Speleothem rupture in karst: tectonic or climatic origin? U-Th dating of rupture events in Salamandre Cave (Gard, southeastern France)

• Autores: E. Pons-Branchu, Bruno Hamelin, Jacques Brulhetet, Laurent Bruxelles
• Localización: Bulletin de la Société Géologique de France, ISSN 0037-9409, Vol. 175, Nº. 5, 2004, págs. 473-480
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Les cassures de spéléothèmes en milieu endokarstique: origine tectonique ou climatique ? Datations U-Th d'événements de cassures dans l'Aven de la Salamandre (Gard, Sud-Est de la France)
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• Resumen
  • English

    Caves are relatively protected from the main external erosional factors. Therefore, they constitute potentially reliable places for long-term conservation of continental history. Moreover their secondary carbonated deposits, the speleothems, can be dated precisely on the 0-500 ka time-scale using U-series isotopes measured by thermo-ionisation mass spectrometry (TIMS). Tectonic events (tectonic displacements and earthquakes) may change cave morphology and induce speleothem breaking or displacement as has been shown by previous studies performed mainly in Italy [Forti et Postpischl, 1984; Postpischl et al., 1991 for example]. Nevertheless, collapses of speleothems observed today in caves are difficult to interpret as their origin may be linked to several other natural processes.

    We studied the Aven de la Salamandre cave located in southeastern France (Gard), an area between the Cevennes fault and the Nîmes fault, where evidence of Quaternary vertical movements was previously described. However, this region is not considered to be a seismic active zone.

    The Aven de la Salamandre cave is characterized by numerous broken speleothems. Some of them are very large and a lot of them are covered by growth of new calcite or new speleothem generation.

    We report here 13 TIMS U/Th analysis performed on two broken speleothems recovered by second generation calcite growth. Dating results are discussed through time corrections due to detrital content of calcite. In the first sequence, a 7 ± 0.35 ka fracture event is identified. In the second sequence, the age of the breakdown is between 1.1 ± 0.1 and 6.3 ± 2 ka. These events could thus be contemporary. Hypotheses for the origin of this fracture event are presented and discussed: (i) karstic catastrophic event due to intense climatic changes or to cavity collapse (break down of hanging wall, gravity, landslide...); (ii) co-seismic ruptures.

    The first conclusion of this study is that these collapse episodes in the Aven de la Salamandre cave cannot be due to the direct effect of an earthquake or climatic event. Only indirect effects of flooding (by mobilization of the argillaceous components of the floor and consecutive destabilization of the speleothems growing upon it) or earthquake effects (more likely by local effects than by wave front passage) are privileged. By comparing our dating with regional destructive known events (in other karsts, in cliffs and scarps), dated by relative chronology, we are lead to propose a regional generalized event precisely dated here at 7 ka. This second conclusion doesn't contradict the presence of unbroken speleothems older than 100 ka found in other caves in the neighborhood as local effects is one of the predominant factors relative to speleothem stability.

    As a final conclusion, this paper promotes the use of speleothems as reliable datable tools for assessing regional stability problems (sensitivity to seismic hazards, to destructive intense climatic events...) as is done for paleoclimatic reconstruction.

  • français

    Les cavités karstiques et les concrétions qu'elles abritent, les spéléothèmes, sont relativement protégées des principaux vecteurs d'érosion extérieurs mais peuvent être influencées par la tectonique régionale [voir par exemple Forti et Postpischl, 1984]. Les spéléothèmes peuvent notamment être brisés ou basculés lors de secousses sismiques. Toutefois, l'origine des cassures observées à posteriori est souvent difficile à déterminer puisque de nombreux facteurs naturels peuvent causer de telles destructions. La chronologie de ces événements peut cependant être établie de manière précise en datant les spéléothèmes par la méthode U/Th sur la période 0-500 ka.

    Cet article présente une étude réalisée sur une cavité du Sud-Est de la France (Gard), l'Aven de la Salamandre. Dans cette zone, située entre la faille des Cévennes et la faille de Nîmes des mouvements quaternaires verticaux récents ont pu être mis en évidence [Josnin et al., 1998]. Pourtant, cette zone n'est pas considérée comme une zone sismique très active.

    L'Aven de la Salamandre présente un grand nombre de spéléothèmes cassés, dont certains sont de taille plurimétrique et dont une majorité sont recouverts par des repousses de calcite.

    Des datations U/Th par spectrométrie de masse à thermo-ionisation (TIMS) ont été réalisées sur deux séquences de cassure/repousse de spéléothèmes échantillonnés dans cette cavité. Des datations sur treize niveaux de calcite encadrant les deux cassures ont ainsi été réalisées afin de contraindre précisément l'âge de ces cassures. La méthodologie de datation est discutée notamment au travers des corrections d'âge. En effet, la phase détritique, bien que présente en faible quantité (les concentrations en 232Th sont inférieures à 0,08 ppm dans tous les échantillons et inférieures à 0,01 ppm pour huit échantillons) est à prendre en considération pour ne pas biaiser les âges obtenus sur ces spéléothèmes jeunes et contenant de ce fait peu de 230Th produit in situ. Les datations haute résolution obtenues ont permis d'identifier un événement de cassure à 7 ± 0,35 ka dans la première séquence et compris entre 1,1 ± 0,1 et 6,3 ± 2 ka pour la deuxième séquence. Ces deux événements pourraient donc être contemporains. Plusieurs hypothèses quant à l'origine des cassures observées, sont présentées et discutées : (i) épisodes catastrophiques au sein des cavités karstiques liés à des bouleversements climatiques (principalement des crues), ou à des déstabilisations de la cavité (effondrements, fluages...) et (ii) événement co-sismique. Au terme de cette discussion, il apparaît que d'une part les observations de terrain ne nous permettent pas de trancher en faveur de l'une ou l'autre des causes de cassure, et d'autre part, que seuls les effets indirects de l'une ou l'autre des hypothèses proposées sont envisageables. Ainsi, pour l'origine climatique des cassures, seules des déstabilisations du soubassement de la cavité (crues par exemple) pourraient causer des cassures de gros spéléothèmes comme ceux observés dans l'Aven de la Salamandre, et dans le cas d'un séisme, des effets indirects plus que des destructions liées directement au passage d'un front d'ondes sont à envisager.

    Toutefois, la comparaison de nos datations de spéléothèmes cassés à des événements climatiques et à des effondrements connus (de falaises, de karsts... etc) dans cette région mais souvent datés de manière indirecte, indique que le phénomène enregistré et daté précisément dans l'Aven de la Salamandre pourrait être d'ampleur régionale. Cet événement régional majeur serait donc daté ici de manière précise à 7 ± 0,35 ka. Cette conclusion n'est pas en contradiction avec la présence à quelques kilomètres de là dans la Baume des Italiens de stalactites intactes et datées à près de 100 ka [Pons-Branchu, 2001], celles-ci ayant pu résister à un ou plusieurs événements régionaux destructeurs si ce site est plus protégé des effets destructeurs indirects cités plus haut.

    Cet article montre que l'étude des spéléothèmes, notamment par la possibilité d'obtenir des informations précises sur leurs phases de croissance et leurs cassures peut être intégrée à des problématiques de stabilité de certains sites (aléa sismique, événements climatiques intenses et destructifs).