Original paper
Dolomite karren of the Niagara Escarpment, Ontario, Canada
Pluhar, Agnes; Ford, Derek C.
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 14 Issue 4 (1970), p. 392 - 410
26 references
published: Dec 21, 1970
ArtNo. ESP022001404002, Price: 29.00 €
Abstract
There has been little study of solution karren landforms on dolomites, though they are well known on limestones. Karren are abundant on dolomite rock pavements exposed along the crest of the Niagara Escarpment in Ontario. The rock is medium—or fine— grained, well-bedded and of Middle Silurian age. Most of the Niagara karren are guided by rock fractures or developed in patches of rock of favorable composition and are designated as “rock-controlled karren”. Cleft karren follow joints, are straight in planview, have planar walls and taper downwards through many successive dolomite beds. Trench karren pit-and-tunnel karren also follow joints but are sinuous and terminate with flat floors at the first prominent bedding plane beneath the ground. Many trenches result from the amalgamation of discrete pits along common joint. Clefts and trenches are the largest forms, attaining lengths of many metres. Groove karren and split karren are the common small forms, rarely longer than one metre. Groove karren are shallow, rounded, features in zones of more soluble rock that are bounded by less soluble stylolite seams. They are abundant in cleft and trench walls. Split karren are enlargements of very small, discontinuous, fractures normal to stylolite seams. They have a sharp downward taper. They dissect the dolomite surfaces that lie between the clefts and trenches. Other karren forms are rounded pits and runnels. Runnels are small sinuous gravitational stream trenches, rare on the Niagaran dolomites because channel flow is abstracted into the abundant rock-controlled types of karren. Development of the dolomite karren inhibited beneath soil cover or the ground moraine mantle which is widespread in the region. Most karren are of Post Glacial age. Many of the clefts were initiated by release of glacier pressure. Analysis of specimens in the laboratory revealed no significant differences of chemical composition between that rock which was indented by solution and that left upstanding between karren hollows. Significant physical differences, (differences of porosity and permeability), were closely associated with the presence of stylolite seams. Seams are most abundant in clean, medium-grained dolomite. Crystal packing is tighest along the seams, rendering the seam-rock less porous and less soluble than the intervening material. Variations of porosity of as little as 1 % may create a strong groove karren feature.
Kurzfassung
Über Lösungskarren auf Dolomit gab es, im Vergleich zu den gut bekannten Vorkommen auf Kalksteinen, wenig Untersuchungen. Am Trauf der Niagara Schichtstufe in Ontario sind häufig Karren auf Dolomitfelsflächen verbreitet. Das Gestein ist mittel- bis feinkörnig, wohlgebankt und hat ein mittelsilurisches Alter. Die meisten der Niagarakarren sind mit Klüften eng verbunden oder an Stellen mit vorteilhafter Zusammensetzung entstanden und werden daher als durch Gesteinsstruktur bestimmte Karren (rock-controlled karren) bezeichnet. Die Kluftkarren folgen den Klüften, haben im Grundriß einen geradlinigen Verlauf, glatte Wände und ziehen sich nach unten spitzzulaufend durch viele aufeinanderfolgende Dolomitschichten. Rinnenkarren, Schacht- und Tunnelkarren folgen ebenfalls Kluftlinien, aber sie sind im Grundriß geschwungen und enden unterhalb der Oberfläche in flachen Böden auf der ersten bedeutenderen Schichtfläche. Viele Rinnen entstehen entlang gewöhnlicher Klüfte aus der Verschmelzung von unterirdischen Schachtkarren. Kluft- und Rinnenkarren sind die größten Formen und erreichen oft Längen von mehreren Metern. Furchenkarren und gespaltene Karren sind die gebräuchlichsten Kleinformen, die Längen von selten mehr als einem Meter erreichen. Furchenkarren sind flach, gerundet und sind besonders in Zonen mit leichter lösbaren Gesteinen zwischen weniger leicht lösbaren Stylolit-Lagen entwickelt. Sie kommen häufig auf Kluft- und Grabenwänden vor. Gespaltene Karren sind Vergrößerungen von sehr kleinen, unzusammenhängenden Brüchen in Stylolit-Lagen und verjüngen sich nach unten sehr spitz. Sie zerschneiden die zwischen den Klüften und Rinnen auftretenden Dolomitflächen. Weitere Karrenarten sind gerundete Schächte und Gerinnebahnen. Die Gerinnebahnen sind kleine, hangabwärts geschwungene Abflußrinnen. Sie sind auf den Niagara Dolomiten selten, weil der Abfluß in Gerinnebahnen in die überaus häufigen, durch die Gesteinsstruktur gebundenen, Karrentypen abgezogen wird. Unter einer Bodendecke oder unter der in diesem Gebiet weitverbreiteten Grundmoränendecke setzt die Entwicklung der Dolomitkarren ein. Die meisten Karren entstammen der Nacheiszeit. Viele Klüfte wurden durch die Entlastung von Gletscherdruck hervorgerufen. Die Laboruntersuchung von Proben ergab in der chemischen Zusammensetzung keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Gesteinen aus den Karren und aus den dazwischenstehenden Vollformen Bedeutende physikalische Unterschiede (Porosität und Permeabilität) waren eng verbunden mit dem Auftreten von Stylolit-Lagen. Diese Lagen sind in reinem, mittelkörnigem Dolomit am häufigsten. In diesen Lagen ist die Kristallpackung am dichtesten und daher sind sie weniger porös und weniger lösbar als die dazwischenliegenden Gesteine. Bereits Unterschiede in der Porosität von nur einem Prozent können eine ausgeprägte Rinnenkarre verursachen.
Résumé
On a très peu étudié à date la formation de lapiés (»karren«) par dissolution de dolomite, bien qu’ils soient bien connus en terrain calcaire. Les lapiés abondent sur les pavés dolomitiques qui sont exposés le long de la crête de l’escarpement de Niagara, en Ontario. La roche, qui date du Silurien moyen, est de grain moyen ou fin et forme des couches bien définies. La plupart des lapiés de Niagara sont axés sur des diaclases ou se sont formés en milieu rocheux de composition favorable: de là l’expression »rock-controlled karren« (conditionnement lithologique). Les lapiés-fentes suivent des diaclases, sont rectilignes, ont des parois planes et s'effilent vers le bas à travers plusieurs couches successives de dolomite. Les lapiés-fossés et les lapiés-fosses-et-tunnels obéissent également à des diaclases, mais sont sinueux et ne vont en profondeur qu’à la couche la plus proche de la surface leur offrant un fond plat. Plusieurs fossés résultent de l’amalgamation de fosses individuelles le long d’une même articulation. Les lapiésfentes et les lapiés-fossés sont les plus étendus, atteignant des longueurs de plusieurs mètres. Leslapiés-rainures et les lapiés-clivés constituent le unités de petites dimensiones les plus communes, rarement plus longues que d’un mètre. Les lapiés-rainures, ronds et peu profonds, se retrouvent dans des zones de roche plus soluble et sont entourés de filons de stylotite se dissolvant moins bien. Ils abondent le long des parois des lapiés-fentes et des lapiés-fossés. Les lapiés clivés se sont formés par élargissement de fractures très petites discontinues, perpendiculaires aux filons de stylotite. Leur effilement vers le bas est très aigu. Ils découpent les surfaces de dolomite qui gisent entre les fentes et les fossés. Des fosses et des rigoles arrondies constituent d’autres formes de lapiés. Les rigoles sont de petits fossés sinueux résultant de l’enfouissement de l’eau par gravita tion; ils sont rares dans les dolomites de Niagara, parce que l’eau courante est canalisée vers les types plus abondants de lapiés obéissant au conditionnement lithologique. Le développement des lapiés en terrain dolomitique est quelque peu paralysé sous le tapis des sols ou sous celui de la moraine de fond, qui est très étendu dans cette région. La plupart des lapiés sont d’âge postglaciaire. Plusieurs des fentes naquirent de la libération de la pression exercée par les glaces. L’analyse d’échantillons en laboratoire n’a révélé aucune différence notable de composition chimique entre la roche soumise à la dissolution et celle qui sépare les creux de lapiés et qui est demeurée intacte. La présence de filons de stylotite est soulignée par contre par des différences marquées dans le caractère physique (porosité et perméabilité) du matériel rocheux. Les filons ont leur plus grande abondance dans la dolomite nette à grain moyen. La densité des cristaux est à son maximum le long des filons, de sorte que le matériel rocheux associé à ces derniers est moins poreux et moins soluble que dans les intervalles. Des formes prononcées de lapiés-rainures peuvent résulter d’une variation aussi faible que 1% dans le degré de porosité.
Keywords
Karren;Ontario;Canada;dolomite;dissolution;erosion;Niagare Escarpment;Silurian