Aladağlar Mountain Range: A Landscape-Shaped by the Interplay of Glacial, Karstic, and Fluvial Erosion

The Aladağlar Mountain Range (AMR) is a large massif mainly composed of carbonate rocks hosting beautiful examples of glacial, karstic, and fluvial erosion. Extreme variations in climate and topography as well as the multitude of diverse geochemical conditions since the early Paleocene allowed development of huge hypogenic and epigenic karst systems. The interplay between the surface and karst drainage systems resulted in an attractive fluvial morphology with large karst springs, travertine bridges, gorges, and valleys. All of the karst valleys spreading from the heights of the AMR-hosted valley glaciers that once flowed down to 1100 m elevation. With its diverse landscape, the AMR is a promising land for tourists, backpackers, trekkers, and mountaineers. Large hanging karst springs, long rafting routes along gorges, travertine bridges, U-shaped glacial valleys and lakes, and challenging peaks are the major landscape attractions. © 2019, Springer Nature Switzerland AG.National Science Foundation, NSF 112Y087 Mount Allison University, MTA --Acknowledgements The authors thank the following institutions for their support/funding through various projects: General Directorate of Mineral Resources of Turkey (MTA), Hacettepe University Research Fund, The Scientific and Technical Research Council of Turkey (TÜBİTAK project 112Y087), National Science Foundation (USA) and Ukrainian Speleological Association. -

Interaction between karst terrain and bauxites : evidence from Quaternary orebody distribution in Guangxi, SW China.

Research Article. Geology. 2017.Abstract available in PDF file

Gypsum karst in Western Ukraine

The great gypsum karst of the Western Ukraine, which is associated with Miocene (Badenian) gypsum, provides the worlds foremost examples of intrastratal gypsum karst and speleogenesis under artesian conditions. Differential neotectonic movements have resulted in various parts of the territory displaying different types (stages) of intrastratal karst, from deep-seated, through subjacent, to entrenched. Internal gypsum karstification proceeded mainly under confined hydrogeological conditions. While such development still continues in part of the territory, other parts exhibit entrenched karst settings. Huge relict maze cave systems have been explored here, five of which are currently the longest known gypsum caves in the world. They account for well over half of the total length of gypsum cave that has been explored. This unique concentration of large caves reflects the local coincidence of specific structural prerequisites of speleogenesis (character and extent of fissuring), favourable regional evolution (rapid uplift, and fossilization of maze systems), the presence of overlying limestone aquifers, and a widespread clayey protective cover (which prevented the total infilling and/or destruction of the caves). Surface karst evolved as a consequence of the internal karstification in the gypsum, and the karst landform assemblages differ between the territories that present different types of karst

САМООРГАНІЗАЦІЯ СТРУКТУРИ ВОДООБМІНУ ЯК СИСТЕМОУТВОРЮЮЧА ВЛАСТИВІСТЬ КАРСТУ

The paper demonstrates that the presence of soluble rocks in the rock environment causes a phenomena of self-organization of the flow structure, which brings the water-rock system into a new capacity-state, namely - karstic. The property of self-organization of this geosystem realizes via specific (speleogenetic) mechtanism of permeability development, which action radically changes (organizes in a special manner) the structure and functioning of the flow system.The mechanism of self-organization of flow and of the formation of the karst geosystem (speleogene-sis) includes a positive feedback between flow and the rate of enlargement of initial flow paths during stages of early speleogenesis and conduit iniciation, a cascade breakthroughs of proto-conduits to conditions of rapid growth (destabilization of the system, hydrodynamic competition of conduits, reorganizattion of the flow pattern and change in boundary conditions, further growth of conduits in conditions of stabilization of the system at dynamic equilibrium at the expense of increased energy exchange with the environment. As a result of this specific evolution the geosystem acquires a new, "karstic", capacity and more complex organtization, with the establishment of one more level of permeability, the most contrast one.The notion of karst is derived from the essence of progressive evolution of the geosystem containing permeable soluble rocks, driven by water exchange and speleogenetic mechanism of self-organization of the permeability structure. Regressive evolution of the karst geosystem includes processes of gravitational destruction and various accumulations, which lead to fragmentation and demolition of relict structures of karst permeability. Based on this new approach to definition of the notion of karst, criteria of distinction between proper karst and similar but not identical phenomena (merokarst, pseudokarst) are discussed.Показано, что присутствие в горнопородной среде растворимых пород обусловливает явление самоорганизации структуры водообмена, что приводит систему «вода-порода» в новое состояние - карстовое. Свойство самоорганизации этой геосистемы реализуется через специфический (спелеогенный) механизм развития проницаемости, действие которого кардинально меняет (особым образом организует) структуру и функционирование водообменной системы.Механизм самоорганизации водообмена и формирования карстовой геосистемы (спелеогенез) включает обратную связь между водообменом и расширением первичных путей фильтрации (выявление протоканалов), каскадный прорыв протоканалов в условиях быстрого роста (дестабилизацию системы), гидродинамическую конкуренцию каналов, реорганизацию стока и изменение граничных условий водообмена, дальнейший рост каналов в условиях стабилизации системы в состоянии подвижного равновесия за счет роста обмена энергией со средой. В результате этой специфической эволюции геосистема приобретает новое, "карстовое", качество и более сложную организацию с выделением в структуре проницаемости еще одного, наиболее контрастного уровня.Понятие карст определяется исходя из сущности прогрессивной эволюции геосистемы с проницаемыми растворимыми породами, вызванной водообменом и спелеогенным механизмом самоорганизации структуры проницаемости. Регрессивная эволюция карстовой геосистемы включает процессы гравитационной деструкции и разнообразной аккумуляции, ведущие к фрагментации и разрушению реликтовых структур карстовой проницаемости. На основе нового подхода к определению понятия о карсте обсуждаются критерии разграничения карста и подобных, но не тождественных явлений (мерокарста, псевдокарста).Показано, що присутність у гірськопородному середовищі розчинних порід обумовлює явище самоорганізації структури водообміну, що приводить систему "вода-порода" в новий стан - карстовий. Властивість самоорганізації цієї геосистеми реалізується через специфічний (спелеогенний) механізм розвитку проникності, дія якого кардинально змінює (особливим чином організує) структуру і функціонування водообмінної системи.Механізм самоорганізації водообміну та формування карстової геосистеми (спелеогенез) включає зворотний зв'язок між водообміном і розширенням первинних шляхів фільтрації (виявлення протоканалів), каскадний прорив протоканалів до умов швидкого росту (дестабілізацію системи), гідродинамічну конкуренцію каналів, реорганізацію стоку і зміну граничних умов водообміну, подальший ріст каналів в умовах стабілізації системи в стані рухливої рівноваги за рахунок зростання обміну енергією із середовищем. У результаті цієї специфічної еволюції геосистема набуває нової, "карстової", якості і більш складної організації з відокремленням у структурі проникності ще одного, найбільш контрастного рівня.Поняття про карст визначається, виходячи із сутності прогресивної еволюції геосистеми з проникними розчинними породами, спричиненої водообміном і спелеогенним механізмом самоорганізації структури проникності. Регресивна еволюція карстової геосистеми включає процеси гравітаційної деструкції та різноманітної акумуляції, що ведуть до фрагментації і руйнування реліктових структур карстової проникності. На основі нового підходу до визначення поняття про карст обговорюються критерії розмежування карсту і подібних, але не тотожних явищ (мерокарсту, псевдокарсту)

ЕВОЛЮЦІЙНИЙ ПІДХІД ДО ТИПОЛОГІЇ КАРСТУ

The paper reveals the hydrogeological essence of karst, provides its definition, substantiates the evolutionary approach to karst typology and offers a respective classification. The evolutional typology of karst is based on consideration of geological evolution of a body of karstified rocks (unit, formation) and evolution of a ground water circulation system. It reflects such basic regularities of geological evolution as directed development and cyclicity. Different stages of post-sedimentary transformation of rocks and of the development of a geo-hydrodynamic systems are characterized by certain steady combinations of lithologic and structural pre-requisites for groundwater flow and speleogenesis, the mode of groundwater flow, recharge and discharge contditions, thermobaric and geohydrochemical conditions. Such combinations result in formation of karst systems with certain characteristic properties – i.e. types of karst. The directed development – results in regular changes of karst types. Changes of one type of karst into another are conditioned by the processes of tectonic and geomorphological evolution, which determine change of border conditions for groundwater flow and speleogenesis.Within the framework of the proposed classification, the types of karst correspond to the successive stages of its evolution, between which boundary condtions of groundwater flow and speleogenesis, external factors and internal mechanisms of karstif ication (speleogenesis) differ considerably and in a regular manner. The evolutional types of karst integrally characterize the most substantal properties of karst systems (structure of secondary porosity and permeability, degree and character of karst manifestation in surface relief, hydrogeologic features, potential for collapse and subsidence hazard, etc.), speleogenetc environments and dominant mechanisms, as well as potential of inheritance of porosity and permeability structures from the previous stages of development. This allows using this classification for resolving of broad range of scientific and practical problems, related to karst.Демонстрируется гидрогеологическая сущность карста, подаются его определения, указывается эволюционный подход к его типологии и предлагается соответствующая классификация. Эволюционная типология карста основана на рассмотрении геологической эволюции тела карстующихся пород (шара, формации), и водообменной системы, отражает такие базовые закономерности геологического развития, как направленность и цикличность. Различные стадии постседиментационного преобразования пород и развития геогидродинамических систем характеризуются определенными устойчивыми комбинациями литологических и структурных предпосылок водообмена и спелеогенеза, режима водообмена, условий питания, движения и разгрузки подземных вод, термобарических и геогидрохимических условий. Такие комбинации приводят к формированию карстовых систем с определенными характерными свойствами – типами карста, а направленность развития – к закономерной смене типов карста. Изменение одного типа карста другим обусловлено процессами тектонической и геоморфологической эволюции, которые определяют изменение граничных условий водообмена и спелеогенеза.В рамках предложенной классификации типы карста отражают последовательные стадии его эволюции, между которыми существенно и закономерно изменяются граничные условия и структура водообмена, внешние факторы и внутренние механизмы карстообразования (спелеогенеза). Эволюционные типы карста интегрально характеризуют наиболее существенные свойства карстовых систем (структуру вторичной пустотности и проницаемости, степень и характер выражения в рельефе, гидрогеологические особенности, потенциал провально-осадочной опасности и т.д.), обстановки и доминантные механизмы спелеогенеза, а также потенциал наследования структур пустотности и проницаемости от предыдущих стадий развития. Это позволяет использовать данную классификацию для решения широкого круга научных и практических проблем, связанных с карстом.Демонструється гідрогеологічна сутність карсту, подається його визначення, обґрунтовується еволюційний підхід до його типології і пропонується відповідна класифікація. Еволюційна типологія карсту заснована на розгляді геологічної еволюції тіла порід (шара, формації), які карстуються, та водообмінної системи, що відбиває такі базові закономірності геологічного розвитку, як спрямованість і циклічність. Різні стадії постседиментаційного перетворення порід і розвитку геогідродинамічних систем характеризуються певними стійкими комбінаціями літологічних і структурних передумов водообміну і спелеогенезу, режиму водообміну, умов харчування, руху й розвантаження підземних вод, термобаричних і геогідрохімічних умов. Такі комбінації приводять до формування карстових систем з певними характерними властивостями – типів карсту, а спрямованість розвитку – до закономірної зміни типів карсту. Зміна одного типу карсту іншим обумовлена процесами тектонічної і геоморфологічної еволюції, які визначають зміну граничних умов водообміну і спелеогенезуУ рамках запропонованої класифікації типи карсту відображають послідовні стадії його еволюції, між якими суттєво і закономірно змінюються граничні умови та структура водообміну, зовнішні фактори і внутрішні механізми карстоутворення (спелеогенезу). Еволюційні типи карсту інтегрально характеризують найбільш істотні властивості карстових систем (структуру вторинної пустотності й проникності, ступінь і характер вираження в рельєфі, гідрогеологічні особливості, потенціал провально-просадової небезпеки, тощо), обстановки та домінантні механізми спелеогенезу, а також потенціал успадкування структур порожнинності і проникності від попередніх стадій розвитку. Це дозволяє використовувати дану класифікацію для вирішення широкого кола наукових і практичних проблем, пов'язаних з карстом.

Sulphate rocks as an arena for karst development

The rocks in which karst systems develop are most commonly composed of carbonate sulphate and chloride minerals. The sulphate minerals are quite numerous, but only gypsum and anhydrite form extensive masses in sedimentary sequences. Other minerals, which represent sulphates of K, Mg and Na, normally occur as minor beds (0.1-5.0 m), or as inclusions associated with chloride rocks. However some minerals precipitated in salt-generating basins, such as mirabilite and glauberite (typically formed in the Kara-Bogaz-Gol Gulf, salt lakes of Siberia and in China), form sequences up to 5-10 m thick where karst may develop. Due to the very high solubility of Na -sulphates, karst processes and features occurring in these rocks resemble salt karst. Thus, the term sulphate karst, although not strictly correct, is used mainly to indicate karst developed in gypsum and anhydrite

Breakdown development in cover beds, and landscape features induced by intrastratal gypsum karst

Intrastratal karst is by far the predominant gypsum karst type. Its development may begin in deep-seated settings within rocks already buried by younger strata, and it proceeds increasingly rapidly as uplift brings gypsum sequences into progressively shallower positions. Such development commonly occurs under confined (artesian) hydrogeological conditions, that subsequently change to open conditions (phreatic-water table-vadose). The general evolutionary line of intrastratal karst is typified by progressive emergence of a sequence into a shallower position, activation of groundwater circulation and development of cave systems within karst units, commencement of gravitational breakdown and its upward propagation through overlying beds, and development of a karst landscape. These processes and phenomena progress through the directed evolution of karst types as follows: deep-seated intrastratal karst (1K) to subjacent 1K to entrenched 1K to denuded karst. One of the main characteristics of intrastratal karst is that it induces gravitational breakdown in cover beds. With the aid of processes other then simple breakdown, such effects may propagate upwards and may, or may not, reach the surface, depending upon the thickness and structure of the overburden. A karst landscape evolves when such features reach the surface. This paper considers the conditions and mechanisms of such development

Gypsum karst of the world : a brief overview

Short description of caves and karst in gypsum of different parts of the World

Gypsum karst of the World: a brief overview

Short description of caves and karsts in gypsum of different parts of the World