Original paper

Multiphase formation of Weichselian cryogenic calcites, Riesenberg Cave (Süntel/NW Germany)

Richter, Detlev K.; Meyer, Stefan; Scholz, Denis; Immenhauser, Adrian

Abstract

For the first time, we here report cryogenic calcites from the Riesenberg Cave in NW Germany. The cave formed in the Korallenoolith Formation, a shallow marine carbonate facies of Late Jurassic age. Cryogenic calcites from the Riesenberg Cave are present as mono- as well as polycrystalline particles and have diameters of commonly less than 10 mm. Oxygen isotope values of cryocalcites range from 0 to -16.5 ‰. Four main types and three subtypes of cryocalcites are present. Main types include: (i) Braided sinter, (ii) rhombohedral fabrics, (iii) spherulites and (iv) skeletal crystal sinters. Subtypes include: (i) rhombohedron skeletal crystal sinters, (ii) fungiform sinters and (iii) sinters with voids. The formation of these calcites was most likely related to precipitation of slowly freezing cave pools resulting from high-frequency freezing-thawing cycles at the transition between glacial (stadial) and interglacial (interstadial) conditions during permafrost melting phases. 230 Th/U dating suggests Weichselian ages of 11.9-12.0, 53.7, 61.6-62.0 and 66.4 ka. These data suggest four main formation periods. Cryocalcites remained on the cave floor after the melting of the cave ice bodies. The genesis of cryocalcites in a cave overlain by 35 to 37 m of host rock provides novel insights on the minimum depth of permafrost penetration during the younger Dryas (12.7-11.7 ka BP).

Kurzfassung

Erstmalig werden kryogene Calcite aus einer Höhle des Weserberglandes beschrieben. Mono- bis polykristalline Calcitpartikel der Riesenberghöhle (Wirtsgestein: Korallenoolith-Formation, Oberjura) des Süntel zeichnen sich bei einer Größe bis über 10 mm Ø durch δ18 O-Werte bis -16,5 ‰ VPDB aus. Die Ausbildung der Partikel lässt sich vier Haupttypen (1. Zopfsinter, 2. Rhomboeder-Kristallsinter, 3. Sphärolithe, 4. Skelettkristallsinter) und drei Sonderformtypen (1. Rhomeboederskelett-Kristallsinter, 2. Pilzhutsinter, 3. Hohlformsinter) zuordnen. Es wird vorgeschlagen, dass die Genese dieser speläogenen Kleinsinter auf langsam einfrierende Höhlen-Wasserbecken während untergeordneten Zyklen von Einfrieren/Auftauen im Übergang von Kalt- zu Warmphasen zurückgeführt werden kann. U/Th-Datierungen belegen mit 11,9-12,0, 53,7, 61,6-62,0 und 66,4 ka eine weichselzeitliche, mehrphasige Genese der kryogenen Calcite, die nach dem Schmelzen der Eiskörper - teilweise vermengt - auf dem Höhlenboden akkumuliert wurden. Die Kryocalcitgenese bei 35-37 m Überdeckung belegt eine entsprechende Mindestdicke für den zeitgleichen Permafrostboden, was für die Jüngere Dryas (12,7-11,7 ka BP) Mitteleuropas als Erstnachweis gilt.

Keywords

speleothempetrographyweichseliancarbon and oxygen isotopespermafrost