A debris flow deposit in Mammoth Cave: field characterization

This work presents an analysis of a debris flow deposit below Earth’s surface in the Mammoth Cave System in Kentucky, USA, and is the first study to characterize an in-cave debris flow to this level of detail. The deposit, named Mt. Ararat by cavers, has a maximum thickness of 7 m, a head-to-tail length of 75 m, and a total volume of about 3400 m3, as determined by terrestrial LiDAR and electrical resistivity surveys. The deposit is chaotic, angular, matrix-supported, and roughly inversely graded, with grain sizes, quantified through various grain-size distribution measuring techniques, ranging from clay through boulders larger than 1 m. The clasts are predominantly Mississippian Big Clifty sandstone, which is allochthonous in this part of the cave. The angularity of the blocks in the deposit indicate that they had not experienced significant erosion; and therefore, are determined to have been transported only a relatively short distance over a short time. The deposit profile is compound in appearance with two heads. We thus interpret this as a debris flow deposit resulting from two distinct flow events, and present a chronology of events leading to the present-day Mt. Ararat in Mammoth Cave. The findings of this work will inform further studies of karst-related erosional events, sediment transport, and deposition at different scales in karst aquifers, as well as the ways in which surface and subsurface processes interact to contribute to karst landscape evolution.

Moränen versus Till: Empfehlungen für die Beschreibung, Interpretation und Klassifikation glazialer Landformen und Sedimente

Die glazialgeomorphologische und -sedimentologische Terminologie hat in den vergangenen zwei Jahrzehnten international eine starke Weiterentwicklung erfahren und die Nutzung der Begrifflichkeiten folgt seit geraumer Zeit einheitlichen Richtlinien. Grundsätzlich ist bei der Aufnahme glazialer Ablagerungen auf eine saubere Trennung zwischen Beschreibung und Interpretation zu achten, insbesondere sollten geomorphologische Begrifflichkeiten stets klar von sedimentären Prozessen und den sedimentären Produkten unterschieden werden, um eine terminologisch-interpretative Vermengung von Form (Landform) und Inhalt (Sediment) zu vermeiden. Glaziale Sedimente sollten zunächst ausschließlich aufgrund ihrer lithofaziellen Eigenschaften und unter Nutzung strikt lithologischer Begriffe (wie Diamikton, schräggeschichtete Sande, laminierte Schluffe etc.) beschrieben werden. Erst im nächsten Schritt, und nach eingehender Untersuchung, sollten genetische Begriffe (wie Till, Schmelzwassersande, glaziolimnische1 Warvensedimente etc.) zur Interpretation der zuvor beschriebenen Einheiten genutzt werden. Die empfohlene Trennung glazialgeomorphologischer und -sedimentärer Begriffe ist bis heute im deutschsprachigen Raum nicht immer gewährleistet. Dies betrifft v.a. den Begriff der ‚Moräne‘, der einerseits als sedimentäre Sammelbezeichnung für glaziale Ablagerungen verschiedenster Herkunft dient (z.B. ,Moränenmaterial‘), anderseits aber auch den durch den Gletscher aktuell transportierten Gesteinsschutt beschreibt (z.B. ‚Obermoräne‘). Desweiteren wird der Moränenbegriff gleichermaßen sowohl für die Ansprache glazialer Landformen (z.B. Endmoräne) als auch für die Beschreibung von Eigenschaften des Geschiebespektrums genutzt (z.B. Lokalmoräne). Diese Praxis führt nicht nur bei Einsteigern zu Verwirrungen, sondern erschwert auch die Verständigung unter Fachleuten, da diese multifunktionale Nutzung des Moränenbegriffs international seit geraumer Zeit nicht mehr üblich ist. Weitere terminologische Probleme ergeben sich aus den voneinander abweichenden Nomenklaturansätzen, die innerhalb der verschiedenen deutschsprachigen Staaten im Gebrauch sind, sowie der Praxis, dass z.B. in Deutschland quartärgeologische Aufnahmen in den Aufgabenbereich der einzelnen Bundesländer fallen und damit eigene begriffliche Traditionen fortbestehen. Der vorliegende Artikel hat das Ziel, einen systematischen Überblick über die Genese glazialer Sedimente zu liefern und Empfehlungen für die zukünftige Beschreibung, Benennung und Interpretation solcher Sedimente in der deutschsprachigen Literatur zu liefern, die den internationalen Definitionen entsprechen. Der Begriff ‚Moräne‘, einschließlich der Variante ‚Grundmoräne‘, sollte fortan lediglich für die Einordnung glazialer Landformen bzw. Landformenvergesellschaftungen verwendet werden, jedoch nicht für die Ansprache glazialer Sedimente. Letztere sollten künftig erst nach genauerer lithologischer Beschreibung und nach den hier definierten diagnostischen Kriterien benannt und geogenetisch interpretiert werden. Die in diesem Artikel präsentierte Zusammenstellung der wichtigsten Kriterien für eine sichere Unterscheidung diverser glazialer Diamikte richtet sich nach dem aktuellen internationalen Forschungsstand. Danach wird ein primärer Till als ein ausschließlich subglaziales und durch direkte Ablagerung vom Eis gebildetes Sediment definiert. Ein solcher in der ‚Traktionszone‘ eines basal gleitenden Gletschers entstandener Till wird als ‚subglazialer Traktionstill‘ (engl. subglacial traction till) bezeichnet. Traktionstills sind von gletscherüberfahrenen prä-existenten Sedimenten (z.B. deformierte Schmelzwassersande) zu unterschieden, welche künftig als ‚Glaziotektonit‘ (engl. glaciotectonite) angesprochen werden sollten und nicht zu den primären Tills sensu stricto gerechnet werden. Eine Weiterverwendung der älteren, stark prozessspezifisch geprägten Till-Begriffe wie Lodgement till und Deformation till ist nach aktuellem Forschungsstand nicht mehr sinnvoll, da zwischen beiden Tilltypen in der Realität ein genetisches Prozesskontinuum besteht und keine gesicherten diagnostischen Kriterien für eine zuverlässige Einzelansprache im Gelände vorliegen. Andere diamiktische Sedimente, die häufig in glazialen Ablagerungsräumen auftreten und meist supra- bzw. proglazialer Herkunft sind, sollten nicht als Till, sondern nach dem jeweils dominanten Ablagerungsprozess benannt werden (z.B. Schlammstrom(-ablagerung), debris flow (deposit); Abtropfdiamikt, dropstone diamict). Unter Anwendung dieser Kriterien stellen die Autoren fest, dass subglazial gebildeter Till weit weniger verbreitet ist als bislang angenommen. Vor allem glaziale Landformen wie Endmoränen enthalten bei genauer Betrachtung nur selten größere Anteile primärer glaziale Sedimente (Till). Stattdessen setzen sie sich zumeist aus einer Vielzahl verschiedenartiger und deformierter Sedimente zusammen, die im ehemaligen Gletschervorfeld abgelagert und im Zuge eines Vorstoßes zusammengestaucht wurden.