Original paper

Genesis and controlling factors of dolines in subalpine karst, Northern Calcareous Alps (Plateau Zahmer Kaiser, Austria)

Mix, Christine; Küfmann, Carola

Abstract

This paper deals with the morphometric characterization of dolines on the tertiary paleosurface of Zahmer Kaiser Mountains (Tyrol, Austria) and obvious morphological and karstecological changes since the first field mapping in 1911. The aims of the study are firstly a re-mapping of doline distribution across selected test sites (1,730 to 1,750 m) and secondly a descriptive evaluation of morphometric changes. Thirdly, transformation parameters of doline are related to mapped microtopology and patterns of vegetation associations and soil types in order to discuss different genetic stages of doline development. Finally, interactions between relief, soil, snow and vegetation cover concerning their influence on transformation processes in detail and on doline genesis in high-mountainous karst in general will be discussed. Finally, changes in karstecology (especially soil types), are registered by significant analytical parameters (z. B. pH-value, grain size). First descriptive data reveal two types of doline development. A progressive doline transformation is a function of microtopology, indicated by an evident growth in diameter, shape and depth as a result of high melt water activity out of long lasting snowpatches (e.g. Arabidetum caeruleae). In contrast, a stagnation of doline development blocking depth and diameter growth is clearly related with the fillings of substratum. Especially the soil system (type, coverage, depth) and the deposition of eolian sediments and alpine loess controls doline morphometry in a regressive and/or stagnating manner. Summing up, both progressive transformation and regressive to stagnating development of dolines is a function of microtopology and circumjacent doline characteristics as in both cases they control the spatial distribution of snow, sediments and eolian dust. As a result, the peripherie is a novel parameter for doline genesis in subalpine karst.

Kurzfassung

Die vorliegende Untersuchung auf dem Karstplateau des Zahmen Kaisers (Tirol, Österreich) konzentriert sich auf die morphologischen und karstökologischen Veränderungen von Dolinen seit der ersten Kartierung im Jahre 1911. Dazu werden auf ausgewählten Testflächen (Höhenintervall: 1.730 m bis 1.750 m) in der subalpinen Stufe erstens Dolinen neu kartiert und zweitens morphometrisch quantifiziert. Drittens stehen mikrotopologische Aufnahmen (Relief- und Hangparameter, Vegetationsbesatz) kombiniert mit der Analyse von Sediment- und Bodenfüllungen sowie der Registrierung von Schneedeckenentwicklung und Schneeschmelzaktivität in den Dolinen im Fokus. Schließlich werden karstökologische Veränderungen, besonders im Bodensystem, durch aussagekräftige Laborkenngrößen (z. B. pH-Wert, Korngrößen) nachvollzogen. Die Evaluierung der Felddaten belegt zwei Entwicklungsrichtungen von Dolinen. Die progressive Dolinentransformation zeigt durch Form- und Tiefenwachstum eine Weiterentwicklung an. Sie wird mikrotopologisch durch lang andauernde Schneeflecken und entsprechend hohe Schmelzwassermengen, angezeigt durch Arabidetum caeruleae, begünstigt. Hin gegen tritt Dolinenstagnation bzw. eine regressive Entwicklung und damit eine deutlich gehemmte Tiefenentwicklung bei möglicher Formenausweitung unter dem Einfluss von Bodenund Substratfüllungen auf. Diese regulieren in Abhängigkeit von Typus, Bedeckungsgrad und Mächtigkeit stark die Parameter Länge, Durchmesser und Tiefe der Doline. Bei diesem zweiten Typus der Dolinengenese wirken sich besonders auf der Hochfläche äolische Sedimenteinträge und eingewehter alpiner Löss stagnierend bis regressiv auf das Wachstum aus. Demnach werden progressive Transformation und regressive Stagnation übergeordnet von den peripheren Bedingungen am Dolinenstandort gesteuert, da sie in beiden Fällen die Raummuster von Schnee, Sediment und Staub regeln. Als neu definierter Parameter für die Dolinengenese in der subalpinen Höhenstufe ist damit die Dolinenperipherie zu werten.

Résumé

Cette investigation traite de la transformation morphométrique et écologique des dolines sur le paléosurface Zahmer Kaiser (Tyrol, l'Autriche) depuis la première cartographie en 1911. La campagne de mesure comprend premièrement la cartographie répétée et deuxièment l'analyse morphométrique des dolines (dimensions, grandeur, profondeur etc.). Troisièment l'enregistrement de la microtopologie (relief, inclination de pente, végétation) combinée à l'analyse des sols et sédiments dans les dolines est un point central. C'est pour la première fois que les mesures systématiques considérent aussi la situation de la couche de neige et naturellement l'activité et le volume de l'eau de fonte des neiges au haut karst subalpin. Finalement, l'investigation des paramètres probants (valeur pH, taille du grain) doit indiquer les transformations écologiques en karst. L'évaluation descriptive des données de mesures montre deux types de développement. La transformation progressive est tributaire de la microtopologie, indiquée par une croissance des paramètres façon, diamètre et profondeur - le résultat de la couche de neige pérennante ou persistante et naturellement du volume de l'eau de fonte des neiges (marqué par Arabidetum caeruleae). Par contraste, la stagnation des dolines, c.-á-d. l'influence massive freinante sur les paramètres morphométriques (diamètre, profondeur, fusion) est fortement contrôlée par la couverture des sols et sédiments. Elle provoque en function du type, de l`épaisseur et de la surface une stagnation, eh bien un arrêt. Comme un facteur extraordinaire en termes de stagnation ou régression se manifeste aussi la déposition de la poussière éolienne. En résumé, même la transformation progressive et le développement régressif ou bien stagnant des dolines sont la fonction de la microtopologie et de l'environnement contrôlant la distribution et déposition spatiale des sédiments, de la poussière éolienne et la couche de la neige. Par conséquence, la périphérie de la doline est le paramètre nouveau dans la zone sub alpine karstique.

Keywords

doline genesisdynamics in karst-ecosystemsalpine soils