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Cave genesis in the Alps between the Miocene and today: a review

Audra, Philippe; Bini, Alfredo; Gabrovšek, Franci; Häuselmann, Philipp; Hobléa, Fabien; Jeannin, Pierre-Yves; Kunaver, Jurij; Monbaron, Michel; Šušteršič, France; Tognini, Paola; Trimmel, Hubert; Wildberger, Andres

Zeitschrift für Geomorphologie, NF Volume 50 Issue 2 (2006), p. 153 - 176

53 references

published: Jun 1, 2006

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ArtNo. ESP022005002008, Price: 29.00 €

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Abstract

Progress in the understanding of speleogenetic processes, as well as the intensive research carried out in the Alps during the last decades, permit to summarise the latest knowledge about Alpine caves. The phreatic parts of cave systems develop close to the karst watertable, which depends on the spring position, which in turn is generally related to the valley bottom. Thus, caves are directly linked with the geomorphic evolution of the surface and reflect valley deepening. The sediments deposited in the caves help to reconstruct the morphologic succession and the paleoclimatic evolution. Moreover, they are the only means to date the caves and thus the landscape evolution. Caves appear as soon as there is an emersion of limestone from the sea and a watertable gradient. Mesozoic and early Tertiary paleokarsts within the Alpine range prove of these ancient emersions. Hydrothermal karst seems to be more widespread than previously presumed. This is mostly due to the fact that usually, hydrothermal caves are later reused (and reshaped) by meteoric waters. Rock-ghost weathering is described as a new speleogenetic agent. On the contrary, glaciers hinder speleogenetic processes and fill caves with sediment. They mainly influence speleogenesis indirectly by valley deepening and abrasion of the caprock. All present datings as well as morphological indications suggest that many Alpine caves (excluding paleokarst) are of Pliocene or even Miocene age. Progress in dating methods (mainly the recent evolution with cosmogenic nuclides) should permit, in the near future, to date not only Pleistocene, but also Pliocene cave sediments absolutely.

Kurzfassung

Höhlenentstehung in den Alpen vom Miozän bis heute: eine Rückschau. – Das zunehmend besser werdende Verstehen von höhlenbildenden Prozessen sowie intensive Forschung in alpinen Höhlen während der letzten Dekaden erlauben eine Rückschau auf die Entstehung alpiner Karsthöhlen. Die phreatischen Höhlenteile entwickeln sich nahe des Karstwasserspiegels, der von der Höhenlage der Quelle abhängt. Diese wiederum steht zumeist in Zusammenhang mit dem Talboden. Deshalb sind Höhlen direkt mit der geomorphologischen Entwicklung der Oberfläche gekoppelt und geben die Taleintiefung wieder. Die in den Höhlen enthaltenen Sedimente helfen mit, die morphologische Abfolge und die paläoklimatische Entwicklung zu rekonstruieren. Mehr noch: sie sind die einzigen Mittel, um Höhlen und damit die Landschaftsentwicklung zu datieren. Höhlen entstehen, sobald Kalkstein über den Meeresspiegel gehoben wird und ein hydrographischer Gradient entsteht. Mesozoischer und frühtertiärer Paläokarst in den Alpen zeugt von diesen alten Verkarstungen. Hydrothermaler Karst scheint weiter verbreitet zu sein, als bisher angenommen wurde. Dies, weil hydrothermale Höhlen später zumeist von meteorischen Wässern benutzt und so überprägt werden. Phantom-Verwitterung von unreinen Kalksteinen ist eine neu beschriebene Art der Höhlenbildung. Dagegen verlangsamen oder stoppen Gletscher höhlenbildende Prozesse und füllen die Höhlen mit Sediment. Sie beeinflussen die Höhlenentstehung hauptsächlich, indem sie die Täler eintiefen und den Kalk überlagernde Schichten abtragen. Alle vorhandenen Datierungen sowie morphologische Indikationen deuten darauf hin, dass viele alpine Höhlen (ausser dem älteren Paläokarst) pliozänen oder miozänen Alters sind. Die Entwicklung absoluter Datierungsmethoden (vor allem die Entwicklung der kosmogenen Nuklide) dürfte in naher Zukunft ermöglichen, auch pliozäne Höhlensedimente zuverlässig zu datieren.

Résumé

Nouvelles considérations sur la genèse des cavités dans les Alpes depuis le Miocène. – Les progrès dans la compréhension des processus spéléogénétiques ainsi que les recherches intensives conduites dans les Alpes depuis quelques décennies donnent de nouvelles clefs à la compréhension des cavités alpines. Les parties noyées des réseaux karstiques se développent à proximité de la surface piézométrique, qui est déterminée par la position de l’émergence, elle même généralement dépendante de la position du talweg. Par conséquent, les cavités sont directement en liaison avec l’évolution géomorphologique superficielle et enregistrent l’approfondissement des vallées. Les sédiments piégés dans les cavités permettent de reconstituer les phases morphogéniques et l’évolution paléoclimatique. De plus, ce sont les seules possibilités de dater les grottes et en conséquence l’évolution des paysages. Les grottes se forment dès lors que les calcaires émergent et qu’un gradient hydraulique est présent. Les paléokarsts du Mésozoïque et du Paléogène attestent de ces émersions précoces. Le karst hydrothermal semble beaucoup plus fréquent qu’envisagé auparavant, car les circulations postérieures ont souvent gommé les indices hydrothermaux originels. La fantômisation est décrite comme un nouvel agent spéléogénétique. En revanche, les glaciers ont plutôt ralenti les processus spéléogénétiques et colmaté les cavités. Leur influence n’est qu’indirecte, par l’approfondissement des vallées et le décapage des couvertures imperméables. L’ensemble des données chronologiques et morphologiques montrent que la plupart des cavités alpines (à l’exception des paléokarsts) sont d’âge pliocène ou même miocène. Les progrès des méthodes de datation (particulièrement l’essor récent des nucléides cosmogéniques) devrait permettre de dater les sédiments karstiques, non seulement pléistocènes mais également pliocènes.

Keywords

cave genesisAlpsMiocene