Gypsum dissolution geohazards at Ripon, North Yorkshire, UK
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This guide is for a one-day field excursion to examine gypsum dissolution geohazards at Ripon in North Yorkshire. Gypsum is a highly soluble rock and under suitable groundwater flow conditions it can dissolve forming caves and karstic features including collapse and suffosion dolines. These have the capability of causing subsidence damage of the type that affects much of the Ripon area. The guide details the processes involved, the localities visited and some of the remedial measures undertaken. Resume: Ce guide concerne l'excursion d'une journee ayant pour but d'etudier les geo-aleas lies a la dissolution du gypse a Ripon dans la region du North Yorkshire. Le gypse est une roche hautement soluble et, dans des conditions adequates d'ecoulement de l'eau souterraine, pouvant se dissoudre et engendrer des grottes et formes karstiques telles qu'effondrements et dolines de suffosion. Celles-ci peuvent causer des degâts de subsidence du type de ceux qui touchent la plupart des alentours de Ripon. Ce guide fournit des explications sur les phenomenes mis en jeu, les localites visitees et quelques-unes des mesures prises pour remedier a ces problemes.Keywords:
Sinkhole
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Karst is a three-dimensional landscape that occurs in soluble bedrock (typically limestone, marble, dolostone, gypsum or halite) and is defined by a solutionally weathered surface, a subsurface drainage system (where conduit-flow dominates), and underground openings and caves. Karst can host unique flora and subsurface fauna, as well as a wide range of other scientific, recreational and cultural values. Karst and potential karst areas underlie approximately 10% of British Columbia (BC), but the distribution and extent of this landscape has yet to be fully explored and delineated. Some of the most extensive and well-developed karst areas occur within the forestedlimestone areas of coastal BC, such as on Vancouver Island and Haida Gwaii, where numerous surface karst features and caves are known. Karst in the interior plateau regions of British Columbia is less well known, being in part covered by thick deposits of glacial materials. Alpine karst regions are most apparent in the Rocky Mountains where there are limestone plateaus, karst drainages and cave systems that have close connections to past and present glacial systems. Mapping of karst is a critical component for any land-use or resource development activity in all regions of British Columbia, as the environmental impacts on karst and its associated values are potentially significant. The regional distribution of karst in BC is not well mapped, with only an office-based reconnaissance karst potential map (1:250,000-scale) and a related database completed in 1999. A renewed effort should now be made to better map karst across British Columbia using digital bedrock mapping data released in 2017, combined with more recent satellite imagery and improved field knowledge.RÉSUMÉLe karst est un paysage tridimensionnel qui se présente dans le substrat rocheux soluble (généralement calcaire, marbre, dolomite, gypse ou halite) et est défini par une surface altérée par dissolution, un système de drainage souterrain (où l’écoulement par conduit domine) et des ouvertures et cavernes souterraines. Le karst peut abriter une flore et une faune souterraine unique, ainsi qu’une grande variété d’autres ressources scientifiques, de loisir et culturelles. Les zones karstiques et potentiellement karstiques constituent environ 10% de la surface de la Colombie-Britannique, mais la répartition et l’étendue de ce paysage n’a pas été complètement explorées et circonscrites. Certaines des zones karstiques les plus étendues et les mieux développées se trouvent dans les calcaires des zones calcaires boisées de la côte de la Colombie-Britannique, telles que l’île de Vancouver et l’archipel de Haida Gwaii, où l’on connaît de nombreuses caractéristiques karstiques de surface et des cavernes. Le karst des régions des plateaux intérieurs de la Colombie-Britannique est moins bien connu, étant en partie recouvert d’épais dépôts de matériaux glaciaires. Les régions karstiques alpines sont plus apparentes dans les montagnes Rocheuses où se trouvent des plateaux calcaires, des bassins de drainage karstiques et des systèmes de cavernes étroitement liés aux systèmes glaciaires passés et contemporains. La cartographie du karst est une constituante essentielle de toute activité d’utilisation du terrain ou de développement des ressources dans toutes les régions de la Colombie-Britannique, car les impacts environnementaux sur le karst et ses bénéfices associés sont potentiellement importants. La distribution régionale et les caractéristiques des karsts en Colombie-Britannique ne sont pas bien cartographiées, avec seulement une carte de reconnaissance du potentiel karstique établie par une étude de bureau (à l’échelle de 1/250 000) et une base de données associée, complétées en 1999. Il faut aujourd’hui améliorer la cartographie de karsts en Colombie-Britannique en utilisant les données numériques de cartographie du substrat rocheux publiées en 2017, combinées avec des images satellite plus récentes et à une meilleure connaissance du terrain.
Sinkhole
Bedrock
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Summary The lag mounds seem to be well associated with other karst phenomena, to be found only in shallow soil and therefore to be transitory features formed during the beginning of the development of karst. They serve to point out areas where the process is continuing and may be diagnostic in distinguishing on the surface between active and fossil karst. RÉSUMÉ Eluviation et dissolution par l'eau dans le matériel déconsolidé, déposé par des glaciers ou dss lacs, lequel est superposé sur calcaire ou dolomite, dans la Presqu'île Bruce de l'Ontario, ont formé des tranchées au dessus des fissures ou ont laissé des buttes sur les dalles de roche. Les « buttes laissées » ont environs trois pieds de hauteur et sont aussi, en général, de forme rectangulaire correspondent au dessin des fissures. On suggère que ces formes, qui n'ont pas été rapportées jusqu'à maintenant, révèlent un premier étage de karstification, comme le montrent les diagrammes. Peut‐être seraient‐elles utiles pour indiquer le temps nécessaire pour produire le karst. Quoique les conditions critiques pour la formation de deux ou trois pieds de matériel superposé, le climat convenable, la roche solube et aussi un niveau d'eau abaissé, semblent nécessaires, les buttes furent excavées dans la Presqu'île Bruce et des formes de morphologie semblables ont été remarquées dans cinq autres localités. Cela suggère que l'on pourrait les trouver dans d'autres endroits.
Butte
Dolostone
Tufa
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98 % des Pays-Bas sont constitues de sediments quaternaires tels que sable, argile et tourbe. Dans deux petites regions, cependant, il existe des roches plus anciennes et meme un peu de karst: la region de Winterswijk, avec du Muschelkalk (Trias) et la partie sud du Limbourg hollandais, avec de la craie cretacee. Quelques lapies ont ete decouverts (et detruits) dans des carrieres de Winterswijk, mais au Limbourg un perimetre relativement etendu comprend toujours des phenomenes karstiques interessants, menaces eux aussi. La region karstique compte 160 km d'excavations souterraines, des dolines, des tuyaux d'orgues et quelques conduits naturels ou grottes (d'une longueur de 70 m).
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The chella Necropolis merinid is located upstream from the mouth on Wadi Bou Regreg left bank, 2 km northeast of downtown Rabat. The site climate is wet oceanic influence with average annual rainfall 400 to 500 mm / year and 16C average annual temperature. The construction material of this historical monument type stone size up the very large door with its original architecture and forming a coating, however close behind which the wall is made of coarse rubble, and likely mostly calcarenite, sand limestone, crystalline limestone and coquina. The stone, paving, and walls are being degraded. To surface rocks natural aging phenomenal we adds air pollution action suffered by the city in recent decades, particularly due to urban development and a concurrent increase in road Traffic which represents about 95% of the pollution source. This accelerates the coatings decomposation and the stone erosion. Opposite the site, at Chella door the concentration measured of certain gaseous pollutants (SO2, NO2 ...) exceeds the standard (190 ug / Nm {sup 3}). The rainwater analysis collected in this site shows a concentration of 14 mg / l average sulphate. The Chella historic site deterioration is linked to the aging of its concentrations, air pollution, and assault by salt spray and water, algae development, lichens and other vegetation types and the burrowing animals action, insects, birds and other creatures. All these phenomena are added to the natural process of the rock surface weathering and contribute to the monument deterioration. This study aims to inventory the various aspects of these monuments deterioration and the explanation of construction materials evolution. The alteration work is mainly related to the interaction of many external factors: exposure conditions the ambient atmosphere first composition, climate and weather conditions, position in the construction, architectural features. The most important parameters are those that control water flow to the surface blocks in the rock exposure to rain, rising damp, runoff etc .... Thus, exposure to heavy rains favors surface dissolution and gully erosion, while water runoff eroding the areas of external the rock and causes the salts migration(including gypsum). In sheltered areas, the atmospheric particles accumulate; the calcium salts crystallize on the surface, or may replace calsite. The black crusts formed gypsum and fly ash or white crusts (after calcite crystallization) can develop. In places subject to the calcium salts crystallization (oxalate and gypsum), the blocks are cracked or peeling. The investigation revealed that; various types of diseases affect all buildings in the Chella Necropolis, and a degradation form is never alone but with other types, which likely reflects the close relationship existing between the causes of these degradation. The evolution degree of the same disease varies between base, middle and the top and between the exterior and interior on the same wall. The filler adhesion, the colonization by vegetation, crusts the honeycomb and tasks moisture recur despite recent restorations. We must also note the presence different sizes cracks: micro-cracks KZS coatings and coating cracks metric crosses the wall. [French] la necropole merinide de Chella est situee en amont de l embouchure sur la rive gauche de l oued Bou Regreg a 2 Km au nord-est du centre ville de Rabat. Le climat du site est humide a influence oceanique avec des precipitations moyennes annuelles de 400 a 500 mm/an et une temperature moyenne annuelle de 16{sup 0}C. Les materiaux de construction de ce monument historiques sont de type pierres de de taille constituant la grande porte tres originale par son architecture et ne formant cependant qu un revetement etroit derriere lequel le mur est fait de moellons grossiers, et de nature calcarenite essentiellement, sable calcaire, calcaire cristallin et lumachellique. La pierre en oeuvre, les revetements et les murs sont actuellement degrades. Au phenomene de veillissement naturel des roches superficielles s ajoute l action de la pollution atmospherique que subit la ville depuis quelques decennies, notamment a cause du developpement urbain s accompagnant d un accroissement du tarific routier qui represente environ 95% de la source de cette pollution. Celle-ci accelere la decomposition des enduits et l effritement de la pierre. En face du site, au niveau de la porte de Chella la concentration mesuree de certains polluants gazeux (SO2, NO2...) depasse les normes (190 ug/Nm{sup 3}). L analyse de l eau de pluie prelevee dans ce site revele une concentration de 14 mg/l en moyenne de sulfates. La degradation du site historique de Chella est liee au vieillissement de ses concentrations, a la pollution atmospherique, aux agressions par les sels d embruns et des eaux, au developpement d algues, de lichens et d autres types de vegetation ainsi qu a l action des animaux fouisseurs, des insectes, des oiseaux et autres etres vivants. Tous ces phenomenes s ajoutent au processus naturel d alteration de la roche en surface et concourent a la deterioration de ce momnument. La presente etude a pour objectif l inventaire des differents aspects de la degradation de ces monuments et l explication de l evolution des materiaux de leur construction. L alteration en oeuvre est principalement liee a l interaction de nombreux facteurs externes : conditions d exposition et composition de l atmosphere ambiante, microclimat et conditions climatiques, position dans la construction, caracteristiques architecturales. Les parametres les plus importants etant ceux qui controle les circulations d eau a la surface des blocs dans la roche : exposition a la pluie, remontees capillaires, ruissellements...etc. Ainsi, l exposition aux pluies battantes favorise les dissolutions de surface et la ravinement, tandis que le ruissellement de l eau erode les zones externes de la roche et provoque la migrations des sels (dont le gypse). Dans les zones abritees, les particules d origine atmospherique s accumulent, les sels de calcium cristallisent en surface, ou peuvent remplacer la calsite. Des croutes noires formees de gypse et de cendres volantes ou des croutes blanches (issue de la cristallisation de calcite) peuvent se developper. Aux endroits soumis aux cristallisations de sels de calcium (d oxalates ou de gypse), les blocs sont fissures ou desquames. L'enquete a revele que; divers types de pathologies affectent l ensemble des edifices de la necropole du Chella, et qu une forme de degradation ne se trouve jamais seule mais avec d autres types, ce qui temoigne vraisemblablement de la relation etroite existante entre les causes de ces degradations. Le degre d evolution d une meme pathologie varie entre la base, le centre et le sommet et entre l exterieur et l interieur sur le meme mur. Les decollements d enduit, les colonisations par la vegetation, les encroutements, les alveolisations et les taches d humidite se reproduisent malgre des restaurations recentes. Il faut aussi signaler la presence de fissures de differentes tailles : des micro-fissures sur les enduits de revetement et des fissures metriques qui traverse le mur.
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Construction activities have exposed sulphide-bearing slates of the Halifax Formation in southern mainland Nova Scotia. Under atmospheric conditions the sulphides break down and cause acid rock drainage (ARD) which adversely affects local ecosystems. These effects have been a major problem at the Halifax International Airport, causing fish kills and the expenditure of millions of dollars to ameliorate the ARD. A preferable alternative is to locate areas of sulphide mineralization in the construction area prior to excavation. Concentrated zones of sulphide mineralization can then be avoided, or treatment plans can be formulated in advance. Geophysical surveys provide possible means of detecting sulphides in slates of the Halifax Formation.
To evaluate various geophysical methods, reconnaissance profiles were carried out in two areas near the Halifax International Airport utilizing ground conductivity, magnetic, VLF EM, spontaneous potential, and induced polarization measurements. The conductivity meter selected was specific to "construction depths" (i.e., its exploration depth limit is 6 m or less). Test pits were dug on one line in each area to sample bedrock coincident with and between conductivity anomalies. Bedrock samples collected in each test pit were analyzed for total sulphur, total carbon, Fe2+ and Fe3+ contents.
On the first grid, increased total sulphur content was measured in rock specimens from a test pit coincident with a large ground conductivity anomaly. In contrast, extremely small total sulphur content was measured in rock specimens from a nearby hole which was deliberately situated where there is no conductivity anomaly. Similar results were obtained from the second grid. Magnetic anomalies are coincident with all but one of the sampled conductivity anomalies, indicative of the presence of pyrrhotite. Combined ground conductivity, magnetic and VLF EM surveys appear to be a practicable method for detecting near-surface sulphide mineralization in the Halifax Formation, and such surveys should be included in the Nova Scotia Environment Act.
RÉSUMÉ
Les activités de construction ont mis à nu des ardoises sulfuriferes de la Formation d'Halifax dans le sud intérieur de la Nouvelle-Écosse. Dans des conditions atmosphériques, les sulfures se décomposent et causent une exhaure de roches acides (ERA) qui a des effets nefastes sur les écosystèmes locaux. Ces effets ont constitué un problème de grande envergure à l'aéroport international d'Halifax, où ils ont causé la mort de poissons et exigé des investissements de plusieurs millions de dollars pour améliorer l'ERA. Une solution de rechange qu'on préfere consiste à délimiter les zones de minéralisation de sulfures à l'intérieur du secteur de construction avant les travaux de creusage. On peut ensuite éviter les zones concentrées de minéralisation de sulfures ou formuler des plans de traitement a l'avance. Les relevés géophysiques peuvent permettre de détecter les sulfures à l'intérieur des ardoises de la Formation d'Halifax.
Les chercheurs ont, pour évaluer diverses méethodes géophysiques, dressé des profils de reconnaissance dans deux secteurs situés près de l'aéroport international d'Halifax au moyen d'études de polarisation induite, de diagraphie de polarisation spontanée et de conductivité ainsi que de relevés magnétiques et électromagnetiques. Le conductivimètre choisi était specifique aux " profondeurs de construction " (c.- à-d. que sa limite de profondeur d'exploration est de 6 m ou moins). lis ont creusé des trous d'exploration le long d'une ligne dans chaque secteur pour échantillonner le substrat rocheux correspondant aux anomalies de conductivité de même qu'entre celles-ci. Les chercheurs ont ensuite analysé la teneur en soufre total, en carbone total, en Fe2+ et en Fe3+ des échantillons de substrat rocheux prélevés dans chaque trou d'exploration.
Dans le premier quadrillage, les chercheurs ont mesuré la teneur en soufre total des échantillons de roches provenant d'un trou d'exploration correspondant à une anomalie prononcée de conductivité du sol. Par contraste, on a relevé une teneur en soufre total extremement réduite dans les échantillons de roches provenant d'un trou à proximité délibérément creuse à un endroit où aucune anomalie de conductivité n'avait été relevée. On a obtenu des résultats semblables dans le deuxième quadrillage. Les anomalies magnétiques correspondaient à toutes les anomalies de conductivité échantillonnees indiquant la présence de pyrrhotine sauf une. La combinaison des études de conductivité du sol avec des relevés magnétiques et électromagnétiques semble constituer une méthode pratique pour détecter une minéralisation de sulfures à faible profondeur dans la Formation d'Halifax. La Loi sur l'environnement Nouvelle-&#xX9;cosse devrait prévoir la réalisation de ce genre de relevés.
Traduit par la rédaction
SLATES
Bedrock
Nova scotia
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Citations (2)
Dans de nombreux pays mediterraneens, les aquiferes karstiques sont une ressource en eau essentielle. Leurs caracteristiques sont decrites ainsi que la specificite des karsts mediterraneens, determinee par un climat particulier et surtout une histoire geologique recente complexe. La Crise Messinienne de Salinite (CMS), un evenement majeur qui s'est produit il y a 5,3 Ma, a permis le developpement des vallees et de karst tres au-dessous du niveau marin actuel. Ignoree par les hydrogeologues et les karstologues jusque dans les annees 90, la CMS est maintenant consideree comme une periode essentielle pour le developpement de conduits karstiques a grande profondeur sous le niveau marin actuel. Le systeme karstique de Chekka au Liban, et ses grandes sources sous-marines sont pris comme exemple pour montrer le fonctionnement de ces aquiferes cotiers. Les principales consequences sont presentees et analyses ici afin de montrer la necessite absolue d'ameliorer les connaissances sur les aquiferes karstiques et l'hydrogeologie regionale. Les sources sous-marines karstiques, typiques des cotes mediterraneennes, sont considerees comme une ressource interessante non-conventionnelle, ce qui sera discute. Le principal probleme est une gestion et une protection efficaces et durables de ces ressources en eaux souterraines dans des regions ou la densite de population est la plus elevee et les activites economiques sont concentrees. Quelques nouvelles pistes de recherche et de developpement sont proposees.
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Mining in Meguma gold districts has resulted in the development of hundreds and possibly thousands of underground stopes since gold was first discovered in 1861. These stopes are on the order of 1 to 2 m wide and extend up to hundreds of metres along strike and tens of metres in height. Many are open or partially filled and capped by surface crown pillars of quartz and phyllite that are as little as 2 m thick vertically. The majority of these stopes have been abandoned for more than fifty years and the long term stability of their surface crown pillars is uncertain.
Rock mass behaviour and surface subsidence have been monitored in part of the Goldenville mining district since 1991. Surface subsidence basins have increased in both number and depth during this period. Stope locations and the nature of crown pillars above the stopes are poorly defined due to lack of accurate mining records and the presence of overburden. Furthermore, some of the subsidence features in the area are obviously related to the failure of overburden plugs rather than bedrock caps. For these reasons, a causal relationship between surface crown pillar failure and the surface subsidence features currently existing in the Goldenville district cannot be established at this time. However, time domain reflectometry and structural data suggest that the near-surface rock mass between and above abandoned stopes is undergoing progressive degradation by gravity-induced failure of slab-like blocks along intersecting and closely-spaced bedding, cleavage and joint surfaces. Uncertainties in factors such as rock mass quality, crown pillar dimensions and water table fluctuations make it impossible to predict when and where crown pillars might fail. However, failure of the weaker crown pillars and consequent surface subsidence are inevitable if these rock mass movements continue indefinitely.
RÉSUMÉ
L'extraction minière dans les districts aurifères de Meguma a provoqué I'etablissement de centaines, et possiblement de milliers, de chambres souterraines depuis qu'on y a découvert de l'or pour la première fois en 1861. Ces chambres ont d'un à deux mètres de largeur et des dizaines de metres de hauteur, et ellcs longent des filons sur des centaines de mètres. Beaucoup sont ouvertes ou partiellement remplies et coiffées de stots de surface de quartz et de phyllite pouvant n'avoir que deux mètres d'ipaisseur verticalement. La majorité de ces chambres sont abandonées depuis plus de 50 ans et la stabilité à long terme de leurs stots de surface est incertaine.
On surveille le comportement des masses rocheuses et l'affaissement de surface dans une partie du district minier de Goldenville depuis 1991. Le nombre et la profondeur des bassins d'affaissement de surface se sont accrus au cours de cette période. Il est difficile de définir les emplacements des chambres et la nature des stots au-dessus des chambres en raison de l'absence de registres miniers priéis et de la présence de morts-terrains. De plus, certaines des caractéristiques de l'affaissement dans le secteur sont nettement liées à la défaillance de l'obturation à l'aide de morts-terrains plutôt que des chapeaux de substrat rocheux. C'est pourquoi on ne peut pas établir pour le moment une relation de cause à effet entre la défaillance des stots de surface et les caractéristiques de l'affaissement de surface existant présentement dans le district de Goldenville. La réflectométrie à dimension temporelle et les données structurales permettent toutefois de supposer que la masse rocheuse en sub-surface entre les chambres abandonées et au-dessus de celles-ci est en train de subir une dégradation progressive en raison de la défaillance gravitaire des blocs en tranches longeant l'intersection et les surfaces rapprochees des fissures, du clivage et de la stratification. Les incertitudes par rapport aux facteurs, comme la qualité des masses rocheuses, les dimensions des stots de surface et les fluctuations du niveau phréatique, empêchent les géologucs de prédire quand et où peuvent s'écrouler les stots. Il est cependant inévitable que les stots plus faibles cedent et que se produise l'affaissement de surface consécutif si ces masses rocheuses continuent à bouger indéfiniment.
[Traduit par la rédaction]
Overburden
Bedrock
Phyllite
Groundwater-related subsidence
Bed
Bedding
Nova scotia
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Citations (3)
Age et genese des dolines d'effondrement des systemes de grottes. L'exemple du karst classique de Slovenie (N-W de la Yougoslavie). Les exemples de la region de la Grotte de Postojna et de Skocjanske jame prouvent que les dolines d'effondrement sont le resultat morphologique de la karstification accentuee dans des conditions geologiques et speleohydrologiques favorables. Elles se sont formees et se sont developpees en meme temps que les galeries souterraines, en periodes froides de crue du Pleistocene et de l'Holocene. Les dolines d'effondrement ne sont pas un phenomene mecanique soudain, mais un phenomene progressif de speleogenese karstique.
Sinkhole
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Citations (1)
Aux environs d'Ouled Fares (bordure septentrionale de la vallee du Cheliff), on a realise la cartographie geologique et hydrogeologique sur une superficie d'environ 50 km 2 . Dans l'aquifere karstique gypseux, on a distingue trois systemes de circulation des eaux souterraines : 1. subsuperficiel - associe au reseau karstique ; 2. peu profond - associe aux fissures et partiellement au milieu poreux dans des gypses et des gres sous-jacents ; 3. profond - associe au socle inconnu. Les resultats des analyses chimiques des 26 echantillons d'eaux souterraines (23 sources, 1 puits et 2 provenant d'un torrent souterrain) ont montre que leur qualite depend strictement de la mineralogie des roches. Cependant, l'eau souterraine des trois systemes d'ecoulement est plus ou moins salee (2-14 g11). L'augmentation de la mineralisation est accompagnee d'un changement de la composition chimique du type SO4Ca en passant par un type a ions multiples jusqu'a un type ClNa.
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Abstract : The karstic landscape of Triassic gypsum and anhydrite in the northern French Alps is of a discontinuous nature and is found mainly in the internal zone and high mountain areas, where it is made up of original landforms such as karstic domes. Karstic denudation is most active above the alpine grasslands, in the periglacial belt between 2600 and 3000 m. Using the example of the Galibier dome, the author shows that erosion is essentially sub-surface, even though extensive underground flows are present in the area. Surface weathering and karstic corrosion result in the transport of considerable loads by mountain torrents after heavy rains. At an altitude of 2 700 metres, the denudation rate in the sub-surface zone is estimated at 1212 mm per year. On the basis of current climatic conditions, it would appear that the do- lines (sinkholes) have developed over a period of less than 10,000 years through underground drainage and sub-surface and, to a lesser extent, surface corrosion - over a period of a few hundred years for the smallest, and a few thousand years (up to 7500 years) for the largest, depending on structural, lithological and climatic characteristics. Only the very largest of depressions (more than 100 m long) are of glacio-karstic origin or can be dated back to Finiwurmian times (-15,000 BP). Sinkholes located in the Tardiglacial rockglaciers are ascribed to the later Holocene period, as are most of the depressions. Four morphological stages of karstic evolution in gypsum domes are described.
Sinkhole
Denudation
Anhydrite
Landform
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