Version classiqueVersion mobile
OpenEdition Books

Karsts et évolutions climatiques

 | 
Jean-Noël Salomon
, 
Richard Maire

Spéléologie et Karstologie

Les concretionnements de la grotte de Skocjanske (Slovénie) et les changements climatiques

Andrej Kranjc, Janja Kogovšek et Stanka Šebela
Traduction de Maja Kranjc et Jean-Noël Salomon

Résumé

Cet article présente les caractéristiques de la rivière souterraine Reka dans la grotte de Skocjanske, la surface du karst et leur impact sur la formations des concrétionnements (roche, tectonique, eau de percolation, surface, climat actuel). Les coulées stalagmitiques et leur dépôt sont traités en détail en essayant de montrer leur relations avec les changements climatiques.

This article presents the properties of the underground Reka channel called Hankejev kanal in Skocjanske jame and the surface above it and their impact on flow stone (rock, tectonics, percolating water, surface, actual climate). Flowstone and its deposition is treated in detail and is tried to be connected with climatic changes.

Entrées d'index

Mots clés :

grotte, concrétionnement, climat

Géographique :

Slovénie, Skocjanske

Texte intégral

INTRODUCTION

1Le réseau de Skocjanske constitue le système de grottes le plus important de la région du Karst (d’où est issu le terme éponyme). En raison de ses caractéristiques propres (la rivière et les canyons souterrains sont de dimensions exceptionnelles), de son histoire et de son aménagement touristique, la cavité a été inscrite sur la liste du patrimoine naturel mondial dressée par l’UNESCO en 1986. Pour répondre aux besoins de protection, conservation et assainissement de la grotte, l’Institut du Karst de Postojna a commencé l’exploration et l’étude détaillée de la grotte de Skocjanske. Parmi les éléments naturels importants, citons les concrétions carbonatées. On ne sait pas grand-chose de celles de la galerie de Hankel, car celle-ci est d’accès difficile. Comme notre programme de recherches prévoyait l’étude des concrétions, ce rapport présente les premiers résultats, ceci du point de vue climatique.

I. LE RESEAU DE SKOCJANSKE

2Le réseau de Skocjanske est un système souterrain de 5,1 km de longueur développé dans le plateau du Karst situé ici à 430-450 m d’altitude. La rivière Reka traverse la cavité. Le ponor se trouve à 317 m d’altitude et le siphon, au bout du canal de Hankejev, à 215 m. La partie principale du réseau de Skocjanske est représentée par le canal de Hankejev (appelé par les explorateurs, il y a plus d’un siècle, Reka-Höhle), véritable canyon souterrain, long de 1,3 km, et orienté presque en droite ligne vers le NW. Le canyon mesure de 2 à 20 m de large et s’élargit au bout dans la Salle Martelova Dvorana (280 m x 130 m), haute de 130 m. Les multiples formes inscrites dans le lit de la rivière et dans les parties basses de la galerie indiquent l’efficacité de l’érosion responsable de la formation de ce “canyon souterrain”.

3La surface qui se situe au-dessus du canal de Hankejev est généralement plane, très karstifiée (nombreuses dolines), et presque sans couverture pédologique. Les dolines sont pour la plupart de dimensions modestes et en forme d’entonnoir. Le fond de certaines est couvert de sédiments ; dans plusieurs cas, on observe des traces d’effondrement récent et d’érosion de ces dépôts. D’autres dépressions ont des bords et des fonds rocheux. Une exception est la grande doline de Mali dol, au-dessus du secteur situé à proximité de l'entrée du canal de Hankejev, dont le fond est plat et couvert de sédiments.

4Autrefois, la surface du plateau servait de pâturage. Aujourd’hui, celui-ci est abandonné au profit des buissons ou d’une véritable forêt (pins noirs et chênes), ou bien encore de broussailles de garrigue avec des genévriers, des haies d’épines et des plantes grimpantes dominantes. Là où la forêt est plus claire, il s’agit souvent de reboisements artificiels datant soit de l’entre deux-guerres, soit du siècle passé.

A. Géologie et tectonique

5- Litho-stratigraphie : Le système de Skocjanske est creusé dans les calcaires crétacés et paléocènes. Plus précisément, il s’agit de calcaires turoniens et sénoniens, se présentant pour la plupart en gros bancs (K22, K22), sauf dans la grotte de Tiha, développée dans le calcaire maestrichtien et danien, où ils sont en plaquettes (K24 + Pc1) (GOSPODARIC, 1984). Les roches de surface correspondent au développement stratigraphique des roches observées dans la grotte.

6La partie initiale du canal de Hankejev (jusqu’au Swidovo razgledisce) se situe dans le calcaire sénonien non lité, puis le calcaire apparaît en gros bancs (direction N160° ; pendage 20°). C’est dans la Salle de Putickova dvorana que l’on aperçoit, sur la paroi nord de la galerie, le litage le plus varié. Il s’agit d’un calcaire crétacé, riche en Rudistes et Foraminifères. Les couches du calcaire clair alternent, sur un mètre, avec des couches plus foncées comprenant davantage de matière organique. D’habitude le contact entre ces deux types de sédimentation est stilolithique. L’orientation des strates dans Putickova dvorana montre un joint de stratification dans la partie inférieure du canyon. Dans la partie sud de la Martelova dvorana, le joint de stratification est bien visible.

7- La tectonique : Au sens géotectonique, tant la région de Skocjanske jame que le Karst proprement dit appartiennent aux Dinarides externes, partie de la plate-forme dinarique carbonatée (BUSER, 1988). Après le dépôt des sédiments clastiques éocènes, les roches ont été plissées (NW-SE) et les plis ont été déformés ensuite par des failles de chevauchement. Il existe également de nombreuses failles longitudinales plus jeunes, présentant des décrochements horizontaux pour la plupart.

8La région de Skocjanske jame se trouve entre deux failles d’orientation dinarique de Divaca et de Rasa (BUSER, 1972). Ce fait a influencé la direction du cours souterrain de la Reka. En surface, les dislocations ont une direction NW-SE et NNE-SSW. Les failles ont souvent déterminé des abrupts avec des décrochements. Des structures similaires se retrouvent dans le cours souterrain où l’on observe un système de failles de direction NNE-SSW et WNW-ESE. Le canal de Hankejev suit ces fissures longitudinales (GOSPODARIC, 1983).

9- Les zones tectoniques dans le canal de Hankejev : La galerie d’eska jama a été cartographiée en détail (1/5000) du point de vue tectonique. Si l’on considère le degré de fissuration de la roche, on distingue des zones broyées, écrasées et fissurées. Les zones broyées sont caractérisées par la présence d’argile tectonique, de brèche tectonique, de poudre mylonitique et de grès mylonitiques. Dans les zones écrasées, on observe des blocs ; la zone en question est généralement délimitée par deux plans de failles. La zone fissurée s’étend sur plus de 100 m de largeur et présente un réseau de fentes plus ou moins dense. Dans le canal de Hankejev, deux zones tectoniques fissurées prédominent : la direction dinarique (NWSE) et la direction transversale (NE-SW). Par contre, la zone fissurée de direction E-W est un peu plus nette dans le reste de la galerie. La partie sud du canal passe surtout de façon transversale sur les zones tectoniques fissurées. Avant Mrtvo jezero (Lac de la Morte), en fin de galerie, le fond s’abaisse sur 50 m environ. Le mur frontal apparaît comme une zone faillée de direction transversale à celle de la direction dinarique (330-350/85). De l’autre côté de cette zone faillée, la voûte du canal reste abaissée, mais celui-ci se poursuit comme l’ont démontré récemment des plongeurs.

Figure 1 :
Le canal de Hankejev (Grotte de Skocjanske).
1. Zone broyée.
2. Zone écrasée.
3. Zone fissurée.
4. Direction et inclinaison de la zone fracturée.
5. Site du prélèvement de l'eau.

10Dans le canal de Hankejev dominent les zones écrasées et les zones de failles. L’argile tectonique et les brèches sont rares de même que dans les zones fissurées. Dans les zones écrasées, ce sont les directions dinariques et transversales qui dominent. Les concrétions sont en rapport avec les directions et les types de zones fracturées. La grotte de Dezevna, où les concrétions se déposent en abondance aujourd’hui, est liée à une zone écrasée de direction transverse à la direction dinarique de même que le pilier stalagmitique situé dans Putickova dvorana. Dans la partie NE et NW de Martelova dvorana, les nombreuses concrétions s’expliquent par la grande perméabilité de la voûte, elle-même en relation avec la direction transverse à la direction dinarique (fig. 1).

B. Le climat actuel

11Climatiquement, le Karst appartient au domaine de la Slovénie méridionale qui a les caractéristiques du climat méditerranéen : étés ensoleillés et hivers pluvieux (> 48 % des précipitations ont lieu d’octobre à mars). La température moyenne annuelle sur le Karst supérieur, où se situe Skocjanske jame, est de l’ordre de + 10°C. La quantité moyenne des précipitations au village de Matavun, au-dessus de Skocjanske jama, est de 1513 mm/an pour la période 1951-1980 (Klimatografija Slovenije, 1988). L’évapotranspiration maximale annuelle est estimée à 400 mm.

IL LES CONCRETIONNEMENTS

12Les grottes du Karst sont tellement concrétionnées que les parois nues sont invisibles. Un bel exemple est illustré par la grotte de Vilenica près de Lokve. Les concrétions de Skocjanske jame se présentent différemment : dans les galeries principales, les parois nues prédominent, mais par endroits les concrétions sont très abondantes. C’est pourquoi cette cavité a été jugée intéressante pour mener des études sur les changements climatiques.

13Dans le canal de Hankejev, les concrétions se déposent surtout sur les sites où les fissures importantes des zones tectonisées drainent l’eau superficielle et épikarstique. Comme de tels systèmes sont rares — il s’agit d’un réseau organisé de grands conduits — davantage d’eau transite par eux, ou bien l’eau y percole longtemps après que la pluie ait cessé de tomber en surface. De cette façon, les concrétions se forment, en fonction de la fissure jouant le rôle de drain, de sa forme et de sa localisation. A partir des fissures qui donnent directement sur la voûte, l’eau tombe de très haut et se précipite sur le plancher en donnant de magnifiques piliers stalagmitiques. Un bel exemple est celui de Priznica (La Chaire), large de 6 m et qui s’élève à plus de 10 m. Le plafond étant haut et d’accès pénible, il est difficile de savoir comment se génère cette concrétion à partir des fissures du plafond. D’une façon générale, on n’observe pas de grandes formations concrétionnées sur la voûte.

14L’eau qui parcourt les fissures des hautes parois du canal de Hankejev dépose des concrétionnements sous forme de coulées stalagmitiques. Ces dernières couvrent les parois de la voûte depuis leur débouché du plafond jusqu’au plancher. Il est délicat d’estimer l’épaisseur de ces coulées, par contre les dimensions peuvent aller de quelques mètres à plus de 50 m. En certains endroits, les fissures s’ouvrent au fond des parois ou au contact de celles-ci avec le fond sédimentaire. Dans ces cas, le concrétionnement s’effectue sous forme de coulées stalagmitiques et de terrasses et gours. Les gours les plus célèbres sont ceux de Ponvice, dans la partie de la grotte aménagée. Dans Martelova dvorana, une coulée stalagmitique forme une véritable terrasse concrétionnée de 10 m de longueur sur autant de large. Elle est épaisse de plusieurs mètres.

A. L’intensité du concrétionnement

15Dans le canal de Hankejev, comme d’ailleurs dans toutes les grottes du système de Skocjanske, on peut trouver toutes les phases de concrétionnement, depuis l’interruption totale (lacune ou destruction) jusqu’au dépôt intense récent. Un cas de dépôt temporaire (avec sans doute tendance à la destruction) est celui des gours de Ponvice : l’eau n’y apparaît plus que rarement, une à deux fois l’an tout au plus, et s’écoule vite ; c’est pourquoi les gours restent à sec et, malheureusement, on n’y observe plus de traces de concrétionnement récent. Il existe de nombreux autres exemples dans le canal de Hankejev, le plus significatif se situant sur la coulée stalagmitique de la grotte de Dezevna jama où un chemin a été taillé. Le concrétionnement s’effectue en couches et au moins 5 cm se sont accumulés lors du dernier siècle. Comme il s’agit de coulées stalagmitiques de dimensions exceptionnelles, on peut estimer grossièrement que le dépôt s’est effectué au rythme de 0,25 à 0,5 m3/an, soit 0,5 à 1 dm33/m2/an

B. Les caractéristiques de l’eau générant les concrétions

16Nous avons prélevé des eaux de percolation dans le canal de Hankejev en décembre 1991 et janvier 1992. En novembre 1991, à Matavun, 351,1 mm de précipitations ont été enregistrés, la majeure partie entre le 14 et le 25 ; par la suite un temps stable non pluvieux s’est établi. Ainsi, les prélèvements ont-ils été effectués lors d’une infiltration ralentie, avec des débits faibles car la plupart de l’eau avait déjà transité au travers de la voûte. L’eau a été prélevée au niveau des concrétionnements les plus intenses : dans Dezevna jama, au-dessous de Swidovo razgledisce, dans le lit même de la rivière, dans Putickova dvorana et dans Martelova dvorana.

17L’épaisseur du toit de la grotte par lequel les eaux de ruissellement s’infiltrent atteint 130 m, ce qui donne la possibilité d’une organisation en réseau des conduits et une certaine permanence dans l’écoulement. L’eau d’infiltration tombe de la voûte, le plus souvent d'une hauteur de 100 m et plus, et au contact de l’air de la grotte cette eau s’oxygène. Ceci se remarque dans le pH des eaux prélevées au fond de la grotte et assure de bonnes conditions à un concrétionnement intense.

18Dans Dezevna jama, l’eau suinte à travers le promontoire rocheux, haut de 2 m et couvert de concrétions. Au-dessous de Swidovo razgledisce, la situation est identique, mais les gouttes sont plus éparses ; dans Putickova dvorana, le filet d’eau qui tombe sur un grand pilier stalagmitique symétrique est le plus important de tous ceux que l’on puisse observer. Dans Martelova dvorana, l’eau tombe goutte à goutte sur un petit pilier.

19Des mesures de température, conductivité électrique spécifique, pH, dureté en carbonates, teneur en nitrates, chlorures, sulfates et ophosphates ont été effectuées. La concentration en o-phosphates a été pour les premiers échantillons à la limite des possibilités de détection (0,01 mg/1) ; les chlorures étaient au-dessous de 3 mg/1, les sulfates allaient de 8 à 15 mg/1, les nitrates étaient inférieurs à 1 mg/1 à l’exception de l’eau infiltrée dans Martelova dvorana (7,5 mg/1) où la teneur en sulfates était plus élevée. Ces gouttes avaient les teneurs les plus faibles tandis que la dureté en carbonates était légèrement supérieure à celle des autres eaux infiltrées. La surface au-dessus de cette partie de la grotte n’est pas cultivée et il n’y a pas de source visible de pollution pouvant influer sur la qualité des eaux d’infiltration de Martelova dvorana.

20D'ailleurs les eaux d’infiltration ont une dureté en calcium élevée, mais faible en magnésium (quelques % seulement de la dureté totale). On peut donc dire que les eaux d’infiltration dans le canal de Hankejev sont pures à l’exception de celles de Martelova dvorana. La conductivité électrique spécifique et la dureté (en carbonates et totale) de l’eau qui tombe sur le pilier stalagmitique dans Putickova dvorana sont plus élevées que celles des autres eaux (fig. 2), avec une dureté totale de 6,08 meq/1, soit 304 mg/1 de CaCO3 équivalent. Les teneurs les plus élevées de l’eau d'infiltration ont été mesurées en 1981 dans les gours de la salle de Dvorana ponvic et aussi dans la salle de Velika dvorana. Des valeurs similaires ont été relevées dans la salle de Dezevna dvorana, dans les filets d’eau audessous de Swidovo razgledisce, et dans l’eau qui est sous des sédiments dans les gours de la salle de Dvorana planinskega drustva. Les mesures répétées de ces différents paramètres ont montré que les teneurs fluctuent dans le temps et qu’elles dépendent probablement du débit. Les concentrations les plus élevées ont été mesurées dans Dezevna jama en décembre 1984. Les différences de dureté constatées entre les multiples eaux d’infiltration peuvent être le résultat de modes d’infiltration, mais il est possible que dans certains cas les concrétionnements s’effectuent sur la voûte, dans ce cas le débit joue un rôle important.

21Les mesures sur deux ans (1981-1982) du concrétionnement dans Velika dvorana (filet d’eau temporaire no8) ont montré que, lors de conditions différentes, 37 à 170 mg/1 de CaCO3 se sont déposés ; cela représente 23 à 65 % de tous les carbonates présents dans l’eau de percolation. Puisque les duretés sont très élevées, le concrétionnement est également important. Celui-ci est particulièrement efficient lors des débits les plus forts (KOGOSVSEK, 1984).

22Si l’on compare les eaux d’infiltration du canal de Hankejev avec celles de Velika dvorana, on peut supposer que l’intensité du concrétionnement est semblable sinon plus grande, car dans le canal de Hankejev les gouttes tombent en permanence. La comparaison des duretés des eaux d’infiltration dans Dezevna jama avec celles des gours de Ponvice quelques mètres plus bas, montre que même sur une petite distance, pour 1 litre d’eau, il se dépose 1,17 meq de carbonates et 58 mg de CaCO3.

23Il faudra cependant plusieurs mesures systématiques du concrétionnement sous différentes conditions pour mieux comprendre celui-ci ; toutefois il est possible d’affirmer que pour la dernière décennie, la majorité des eaux d’infiltration de Skocjanske jame ont été sursaturées et ont abondamment concrétionné.

C. Les causes des modifications du concrétionnement

24D’une façon générale, il existe plusieurs raisons quant à ces modifications, tant générales que locales. Parmi les raisons générales, on peut invoquer les changements climatiques, en particulier la température et la quantité des précipitations atmosphériques. Parmi les raisons locales apparaissent les changements de végétation au-dessus de la grotte (lesquelles sont d’ailleurs en relation avec les changements climatiques), les évolutions pédologiques, les modifications des fissures reliant la surface à la grotte et les transformations s’opérant dans le lit de la rivière souterraine, elles-mêmes liées aux changements généraux ou locaux.

25Dans la partie aval du canal, dans le lit de la Reka et à proximité, on peut faire le bilan entre les dépôts concrétionnés et l’érosion mécanique de ceux-ci. Dans certains endroits, le concrétionnement se produit dans le lit même ; dans le bilan mentionné ci-dessus, la question est de savoir si la masse des concrétions augmente ou diminue, ou bien s’équilibre. Dans d’autres endroits, au milieu du lit, s’observent des restes de concrétions : quelques formes stalagmitiques sont tronçonnées un peu au-dessus du lit. Dans d’autres lieux, les gours se développent dans des coulées stalagmitiques et ne recouvrent que les fentes et niches comprises entre les rochers. Tout ceci démontre l’action prédominante de l’érosion par la rivière Reka au détriment du concrétionnement. Cependant la présence de formations stalagmitiques anciennes (très érodées) indique qu’autrefois la situation, dans le lit même de la rivière, était différente, avec des conditions permettant le concrétionnement.

CONCLUSION

26Le climat et les conditions actuelles permettent un concrétionnement abondant dans Skocjanske jame. Dans les endroits où le concrétionnement est le plus important, on atteint 1 dm3/m2/an et 0,1 à 0,05 mm/an de croissance pour les spéléo-thèmes (GOSPODARIC, 1983) et la précipitation de 58 mg de CaCO3 par litre d’eau. Les conditions climatiques actuelles sont favorables au dépôt des concrétions dans la grotte, ce qui peut être corrélé avec l’intense karstification superficielle et les fortes corrosion et érosions agissant dans les conduits souterrains.

Figure 2 : Dureté totale et en carbonates, et conductivité électrique spécifique aux sites de prélèvement d’eau (par KOGOVSEK J.).

27Les datations récentes des concrétions indiquent que, globalement, il s’agit de processus intensifs ayant agi durant tout l’Holocène, donc depuis 10 000 ans. Les chercheurs estiment que des conditions également favorables au concrétionnement sont apparues au cours de l’Interstade du Würm (avant 40 000 ans) ainsi qu’au cours de l’Interglaciaire Riss/Würm, il y a 100 000 ans (GOSPODARIC, 1983, 1984). Pour affiner ces datations, une série de concrétions apparemment plus anciennes ont été soumises à l’analyse par la méthode U/Th ; malheureusement l’insuffisance d’uranium dans les échantillons n’a pas permis de résultats probants (ZUPAN, sous presse).

28Dans les secteurs où le concrétionnement est moins intense aujourd’hui ou a disparu, il faut mettre ce phénomène sur le compte de conditions locales et non l’imputer aux changements climatiques. Si l’on obtient de nouveaux résultats quant à l’âge des concrétions, et par conséquent du paléoenvironnement qui a présidé à leur formation, on espère ainsi contribuer à une meilleure connaissance des changements climatiques et de l’évolution du Karst.

Bibliographie

BIBLIOGRAPHIE

BUSER S. - 1968 - “Osnovna geoloska karta SFRJ 1/100 000, List Gorica L33-76”, Zvezni geoloski zavod, Belgrade.

BUSER S. - 1972 - “Geologija Slovenskega primorja”, Ekskurzija 6. Kongres speleologov Jugoslavije, 3-9, Postojna, (Slovénie).

BUSER S. - 1988 - “Dinaridi”, Enciklopedija Slovenije, 2, 190, Ljubljana, Slovénie.

BUSER S., GRAD K. & PLENICAR M. - 1967 - “Osnovna geoloska karta SFRJ 1/100 000, List Postojna L33-77”, Zvezni geoloski zavod, Belgrade.

GOSPODARIC R. - 1983 - “O geologiji in speleogenezi Skocjanskih jam”, Geoloski zbornik, 4, 163-172, Llubljana.

GOSPODARIC R. - 1984 - “Jamski sedimenti in speleogeneza Skocjanskih jam”, Acta Carsologica SAZU, XII/2 (1983), 27-48, Ljubljana.

HABIC P. et al. - 1989 - “Skocjanske jame speleological revue”, Intern. Journ. of Speleology, 18, 1-2, Trieste

Klimatografija Slovenije - 1988-1989, I in II, 1-331, HMZ SRS, Llubljana.

KOGOVSEK J. - 1984 - “Vertikalno prenikanje vode v Skocjanskih jamah in Dimnicah”, Acta Carsologica, 12, 49-65, Llubljana.

PLENICAR M. - 1970 - “Osnovna geoloska karta SFRJ 1/100 000”, Tolmac za List Postojna, Zvezni geolovski zavod, 1-62, Belgrade.

PLENICAR M., PLOSAK A. & SIKIC D. - 1973 - “Osnovna geoloska karta SFRJ 1/100 000, List Trst L33-88”, Zvezni geoloski zavod, 1-51, Belgrade.

SIKIC D. & PLENICAR M. - 1975 - Osnovna geolovska carta SFRJ 1/100 000, Tumac za list IIirska Bistrica”, Zvezni geoloski zavod, 1-51, Belgrade.

SIKIC D., PLENICAR M. & SPARICA M. - 1972 - “Osnovna geoloska carta SFRJ 1/100 000, List Ilirska Bistrica, L33-89”, Zvezni geoloski zavod, Belgrade.

ZUPAN N. - 1992 - “Flowstone Datations in Slovenia”, Acta Carsologica, 20, Lljubljana.

Table des illustrations

Légende Figure 1 :Le canal de Hankejev (Grotte de Skocjanske).1. Zone broyée.2. Zone écrasée.3. Zone fissurée.4. Direction et inclinaison de la zone fracturée.5. Site du prélèvement de l'eau.
URL http://books.openedition.org/pub/docannexe/image/10991/img-1.jpg
Fichier image/, 204k
Légende Figure 2 : Dureté totale et en carbonates, et conductivité électrique spécifique aux sites de prélèvement d’eau (par KOGOVSEK J.).
URL http://books.openedition.org/pub/docannexe/image/10991/img-2.jpg
Fichier image/, 65k

Auteurs

Institut du Karst, SRC SAZU, Titov trg 2 66 230 - Postojna (Slovénie)

Institut du Karst, SRC SAZU, Titov trg 2 66 230 - Postojna (Slovénie)

Institut du Karst, SRC SAZU, Titov trg 2 66 230 - Postojna (Slovénie)

Maja Kranjc (Traducteur)

© Presses Universitaires de Bordeaux, 1992

Conditions d’utilisation : http://www.openedition.org/6540