Contribution
Tufa formation in the Transvaal, South Africa
Marker, Margaret E.
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 17 Issue 4 (1973), p. 460 - 473
11 références bibliographiques
publié: Dec 18, 1973
ArtNo. ESP022001704005, Prix: 29.00 €
Kurzfassung
In Südafrika treten Tuffablagerungen gehäuft in Verbindung mit Kalkgesteinsvorkommen auf. Sie sind meist inaktiv, und gegenwärtig beschränkt sich die Kalkausfällung offenbar auf die von Niederschlägen begünstigteren Teile des jahreszeitlichen ariden Nordostens von Transvaal. Im Mittelpunkt der Diskussion stehen die Faktoren, von denen die Tuffbildung abhängig ist; dies, weil nämlich eine Interpretation von örtlicher Lage und regionaler Verbreitung der Tuffe erst sinnvoll erscheint, wenn die chemischen und mechanischen Vorgänge bei der Kalziumkarbonat-Ausfällung geklärt sind. Zweifellos ist die Tuffbildung abhängig vom Zusammenwirken spezifischer Variablen an einem gegebenen Ort in der Zeit. Ein konstanter, ausreichender Nachschub von Kalzium-Ionen in fließendem Oberflächenwasser muß gewährleistet sein. Die jährlichen Niederschläge müssen daher in ausreichendem Maße Karstlösungen ermöglichen, andererseits dürfen sie aber auch nicht zu einer Verdünnung unter einen kritischen Level führen. Gesteinsverhältnisse, Einzugsgebiet und Dauer der Feuchtigkeitsperiode können daher als indirekte Kontrollfaktoren wirken. Wesentlich für jede Tuffbildung sind Gleichgewichtsänderungen in der Lösung, wobei Kohlendioxid-Verluste auftreten. Obwohl biotische Aktivität wichtig sein kann, wird darauf hingewiesen, daß Turbulenzen konsequenter zum Kohlendioxid-Verlust führen. Die Überlegungen zu diesen Variablen werden an den rezenten Kalktuff-Ausfällungen im Kadishi-Tal (NE-Transvaal) überprüft. Dort bildet der Tuff heute fünf kleine Wasserfälle mit zugehörigen Dämmen aus, die jedoch nur einen Ausschnitt aus der gesamten Tuffbildungszone darstellen. Der gegenwärtige Rückgang der Tuffausfällung bestärkt die Ansicht, daß der größte Teil der Ablagerungen während quartärer Pluvialzeiten mit gesteigerter Karst-Aktivität erfolgte. Die Vermutung, daß die Tuffe an Unregelmäßigkeiten im Untergrund gebunden sein könnten, die von unterirdischen Entwässerungskanälen im Karst bei entsprechender Lithologie herrühren, wird ebenfalls diskutiert. Abschließend werden einige Überlegungen angestellt zu dem Problem, wie die Tuffbildung bei zerklüftetem bzw. bei dichtem Untergrund einigermaßen abzuschätzen ist.
Abstract
In South Africa tufa deposits associated with calcareous rock outcrops exhibit a clustered distribution. Most deposits are inactive and tufa precipitation is now limited in extent and apparently restricted to better watered parts of the seasonally arid northeastern Transvaal. Discussion is focussed on factors considered to affect the precipitation of tufa, since it is believed that an understanding of the chemistry and mechanics of calcium carbonate precipitation must precede any explanation of the location and distribution of tufa deposits. It is postulated that tufa formation is dependent on the interaction of specific variables at one place in time. A constant and sufficient supply of calcium ions in flowing surface water must be available. Annual rainfall should therefore be sufficient to promote karst solution but not to cause dilution below a critical level. Lithology, catchment area and duration of the wet season may therefore act as indirect controls. Essential for any tufa precipitation are equilibrium changes in the solution to cause carbon dioxide loss. Although biotic activity may be important, it is suggested that turbulence is a more consistent cause of carbon dioxide loss. The consideration of these variables is applied to active tufa precipitation in the Kadishi valley of the northeastern Transvaal. There tufa is forming on five small waterfall tufas and associated tufa dams which comprise only a limited section of the total tufa zone. The diminution of tufa formation strengthens the view that maximum deposition took place during Quaternary pluvial periods in association with enhanced karst activity. The possibility that tufa location is related to breaching of underground karst channels draining areas of susceptible lithology is also assessed. In conclusion some consideration is given to the problems of monitoring tufa formation in rugged and isolated terrain.
Résumé
En Afrique du Sud, les dépôts de tufs associés aux coupes calcaires se répartissent sous formes de grappes. La plupart des dépôts sont inactifs et la précipitation de tuf est maintenant limitée en extension et apparemment restreinte aux parties mieux arrosées du Transvaal du Nord Est à aridité saisonnière. La discussion est basée sur les facteurs considérés comme affectant la précipitation de tufs puisqu’on croit qu’une compréhension de la chimie et des mécanismes de précipitation du carbonate de calcium doivent précéder toute explication de la localisation et de la distribution des dépôts de tufs. On postule que la formation de tuf, en un endroit et à un moment déterminés, dépend de l’interactions de diverses variables spécifiques. On doit pouvoir se servir d’une réserve suffisante et constante d’ions de calcium de l’eau s’écoulant en surface. Les chutes de pluie annuelles devraient donc suffire à faire progresser la solution de karst mais non à causer la dissolution sous un niveau critique. La lithologie, l’aire de réception et la durée de la saison humide peuvent de ce fait jouer comme de contrôles indirects. Quelle que soit la précipitation de tuf, les changements d’équilibre dans la solution sont essentiels à la perte de dioxyde de carbone. Bien que l’activité biotique puisse être importante, la turbulence est présentée comme une cause plus valable de la perte de dioxyde de carbone. La prise en consideration de ces variables est appliquée à la précipitation active de tuf dans la vallée Kadishi dans le Transvaal du Nord Est. Là le tuf se forme en cinq tufs de cascades associés à leurs digues qui ne comprennent qu’une partie réduite de la totalité de la zone de tuf. La diminution de la formation de tuf renforce l’idée que le dépôt maximum s’est produit lors des périodes pluvieuses du quarternaire en liaison avec la reprise de l’activité karstique. De même s’impose l’éventualité d’une localisation de tuf liée à la rupture des canaux karstiques sousterraines drainant de lossibles surfaces lithologiques. Finalement quelques réflexions sont consacrées au problème de l’évoluation de la masse de tuf en terrain accidenté et en fragments isolés.
Mots-clefs
Südafrika • Kalkgestein • Niederschlag • Kalziumkarbonat • Kohlendioxid • Kadishi-Tal