selbst, die für kuriose Einfälle zuständig sind. Bei bis zu 3000 Besuchern pro Tag – im Corona-Jahr sind es etwa die Hälfte – bekommen die Guides einiges zu hören. Was soll man etwa auf die Frage, wie man denn auf die Idee kommt, die Höhle in so einer Lage und nicht im Tal zu bauen, antworten?

Während die Eisriesenwelt die Menschen in Scharen anzieht, werden viele andere der 16.500 Höhlen Österreichs jeweils höchstens von einer Handvoll Leute besucht – die kommen dafür immer wieder, nämlich Amateurhöhlenforscher, die diesem einst als "Raumfahrt des kleinen Mannes" bezeichneten Hobby nachgehen. "Die Amateure stehen mit der Wissenschaft in regem Austausch. Die Höhlenforschung wird zum Großteil von Laien getragen", sagt Spötl. "Viele haben ,ihre‘ Höhle, in der sie jeden Meter kennen und zu der sie wertvolles Wissen beitragen."

Datierung mittels Uran-Thorium-Methode

Wissenschafter, die sich auf die Erforschung der Höhlen als Klimaarchive spezialisieren, gibt es dagegen nur ein paar Handvoll. Spötls Gruppe ist mit knapp 30 Forschenden eine der größten in diesem Bereich. Sie fokussiert auf Spuren aus dem jüngsten Erdzeitalter, dem Quartär, das vor etwa 2,5 Millionen Jahren anbrach. Eine der wichtigsten Datierungsmethoden, auf die sie dabei zurückgreifen, ist die Uran-Thorium-Methode, mit der Höhlenminerale, sogenannte Speläotheme, datiert werden können.

Dazu gehören Tropfsteine genauso wie Höhlensinter, also Kalzitablagerungen, die entstehen, wenn lange Zeit Wasser über Höhlenwände und -böden fließt. Auch die CCCs sind eine Variante dieser Ablagerungen. "Die Tropfsteine sind unser Archiv für Zeiten, in denen Plusgrade in der Höhle herrschten, die CCCs markieren Zeitpunkte mit null Grad", resümiert Koltai. "Bei Temperaturen unter null ist Funkstille." Dann erstarrt die Höhle und unterbricht ihre, für Wissenschafter lesbaren, Aufzeichnungen.

Das Prinzip hinter der Datierung dieser Minerale: Die Uran-Isotope in den Ablagerungen zerfallen unter anderem zu Thorium, das im Gegensatz zum Ausgangselement wasserunlöslich ist. Die Entstehungszeit kann somit aus dem Verhältnis der beiden Stoffe in einer Probe sehr genau rekonstruiert werden, wobei die Dauer des Zerfallsprozesses für Datierungen ausreicht, die bis 650.000 Jahre zurückreichen.

Puzzlestück der alpinen Klimageschichte

"Die CCCs, die bei früheren Probenentnahmen hier in der Teilungshalle genommen wurden, stammen aus einem Interstadial, einer klimagünstigen Phase am Ende der letzten Eiszeit. Sie sind etwa 13.000 Jahre alt", erklärt Koltai. "Die Proben einer Fundstelle in einer noch weiter hinten liegenden Halle der Eisriesenwelt sind dagegen etwa 73.000 Jahre alt."

Sichere Aussagen über Klimatrends außerhalb der Höhle können aber erst getätigt werden, wenn die CCC-Daten von Funden in mehreren verschiedenen Höhlen übereinstimmen – eine Aufgabe, an der die Innsbrucker Geologen in ihrem vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Projekt noch arbeiten. Gelingt das, kann ein Puzzlestück zur Klimageschichte der Alpen hinzugefügt werden. Und was ist nun mit dem gegenwärtigen Eis der Eishöhle? Welches Wissen kann man aus ihm extrahieren?

Eine Kernbohrung an einer Stelle ließ dank winziger organischer Spuren eine grobe Altersabschätzung von 5000 Jahren zu. Anders als bei Oberflächengletschern hat man in Höhlen aber selten den Luxus größerer organischer Einschlüsse im Eis. Auch hier in der Eisriesenwelt fand sich bisher kein Holzstückchen, kein Insektenbein, das man mit der Radiokarbonmethode genauer datieren könnte. Spötl und Kollegen haben aber zumindest einen Weg gefunden, dem Eis ein paar Anhaltspunkte zu seiner Entstehungszeit zu entreißen.

Gletscher mit Streifenmuster

Auf dem Rückweg machen wir am Mörk-Gletscher halt, der im hinteren Bereich des touristischen Teils der Höhle liegt. Seine Eiswand zieht sich seit Jahrzehnten zurück, sie wird vom Höhlenwind beständig abgeschliffen. Das etwa acht Meter hohe Gebilde ist von dünnen, staubartigen Lagen durchzogen, die ein charakteristisches Streifenmuster ergeben. Sie bestehen aus einer feinkristallinen Varietät der CCCs, die durch rasches Gefrieren eines Wasserfilms entstand. Mit der Uran-Thorium-Methode können diese Lagen nicht datiert werden, bedauert Spötl. Die Radiokarbonmethode konnte den Forschern hier aber weiterhelfen – auch ohne Insektenbeine.

Die Partikel beinhalten nämlich nichtorganischen Kohlenstoff, der aus dem viele Millionen Jahre alten Kalkgestein der Höhle stammt. Daraus ergibt sich, dass ein resultierendes Datierungsergebnis immer nur ein Maximalalter abgeben kann. "Für den unteren Abschnitt des Mörk-Gletschers wurde so ein Maximalalter von etwa 2500 Jahren festgestellt", erklärt Spötl, während er auf die Bohrlöcher zeigt, aus denen die Proben entnommen wurden. "Das bedeutet, dieses Eis kann jünger sein als dieses Ergebnis, aber keinesfalls älter."

Proben für künftige Forschung konservieren

Bis heute gibt es keine gute Möglichkeit, reines Eis zu datieren. Spötl will deshalb zu einer besonderen Maßnahme greifen. Bevor das Eis der Höhlen verschwindet, möchte er in einem zukünftigen Projekt Proben aus 15 der etwa 1200 eisführenden Höhlen Österreichs sammeln, um diese im Originalzustand zu lagern.

"Es gibt einen ermutigenden Ansatz, der ein seltenes Argon-Isotop zur Eisdatierung verwendet. Die Ergebnisse sind heute aber noch sehr ungenau", sagt Spötl. "In ein paar Jahrzehnten könnte sich das aber ändern. Unsere Rettungsaktion soll Proben des unterirdischen Eises bis dahin konservieren, damit mit dem Verschwinden der Eishöhlen die in ihnen gespeicherte Umwelt- und Klimainformation nicht unwiederbringlich verlorengeht. Immerhin reicht diese stellenweise bis in die Zeit von Ötzi zurück." (Alois Pumhösel, Magazin "Forschung", 3.1.2021)