Theoretical and Applied Karstology

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Theoretical and Applied Karstology

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Title:
Theoretical and Applied Karstology
Series Title:
Theoretical and Applied Karstology
Creator:
Emil Racovita Institute of Speleology
Publisher:
Emil Racovita Institute of Speleology
Publication Date:
Language:
English
French

Subjects

Subjects / Keywords:
Geology ( local )
Genre:
serial ( sobekcm )
Location:
Romania
Coordinates:
46 x 25

Notes

General Note:
TAK Reviews Racovita, G., Boghean, V. Petrescu, M. Le bilan topoclimatique de la Grotte de Closani (Monts Mehedinti, Roumanie). pp. 7-86. Synthèse des données portant sur la thermométrie et l'hygrométrie de l'atmosphère, la thermométrie des substratums calcaires et l'évapo-condensation souterraine, obtenues durant deux cycles annuels de mesures. La distribution spatiale des valeurs moyennes des divers paramètres topoclimatiques, ainsi que l'amortissement de leurs variations à l'intérieur de la grotte sont analysées par des modèles résultant de l'adaptation des courbes fonctionnelles. Les conclusions relèvent les particularités topoclimatiques de la cavité, auxquelles s'ajoutent quelques considérations sur la signification qu'on peut attacher à ces modèles. TAK Articles Forti, P. Benedetto, C. Costa, G. Las Brujas Cave (Malargue, Argentina): An example of the oil pools control on the speleogenesis. pp. 87-94. The influence of the oil pools and their fluids over the speleogenesis of limestone areas was proposed only recently for the region of the Guadalupe Mountains (New Mexico). A new demonstration of this has been found in the Las Brujas cave (Malargue, Mendoza Province, Argentina), which is the most famous and the only partially prepared for the tourism in the country. The organization of a joint-program between the Italian Speleological Society and the Argentina Institute of Speleological Research made the scientific exploration of this cave possible. Thanks to the detailed morphological analyses of the hosted speleothems and cave minerals it was possible to reconstruct the complex speleogenetic evolution the cave underwent, which started with the upwelling of fluids full of hydrogen sulphide from an oil pool. In the present paper, after a short geographic and geolithologic sketch of the karst area, the speleogenetic steps for the Las Brujas cave are presented and discussed. Diaconu, G. Accolements réguliers des cristaux de calcite du milieu spéléal. pp. 95-100. L'auteur présente un point de vue suivant lequel l'accolement régulier est une particularité cristalo-géométrique qui peut résulter dans le processus de croissance des cristaux sans égard que les individus ainsi associés ont la même composition chimique ou bien des compositions chimiques différentes. Istvan, D. Damian, S., G. Regular rhombohedric calcite crystals intergrowths in the cave "Pestera Cristalelor din Valea Rea" (Rodnei Mountains, Romania). pp. 101-106. In a small cave carved in the metamorphic limestones of Piatra Rea, a whole section of the passage walls and ceiling, about 13 m long, is covered with quasi-parallel calcite crystals, up to 10-12 cm long and 2 cm thick. Crystallographic, microscopic, DTA, X-ray and spectral quantitative investigations strongly suggest a vug-type genesis. The last crystallization sequences display temporary air-rich episodes and, finally, seepage and dripping crusts witness for full-air conditions. The paragenesis which resulted from this last stage of crystallization (calcite, aragonite, strontianite, dolomite, pyrite) suggests a special chemistry of the solutions (also confirmed by the spectral analyses) and probably, a higher temperature. Calcite crystals intergrowths developed under specific conditions, which had evolved from a closed space to an aerial environment during long periods of time, in which changes of the solutions chemical composition and temperature had occurred. Ghergari, L., Onac, B., P. Sântamarian, A. Mineralogy of moonmilk formation in Romanian and Norwegian caves. pp. 107-120. Ten different moonmilk samples collected in nine caves from Romania and Norway were analysed in order to define their mineralogical and crystallographical features. Using transmission polarizing microscopy, X-ray, SEM and TEM techniques we identified the following crystals' morphologies: fibrous, acicular, prismatic and fibrous-lamellar; these were ascribed to two different situations: calcite pseudomorphosis after aragonite or vaterite (possible) and calcite paramorphosis after monohydrocalcite. A ternary system to diagnose various types of moonmilk is proposed. Roata, S. Depositional processes in active caves of the Sureanu Mountains (the Southern Carpathians, Romania). pp. 121-128. The study is concerned with a detailed analysis of sediments from four active caves of the Sureanu Mountains. The influence of the morphology on the hydrodynamic features of the underground rivers is also stated. Consequently, three types of active caves were distinguished: tunnel caves (Pestera Bolii), semiopen caves (Sura Mare) and closed caves (Gaura Frântoanei, Pestera lui Cocolbea). Horoi, V. Sedimentological studies in Racovita Gallery-Topolnita Cave (Mehedinti Plateau, Romania). An evolutive interpretation. pp. 129-144. Mineralogical, granulometric and sequential analyses were performed on the infilling deposits preserved in the most important fossil gallery in Topolnita Cave - Racovitã Gallery. Two evolutive cycles have been outlined, corresponding to a single stage of hydrologic activity. During this period, the external changes in climate and geomorphology controlled the succession of the erosion, accumulation and chemical precipitation phases. Stoica, R. Karst phenomena in the Plain of Danube (Romania). pp. 145-151. One of the geodynamic effects of the earthquake dated March 4, 1977, generally little known, although it is very dangerous for the stability of constructions, was the earth-falls identified in the southern part of Giurgiu town, due to the sudden flow of a great volume of sandy materials from the alluvial deposit into the karstic cavities of the subjacent limestone formations. The paper presents the results of geological, hydrogeological and geophysical surveys performed by ISPIF-SA on the platform of Giurgiu Chemical Plant, where a sinkhole of large dimensions occurred, the mechanism of this complex phenomenon, similar activities in other countries and anti-karst measures to protect the constructions located in areas with such a potential. Prohaska, S. Stevanovic, Z. The development of autocross-regression model for karst springflow simulation. pp. 151-154. The coefficients of a linear regression between the flowrates of the karst spring "Nemanja 2", considered as an output, and the same flowrates and the rainfall, taken as input functions, were computed. The agreement between the reconstructed history of the spring flowrates and the actually recorded values is achieved within a standard estimation error of about 75% of the spring mean annual discharge. Mitrofan, H., Tudor, M. Trufas, V. A correlative analysis of the discharge history of the Sura Mare swallet - resurgence karst system (Romania). pp. 155-162. Conventional signal analysis has been performed on the flowrate histories of a karst outlet and of its major swallet, which provides about half of the discharged water volume. Both the swallet, supplied by a crystalline rocks aquifer, and the karstic outlet, display a similar behavior: poor correlation with the rainfall history and important autocorrelation, extended over more than 10 days. Moreover, the simultaneous swallet and outlet flowrates are very close correlated. A possible explanation for this "porous aquifer" behaviour of the karst system may be a sandstone layer, "trapped" between two limestone stacks: an upper one, exposed to direct infiltration, and a lower one, which hosts the major cave stream passage. Tenu, A. Davidescu, F. Relations entre le Lac Techirghiol (Dobroudja du Sud, Roumanie) et les aquifères adjacents. pp. 163-174. Le lac Techirghiol représente, par les qualités de ses eaux et de la boue, une des plus importantes bases de traitement de la Roumanie. En commençant par l'année 1970, on a constaté une augmentation continue du niveau de l'eau dans le lac, en parallèle avec une diminution de la salinité et des effets défavorables sur la capacité de régénération de la boue thérapeutique. L'identification des causes du déséquilibre mentionnée et la conservation de l'ensemble des conditions initiales rendent nécessaire la connaisance détaillée géologique, hydrologique et hydrogéologique de la zone dans l'ensemble ainsi que les interrelations du lac avec des divers facteurs modifiants, naturels ou artificiels. Un tel ensemble de connaissances peut être finalement structuré dans un modèle conceptuel vaste qui doit constituer la base d'une future modélisation numérique quantitative. Le modèle présenté par les auteurs est basé non seulement sur des observations de terrain mais aussi sur quelques centaines d'analyses concernant les paramètres physico-chimiques (conductivité spécifique * dens., etc.) et surtout isotopiques (18O, D,14C, 3H) effectuées dans tous les types d'eau de la zone. Oraseanu, I. Hydrogeological regional classification of the Romanian karst. pp. 175-180. Hydrogeological features of the Romanian karst are specific for each of the main geo-structural units of the country. Such differences, supported by field data, conduct the author to distinguish four hydrogeologic types of karst: Carpathian Orogen karst type, North Dobrogea karst type, platform karst type and post-tectonic Carpathians' cover karst type. Povara, I. Horoi, V. Morpho-hydrographic and hydrogeologic observations in the limestone area from the south-eastern Metaliferi Mountains (Romania). pp. 181-188. The results of the preliminary research performed on a karstic area from Metaliferi Mountains are described. The exo- karstic morphology, the underground drainages and the chemistry of two low TDS springs, one of which is hypothermal (22.8 deg C), are discussed. A convective cell, developed in a normal heat-flow environment, is considered as a possible explanation for the recorded spring temperature. Feru, M., U. Considérations sur la genèse et la circulation des eaux thermominérales karstiques de la zone de Mangalia (Roumanie). pp. 189-198. A partir du fait que les eaux thermominérales de Mangalia sont des eaux sulfureuses (H2S = 1,5 - 11 mg/l), chlorosodiques, bromoiodurées, à minéralisation réduite (1,0 - 1,4 g/l), dont la composition chimique ne peut être expliquée par la circulation dans des roches carbonatées, il faut admettre l'existence d'au moins deux composantes: l'une minéralisante, constituée par des eaux de gisement à concentration élevée, provenant éventuellement d'en dehors du système karstique, qui sont accompagnées sans exception par des gaz libres méthaniques, dont l'accès vers la surface doit être mis en rapport avec une faille de profondeur et une autre, diluante, à caractère bicarbonaté, magnésien, calcique et à minéralisation réduite, au dessous de 1 g/l, qui caractérise les eaux à circulation karstique. Les recherches isotopiques sur les eaux souterraines des formations calcaires de la Dobroudja Méridionale et l'étude de la concentration en deutérium de ces eaux ont prouvé que l'aire d'alimentation de ce dernier type d'eau doit être située du côté de la Plate-forme Prébalcanique; la nappe aquifère accumulée dans les calcaires sarmatiens est alimentée aussi par les eaux d'infiltration locale. Quant à l'hydrogène sulfuré, il faut remarquer que c'est un gaz habituel dans les eaux de gisement et qu'il est un résultat de la réduction des sulfates contenus dans les eaux, par des bactéries anaérobies spécifiques, en présence de certaines matières organiques (dans ce cas, le méthane). Radulescu, C. Samson, P., M. Dental morphology of the Mimomys/Arvicola transition forms. pp. 199-206. On the basis of dental material coming from a Middle Pleistocene chronological succesion of three karst deposits (Gura Dobrogei - 4 rock-shelter, lower level, Casian Cave and Gura Dobrogei Cave - phase 1) of Central Dobrogea, Romania, a gradual transition from Mimomys intermedius to Arvicola cantianus is presented corresponding to a shift from rhizodont to arhizodont condition. The evolutionary process is distinguished by the reduction of the roots and their very late formation in cheek-teeth characterized by increasing hypsodonty. Codrea, V. Czier, Z. Preliminary data concerning the big mammalian fauna from the Subpiatrã Pleistocene deposits, Bihor County (Romania). pp. 207-210. On the occasion of some customary dynamiting activities, performed in June 1989 at the limestone quarry which supplies the Enterprise for Cement from Alesd, a series of breccia fragments containing vertebrate bones could be noticed. Thus, it was discovered that the explosion destroyed a small, probably filled up, pot-hole. the following taxa have been identified there up to the present: Carnivora - Ursus deningeri von Reichenau, Meles sp. (?thorali Viret); Proboscidea - an elephant with trogontheroid features; Perissodactyla - Equus sp. (big size), Dicerorhinus etruscus brachycephalus (Schroeder); Artiodactyla - cf. Praealces latifrons (Johnson), Capreolus capreolus süssenbornensis (Kahlke), Cervus sp. (elaphus size), Caprinae indet., Bison cf. priscus Bojanus, Sus scrofa Linné. A list of micromammals (Venczel, 1990) can be added to the big mammalian fauna. The elements already discovered suggest the MmQ - 3b biozone (Agusti et al., 1987). Short Notes Todor, V., Giurgiu, I. Silvasanu, G. L'analyse quantitative de quelques spéléothèmes et échantillons de la grotte en sel 6S de Mînzalesti (Subcarpathes de Vrancea - Roumanie). pp. 211-212. Kessler, E. Venczel, M. Quaternary vertebrate remains from Emirkaya-2, Turkey. pp. 213-216.
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Open Access - Permission by Publisher
Original Version:
Vol. 6 (1993)
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University of South Florida Library
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University of South Florida
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K26-04798 ( USFLDC DOI )
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TAK Reviews Racovita,
G., Boghean, V. & Petrescu, M. Le bilan topoclimatique de
la Grotte de Closani (Monts Mehedinti, Roumanie). pp. 7-86.
Synthse des donnes portant sur la thermomtrie et
l'hygromtrie de l'atmosphre, la thermomtrie des substratums
calcaires et l'vapo-condensation souterraine, obtenues durant
deux cycles annuels de mesures. La distribution spatiale des
valeurs moyennes des divers paramtres topoclimatiques, ainsi
que l'amortissement de leurs variations l'intrieur de la
grotte sont analyses par des modles rsultant de l'adaptation
des courbes fonctionnelles. Les conclusions relvent les
particularits topoclimatiques de la cavit, auxquelles
s'ajoutent quelques considrations sur la signification qu'on
peut attacher ces modles. TAK Articles Forti, P. Benedetto,
C. & Costa, G. Las Brujas Cave (Malargue, Argentina): An
example of the oil pools control on the speleogenesis. pp.
87-94. The influence of the oil pools and their fluids over the
speleogenesis of limestone areas was proposed only recently for
the region of the Guadalupe Mountains (New Mexico). A new
demonstration of this has been found in the Las Brujas cave
(Malargue, Mendoza Province, Argentina), which is the most
famous and the only partially prepared for the tourism in the
country. The organization of a joint-program between the
Italian Speleological Society and the Argentina Institute of
Speleological Research made the scientific exploration of this
cave possible. Thanks to the detailed morphological analyses of
the hosted speleothems and cave minerals it was possible to
reconstruct the complex speleogenetic evolution the cave
underwent, which started with the upwelling of fluids full of
hydrogen sulphide from an oil pool. In the present paper, after
a short geographic and geolithologic sketch of the karst area,
the speleogenetic steps for the Las Brujas cave are presented
and discussed. Diaconu, G. Accolements rguliers des cristaux
de calcite du milieu splal. pp. 95-100. L'auteur prsente un
point de vue suivant lequel l'accolement rgulier est une
particularit cristalo-gomtrique qui peut rsulter dans le
processus de croissance des cristaux sans gard que les
individus ainsi associs ont la mme composition chimique ou
bien des compositions chimiques diffrentes. Istvan, D. &
Damian, S., G. Regular rhombohedric calcite crystals
intergrowths in the cave "Pestera Cristalelor din Valea Rea"
(Rodnei Mountains, Romania). pp. 101-106. In a small cave
carved in the metamorphic limestones of Piatra Rea, a whole
section of the passage walls and ceiling, about 13 m long, is
covered with quasi-parallel calcite crystals, up to 10-12 cm
long and 2 cm thick. Crystallographic, microscopic, DTA, X-ray
and spectral quantitative investigations strongly suggest a
vug-type genesis. The last crystallization sequences display
temporary air-rich episodes and, finally, seepage and dripping
crusts witness for full-air conditions. The paragenesis which
resulted from this last stage of crystallization (calcite,
aragonite, strontianite, dolomite, pyrite) suggests a special
chemistry of the solutions (also confirmed by the spectral
analyses) and probably, a higher temperature. Calcite crystals
intergrowths developed under specific conditions, which had
evolved from a closed space to an aerial environment during
long periods of time, in which changes of the solutions
chemical composition and temperature had occurred. Ghergari,
L., Onac, B., P. & Sntamarian, A. Mineralogy of moonmilk
formation in Romanian and Norwegian caves. pp. 107-120. Ten
different moonmilk samples collected in nine caves from Romania
and Norway were analysed in order to define their mineralogical
and crystallographical features. Using transmission polarizing
microscopy, X-ray, SEM and TEM techniques we identified the
following crystals' morphologies: fibrous, acicular, prismatic
and fibrous-lamellar; these were ascribed to two different
situations: calcite pseudomorphosis after aragonite or vaterite
(possible) and calcite paramorphosis after monohydrocalcite. A
ternary system to diagnose various types of moonmilk is
proposed. Roata, S. Depositional processes in active caves of
the Sureanu Mountains (the Southern Carpathians, Romania). pp.
121-128. The study is concerned with a detailed analysis of
sediments from four active caves of the Sureanu Mountains. The
influence of the morphology on the hydrodynamic features of the
underground rivers is also stated. Consequently, three types of
active caves were distinguished: tunnel caves (Pestera Bolii),
semiopen caves (Sura Mare) and closed caves (Gaura Frntoanei,
Pestera lui Cocolbea). Horoi, V. Sedimentological studies in
Racovita Gallery-Topolnita Cave (Mehedinti Plateau, Romania).
An evolutive interpretation. pp. 129-144. Mineralogical,
granulometric and sequential analyses were performed on the
infilling deposits preserved in the most important fossil
gallery in Topolnita Cave Racovit Gallery. Two evolutive
cycles have been outlined, corresponding to a single stage of
hydrologic activity. During this period, the external changes
in climate and geomorphology controlled the succession of the
erosion, accumulation and chemical precipitation phases.
Stoica, R. Karst phenomena in the Plain of Danube (Romania).
pp. 145-151. One of the geodynamic effects of the earthquake
dated March 4, 1977, generally little known, although it is
very dangerous for the stability of constructions, was the
earth-falls identified in the southern part of Giurgiu town,
due to the sudden flow of a great volume of sandy materials
from the alluvial deposit into the karstic cavities of the
subjacent limestone formations. The paper presents the results
of geological, hydrogeological and geophysical surveys
performed by ISPIF-SA on the platform of Giurgiu Chemical
Plant, where a sinkhole of large dimensions occurred, the
mechanism of this complex phenomenon, similar activities in
other countries and anti-karst measures to protect the
constructions located in areas with such a potential. Prohaska,
S. & Stevanovic, Z. The development of autocross-regression
model for karst springflow simulation. pp. 151-154. The
coefficients of a linear regression between the flowrates of
the karst spring "Nemanja 2", considered as an output, and the
same flowrates and the rainfall, taken as input functions, were
computed. The agreement between the reconstructed history of
the spring flowrates and the actually recorded values is
achieved within a standard estimation error of about 75% of the
spring mean annual discharge. Mitrofan, H., Tudor, M. &
Trufas, V. A correlative analysis of the discharge history of
the Sura Mare swallet resurgence karst system (Romania). pp.
155-162. Conventional signal analysis has been performed on the
flowrate histories of a karst outlet and of its major swallet,
which provides about half of the discharged water volume. Both
the swallet, supplied by a crystalline rocks aquifer, and the
karstic outlet, display a similar behavior: poor correlation
with the rainfall history and important autocorrelation,
extended over more than 10 days. Moreover, the simultaneous
swallet and outlet flowrates are very close correlated. A
possible explanation for this "porous aquifer" behaviour of the
karst system may be a sandstone layer, "trapped" between two
limestone stacks: an upper one, exposed to direct infiltration,
and a lower one, which hosts the major cave stream passage.
Tenu, A. & Davidescu, F. Relations entre le Lac Techirghiol
(Dobroudja du Sud, Roumanie) et les aquifres adjacents. pp.
163-174. Le lac Techirghiol reprsente, par les qualits de ses
eaux et de la boue, une des plus importantes bases de
traitement de la Roumanie. En commenant par l'anne 1970, on a
constat une augmentation continue du niveau de l'eau dans le
lac, en parallle avec une diminution de la salinit et des
effets dfavorables sur la capacit de rgnration de la boue
thrapeutique. L'identification des causes du dsquilibre
mentionne et la conservation de l'ensemble des conditions
initiales rendent ncessaire la connaisance dtaille
gologique, hydrologique et hydrogologique de la zone dans
l'ensemble ainsi que les interrelations du lac avec des divers
facteurs modifiants, naturels ou artificiels. Un tel ensemble
de connaissances peut tre finalement structur dans un modle
conceptuel vaste qui doit constituer la base d'une future
modlisation numrique quantitative. Le modle prsent par les
auteurs est bas non seulement sur des observations de terrain
mais aussi sur quelques centaines d'analyses concernant les
paramtres physico-chimiques (conductivit spcifique dens.,
etc.) et surtout isotopiques (18O, D,14C, 3H) effectues dans
tous les types d'eau de la zone. Oraseanu, I. Hydrogeological
regional classification of the Romanian karst. pp. 175-180.
Hydrogeological features of the Romanian karst are specific for
each of the main geo-structural units of the country. Such
differences, supported by field data, conduct the author to
distinguish four hydrogeologic types of karst: Carpathian
Orogen karst type, North Dobrogea karst type, platform karst
type and post-tectonic Carpathians' cover karst type. Povara,
I. & Horoi, V. Morpho-hydrographic and hydrogeologic
observations in the limestone area from the south-eastern
Metaliferi Mountains (Romania). pp. 181-188. The results of the
preliminary research performed on a karstic area from
Metaliferi Mountains are described. The exo- karstic
morphology, the underground drainages and the chemistry of two
low TDS springs, one of which is hypothermal (22.8 deg C), are
discussed. A convective cell, developed in a normal heat-flow
environment, is considered as a possible explanation for the
recorded spring temperature. Feru, M., U. Considrations sur la
gense et la circulation des eaux thermominrales karstiques de
la zone de Mangalia (Roumanie). pp. 189-198. A partir du fait
que les eaux thermominrales de Mangalia sont des eaux
sulfureuses (H2S = 1,5 11 mg/l), chlorosodiques,
bromoiodures, minralisation rduite (1,0 1,4 g/l), dont
la composition chimique ne peut tre explique par la
circulation dans des roches carbonates, il faut admettre
l'existence d'au moins deux composantes: l'une minralisante,
constitue par des eaux de gisement concentration leve,
provenant ventuellement d'en dehors du systme karstique, qui
sont accompagnes sans exception par des gaz libres
mthaniques, dont l'accs vers la surface doit tre mis en
rapport avec une faille de profondeur et une autre, diluante,
caractre bicarbonat, magnsien, calcique et minralisation
rduite, au dessous de 1 g/l, qui caractrise les eaux
circulation karstique. Les recherches isotopiques sur les eaux
souterraines des formations calcaires de la Dobroudja
Mridionale et l'tude de la concentration en deutrium de ces
eaux ont prouv que l'aire d'alimentation de ce dernier type
d'eau doit tre situe du ct de la Plate-forme Prbalcanique;
la nappe aquifre accumule dans les calcaires sarmatiens est
alimente aussi par les eaux d'infiltration locale. Quant
l'hydrogne sulfur, il faut remarquer que c'est un gaz
habituel dans les eaux de gisement et qu'il est un rsultat de
la rduction des sulfates contenus dans les eaux, par des
bactries anarobies spcifiques, en prsence de certaines
matires organiques (dans ce cas, le mthane). Radulescu, C.
& Samson, P., M. Dental morphology of the Mimomys/Arvicola
transition forms. pp. 199-206. On the basis of dental material
coming from a Middle Pleistocene chronological succesion of
three karst deposits (Gura Dobrogei 4 rock-shelter, lower
level, Casian Cave and Gura Dobrogei Cave phase 1) of Central
Dobrogea, Romania, a gradual transition from Mimomys
intermedius to Arvicola cantianus is presented corresponding to
a shift from rhizodont to arhizodont condition. The
evolutionary process is distinguished by the reduction of the
roots and their very late formation in cheek-teeth
characterized by increasing hypsodonty. Codrea, V. & Czier,
Z. Preliminary data concerning the big mammalian fauna from the
Subpiatr Pleistocene deposits, Bihor County (Romania). pp.
207-210. On the occasion of some customary dynamiting
activities, performed in June 1989 at the limestone quarry
which supplies the Enterprise for Cement from Alesd, a series
of breccia fragments containing vertebrate bones could be
noticed. Thus, it was discovered that the explosion destroyed a
small, probably filled up, pot-hole. the following taxa have
been identified there up to the present: Carnivora Ursus
deningeri von Reichenau, Meles sp. (?thorali Viret);
Proboscidea an elephant with trogontheroid features;
Perissodactyla Equus sp. (big size), Dicerorhinus etruscus
brachycephalus (Schroeder); Artiodactyla cf. Praealces
latifrons (Johnson), Capreolus capreolus sssenbornensis
(Kahlke), Cervus sp. (elaphus size), Caprinae indet., Bison cf.
priscus Bojanus, Sus scrofa Linn. A list of micromammals
(Venczel, 1990) can be added to the big mammalian fauna. The
elements already discovered suggest the MmQ 3b biozone
(Agusti et al., 1987). Short Notes Todor, V., Giurgiu, I. &
Silvasanu, G. L'analyse quantitative de quelques splothmes
et chantillons de la grotte en sel 6S de Mnzalesti
(Subcarpathes de Vrancea Roumanie). pp. 211-212. Kessler, E.
& Venczel, M. Quaternary vertebrate remains from
Emirkaya-2, Turkey. pp. 213-216.



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T 1\bEMIA RO .. NA Institutul ,Em1I Racovfat' . fA PPLIED an_ d . .. -: . ', I KARSTOLOGY' ISSN 1012-9308 6 /1993

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THEORETICAL AND APPLIED KAHSTOLOGY Volume 6

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THEORETICAL AND APPLIED KAB.STOLOGY vol. 6 1993 EDITORIAL BOARD : :Assoclated'IEditot: loa n POVAAA .. ::.. .. .. Horla .Ml;TAOFAN. .. -.".. .. .. .. . . ... .. ... . . ... : .. .. .: .::. :etfiit .. sruvssmatf .. . . i:: . . ;:::::.::::.::::::::.::::. :::::::::::::::::: ::: :!:::::::::!:: :::::.i:.:::: ... ::::: ... ..... ....... ADVISORS BOARD: ISSN 1 012 9308 EDITURA ACADEMIEI ROMANE Calea 13 Septembrie 13, R-70117 Romania, tl: (40)1.641.19.90 Orders from abroad for issue or subscription may be also sent to: ORION SRL, Splaiul lndependentei 202 A Bucuresti 6 Romania. POBOX 74-19 Bucuresti, Tx 11939 CBTxR Fax (40)1.312.24 2

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ACADEMIA ROMANA INSTITUTUL DE SPEOLOGIE "EMIL RACOVITA .. THEORETICAL and APPLIED HilRSTOLOGY Volume 6/1993 EDITURA ACADEMIEI ROMANE .. Bucuretl

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Cover photographs: Front : The 37 m-high entrance porch to .$ura Mare resurgence cave ($ureanu Mountains). Yetjlood-pulses analysis indicates a non-karsttc behaviour (see paper page 155). Back : Karst lanc:lfonns developped on salt-rock in area (Buzdu Subcarpathians). sharp-edged dints (top left) collapse sinkholes valley (top right) Salt stalactites in the cave 6S (3234 m long). one of the worlds' longest developed in salt-rock (bottom). (all phntographs by lea GIURGIU) THEORETICAL AND APPLIED KARSTOLOGY is an annual bulletin of karst science edited by the Emil Racovifa" Speleological Institute and published by the Romanian Academy s Publishing House. The bulletin is concerned with the publication of original scientific papers which cover the whole spectrum of karstological research viz : karst geology and mineralogy, karstochemlstry, karst geomorphology, karst hydrology and hydrogeology, speleochronology, climate and subterranean environment, speleo-paleontology, environmental problems In karst a.s.o The Editors welcome the submission of contributions in these fields from all over the world The first 4 volumes were published as a series by the .,Emil Racovifa" Speleological Institute and are available by the Editorial Board. For the foreign readers the T.A. K. volumes may be obtained by exchange with specialised publications. All the correspondance concerning the exchange proposals or the submission of contributions should be addressed to : T.A.K. EDITORIAL BOARD INSTITUTUL DE SPEOLOGIE "Emil Racovlta" str. Frumoasa 11, R-78114 BUCUREST112 ROMANIA V: (40)1.650.34.65 Printed by: TIPOGRAFIA TIMS, Calea Plevnei 136, Bucure:;;ti DTP Editor : Silviu Constantin

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THEORETICAL AND APPLIED llA.HSTOLOGY vol. 6 1998 CONTENTS I SOMMAIRE TAKREVIEWS Gheorghe RACOVITA. Vlorel BOGHEAN, Mlrcea PETRESCU -Le bilan topoclimatique de Ia Grotte de (Monts Roumanie) ................................ _.............................................. 7 TAK ARTICLES Paolo FORTI, Carlos BENEDETTO, G. COST A -Las Brujas Cave (Malargue, Argentina): An example of the oil pools control on the speleogenesis ....... .... . . . ..... .. ... ... .. ..... .... ... ... . ........ ....... 87 Gabriel DIACONU Accolements reguliers des cristaux de calcite du milieu speleal ............. ..... .... ... . .. .......... .... .......... ... .. ... ...... 95 Dumitru ISTVAN, Gh. DAMIAN Regular rhombohedric calcite crystals intergrowths in the cave Cristalelor din Valea Rea" (Rodnei Mountains, Romania) .............................. 101 Lucretia GHERGARI, Bogdan P. ONAC, Ana SANTAMARIAN Mineralogy of moonmilk formation in Romanian and Norwegian caves .................................... ,................................................. 107 Sorln ROAT A Depositional processes in active caves of the Mountains (the Southern Carpathians, Romania) ...... 121 Vlorel HOROI Sedimentological studies in RacovitA Gallery T opolnila Cave Plateau, Romania). An evolutive interpretation... ........................................................................ 129 Romeo STOICA Karst phenomena in the Plain of Danube (Romania) ............................................................................... 145 Stevan PROHASKA, Zoran STEVANOVIC The development of autocross regression model for karst springflow simulation ..... 151 Horla MITROFAN, Monica TUDOR, Valer A correlative analysis of the discharge history of the Mare swallet resurgence karst system (Romani a)....................... ............... .. 155 Augustin TENU, Florin DAVIDESCU Relations entre le Lac Techirghiol (Dobroudja du Sud, Roumanie) et les aquiferes adjacents..... .............. ... .. . .. ... . . ..... .. .. .. .. .. ..... .... ... .... .. ... .. .. 163

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6 Contents lancu Hydrogeological classification of the Romanian karst............................................................ 175 loan POVARA, Vlorel HOROI Morpho hydrographic and hydrogeologic observations in the limestone area from the south-eastern Metaliferi Mountains (Romania) ................... 181 Mircea Ulplu FERU Considerations sur Ia genese et Ia circulation des eaux thennominerales karstiques de Ia zone de Mangalia (Roumanie)................... ......................... 189 Costin RADULESCU, Petre Mihai SAMSON Dental morphology of the MimomysiANicola transition fonns ........ 199 Vlad CODREA, Zoltan CZIER Preliminary data the big mammalian fauna from Pleistocene deposits, Bihor County (Romania)..... ................................. 207 SHORT NOTES Vasile TODOR, lea GIURGIU, Gabriel L'analyse quantitative de quelques speleothemes et echantillons de Ia grotte en sel 6S de Mtnzalesti (Subcarpathes de Vrancea Roumanie)....... .................... ........ ...................... 211 Eugen KESSLER, Marton VENCZEL Quaternary vertebrate remains from Emirkaya-2, Turkey ............................ .... ...... 213

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T.A.K. REVIEWS TOPOCLIMATIQUE DE LA GROTTEDE (MONTS MEHEDINTI, ROUMANIE) Gheorghe RACOVITA 1 Vlorel BOGHEAN2, Mlrcea PETRESCU1 RESUME Synthase des donnees portant sur Ia thermometrie et l'hygrometrie de !'atmosphere, Ia thermometrie des substratums calcaires et l'evapo-condensation souterraine, obtenues durant deux cycles annuels de mesures. La distribution spatiale des valeurs moyennes des divers parametres topoclimatiques, ainsi que l'amortissement de leurs variations a l'interieur de Ia grotte sont analysees par des modeles resultant de !'adaptation des courbes fonctionnelles. Les conclusions relevent les particularites topoclimatiques de Ia cavite, auxquelles s'ajoutent quelques considerations su r Ia signification qu'on peut attacher a ces modeles. Mots-cles: topoclimat souterrain, thermometrie, hygrometrie, Grotte de Monts Mehedinti, Roumanie. TOPOCL/MA TIC BALANCE OF CLOSANI CAVE (MEHEDINTI MOUNTAINS, ROMANIA) ABSTRACT Synthesis of data referring to the thermometry and hygrometry of the atmosphere, thermometry of the lime substratum and underground evapo-condensation, obtained during two annual cycles of measurements. The spatial distribution of the mean values of various topoclimatlc characteristics, as well as amortization of their variations Inside the cave are analyzed through models deduced from the adaptation of functional curves. Conclusions reveal topoclimatic particularities of the cave; a few considerations on the signifiCSnce that can be attributed to these models are added. Key words: underground topoclimate, thermometry, hygrometry, Cave, Mehedinfi Mountains, Romania 1. DONNEES GENERALES SUR LACAVITE La Grotte de s'ouvre a une altitude absolue de 433 m sur le versant droit de Ia riviera de Motru Mare, dans le massif de Cornetul Satului qui domina le petit village de (departement de Elle se compose de deux galeries, dont Ia longueur cumulee est de 1100 m (BLEAHU et., coli., 1976) et qui ont un developp ement pratiquement horizontal, le denivellement ;":. maximum de Ia cavite etant de 15 m (GORAN, 1982). Ces galeries se separent apres un vestibule de 15 m de longueur, faisant suite a une entree triangulaire orientee vers l'est et qui ne mesure que 2,5 m en largeur et 1 ,5 m en hauteur. La premiere de ces galeries, nommee Ia Galerie des uiboratoires, se developpe sur environ 400 m de longueur et est orientee plus ou moins parallelement au versant de Ia vallee du Motru. II paralt d'ailleurs qu'elle ne represente que le trajet d'une derivation .. souterraine en forme de

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8 boucle de cette derniere, qui a pris naissance a Ia suite d'une capture laterale du cours epige. Connue au moiris depuis le debut du siecle passe, elle a ete amenagee en 1968 afin de permettre des etudes de biospeologie experimentale et c'est de ce fait qu'elle tire son nom actual. A son extremite, le Centre de Physique de Ia Terre et de Seismologie de Bucarest a installs en 1969 une station pour !'enregistrement des marees terrestres clinometriques (DECU et coli., 1978). La seconde galerie est nommee Ia Galerie Matei Ghica, a Ia memoire de celui qui l'a decouverte en decembre 1959. Elle se developpe sur une longueur d'environ 700 m a un niveau situe generalement de 8 m audessous de celui de Ia Galerie des Laboratoires. Son orientation oblique par rapport au versant de Ia vallee du Motru montre que sa genese doit etre due a une capture des eaux de Ia Valea Albiilor (DIACONU, 1990), un petit ruisseau tributaire aujourd'hui de Ia Vallee du Motru Sec. On suppose que Ia capture a pu se realiser par Ia grotte nommee din Cioaca cu Brebenei", qui s'ouvre a 518 m d'altitude sur le versant ouest du Cornetul Satului. Les releves topographiques montrent que Ia distance qui Ia separe de l'extremite de Ia Galerie M. Ghica ne depasse pas 250 m. Les details concernant Ia morphologie de Ia cavite, ainsi que Ia plan complet de celle-ci figurent dans les travaux de NEGREA et coli., 1965, BLEAHU et coli., 1976, DECU et col/., 1978 et surtout dans celui de DIACONU, 1990. II est done inutile de les reprendre maintenant en totalite, mais quelques elements se rapportant au secteur qui fait suite a l'entree doivent neanmoins etre precises (Fig.1 et 2). Apres une quinzaine de metres de l'ouverture, Ia cavite s'elargit et du cote gauche une echelle metallique facilite Ia descente le long d'une grande coulee stalagmitiql.ie jusqu'a Ia Galerie des Laboratoires; Ia difference de niveau totalise 8 m. A moins de 10 m de l'escalier, cette galerie est brusquement retrecie par un pilier calcaire recouvert de concretions calcitiques, puis Ia voOte s'eleve de nouveau jusqu'a environ 1 o m de hauteur. Une quarantaine de metres plus G. Rscov}1'. '!f. col/. . loin, des blocs massifs detaches du plafond ferment un barrage qu'on peut depasser a l'aide de quelques marches taillees pres de Ia paroi gauche. A Ia partie superieure de Ia grande coulee stalagmitique, un passage ferme initialement par un grillage de concretions donne acces a un co. uloir bas de 30 m de longueur, a l'extremite duquel on descend 4 m toujours su' r echelle metallique pour aboutir dans l'espace proprement dit de Ia Galerie M. Ghica. Du cOte oppose, ce couloir a eta lie au large diverticula qui prolonge le vestibule de Ia grotte par un court passage artificial, ferme des le debut par une porte pratiquement etanche. 2. PROTOCOLE D'ETUDE ET APPAREILLAGE Le programme de recherches adopte afin de mettre en evidence les elements fondamentaux qui caracterisent au point de vue topoclimatique Ia Grotte de a compris principalement des mesures effectuees avec une frequence mensuelle, done en general une fois tous les 30 jours. II a debute en decembre 1987 et devrait couvrir deux cycles annuals complets. Mais, com me les deux hivers 1987-1988 et 19881989 ont ete plus doux que normalement, il a ete prolongs jusqu'en mars 1990, dans l'espoir ma!heureusement non confirms que l'hiver 1989-1990 sera suffisamment rigoureux pour donner une image plus fidele sur les particularites de cette saison. Les mesures portant sur les facteurs topocliniatiques souterrains ont eta faites en 18 points de station, echelonnes, a partir de !'entree meme de Ia grotte, d'abord dans le secteur vestibulaire et ensuite sur le trajet des deux galeries (Fig. 1 et 2). La distance a laquelle se trouvent ces stations par rapport a l'ouverture de Ia cavite cette derniere etant consideree en tant que point de referenceest specifiee dans le Tableau 1. 3 Cette etude a ete effectuee a Ia demande expresse de Ia Direction de l'lnstitut de Speologie "Emile Racovitza" et le programme de mesures climatologiques a ate realise avec le concours d'autres chercheurs aussi: Mme Oana Moldovan et MM. E. Silvestru, I. Viehmann et M. Serban; nous les remercions pour efforts.

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Le bllan topocllmst/que de Ia grotte de Clofanl 0 2 4 6 8 10m G A L E R I E M G H I C A entree GALERIE D ES LABORATO I RES 0 5 10 15 20m

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10 On y voit que !'emplacement des stations a ete choisi de maniere que celles-ci soient plus rapprochees entre elles au voisinage de Ia surface, ou les variations des parametres topoclimatiques doivent etre plus grandes, et plus espacees vers l'interieur de Ia cavite, ou ces variations tendent a s'amortir. Des mesures psychrometriques preliminaires ont ete faites afin d'obtenir une premiere estimation quantitative sur ce processus d'amortissement, mais il taut ajouter que !'emplacement des stations a tenu egalement compte de Ia morphologie de Ia grotte. Notons, enfin, que les demiers points de mesure ne co"incident pas avec l'extremite des deux galeries: dans Ia Galerie M. Ghica on a evite Ia zone terminale particulierement etroite et tres riche en concretions, tandis que dans Ia Galerie des Laboratoires on n'a pas depasse Ia limite du secteur reserve a !'enregistrement des marees terrestres. Les facteurs topoclimatiques pris en consideration ant ete les suivants: a} Temperature de l'alr. Les mesures ont eta faites dans toutes les 18 stations a environ 25 em du plancher de Ia grotte. Dans le secteur vestibulaire (stations 1-15}, elles ant eta effectuees egalement au niveau de Ia voOte. La galerie est ici suffisamment basse pour que cette operation puisse etre executee sans aucun inconvenient, a !'exception de Ia station 4, au Ia cavite s'elargit et Ia hauteur de 2 m a laquelle a ete faite Ia deuxieme mesure ne correspond plus au niveau proprement dit de Ia voOte. Au dela du secteur vestibulaire, Ia temperature n'a ete prise a Ia hauteur de Ia voOte qu'a Ia station 9', au se trouve un des boxes G. et coli. amenages pour des recherches biospeologiques experimentales. Dans les stations 2-5 et 9', les variations de Ia temperature de l'air ont eta suivies aussi en plan vertical, par des mesures faites aux hauteurs successives de 0, 0,5, 1, 1,5 et 2 m; a Ia station 3, au Ia galerie est plus basse, ces mesures se sont arretees a une hauteur de 1,5 m. b) Temperature de Ia roche. Ella a ate mesuree d'une part a l'exterieur, a une dizaine de metres de l'entree de Ia grotte, et d'autre part aux stations 1, 2 et 4 dans le secteur vestibulaire et aux stations 9' (Galerie des Laboratoires} et 12 (Galerie M. Ghica} dans les secteurs pretends de Ia cavite. Les mesures ant eta faites a Ia surface meme de Ia paroi rocheuse, ainsi que dans des forages de 1 em de diametre et de 5, 10 et 20 em de profondeur. Ces forages ant ete realises manuellement, d'habitude a 1 ,5 m de hauteur; ils ont ate armes avec des tubes en plastique et fermes entre deux visites consecutives avec des bouchons en caoutchouc. En outre, on a mesure dans chacune des six stations Ia temperature de l'air dans Ia couche de contact, c'est-a-dire a une distance de 1 ,5 em de Ia surface de Ia paroi. c) Temperature de l'eau. Elle a ete prise a Ia proximite de Ia station 11 I dans l'un des rares bassins de Ia Galerie M. Ghica qui conservent l'eau en permanence. Effectuees a partir seulement du mois de juin 1989, les mesures ant montre que les variations thermiques enregistrees dans ce bassin sent non significatives, leur amplitude ne depassant pas le dixieme de degre; elle est done tel qu'on le verra -du meme ordre de

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Le b/lsn topoc/lmstlque de Ia grotte de Clo,snl grandeur que Ia prec1s1on du thermometre que nous avons utilise. d) Humldlte relative. Ella a ete determines dans les conditions que Ia. temperature de l'air, a !'exception des mesures portant sur les variations en plan vertical de celle-ci. e) Evapo-condensatlon. L'intensite des phenomenes d'evapo-condensation endokarstique a ete etablie aux stations 2-5 dans le secteur vestibulaire et aux stations 9' et 12 dans les parties profondes de Ia grotte. Pour des raisons en premier lieu techniques, I' evaporation a ete mesuree au niveau du plancher et Ia condensation au voisinage de Ia voOte. Quoique Ia grotte soit fermee par un grillage metallique et beneficia d'un service permanent de surveillance (etant classee en tant que monument de Ia nature depuis 1955) r les evaporometres mis en place ont ete plusieurs fois deranges, de sorte que les series des donnees qu'on a pu obtenir sont discontinues et comprennent souvent des valeurs incertaines, ce qui diminue d'une ma niere tacheuse possibilites d'interpre tation. f) Vltesse de ventilation. On a essaye de mesurer Ia vitesse des courants d'air a Ia hauteur du grillage metallique, ou on trouve Ia section Ia plus etroite du secteur ves tibulaire de Ia grotte. La sensibilite de l'anemometre a palettes dont nous avons dispose a ete cependant insuffisante, et les resultats restent inutilisable pour etablir par mesure directe les variations qui ont lieu sur toute Ia duree d'un cycle annuel. Les appareils employes pour les differentes mesures ont ete: psychrometre a aspiration forcee type Assmann pour Ia temperature de l'air et l'humidite relative, ayant une precision de o, 1 C, respectivement de 1%. thermometre electronique type DTL 70 pour Ia temperature de Ia roche et de l'eau, ainsi que pour Ia temperature de l'air mesuree en plan vertical. Dans ce dernier cas, Ia sonde du thermometre a ete suspendue a des crochets places sur des barres metalliques fixes aux distances deja mentionnees. L'instrument permet des lec tures directes avec une precision de 0,1 C, 11 mais seulement apres avoir ete rigoureusement etalonne. evaporometres type Piche, ayant comma surface evaporante una rondelle en papier-filtre de 3 em de diametre. Le tube du dispositif etant gradue en dixiemes de millilitre, Ia precision est de l'ordre de 1,5 cm3 d'eau evaporee par dm2 de superficie. Tel qu'il est connu, ce genre d'instruments donne des resultats cumulatifs, car i!",.indique Ia quantite totale d'eau evaporee dans !'inter valle separant deux lectures consecutives. Comme cet intervalle n'a pas ete rigoureusement constant, les donnees ont ete rapportees dans tous les cas a une periode de 30 jours; elles s'expriment done en cm3/dm3/30 jours. condensometres d'une construction originate (Fig. 3). La surface sur laquelle s'amorce le processus de condensation est constituee d'une plaque triangulaire en verre, collee par un de ses cotes a une deuxieme plaque, cene fois-ci rectangulaire, qui sert d'ecran contra une eventuelle percolation. Le dispositif est suspendu a Ia voOte de sorte que Ia plaque triangulaire soit en position verticale et orientee perpendiculairement a Ia direction du courant d'air. L'eau qui s'y depose par condensation est collectee directement dans un cylindre accroche au dessous du sommet de Ia plaque triangulaire. Dans le secteur vestibulaire de Ia grotte, on a utilise des cylindres gradues en millilitres; aux stations 9' et 12, des cylindres gradues en dixiemes de millilitre. Pour une superficie active de 12 cm2 (qui comprend les deux faces de Ia plaque triangulaire, car !'observation a montre que les gouttes d'eau de condensation s'y torment d'habitude en egale mesure, vraisemblablement a cause de Ia turbulence), on obtient une precision de 0,08 cm3fdm2 dans le premier cas, soit dix fois plus grande dans le second. L'experience montre egalement que ce modele de condensometre peut etre simplifie par l'elimi nation de Ia plaque horizontale; en effet, il y a pratiquement peu de chances que, en prenant des precautions elementaires, l'eau de percolation puisse alterer les mesures.

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12 On comprend de soi que les appareils utilises pour Ia mesure d'evapo-condensation ne peuvent pas donner des informations qui scient utilisables en tant que valeurs abso/ues, car les donnees ainsi obtenues ne correspondent pas a l'intensite reelle de ces processus. Le motif principal reside dans le fait remarque deja a plusieurs reprises (ANDRIEUX, 1970, DECU et col/., 1982, RACOVITA et VIEHMANN, 1985) que, quoi qu'elle soit Ia technique appliquee, celle-ci met en jeu des surfaces artificielles, differentes par leurs proprietes {microrelief, porosite, conductibilite thermique, chaleur specifique) des substratums naturals impliques dans l'evapo-condensation. Mais, tant qu'on emploie l'un et le appareil, les resultats sent parfaitement satisfaisants pour !'etude des variations auxquelles ces processus sent soumis dans le temps et dans l'espace a l'interieur d'une grotte ou meme dans des cavites differentes. On verra G. RscovlfA et coli. au moment opportun que cette affirmation se verifie par !'analyse des donnees. II ne nous reste maintenant qu'a souligner !'importance particuliere qu'on doit attacher a l'homogeneisation de Ia technique de mesure, afin d'aboutir a des resultats directement comparables et d'en augmenter ainsi les possibilites de formuler des conclusions generalisatrices. En dehors des series ordinaires de mesures effectuees mensuellement, le protocole de recherches a ate complete par deux cycles de 24 heures, realises d'une part en regime d'ete {4-5 aoOt 1988) et d'autre part en regime d'hiver {25-26 octobre 1988). Destines a detailler les influences que Ia meteorologie externe exerce sur le topoclimat souterrain, ces cycles ont compris des mesures psychrometriques faites toutes les deux heures dans te secteur vestibulaire de Ia grotte et dans Ia premiere partie de Ia Galerie des Laboratoires (stations 1-7'), en conservant, bien entendu, Ia methodologie employee dans les mesures mensuelles. Dans le meme but, en deux moments caracteristiques pour chaque saison {le 24 janvier et le 25 aoOt 1989), on a effectue des series de mesures psychrometriques dans un reseau bien plus dense de points, a partir de I' entree et jusqu'a Ia station 3. Ces points distances de 0,5 m, ont ete ordonnes sur des alignements successifs perpendiculaires a l'axe longitudinal de Ia galerie et distances a leur tour de 1 ,0 m; le reseau de mesures total ise ainsi 66 points sur un secteur de 1 0 m de longueur de Ia grotte. Las variations des facteurs meteo rologiques de l'exterieur ont ate suivies de deux fac;ons: d'un cOte, par des mesures psychrometriques effectuees en meme temps que celles souterraines au vois i nage immediat de !'entree; d'autre cOte, par des enregistrements continus, realises a l'aide d'un thermo-hygro-barographe type Ganz {Budapest) dans un abri place egalement au voisinage de !'entree. Afin d'avoir un element de contrOie, ces enregistrements ont ate doubles un second appareil etant mis en fonction dans l'abri installe a cOte du ba.timent de Ia Station Speleologique de soit a un demi-kilometre a vol d'oiseau. Au cune difference importante ne pouvant

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Le bllan topocllmatlque de Ia grotte de CloJanl ': .... decelee finalement entre ces deux series d'enregistrement, notre analyse portera seulement sur celui obtenu a Ia proximite de Ia grotte. On doit aussi preeiser que, malgre nos precautions, on na pas pu assurer une surveillance suffisamment rigoureuse des appareils et les series de diagrammes coniportent malheureusement des lacunas plus ou moins importantes. Notons, enfin, qu'un hygrographe a ete mis en place dans le secteur vestibulaire de Ia grotte, plus precisement a Ia station 2, dans le but de mettre en evidence les perturbations determinees par les change ments qui surviennent dans le regime de ventilation de Ia cavite. 3. PARAMETRES METEOROLOGIQUES DE L'EXTERIEUR Afin de pouvoir suivre les variations que presentent les facteurs meteorologiques de l'exterieur, principalement Ia temperature de l'air et l'humudite relative, des dia grammes enregistres dans l'abri se trouvant a Ia proximite de Ia grotte nous avons extrait quatre valeurs joumalieres, a savoir celles correspondant a 0 h, 6 h, 12 h et 18 h. A partir de ces valeurs, nous avons calcule d'abord les moyennes joumalieres, decadaires et mensuelles, puis les moyennes decadaires et mensuelles des maxima et des minima et les maxima et minima absolus. Nous avons etabli egalement les moyennes par intervalles separant les dates auxquelles on a fait les mesures souterraines mensuelles, qui sont done equivalentes aux moyennes mensuelles mais qui se rapportent a Ia periode precedant chacune de ces mesures (Tab. 2-5) De cet ensemble de donnees nous avons retenu pour Ia representation graphique les moyennes decadaires ainsi que les maxima et le minima decadaires, ce qui donne une image assez precise tant sur les variations thermo-hygrometriques, que sur les limites entre lesquelles se produisent ces variations (Fig. 4 et 5). Tel que nous l'avons deja mentionne, les trois hivers compris dans l'intervalle novembre 1987 -mars 1990 ont ate 13 generalement doux, pour le climat a nuances mediterraneennes qui caracterise le sud-ouest de Ia Roumanie . Durant l'hiver 1987-1988 (intervalle novembre fevrier), les moyennes mensuelles sont comprises entre 1 ,3 et 4,4 C (moyenne generate = 2,36 C) et les moyennes decadaires ne descendent pas au-dessous de -1,5 C. La temperature minimale absolue, enregistree le 26 decembre 1987; a ete de -9 c, tandis que les maxima joumaliers n'ont ete qu'excep tionnellement negatifs, se plac;ant au niveau des moyennes decadaires entre 1 ,9 et 10,6 C et en arrivant pour les valeurs absolues jusqu'a 17,0 c. Pour l'hiver 1988-1 989, les parametres thermiques sont tout a fait similaires, les differences qui s'y manifestant etant pratiquement negligeables. Les moyennes mensuelles variant avec Ia marne amplitude, etant comprises entre 0,5 et 3,7 C, done toujours positives, mais elles conduisent a une moyenne generate plus basse, de 1 ,62 C. Les temperatures minimales oscillent autour de -5,0 C, avec une valeur de -10 C enregistree de au mois de decembre. Les moyennes deca daires des temperatures maximales sont legerement plus elevees, variant entre 3,4 et 11,8 C. Quant au maximum absolu, celui-ci attaint exactement Ia meme valeur et correspond a un rechauffement assez important mais de courte duree qui s'est produit dans Ia premiere decade du mois de janvier Notons qu'un rechauffement analogue a pu etre surpris au cours de l'hiver precedent aussi, plus precisement a Ia fin du mois de decembre 1987, avec une manifestation prolongee surtout par I' evolution des maxima absolus. Le troisieme hiver compris dans l'intervalle de recherches n'est defini que partiellement par !'information extraite des enregistrements thermo-hygrographiques, ceux-ci etant pour Ia saison en question les moins complets. On peut toutefois observer qu'il a ete encore plus chaud que les deux precedents. Les donnees dont nous disposons montrent que les temperatures moyennes mensuelles ont depasse 6 C (moyenne generale = 4,97 C) et que les

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14 f --Xl1987 4,9 8,3 2,4 4,1 6,8 2,0 2,0 6,2 -0,4 XII -1,6 1,9 -3,1 3,9 9,3 0,0 4,8 10,6 1,4 11988 -0,8 3,6 -2,4 0,1 2,1 -1,3 3,2 7,5 0,0 II 2,6 5,7 -1,5 0,3 3,7 -2,1 2,0 5,7 -0,6 Ill 4,8 9,1 1,1 7,2 11,5 3,7 8,8 12,7 5,4 IV 7,0 11,6 2,8 10,0 14,0 6,7 12,7 19,6 7,5 v 13,8 17,9 10,0 12,6 16,9 10,6 ---VI -17,8 23,2 13,6 22,4 27,9 17,2 VII 19,8 25,0 14,3 23,1 28,7 18,3 22,7 28,2 17,5 VIII 23,8 30,0 18,0 18,8 23,9 13,8 16,5 20,9 11,8 IX 15,5 20,9 10,5 15,7 20,3 11,8 11,4 17,2 7,9 X 10,6 16,3 6,0 5,1 9,8 1,9 0,5 5,3 -2,9 XI 1 1 9,1 -2,7 0,0 3,4 -2,3 0,5 3,6 -1,2 XII -0,4 4,9 -3,1 4,9 11,8 0,4 M / 1988 .,.g 89 :::::1, 4;74 > .. sos M t1sei < 1e;14 i ) P.1;g"'' >1Pi35 ).i ;jj( :;; ........... :::,, .. ? : c .: --11,5 -3,0 10 5 -3,0 12,0 -5,0 7,0 -7,5 17,0 -9,0 15,5 -0,5 12,5 -8,0 13,5 -3,0 12 ,0 -3,0 10,0 -4,5 8,0 -8,0 9,0 -7,5 14,0 -3,5 17,0 0,0 16 ,5 1,0 18,0 -2,0 22,0 2,5 25,0 1,5 25,0 7,0 20,0 9,0 -26,0 9,5 32,0 13,0 27,0 11,5 32,0 14,0 32,5 15,0 33,0 14,0 29,0 8,5 25,5 6,0 25,0 7,5 23,0 9,5 20,0 4,0 21,0 2,5 15,5 -4,0 11,5 -5,0 15,0 -7,0 12,0 -8,5 7,5 -6,0 10,5 -10,0 17,0 -1,5 G. Racovlt et coli. i: : -1,1 4,4 -5,0 -7,) I 1989 3,7 10,0 -1,2 14,0 -4,0 _:Q,_4 5,5 -4,1 13,0 -9,0 2,9 11,0 -2,5 14,0 -6,0 II 1,7 7,8 -2,6 16,5 -7,0 7,0 10,7 2,5 17,0 -1,0 4,6 8,9 0,4 13,5 -1,0 Ill 7,0 11,6 2,4 20,0 -1,5 10,6 17,7 6,6 : 23,0 4,0 12,7 18,5 8,3 24,0 5,0 IV 10,7 16,7 6,0 20,0 2,0 13,5 17 ,5 7,2 21,5 3,0 11,4 16,1 5,3 21,0 3,5 v 17,4 22,5 11,2 27,0 5,5 12,2 17,1 7,7 22,0 3,5 ---VI 14,1 19,6 9,6 23,0 7,0 17,6 23,6 12,4 26,0 9,0 21,2 27,4 15,1 30,0 12,0 VII 20,1 25,4 13,8 30,0 9,0 18,1 27,0 10,0 17,4 23,5 13,7 28,0 10,0 VIII ---177 22,6 14,2 28,0 12,0 15,0 18,6 11,8 23,5 9,0 IX 13,9 17,9 9,7 24,0 8,0 14,3 19,4 10,2 23,0 8,0 9,2 13,5 4,0 15,5 0,5 X 10,3 16,5 5,6 19,0 2,5 14,4 22,3 8,5 26,0 7,0 10,6 14,8 7,7 24,0 3,5 XI 3,77 8,6 -0,6 12,0 -5,0 ----XII 10,7 16,6 5,5 20,5 5,0 3,8 8,9 0,9 23,5 -2,5 ----11990 ---4,3 10,0 0,1 13,0 -2,0 1,5 5,8 -2,6 13,0 -7,0 II 1,3 7,6 -2,4 18,0 -4,0 6,5 14,7 2,5 21,0 -2,0 6,9 13,2 1,3 20,0 -2,5 Ill 9,8 16,6 3,1 21,0 0,0 14,8 20,9 8,1 24,0 7,0

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Le bllan topocllmatlque de Ia grotte de Clofsnl 15 ... :::::;:: < i/( _ ..: ::::; 4,42 7,44 2,15 11,5 1,60 3,27 5,90 -1,18 17,0 1,31 1,76 5,32 -0,84 15,5 -8,0 2,11 1,88 6,09 -1,09 12,0 -8,0 4,76 2,09 8,85 1,42 17,0 -7,5 8,60 7,66 12,n 4,92 22,0 -2,0 (13, 12) 12,17 (18,46) (8,94) 25,0 1,5 (17,80) (17,80) (23,25) (13,60) 22,00 19,91 27,19 16,59 32,0 11,5 22,00 22,39 27,19 16,59 32,0 11,5 15,93 19,27 20,72 11,38 25,5 6,0 8,92 11,15 14,32 5,24 21,0 -4,0 0,55 1,47 6,08 -2,67 15,0 1 19 54 -1 17 I 1989 6,65 -3,45 II 3,67 2,22 9,79 -0,95 17,0 -7,0 Ill 7,52 6,39 12,94 3,27 23,0 -1,5 IV 12,33 11,78 17,60 7,20 24,0 2,0 v 13,66 12,02 18,42 8,10 27,0 3,5 VI (15,80) (14,23) (21,60) (11,00) 27,0 8,5 VII 19,75 18,69 25,19 13,90 30,5 10,0 VIII (17,99) (17,22) (23,11) (13,96) 28,0 10,0 IX 14,29 15,42 18,67 10,53 24,0 4,5 X 11,38 10,50 17,63 6,13 24,0 0,5 XI (6,58) 8,43 (10,91) (2,85) 24,0 -5,0 XII Note: Les valeurs entre parentheses sont calculees sur un nombre incomplet de donnees. moyennes decadaires sont restees constamment positives. En outre, les moyennes decadaires des temperatures minimales ont depasse a peine -2,5 C, quoique le minima absotu, enregistre au debut du fevrier 1990, ait ete de -7,0 c. Pour les valeurs maximales, celles.-ci ont ate superieures a 5 C si on se rapporte aux moyennes decadaires, et proches de 25 c si on se rapports aux valeurs absolues {23,5 C le 23 decembre 1989, done une temperature reellement estivate). Des deux saisons d'ete, celle de 1988 s'est caracterisee par des temperatures particulierement elevees. Durant l'intervalle juin-septembre, les moyennes decadaires ont varia entre 15,5 et 23,8 C, ce qui correspond a une temperature moyenne generate de 19,43 c. Les moyennes decadaires des temperatures minimales ont ate superieures a 10 c, pour un minimum absolu de 6,0 c enregistre au debut de septembre. Pour les temperatures maximales, on trouve des moyennes decadaires echelonnees entre 20 et 30 C, le maximum absolu atteignant 33,0 C dans Ia deuxieme decade d'aoOt. Les mois de juillet et d'aoOt ont ete d'ailleurs effectivement caniculaires, les temperatures diurnes depassant gene. ralement 25 C. En 1989, Ia saison estivate a ete plus moderee. Les moyennes thermiques decadaires ont ete maintenant inferieures a 22 C et celles mensuelles a 20 C, de sorte que Ia temperature moyennes pour toute Ia periode estivate a ete de 16,96 c, done de presque 2,5 C plus basse que celle de l'ete anterieur. Les moyennes decadaires des minima ont ete comprises entre 9,6 et 14,2 C, et celles des maxima entre 17,9 et

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16 HRYo 100 90 80 70 60 50 30 20 10 .. . etco/1 ,. .tc. 35 30 25 zo 15 10 5 0 5 -10 H T E H T ; i-'" moy. JFMAMJJASOND 1989 min. moy.

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Le bllsn topocllmstlque de Is grotte de Clopnl 17 XI 1987 81 94 68 95 38 I 1989 51 69 32 83 24 84 95 74 100 61 70 84 39 92 23 88 100 72 100 55 55 78 34 93 27 XII n 87 62 93 50 II 53 71 34 88 20 56 73 40 84 10 61 81 43 89 29 n Q oo I 1988 65 75 56 85 23 Ill 68 83 47 90 24 56 M Q 12 61 73 41 79 27 52 74 33 88 24 II 51 70 33 88 19 IV 62 82 44 92 29 63 73 48 80 23 81 45 90 30 56 71 87 23 67 85 47 89 37 Ill 47 65 29 78 9 v 53 71 34 n 19 70 83 52 go 45 51 70 36 80 23 IV 48 71 29 80 18 VI 67 79 46 87 28 53 71 35 80 17 67 82 45 88 40 63 25 70 19 57 78 42 86 36 v 53 70 35 80 26 lVII 45 74 35 87 27 74 44 78 229 57 75 38 82 31 VI VIII 55 46 VII 50 50 47 VIII 45 51 52 IX 56 59 66 73 66 69 68 69 65 70 74 76 76 37 30 32 33 28 27 33 33 33 40 79 n 80 n 80 75 82 85 84 83 28 21 27 I X 26 20 23 X 23 25 25 XI 28 26 69 65 64 62 83 80 811 78 49 45 34 44 86 87 87 91 37 28 19 30 X 55 64 79 72 78 47 33 47 86 81 85 20 XII 22 66 32 XI 62 73 n 79 79 48 37 52 82 88 87 22 11990 25 64 83 45 90 24 XII 52 73 33 80 23 1!11!:1!! 25,4 C tandis que les valeurs ont ate de 7,0 C et, respectivement, de 30,0 C. L'intervalle le plus chaud correspond aux deux premieres decades du mois de juillet. Un probleme particulier se pose lorsqu'on essaye d'etablir les limites entre les saisons au cours de l'annee. Dans notre etude, d'une telle delimitation est lie essentiellement a !'inversion saisonniere du II Ill 64 74 46 92 21 51 69 31 80 19 41 56 22 80 6 36 55 23 75 13 30 51 20 72 9 39 56 24 78 16 sens de Ia ventilation souterraine. Le' principal critere qu'on doit prendre done en consideration est le rapport entre Ia tempe rature externe et Ia temperature souterraine mesuree dans Ia zone a meroclimat de stabil i te car, tel qu'il a ete demontre (ANDRIEUX, 1969, RACOVITA, 1967), Ia densite de l air et, par consequent, Ia thermocirculatiori se trouvent principalement

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18 sous le contrOls du facteur thermique. On devra done considerer en principe que le sans de Ia ventilation souterraine ne change pas tant que le rapport en question ne s'inverse a son tour, ce qui n'est vrai que si on elimine toute autre influence possible et, en premier lieu, les variations de pression atmospherique. Las mesures montrent . que Ia temperature moyenne dans le meroclimat de stabilite est de l'ordre de 11 ,0 C. En Ia temperature externe devra 82 69 66 58 52 51 (49) (55) 49 48 56 63 66 61 56 59 (59) (68) (67) (57) (67) (66) (68) 84 65 64 55 50 49 50 49 51 61 66 57 59 64 49 (66) (67) (62) (65) (71) .{69). 59 47 D'autre part, les valeurs mensuelles de Ia temperature souterraine sent le resultat des mesures instantanees, en refletant Ia situation qui existe au moment ou elles ont eta effectuees et qui peut etre differente de cella correspondant au contexte meteorolo-G. Rscovl,. fit col/. etre constamment (y compris pour las minima et les maxima absolus) inferieure a cette valeur en regime d'hiver et superieure en regime d'ete. Or, las enregistrements thermometriques (Fig. 4) relevant que cette condition n'est pratiquement pas accomplie, parce que Ia temperature de reference 9e 11 C est trop souvent depassee par las maxima hivernaux et las minima estivaux de Ia temperature exteme. Pour cette raison, le critere defini ci-dessus ne peut etre applique d'une maniere absolue. 9 5 82 76 72 69 71 (68) (73) 68 68 75 n 78 78 n 77 (78) (84) (80) (76) (81) (83) (82) 67 54 72 53 53 40 34 33 (33) (37) 32 30 36 44 46 36 36 38 (40) (50) (46) (39) (47) (47) (52) 1 100 88 88 87 80 eo 79 80 82 85 86 88 80 95 93 90 92 90 88 87 87 87 91 92 78 23 20 12 24 37 28 27 28 19 30 gique caracteristique pour le mois en ques tion. Cette difference deviant importante sur tout pendant les periodes de transition d'une saison a I autre et elle est clairement mise en evidence par les mesures psychrometriques faites a l'exterieur (Tab. 6).

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Le bllsn topacllmstlque de Is grotte de C/o,an/ 19

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.-. 20 Compte tenu de ces aspects, on arrive a Ia conclusion que Ia saison hivemale prend fin dans tout les cas au mois de fevrier. Elle est suivie d'une periode de transition qui dura deux mois en 1988 et trois mois en 1989 et qui se caracterise par des oscillations frequentes de Ia temperature externe autour de Ia valeur de reference-: donnee par Ia temperature souterraine. La saison estivale se prolongs en generale jusqu'en octobre et fait remar-. quable ella est strictement delimitee, car au cours de l'automne il n'existe plus de transi tion vers Ia periode d'hiver. Depouniues de saisonniere, les variations de l'humidite relative de l'exte rieur sont moins importantes pour l'aerodyna mique de Ia grotte; en echange, elles constituent un facteur decisif dans Ia deter mination de l'evapo-condensation souter. raine et ne peuvent done etre aucunement negligees. Les valeurs hygrometriques (Tab. 4 et 5, Fig. 5) oscillent en moyerine autour de 5060%, pour des minima decadaires de l'ordre de 20% et des maxima generalement de 80%. L'evolution de ces valeurs durant les 29 mois de Ia periode prise en consideration n'est marquee que par deux moments distincts. Le premier est represents par l'humidite tres elevee qu'on a enregistree en novembre et dans les deux premiers tiers de decembre 1987, quand on a eu des moyennes decadaires comprises entre 77 et 88% et des maxima superieurs a 90%. Le second apparaTt a partir de Ia deuxieme decade de fevrier 1990 et se caracterise, au contraire, par des valeurs particulierement faibles, les moyennes decadaires s'abaissant au-dessous de 50% et les minima marne au-dessous de 1 0%. : 4. REGIME DE VENTILATION DE LAGROTTE Les observations directes, de meme que les mesures psychrometriques ont montre que Ia Grotte de est siege d'une aerodynamique complexe. Nous allons Ia presenter des maintenant dans son ensemble, devanyant ainsi certains aspects lies a Ia therrno-hygrometrie souterraine mais G. lfBCOvlll itt coli en : facilitant en echange l'analyse des parametres topoclimatiques. La composante principale de Ia thermocirculation est representee par une ventilation bidirectionnelle permanents, dont !'existence pouvait etre deduite en dehors de toute mesure, en se basant uniquement sur Ia morphologie de Ia cavite, car il s'agit d'une grotte a une seule ouverture et a developpement horizontal (ANDAIEUX, --1971, RACOVITA, 1975). Mais ce que cette morphologie ne laisse pas a soupyonner c'est !'existence d'une deuxieme campo sante, representee par une uni. directionnelle qui peut etre decelee tant d ans Ia Galerie des Laboratoires que dans Ia Galerie M. Ghica. La vitesse des courants d'air y est extremement faible, inferieure a Ia sensibilite ordinaire d'un anemometre a palettes; mais des experiences faites a l'aide de Ia fumee ont pu mettre en evidence non seulement leur presence en divers points des deux galeries, mais aussi !'inversion saisonniere du sens de cette ventilation unidirectionnelle. On doit done conclure que les extremites du reseau souterrain, fermees par concretionnement, ne sont pas tout a fait impermeables pour les echanges aero dynamiques avec l'exterieur. Une visite faite le 25 mai 1988 dans Ia Pestera-aven din Cioaca cu Brebenei nous a prouve d'ailleurs que cette cavite dont nous avons deja parle au sujet de ses possibles rapports topographiques avec Ia Galerie M. Ghica de Ia est elle aussi parcourue par des courants d'air, saisissables marne dans ses parties profondes. L'observation infirme !'opinion qu'on avait exprimee a l'egard de l'etat dynamique de !'atmosphere de cette cavite (BLEAHU et coli., 1976) et releve l'utilite d'une etude topoclimatique plus approfondie qui devrait y etre entreprise. Comme nous l'avons deja avance, I' element le plus pregnant dans Ia thermocirculation specifique a .Ia Grotte de reste Ia ventilation bidirectionnelle et c'est sur ses conse quences que portera principalement notre analyse. Se realisant a travers l'entree de Ia grotte, qui fonctionne au niveau de !'ensemble du reseau souterrain en tant

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Le bllsn topoc/lmstlque dels grotte de C/o,IHII qu'ouverture inferieure, Ia ventilation bidirec tionnelle affecte en premier lieu le secteur vestibulaire de Ia cavite, ou ella determine l'etablissement d'un meroclimat de perturbation bien distinct du meroclimat de stabilite dans Ia majeure partie de Ia cavite. Par suite des dimensions plutot modestes de I' entree mais aussi du secteur vestibulaire, Ia cellule de convection generee par ce genre de ventilation a une extension parti culierement faible, de l'ordre d'une cinquan taine de metres. Certainement, sa limite n'est pas rigide, mais comporte des fluctuations plus ou moins importantes en fonction soit des saisons, soit du parametre topo climatique utilise comma critere de deli mitation entre les deux zones mere climatiques. t.t "C z 0 z _, -6 8 -10 12 10 8 6 I. 2 0 -2 H T E I H I T I E T Aj t._ .a f -"' @ J lA I I I 1-vl I I .. iiI iii t iII i it IiI i I I i 1988 1SI8V Le fait que le ventilation bidirectionnelle detient le poids le plus important dans le contexte topoclimatique de Ia Grotte de est mis d'emblee en evidence par les mesures thermometriques faites a !'entree 21 de Ia cavite. Comparees a Ia temperature exteme, les donnees foumies par cas montrent un antagonisme bien entre le niveau du plancher et celui de Ia voOte. On constate, en que Ia difference entre Ia temperature exteme et Ia temperature de !'entree diminue jusqu'a devenir negligeable au cours de l'hiver si on se rapporte au niveau du plancher et pendant l'ete si on se refere a celui de Ia voOte (Fig. 6), done justement durant les intervalles quand l'air de l'exterieur pEmetre dans Ia grotte a l'un ou l'autre de ces deux niveaux, en conformite avec une ventilation de type La validite de cette observation se verifie par Ia signification statistique qu'on peut accorder a Ia correlation entre Ia temperature externe et cella de I' entree (Fig. 7). En regime d'hiver, le coefficient de correlation lineaire n'est que de 0,13 et done non significatif pour les temperatures mesurees au niveau de Ia voOte, mais s'approche de sa valeur maximum (r = 0,99) pour les temperatures prises pres du plancher, niveau auquel l'air exteme donne naissance a Ia branche froide de Ia cellule de convection. En regime d'ete, Ia situation s'inverse et Ia correlation deviant significative pour les valeurs concernant le niveau de Ia voOte (r = 0,96), ou l'air exteme forme maintenant Ia branche chaude de Ia ventilation bidirectionnelle, tandis qu'au niveau du plancher on trouve un coefficient de correlation de 0,60, trop faible pour pouvoir lui accorder una signification statistique mais toutefois plus eleva que son correspondant pour le regime d'hiver, le plus probable comma suite de !'influence plus accentuee que le rayonnement exerce pendant cette saison sur l'air qui sort de Ia grotte. Notons que ces relations entre Ia temperature exteme et cella de !'entree sont tout a fait similaires a celles qu'on a etablies pour Ia Grotte de (RACOVITA & CRACIUN, 1970), cavite soumise de a une ventilation bidirectionnelle permanents et qui est bien ressemblante au point de vue topographique a Ia Grotte de Des details interessants concernant Ia maniere dent se realise Ia ventilation

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22 bidirectionnelle dans le secteur qui fait immediatement suite a l'entree peuvent etre detaches des deux sets saisonniers de mesures psychrometriques faites en reseau dense dans ce secteur. A Ia base des donnees fournies par ces mesures, nous avons trace les isothermes correspondantes G.' Ratio viii et col/. (car les valeurs thermometriques s'averent etre plus significatives que celles hygrometriques), en arrivant ainsi a des representations graphiques qui materialisent en quelque sorte _Ia topographie des courants d'air au niveau du plancher (Fig B et 9). tc 30 entree -4 -2 0 2 4 6 HIVER 1B 26 24 Z2 20 18 16 6 z 0 -2 En regtme d'hiver (pour une temperature externe de 1,7 C), quand a ce niveau se localise l'air froid qui entre dans Ia cavite, les isothermes mettent nettement en evidence !'intensification Ia circulation a partir de Ia premiere etroiture, ou est monte le grillage metallique qui ferme Ia grotte. Cette intensification est accompagnee d'un echauffement rapide .. de l'air, dont Ia temperature passe sur mains de 3 m de 2,0 C a 6,0 C. Dans les limites de sOrete imposees par Ia precision des mesures, on peut remarquer que, quoique tres brusque, l'echauffement n'est pas progressif, mais Z2 24 2D 28 30 tc exterieur s'accomplit en deux sauts plus importants (de 2,0 C a 4,0 C et de 5,0 C a 6,0 C), illustres par Ia densite differente des iso thermes Puis l'air se disperse : d'une part tres lentement vers le diverticula est du secteur vestibulaire, qui paralt le siege d'une cellule laterale de convection, car !'augmentation de Ia temperature n'est ici que de 1 ,0 C; d'autre part plus raidement vers le prolongement nord du secteur, ou on voit se produire un nouveau saut thermique (de 6,0 C a 6,6 C sur une distance de 0,5 m dans l'axe de Ia galerie). De cette maniere, au centre du vestibule apparalt une

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Le bllan topocl/mat/que de Ia grotte de Clo,anl zone calme, d'uniformite thermique, marquee par l'isotherme de 6,0 C. ENTREE En regime d'ete {pour une temperature externe de 24,8 C), Ia situation est tout a fait differente. L'air relativement plus froid qui sort maintenant de Ia grotte au niveau du plancher est plus concentre pour le debut dans l'axe longitudinal de Ia galerie, pour se disperser ensuite assez regulierement dans tout le secteur vestibulaire. Une convection laterale nalt cette fois-ci aussi dans le diverticula est, marquant un echauffement toujours de l'ordre de 1 c {de 12,0 c a 13,0 C), mais l'etroiture ou se trouve le grillage metallique n'a plus d'influence sur Ia configuration des isothermes. Ce n'est qu'apres l'avoir depassee que l'air s'echauffe brusquement et cet echauffement est vraisemblablement dO a l'insolatiori, parce qu'il est plus important a Ia proximite de Ia paroi nord, plus exposee au rayonnement qui penetre a travers l'ouverture de Ia grotte. 23 0 1 Zm En ce qui conceme Ia vitesse des courants d'air qui composent Ia ventilation bidirectionnelle, les essais de Ia determiner par mesures directes au niveau du grillage metallique a l'aide d'un anemometre a palettes ne nous permettent d'affirmer que cette vitesse est generalement inferieure a 0,5 m/s (0,32 m/s le 15 juillet 1988 au niveau de Ia voOte et 0,38 m/s le 28 novembre 1989 au niveau du plancher). II apparalt aussi que cette vitesse est plus grande pour Ia branche lmmergente que pour Ia branche emergente4 de Ia ventilation bidirectionnelle, 4 Dans 'intention d'aboutir a une tenninologie aussi simple mais aussi exacte que possible, nous proposons ces deux adjectifs pour definir salon le sens de leur deplacement les courants d'air qui se torment dans les cavites karstiques. lis ont l'avantage d'etre d'un emploi plus comode qu'une construction paraphrastique et, d'autre part,

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24 d'eliminer toute confusion possible. A ce demier egard, un excellent example nous est offert par Ia Grotte de Puisque I' entree fonctionne en tant qu'ouverture inferieure et Ia cavite est ,ascend ante" (y compris au point de vue hydrologique), on devrait denommer de ascendant le courant d'air froid qui entre l'hiver dans Ia grotte au niveau du plancher, et descendant celui d'air chaud qui en sort au voisinage de Ia voOte, c'est-a-dire d'une faQon exactement contraire a celle qui derive des lois physiques. Et cette contradiction se retrouve generalisee pour toute cavite .. emergente" (active ou fossile) a ventilation bidirectionnelle permanente. II est vrai que Ia forme substantivale des deux termes est tres usitee en hydrologie karstique, mais le sens figure des mots latins se trouvant a leur origine (emergere = sortir, lmmergere = penetrer) justifie pleinement leur utilisation dans le domains de Ia climatologie souterraine, tel qu'on a procede dans d'autres circonstances aussi (en optique, par exemple). G. Racovifl et col/. { 0 Zm indiferemment de Ia position celles-ci et, par consequent, de l'etat thermique des masses d'air qui les composent. A condition qu'il soit reel, ce phenomena demande une etude plus approfondie et basee sur des mesures de haute fidelite avant d'en preciser le determinisme; pour le moment, il suggere une consequence du fait que Ia branche immergente, dont les parametres thermohygrometriques sont d'habitude fort differents de ceux de !'atmosphere souterraine et qui a toujours des effets perturbateurs sur cette derniere, occupe une partie plus restreinte de Ia section transversale :de Ia galerie. Et, comme le debit des echanges aerodynamiques doit etre le dans les deux sens, Ia diminution de Ia s ection par laquelle se realise l'ecoulement de l'air peut etre compensee que par une augmentation de Ia vitesse.

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Le bllan topocllmstlque de Ia grotte de Clo,anl 5. TEMPERATURE DE L' AIR Les differences que Ia ventilation bidirectionnelle imprime au point de vue thermique entre le plancher et Ia voOte de l'eritree ne sont point limitees a cette section precise du profil de Ia cavite. on va done traiter separement pour . le niveau du plancher et pour celui de Ia voOte toutes les 't.,,, c 0 0 .0 ... 6 CJ 4 E H T E H 25 donnees therm6metriques se rapportant a !'atmosphere souterraine. Puisque les relations entre Ia temperature exterrie et cella de !'entree de Ia grotte ont ate deja passees en rewe, c'est cette demiere qui constituera Ia base de reference dans toutes les analyses qu'on va entreprendre sur les variations thermiques. T E T 1988 1989 1990

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26 Les valeurs mEmsuelles de Ia temperature de l'air prelevees au vois'inage du plancher sent presentees dans le tableau 6 et, pour l'alignement comprenant le secteur vestibulaire et Ia Galerie des Laboratoires, dans Ia Figure 10. L'examen de ces donnees nous conduits a deux remarques plus importantes. La premiere conceme Ia fait que les variaticms de Ia temperature sent en !ignes generales synchrones depuis !'entree et jusqu'a Ia station 6' (a Ia base de l'echelle metallique qui donne acces a Ia Galerie des Laboratoires), si !'amplitude de ces variations decrolt visiblement. Puis, a partir de Ia station 7', ce synchronisme disparalt et, en temps, !'amplitude tombe brusquement (de 1,7 C, I' amplitude moyenne annuelle s'abaisse a 0,7 C). Ces differences constituent !'expression evidente d'une limite meroclimatique, : dent Ia position est parfaitement concordante avec Ia morphologie souterraine. En effet, on doit admettre que l'etroiture qui se trouve apres Ia station 6' est un element qui s'oppose a une circulation de type bidirectionnel de l'air et que Ia cellule de convection se ferme devant cet obstacle; on peut done le considerer comme marquant !'extension maximum du meroclimat de perturbation genera par Ia ventilation bidirectionnelle. Par ailleurs, Ia etroiture peut etre depassee par le courant unidirectionnel, mais cerui-ci reste le seul a influencer les zones profondes et, comme sa vitesse est extremement faible, on voit s'y installer un meroclimat de stabilite. La seconde remarque est liee au domaine de variation des temperatures. En regime d'hiver, Ia branche immergente de Ia thermocirculation transporte de l'air froid et l'abaissement des temperatures souterraines au voisinage du plancher est theoriquement non limite, car il depend directement de l'ampleur des baisses de Ia temperature exteme. En regime d'ete, Ia branche emergente de Ia thermocirculation est formee ;:,de masses d;air ; se trou\tant en equUibre thermique avec Ia roche encaissante et I' augmentation. des temperatures est limitee en prlnclpe a Ia valeur caracteristique au meroclimat de stabilite En realite, cette G. Racovlfl et col/. valeur est legerement depas8ee a Ia proximite de Ia surface, ou interviennent les influences dues au rayonnement. En consequence, les courbes qui traduisent les variations thermiques au cours de l'annee montrent constamment un aplanissement des oscillations positives. .. F'. Les deux remarques sent naturellement valables pour l'alignement represents par Ia Galerie M. Ghica aussi (Tab. 6). Le seul detail qu'on doit preciser en plus conceme Ia limite extreme du meroclimat de perturbation. Elle coYncide avec l'extremite du couloir qui conduit a Ia galerie proprement dite, car les temperatures enregistrees a Ia station 6 sent encore soumises aux perturbations hivernales. Les donnees thermometriques concernant le niveau de Ia voOte (Tab. 7, Fig. 11) ne fournissent pas des informations supplementaires au sujet de Ia limite du meroclimat de perturbations, puisque le caractere synchrone des variations se conserve avec plus ou moins de rigueur jusqu'a Ia station 5. En revanche, elles apportent un complement tres utile a l'egard du sens dominant de ces variations. Par suite du fait que Ia branche emergente de Ia ventilation bidirectionnelle se place au voisinage de Ia voOte en periode hivernale, c'est durant cette saison que les courbes thermometriques sent a present aplanies ; leur configuration est done exactement !'inverse de celle obtenue au niveau du plancher. Cat antagonisms constltue une expression tout a fait caracteristique de Ia ventilation bidirectionnelle. Dans le contexte des elements precises ci-dessus, une remarque est indispensable: les limites meroclimatiques n'etant definies qu'a Ia base des donnees qu'on a pu enregistrer durant les deux cycles annuals, elles sent susceptibles de se modifier. En effet, nous avons souligne que les hivers compris dans ces cycles ont ete plutOt deux et, dans les conditions d'une saison hivernale normale et d'autant plus rigoureuse, on peut s'imagioer !'ex tension du meroclimat . de perturbation augmente, meme si cette augmentation n'est due qu'a !'intensification de Ia ventilation unidirectionnelle.

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Le bliatl'topocllmatlque de Ia grotte de Clo,anl 11.12.87 7,0 9,6 21.01.88 6,8 9,1 11.02.88 7,0 9,2 16.03.88 12,8 9,6 22.04.88 18,0 11,0 24.05.88 17,0 12,6 21.06.88 20,4 15,4 15.07.88 28,0 18,8 04.08.88 28,0 19,6 22.09.88 17,2 14,6 24.10.88 13,8 12,2 23.11.88 8,0 9,8 21.12.88 6,8 8,8 24.01 .89 6,6 9,4 23.02.89 7,6 9,0 22.03.89 18,2 11,2 14.04.89 10,4 10,4 07.05.89 10,8 10,6 15.06.89 19,0 13,6 25.07.89 24,0 17,0 25.08.89 24,8 18,0 27.09.89 20,8 15,8 24.10.89 20,4 15,0 23.11.89 8,4 10,6 20.12.89 14,0 10,5 23.01.90 9,6 8,8 20.02.90 14,0 10,0 27.03.90 1 1 Quai qu'll en soit, le parallelisme des CC)Urbes thermometriques montre que les variations externes se transmettent dans I' atmosphere sout"erraine avec beaucoup de promptitude. Evident pour les valeurs mensuelles, ce phlmomime se verifie aussi pour les donnees obtenues durant les deux cycles de 24 heures (Tab. 8), done au mains &n rapport avec Ia ventilation bidirectionnelle qui determine avec preponderance le meroclimat de perturbation. Le cycle correspondant au regime 'd'hiver a ete effectue dans les conditions d'une baisse progressive et de grande amplitude (de plus de 8 C) de Ia temperature exteme, et cette diminution se retrouve dans !'evolution des temperatures : souteitaines relevees au voisinage du plancher jusqu'a Ia station 5 (au Ia temperature passe de 11,0 c au debut du 9,8 11,0 11,4 9,2 9,7 10,0 11,0 9,4 9,6 10,2 11,2 9,6 9,6 10,0 11,4 9,8 9,6 10,2 11,0 11,2 10,2 10,6 11,2 12,0 10,6 11,2 11,4 16,8 11,2 11,2 11,2 17,0 11,8 12,0 11,4 11,6 12,0 12,0 11,2 11,6 11,6 12,0 11,4 9,6 9;6 10,6 10,8 9,4 9,6 10,4 11,0 9,2 9,4 9,9 11,0 9,0 9,2 10,0 10,9 10,2 9,8 10,4 11,4 10,0 9,8 10,0 10,8 10,2 10,2 10,4 11,6 12,6 10,8 10,6 11,4 14,2 11,4 11,2 11,0 15,6 : 12,0 11,6 11,0 14,2 12,0 11,8 11,2 13,2 11,6 11,8 11,2 10,6 10,6 10,8 10,8 10,6 10,4 10,6 11,2 9,4 9,8 10,6 11,6 9,4 9,4 10,2 11,2 9 0 1 11 cycle a 10,2 c a Ia fin de celui-ci) (Fig. 12). La forte oscillation negative de Ia temperature externe influence egalement les temperatures prises a Ia 0 voOte, mais Ia variation de celles-ci est loin de reproduire avec autant de fidelite Ia baisse de l'exterieur, son amplitude etant deja a Ia station 4 de seulement 0,6 C (Fig. 13). En regime d'ete, les temperatures souterraines conservent une remarquable constance au niveau du plancher sur toute Ia duree du cycle joumalier. Les influences extemes sont limitees strictement a l'entree de Ia grotte et traduisent seulement le refroidissement nocturne, car le maximum qui apparalt a Ia station 1 a 1 0 h est dO au rayonnement direct (Fig. 14). On doit toutefois noter que les mesures indiquent un Ieger abaissement de Ia temperature a Ia station 2 aussi, qui commence 'toujours a

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28 G. RacovltJ et coli. tC H t E H T E T 28 26 24 .22 18 .16 CD tC 14 20 12 18 10 16 14 16 14 10 . 10 r G) 10 'ojJ1F1M1A1M1J1J1A1S101N1DIJ1F1M1A1M1J1J1A1S101N10,J1F1M1 1988 1989 . partir de 1 0 h et dont I' amplitude attaint 0,6 c. Au niveau de Ia voOte (Fig. 15), les perturbations externes sont, par contre, beaucoup plus marquees et se propagent avec plus ou moins de regularites jusqu'a Ia station 4 5 Dans Ia cas des mesures faites au niveau de Ia voate, il a ate plus difficile de placer 1e psychrometre rigoureusement dans Ia position tors de chaque mesure, ce qui n'a pas reste sans consequences sur Ia correctitude des resuttats at peut constituer Ia cause de quelques desynchronisations qui apparaissent entre les courbes therrnometriques. La rapidite avec laquelle se manifestant les perturbations que les echanges aerodynamiques provoquent dans !'atmosphere souterraine trouve de mArne une preuve dans las enregistrements d'humidite relative faits a Ia station 2 en regime de transition. Nous avons extrait de ces enregistrements Ia sequence obtenue dans l'inte..Valle 27-30 mars (Fig. 16). Durant les trois premiers cycles journaliers, Ia temperature externe a oscille autour de Ia moyenne de 11 C qu'on trouve dans les zones profondes de Ia grotte. Or, on constate que, aux moments mAmas oO les

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Le bl/an topoc/lmatlque de Ia grotte de Clofanl .4 22 25.2 24 25.4 02 24.2 04 23.2 06 21.0 08 22.0 10 24.0 12 25.6 14 27.0 16 26.6 18 26.0 22 8.6 24 8.4 02 8.2 04 7.3 06 4.6 08 3.5 10 2.4 12 0.4 14 1.2 16 0.4 18 0.2 tc 9 Ext 8 7 6 s 4 3 2 6 @ :f 14,2 2,2 11,2 14,8 12,0 11,1 14,8 12,0 11,4 14,6 12,0 11,2 14,4 12,0 11,2 13,3 12,0 11,2 14,2 12,0 11,2 15,6 12,0 11,2 15,0 11,6 11,2 14,0 11,6 11,2 13,8 11,4 11,0 1 11 11 9,2 10,6 11,2 9,3 10,4 10,8 8,2 10,4 10,6 7,6 10,0 10,5 5,6 8,6 9,6 3,6 7,6 8,7 2,4 7,6 8,4 1,0 6,4 7,6 1,0 6,6 7,8 0,4 6,0 7,2 7 25-26 X 1988 ttf 10 22;:, ;::, 2;::14 ;::, ;::2 ;::, 4;::, ,;::6;::;::, 8;::, ;::, 10;::, ,;::12;::, ,;::,.;::4 .:::,;::6 ,;::;,.8;:::;,;::;20 10,8 11,0 10,6 10,6 10,8 10,8 10,6 10,6 10,8 10,6 10,6 11,0 11,0 11,0 10,9 10,5 10,3 10,0 9,6 9,8 9,4 tc 9 8 1 6 5 4 3 2 0 jj J'' Jto 29 10,6 10,4 10,8 28,0 19,6 17,0 11,8 10,6 10,4 10,8 25,2 19,2 15,2 11,8 10,6 10,4 10,8 25,4 19,0 15,4 12 0 10,4 10,2 10,6 24,2 19,0 15,0 11,8 10,4 10,2 10,6 23,8 18,2 14,8 11,6 10,4 10,2 10,6 21,2 18,2 15,0 11,6 10,4 10,2 10,6 22,6 17,6 15,2 11,6 10,4 10,2 10,6 24,0 18,2 16,4 12,0 10,4 10,2 10,4 26,2 19,8 16,4 12,0 10,4 10,2 10,4 27,0 19,6 16,6 12,2 10,4 10,2 10,6 26,6 19,6 16,6 12,0 1 27 1 1 11,0 10,1 12,8 11,4 10,8 10,4 10,6 10,6 12,8 12,6 11,4 10,8 10,4 10,6 10,2 12,6 12,4 11,4 10,8 10,4 10,6 10,6 12,4 12,3 11,4 10,6 10,4 10,6 10,8 12,4 12,0 11,4 10,6 10,4 10,6 10,6 11,8 11,6 11,2 10,6 10,4 10,6 10,2 11,8 11,3 11,2 10,5 10,4 10,6 10,2 11,8 11,3 1 1,2 10,4 10,4 10,6 10,0 11,7 11,3 11,0 10,4 10,4 10,6 10,2 11,6 11,2 11,0 1 10,6 11 11 temperatures diumes depassent cette valeur de reference, l'humidite souterraine enre gistree au niveau de Ia voOte tombe brusquement, ce qui demontre !'inversion presque instantanee du sens de Ia thermocirculation. Puis le phenomena se repete, mais de maniere opposee, lorsque Ia temperature externe s'abaisse vers le soir au-dessous de Ia valeur de reference. La derniere partie de !'enregistrement (a partir du 30 mars) sert de terme de comparaison, car aile montre que las perturbations hygrometriques sent permanentes tant que Ia temperature exteme reste superieure a celle souterraine

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tc a 7 6 : 10 tc 28 .. Z7 26 25 2ft 23 zz 21 Ext. 25 X 1988 l:. 11 @ *'i'i' I'A'6't'6'i'i'i'i 4 VUI1988 : tc 28 27 26 25 24 23 .,. Z2 . 21 l11 16 15 14 f _________ _,,...-------HE tc 4 Vlll1988 28 27 26 25 24 23 22 21 :r @2 ... 11 E F : f ___;, ____ _:::: ] ; n [ @ J1o 10 [ et, par consequent, qu'aucun changement n'intervient dans Ia ventilation de Ia grotte. Dans leur ensemble, toutes les observations faites dans Ia Grotte de au sujet du fait que les variations de Ia temperature exteme se transmettent sans retard saisissable a l'interieur de Ia cavite sorit en accord avec les conclusions des etudes climatologiques entreprises dans Ia glaciine de (RACOVITA, 1 967), dans Ia Grotte de (RACOVITA & CRACIUN, 1970), dans Ia Grotte de Valea (RACOVITA & COCEAN, 1977) et dans Ia Grotte de Fata Apei (RACOVITA & CRACIUN, 1981)

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Le bllsn .topoc/lmstlque de Is grotte de Clo,snl 31 30-:GJ 7 -' ,. -,,. ,, .'. : _,: ' -\:: j f oo 'l "1." 11 j 6 10 r; 16 II lC .'} i ) E 6 C 11" 10 M "i: / > /0 1." ,. ' '! r Wfi I I I H ( M A:. T]7"f;,. ;,.. _! I I I i 'I I , I T I! j ! ; I IMI/11"1 -h'fl I i i I : i ,, _i_ j I G (} i I i I I I I I I i I j i i I : : ! l a i n i ',.,:n : : i : .. \ I i i, I I : : T I ; \ 1 3 I \ I \ ; '. i i ' i i I I \ I. '' '' : : .. I,, 1 \ 1 1 I \ 1 ? i n i I \ 1 T T 1 \ 1 ; ?nl 1 ; I 'I I \ i l l 1 \11\\1\\11 I I \ illlll \iiI .. I I i \ \ I.;\ I 1 \ 1 1 1 \nl I \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ 1 \ \ "\ I \; \ \\' \ \ \ \ 1 \\\ \ -\\\\ 11 \\l\,\\ \ \ \ \ \ '. \ re1J.{/U{! 'flu'V>'rfi)y \ \ \ \ \ \ n \ \ \ \ \ \ \ 7Umi,OI\e ef! \ I \ n\ o \ .. ,, ; c'est-a-dire dans appartenant a des types topoclimatiques bien differents. Mais, d'autre part, ces observatio -ns infirment !'interpretation que CHOPPY (1981) a donne a Ia serie de mesures entreprises onze annees de suite dans Ia grotte .. Constantino Doria" d'ltalie, car cet auteur. accuse un moyen de 1 .! mois pour les minima et de 3 mois pour les maxima les temperatures exterries et celles souterraines, en proposant .. d'admettre que le retard est en relation avec le temps mis par l'air pour cheminer dans Ia grotte" .. f;..: .. . }r :: Essayons de voir qual est le resultat ,C\uque..t nous conduit un calcul simple. Dans ,la_,GrQtte .. c. Doria", Ia distance que l'air doit pa rcourir entre Ia surface et le point de station par rapport auquel a ete estime le retard en: question est de l'ordre de 90 m. Pour aboutir au decalage le plus faible, celui de Ia periode hivernale, le courant d'air devrait avoir -en negligeant tout autre facteur qui. puisse intervenir une vitesse inferieure a 0,025 mm/s; or Choppy parle d'un .. Ieger courant d'air filtrant au travers l'eboulis" qui ferme l'extremite ouest de Ia caverne. Dans le cas de Ia Grotte de a une vitesse moyenne de ventilation de l'ordre de 0,15 m/s, I' air met 5 minutes pour parcourir les 45 m jusqu'a Ia limite du meroclimat de perturbation. II est done evident que, sauf le cas des reseaux karstiques de tres grand developpement et ayant une ventilation unidirectionnelle, on ne peut pas accepter un retard lie a Ia

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'. 32 ventilation, tel que CHOPPY (1984) le en reprenant le marne problema. II n'y a pas de doute en ce que le decalage qui apparalt dans Ia Grotte c. Dona entre les maxima ou les minima extemes et souterraines soit reel. Mais I' explication en est differente. Cette grotte est un piege a air froid, semblable ace point de vue a Ia grotte glaciere de (Roumanie), quoique son regime de ventilatioon comporte certaines particularites. Dans ce type de cavites a ventilation bidirectionnelle intermittente, Ia temperature souterraine s'abaisse tant que Ia temperature externe lui est inferieure et augmente tant que cette temperature lui est superieure (cette fois-ci par suite des echanges energetiques avec Ia roche encaissante), done marne apres le passage des minima et, respectivement, des maxima thermiques a Ia surface. Par consequent, il est inutile de chercher des rapports de correlation directe entre les temperatures extrames de l'interieur d'une part et de l'atmosphine souterraine d'autre part. Dans Ia grotte de (ou un nouveau programme d'etudes tope climatiques, d'une duree d'au mains onze annees, a ate initie a partir de 1982), cette consequence d'une thermocirculation parti culiere a pu atre maintes fois verifiee; !'opinion de VIEHMANN (1973), qui parte lui aussi de retards dans Ia propagation des influences extemes, n'a done aucune base objective. 5.1. ETUDE DES GRADIENTS THERMIQUES . 5. 1. 1 Gradients thermiques longitudinaux Nous allons analyser en ce qui suit Ia distribution des moyennes thermometriques annuelles et saisonnieres le long du cavemement (Tab. 6 et 7) c'est-a-dire en fonction de Ia distance rapportee a !'entree de Ia grotte. Cette analyse sera faite separement pour le niveau du plancher et pour celui de Ia voOte, puisqu'il s'agit de variations liees a des courants d'air differents. Par ailleurs, ella envisagera separement les deux alignements correspondant a Ia Galerie M. Ghica et, respectivement, a Ia Galerie des Laboratoires, quoique Ia configuration des G. Racovifj et t:ol/. gradients qui s'y constituent depende en premier lieu des valeurs du secteur vestibulaire, qui en est commun. Son instrument de base consiste dans le choix des courbes fonctionnelles qui peuvent atre adaptees avec le plus haut degre de signification statistique a Ia distribution des valeurs reelles. Cette methode a l'avantage de foumir I' expression synthetique (y compris au point de vue quantitatif) des gradients thermiques en tant que parametres caracteristiques du topoclimat souterrain et, en marne temps, de relever Ia differenciation des zones meroclimatiques ..:(RACOVITA, 1984). Nous avons accepte une separation de .telles zones chaque fois qu'on a obtenu uri rapport de correlation plus grand pour les courbes partielles que pour Ia courbe globale. Ce parametre statistique a ate prefere par suite du fait que, generalement, il s'agit de correlations non lineaires. Sa formula de calcul est (STEINBACH, 1961) : (1) avec: Yt = ordonnees theoriques, dent Ia grandeur s'obtient a partir de !'equation numerique de Ia courbe fonctionnelle. Notons encore que ce parametre ne tient pas compte du nombre des valeurs. Examinons d'abord les gradients thernil ques qui prennent naissance au riiveau du planctier. Pour l'alignement comprenant Ia Galerie M. Ghica, Ia distribution des moyennes annuelles suit une courbe hyperbolique renversee, asymptote a l'ordonnee de 11 ,2 C (Fig. 17) qui est Ia temperature maximum enregistree dans Ia zone de stabilite meroclimatique. Son equation est: (11 ,20 -t)d = 20,58 {2) Ce modele ne reproduit qu'imparfai tement le phenomena reel, parce qu'il ne definit aucune valeur theorique pour Ia temperature de !'entree (pour d = 0, t = oo). II reste pourtant le plus adequat pour Ia

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Le bllan topot:l/matlque de Ia grotte de C/o,an/ distribution des moyennes thermiques, en illustrant tant Ia variation rapide de Ia temperature sur seulement quelques dizaines de metres r apres: l'entree, que l'uniformite thermique tres marquee qui se conserve tout le long de Ia Galerie M. Ghica. Par ailleurs, !'hyperbole renversee montre que, dans le secteur vestibulaire de Ia grotte, les temperatures hivernales ont un poids P T 11 10 33 plus grand que celles estivales dans l'etablissement des moyenne5 annuelles, car il y a augmentation avec Ia distance de ces dernieres. Cette particularite du gradient thermique est en concordance : avec le fait qu'au niveau du plancher il n'y a pas de perturbations qu'en periode hivemale, lorsque Ia ventilation est immergente . ,. s (11.20 -t)d = 20.58 9 8 0 50 100 150 1 3 5 6 7 6 9 : En ce qui concerne l'individualisation des zones meroclimatiques, les tests sta tistiques menent a Ia conclusion que Ia meilleure solution est de fractionner le meroclimat de perturbation en deux sous zones: une a meroclimat de perturbation en seris strict, l'autre de trar'Sition vers le meroclir:nat de stabilite. La premiere s'etend jusqu'a Ia station 4 inclusivement, en comprenant le vestibule proprement dit de Ia grotte, et se caracterise par une hi:lUsse rap ide de Ia temperature selon Ia fonction parabolique: ,, -. t = 0,00417d20,0131 d + 8,80 (3) 200 250 300 350 400 m 10 11 12 La second a correspond au couloir d'acces vers Ia Galerie M.Gh i ca et dans ses limites Ia temperature c6ntinue a augmenter; mais, com me elle ne renferme que deux points de station, il n'est possible d'en tracer qu'un courbe empirique en tenant aussi compte des valeurs avoisinantes. Dans le nieroclimat de stabilite, Ia moyenne annuelle est de 11 1 C dans to us les points de station On devrait done trace( une droite parallele a !'abscise, mais nous y avons renonce pour ne pas trop charger Ia figure. Cette valeur donne lieu a quelques .. commentaires lorsqu'on Ia compare a Ia temperature moyenne annuelle de

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34 l'exterieur. Las enregistrements faits abri au voisinage de (qui sent preferables aux mesures psychrometriques instantanees) donnent pour cette derniere una valeur generale de 1 0,35 c, legerement inferieure a Ia moyenne souterraine. On pourrait done dire que Ia Galerie M. Ghica tend a accumuler de l'air chaud, affirmation qui est en accord avec Ia morphologie tC p 12 11 10 9 8 7 souterraine puisqu'il s'agit du niveau superieur du reseau karstique, mais qui est par ailleurs sujet a caution. En effet, nous manquons d'information a longue echeance sur Ia meteorologie regionale at, dans cas circonstances, il nous est difficile de savoir en quelle mesure las deux cycles annuals de mesures s'ecartent de Ia normale, d'autant plus q u'ils ont compris des hivers (joux. s 6 (11,20-t)d= 41.925 5 4 3 2 0 50 100 150 1 3 5 6 7 8 9 : .. :. La distribution des temperatures moyennes hivernales ne change pas d'allure (Fig. 18). L'equation de Ia courbe hyperbolique s'ecrit maintenant: (11 ,20-t)d= 41,925 (4) et Ia valeur accrue de Ia constante k de cette equation quantifie les differences qu'introduisent las temperatures plus basses enregistrees dans les premieres stations. E n revanche, cas temperatures s'ordonnent de maniere a n'accepter plus de subdivision dans le nieroclimat de perturbation, qui conserve !'extension etablie selon Ia 200 250 300 350 400m 10 11 12 . morphologie de Ia cavite, mais releve una autre loi pour !'augmentation thermique. Cette loi se traduit par una courbe logarithmique correspondant a .. t = 7,05 log 0,8992 d (5) . qui met en evidence J'echauffement de plus en plus lent de l'air qui compose Ia courant immergent. Quant au meroclimat de stabilite, las moyennes hivernales restent inchangees (Tab. 6). L'inversion du sans de Ia ventilation entraine une configuration tout a fait originelle du gradient thermique estival.

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bllan topocllmatlque de Ia grotte de Clo!plnl . .. . toe 74 p T s I 13 f I I 12 I I t 11 \ ....... : 10 9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 m Cons idere au niveau done . pour I' ensemble Clu cavernement, le set de donnees suggere une courbe hyperbolique normale (Fig. 19), mais un tel modele ne peut y etre adapte avec un degre acceptable de signification statistique. II nous reste done a etablir les courbes partielles correspondant aux zones meroclimatiques. La temperature decrolt depuis !'entree jusqu'a Ia station 4, puis aug mente legerement jusqu'a atteindre Ia valeur d'equilibre (Tab. 6). Aussi, on est amene a departager les trois mAmes zones qu'on a definies salon Ia distribution deS. moyennes annuelles, : c'est-a-dire un meroclimat de perturbation, un meroclimat de transition et un meroclimat :de stabilite. De celles-ci, ce n'est que pour Ia premiere qu'on peut calculer un modele theorique. II est represents par une cour'be logarithniique ayant pour equation: -. -... i ,., ... f ; .:'' ":.:.' 78 .....;1,;_4_6_1_0_7. og d (6) ...... Le fait qu'aux stations 3-6 on trouve des moyennes estivates inferieures de 0,2 0,4 C a Ia temperature de Ia zone profonde qui paralt aberrant dans le contexte d'une ventilation emergente est visiblement dO aux valeurs enregistrees dans ces points au debut de l'ete, qui portent l'empreinte des perturbations hivernales. Notons, de mArne, qu'une telle difference se conserve constamment aux stations 4 et 6 (Tab. 6), probablement en liaison avec certains details de Ia topographie des eourants d'air sur lesquels on manque d'information. Les gradients thermiques constitues le long de l'alignement correspondant a Ia Galerie des Laboratoires presentent quelques particularites que nous allons passer brievement en revue: Une premiere difference conceme Ia distribution des moyennes annuelles au niveau du plancher, qui se realise a present salon une loi exponentielle (Fig. 20 A), dont !'equation est: ., -t=11,0-2,13,9783d (7)

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toe 12 p s 11 10 9 t = 11,0-2,13.0,9783 d 8 0 50 100 150 1 3 5'' 7' 8' 9' 10' et qui releve une distinction moins nette au point de vue thermique entre le secteur vestibulaire et les parties profondes de Ia galerie. Par ailleurs, Ia zonation meroclimatique est plus simple, car le meroclimat de perturbation n'impose plus de subdivisions. L'augmentation de temperature qui y represents le trait specifique est ella aussi de type exponential, pouvant atre quantifies par I' equation: t = 8,68 1 ,0057d (8) mais seulement jusqu'a Ia station 5'. Dans le meroclimat de stabilite on n'en retrouve plus Ia parfaite homogeneite thermique qui regne dans Ia Galerie M. Ghica; a partir de Ia station 6', les valeurs marquant une Iegere hausse, mais diminuent de nouveau a Ia station 1 0', et ceci d'une fa9on si constante qu'il ne peut pas s'agir de variations aleatoires. Par consequent, le modele theorique le plus approprie est une parabola de Ia forme: 200m G. Rscovll' etjo}l.' tC 15 I 14 I 13 I I 12 I l 11 ' 10 I sb I 1som 0 100 1 3 9' t = -0,000156ci2 + 0,0362d + 8,851 (9) La moyenne generate des temperatures annuelles dans Ia zone de stabilite de Ia Galerie des Laboratoires (stations 7'-10') est 10,670 C, done d'environ 0,40 C inferieure a cella de Ia Galerie M. Ghica et, compte tenu de Ia precision des mesures, pratiquement egale a cella de l'exterieur. Le fait que Ia partie superieure du reseau karstique a accumule de l'air chaud paraTt trouver ainsi una confirmation . En periode hivemale, le gradient thermique forme le long de Ia Galerie des Laboratoires est identique au point de vue qualitatif a celui de Ia Galerie M. Ghica, dans le sans qu'on y retrouve : exactement las mames types de courbes modelant tant !'ensemble des valeurs, que callas qui se rapportent au meroclimat de perturbation 21 A). Dans le premier cas, l'equation de I' hyperbole globale est: (11 ,00 -t)d = 42,60 (10)

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Le bllan topocllmstlque de Is grotte de C/ofsnl Ia courbe e t ant asymptote a une ordonnee inferieure de 0,20 C, mais Ia const ant e k pratiquement egal a celle de !'equation (4) indique le mArne taux general d'echauffement de I' air immergent. Dans le second cas, !'equation de Ia courbe logarithmique le long de laquelle s'ordonnent les moyennes thermiques dans le meroclimat de perturba tion s'ecrit: tC 11 p s 10 9 B 7 .; . J 6 5 .. ... 4 (11,0 -t)d = 42,60 3 2 toe 14 13 12 11 10 9 100 150 200m 9' 10' Une remarquable similarite apparalt entre les deux alignements en regime estival aussi. Elle se traduit en premier lieu par l'impossibilite toujours manifeste de tracer une courbe globale avec un degre satisfaisant de signification statistique, mais egalement par Ia fonction logarithmique qui reproduit Ia distribution des temperatures sur toute l'etendue de I a zone de perturbation (Fig. 21 B); cette fonction a Ia forme: t-139log8 45"108 d (12) t = 6,20 log 1 1683 d {11) avec un coefficient a plus grand que celui de Ia relation (5), ce qui est inflexion plus accentuee de cettecourbe. Toutes ces differences d'o rdre purement quantitatif sont le des temperatures plus faibles enregistrees dans Ia Galerie des Laboratoires. p s I r I ' \ ,.-.... ,. /. 0 50 100 150 200m 1 3 "'S' 6' 7' 8' 9' 10' et, par comparaison a !'equation (6}, montre des differences peu importantes, ce qui est normal si on tient compte que les valeurs sont pour Ia plupart les memes. Dans le meroclimat de stabilite, on retrouve le modele parabolique etabli pour les moyennes annuelles, avec des coefficients numeriques pratiquement iflchanges: t = -0,000168cJ2 + 0,0382d + 8,843 {13) . Mais, mieux que dans le cas des moyennes annuelles, ce modele parabolique montre que le secteur de debut de Ia Galerie des Laboratoires, limite par l'etroiture

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. 38" d'au-dela de Ia station 6' (ou, tout au plus, par le barrage que les blocs rocheux ferment apres Ia station 7'), retier)t dans une certaine mesure l'air froid vehicule par le courant immergent hivemal, et Ia morphologie de Ia galerie ne peut que renforcer cette idee. En recap_itulant, il apparait que Ia distribution le long des deux alignements des moyennes arinuelles de Ia temperature de l'air au voisinage du plancher est analogue seulement a celle des moyennes hivernales, ceci etant Ia consequence immediate du fait que, a ce niveau, les perturbations externes dues au courant immergent sont limitees a Ia saison froide. Pour le niveau de Ia voOte, le nombre beaucoup plus petit de mesures rend mois significatif le modelage mathematique des toe 72 11 10 9 t = 1,41log 4,725 d 8 7 6 0 50 100 150m 1 3 9' G. RacovlfiJ et coiL gradients thermiques, mais ce genre d'analyse reste toujours possible. La variation en fonction de Ia distance des moyennes annuelles s'approche d'un modele hyperbolique (Fig. 20 B), mais le calcul montre que ce modele est statistiquement inacceptable, ml!me en eliminant Ia valeur visiblement aberrante de Ia station 4 ou tel que nous l'avons deja precise -les mesures n'ont pu faites qu'a une certaines distance de Ia voOte. Restreinte au meroclimat de perturbation (stations 1-4), cette variation est conforme a Ia fonction exponentielle decroissante: t = 14,83. 1,0234-d (14) Des modeles globaux peuvent definis en revanche dans le cas des gradients saisonniers. tC 21 p s 20 19 18 17 (t -11,0)d = 25,87 16 15 14 .. .: 13 12 11 10 0 50 700 150m 1 3 9'

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Le bllsn ; topot:llmlltlque de/a grotte de Clofsnl En regime d'hiver (Fig. 22 A), un tel modele correspond a Ia fonction logarithmique: t = 1,41 log 4,72 d (15) par rapport a laquelle l'ecart des valeurs reelles est si faible qu'il ne justitia plus une separation en zones meroclimatiques. Ce fait est en accord avec le sans emergent du courant d'air. En periode d'ete, le gradient thermique s'inverse et change aussi de configuration, Ia courbe Ia. plus adequate etant cette fois-ci une hyperbole normale asymptote a Ia temperature generate d'equilibre (Fig. 22 B); son equation (t 11 ,00) d = 25,87 (16) Pour le meroclimat de perturbation, on retrouve un gradient similaire a celui donne par les moyennes annuelles, done de facture exponentielle, mais avec un taux plus grand d'abaissement de Ia temperature, mis en evidence par les valeurs a leur tour plus grandes de !'equation numerique; celle-ci a -f= 20,74 1 ,o42o-d (17) Le tableau d'ensemble dent nous disposons a ce moment sur Ia distribution spatiale des temperatures dans Ia Grotte de met en evidence un fait particulierement important, a savoir que cette distribution change d'allure en fonction d'une part des saisons (ce qui represents un phenomena general) et d'autre part du niveau auquel nous nous rapportons (ce qui est une consequence directe de Ia ventilation bidirectionnelle). II s'ensuit que ce sent seulement les gradients saisonniers qui refletent une realite physique, alors que ,Ia distribution des inoyennes annuelles" reste une notion purement theorique. En effet, comma I' inversion saisonniere de Ia thermocirculation souterraine est une regie generate, le ,gradienr' annuel ne constitue que Ia resultante de Ia superposition des gradients saisonniers, dent Ia configuration est souvent et toujours differente. Malgre ce la, le gradient thermique annual est un element auquel on a fait couramment appal pour caracteriser d'une maniere synthetique le topocllmat des grottes. En partant des echanges que l'air qui penetre dans une cavite (done dans le cas d'une ventilation immergente) a avec Ia roche encaissante, CHOPPY (1984) donne Ia relation theorique qui doit exister entre Ia temperature et Ia distance de I' entree, qui est une fonction exponentielle: (18) dans laquelle: tp = temperature de Ia paroi et t., = temperature a l'entree (temperature exteme )6 ; ; Cette relation ne se verifie pas constamment en pratique, car l'heterogeneite de Ia morpho Iogie souterraine et, en du regime de ventilation des grottes est beaucoup trop grande pour que les gradients thermiques puissant circonscrits dans un modele unique. En nous bornant aux seules grottes de Roumanie, nous rappelons que Ia distribution des moyennes thermiques annuelles repond a une courbe exponentielle renversee dans Ia Grotte de Vadu-Crifului (RACOVITA & CRACIUN, 1970) et dans Ia Grotte de Valea (RACOVITA & COCEAN, 1975)1, a une courbe exponentielle croissante dans Ia Grotte de Fata Apei (RACOVITA & CRACIUN, 1981) a une courbe parabolique dans Ia Grotte de Scarifoara (donnees non publiees) et a une courbe complexe dans Ia Grotte de vtrtop (RUSDEA, 1985); quant a Ia Grotte de nous avons vu qu'il d'une courbe hyperbolique (en nous referant aux mesures faites au niveau du plancher, comme dans tous les autres cas), determines par !'extension reduite du meroclimat de perturbation. On est done amene a considerer que des lois generales ne peuvent etre etablies que pour chaque type topoclirnatique majeur : de 6 Dans una forme tres semblable, cette to 'rmule a ate etablie par SCHOEU.ER (1962) at discutee en detail par ANDRIEUX (1971 b). 7 Ce type de courbe est le seul a confinner le modele theorique, dont Ia sans de variation depend du rapport existant entre t9 at tp (ANDRIEUX, 1971 b) .

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8 8,0 8,8 9,1 9,3 -6,9 7,7 9,2 -' 8,7 9,1 9,4 9,6 -8,7 9,1 9,4 9,6 -11,0 11,0 11,0 11,1 8,3 9,1 9,2 9,5 -8,3 9,1 9,4 -9,3 9,5 9,6 9,6 -9,8 9,8 10,0 10,4 -10,9 10,9 10,9 10,9 7,7 8,7 9,2 9,2 9,2 8,2 8,7 9,1 9,1 8,6 9,2 9,4 9,6 9,7 9,5 9,5 9,8 10;0 10,2 11,0 11,0 11,0 11,0 11,1 9,2 9,7 10,2 10,6 10,6 9,3 9,5 9,6 10,3 9,5 9,7 9,8 9,9 9,9 9,8 9,9 10,1 10,3 10,3 10,9 10,9 10,9 11,0 11,0 10,5 10,6 11,4 12,3 12,7 10,5 10,5 10,6 12,0 10,1 10,4 10,4 10,3 10,2 10,2 10,2 10,2 10,4 10,7 11,1 11,1 11,1 11,1 11,1 11,0 11,1 11,6 12,6 12,7 10,0 10,7 11,1 11,9 10,8 10,8 10,9 10,9 11,1 10,7 10,7 10,9 10,9 11,7 11,1 11,1 11,1 11,1 11,4 11,1 12,0 15,1 18,0 19,1 11,6 11,7 12,5 15,9 11,0 11,0 1.1,2 11,4 11,8 10,7 10,8 11,0 11,2 11,8 11,1 11,1 11,1 11,1 11,3 12,7 13,6 15,5 18,1 18,6 12,4 12,7 13,6 17,1 11;3 11,3 11,4 11,8 12,5 11,2 11,2 11,4 11,8 12,8 11,1 11,1 11,1 11,1 11,1 12,1 12,6 13,4 13,9 14,1 12,0 12,1 12,6 13,8 11' 1 11,1 11,3 11,6 12,0 11,2 11,2 11,5 11,7 11,8 10,9 10,9 10,9 10,9 10,9 5,5 9,3 11,0 11,3 12,3 7,9 9,6 11,0 11,5 10,2 10,8 10,9 11,1 11,0 11,0 11,0 11,1 11,4 11,0 11,0 11,0 11,1 11,1 3,9 7,9 9,6 9,8 10,3 5,3 7,8 9,5 9,9 7,9 9,1 9,6 9,8 10,0 10,0 10,0 10,2 10,4 10,9 11,3 11,3 11,3 11,3 11,5 6,4 8,5 9,0 10,3 10,4 6,2 8,1 8,8 9,4 7,8 9,0 9,3 9,5 9,8 9,7 -.9,8 10,0 10,3 10,6 11,0 11,0 11,0 11,1 11,2 5,3 7,7 8,5 8,8 8,8 6,0 8,1 8,8 8,9 7,5 8,8 9,1 9,2 9,5 9,5 9,6 9,7 10,0 10,2 10,9 10,9 10,9 10,9 10,9 7,2 8,0 8,3 8,4 8,7 7,8 8,3 8,4 9,0 8,8 9,1 9,2 9,3 9,4 9,4 9,6 9,7 9,9 10,3 11,0 11,0 11,0 11,1 11,2 9,1 9,6 10,0 10,8 10,8 9,4 9,5 9,6 9,8 9,6 9,6 9,7 9,8 10,0 9,9 10,0 10,0 10,3 10,6 10,9 10,9 10,9 11,0 11,0 9,6 9,8 10,0 10,3 10,4 9,6 10,0 10,1 10,2 10,0 10,1 10,1 10,1 10,2 10,3 10,4 10,6 10,7 10,9 11,2 11,2 11,2 11,2 11,3 9,6 9,8 10,1 10,5 10,4 9,8 10,1 10,1 10,2 10,1 10,1 10,2 10,3 10,3 10,2 10,2 10,3 10,6 10,9 11,1 11,1 11,1 11,1 11 '1 10,8 11,0 11,5 12,0 12,4 10,7 10,7 11,6 11,8 10,5 10,5 10,6 10,6 10,7 10,5 10,5 10,5 10,7 10,8 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 11,9 12,4 14,1 16,2 16,6 11,4 11,5 12,6 14,5 11,0 11,0 11,0 11,3 11,6 11,1 11,1 11,1 11,3 11,6 11,1 11,1 11,1 11,1 11,2 12,2 13,3 14,5 17,5 17,8 12,0 12,5 13,7 16,1 11,3 11,3 11,5 11,8 12,4 11,3 11,4 11,6 11,9 12,1 11,1 11,1 11,1 11,1 11,1 12,1 12,9 13,5 14,8 15,3 12,0 12,4 13,2 14,0 11,5 11,5 11,6 11,8 12,2 11,5 11,5 11,8 12,0 12,2 11,1 11,1 11,1 11,1 11,2 11,9 12,5 12,9 14,0 14,7 11,7 11,9 12,3 12,5 11,5 11,5 11,5 11,7 11,9 11,3 11,4 11,6 11,6 11,6 11,1 11,1 11,2 11,2 11,3 6,2 8,8 10,2 11,1 11,4 8,1 9,2 10,6 10,8 9,1 10,1 10,4 10,6 10,8 10,6 10,6 10,7 10,9 11,0 11,1 11,1 11,1 11,1 11,1 9,9 10,3 10,5 10,7 11,4 9,8 10,2 10,4 10,6 10,1 10,3 10,4 10,5 10,6 10,4 10,5 10,7 10,8 11,0 11,3 11,3 11,3 11,3 11,3 7,5 8,5 9,3 9,5 9,6 8,4 8,9 9,4 9,6 8,9 9,4 9,6 9,8 9,9 9,8 9,8 9,9 10,3 10,5 11,0 11,0 11,1 11,1 11,4 7,9 9,0 9,5 9,5 9,6 8,6 9,0 9,4 9,7 8,9 9,4 9,6 9,7 9,8 9,6 9,7 9,9 10,2 10,3 11,0 11,0 11,0 11,1 11,2 11.0 11.0 11.0 11.1 11.1 '(i) i 8 =s. "'S a 8 :=:

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Le b/lan topoc/lmatlque de Ia grotte de Clo,anl cavites souterraines (AACOVITA, 1975) et, en outre, qu'elles dpiyent limitees au meroclimat de perturbation, pour ne pas risquer de reunir de causalites differentes. 5. 1.2. Gradients thermiques verticaux Le fait que le secteur vestibulaire de Ia grotte est domina par Ia thermocirculation bidirectionnelle determine !'apparition d'un gradient thermique en plan vertical aussi, c'est-a-dire entre le plancher et Ia voOte. Les mesures (Tab. 9) montrent que ce gradient change de configuration en premier lieu seton les saisons, mais egalement par rapport a Ia distance de !'entree (Fig. 23). En regie generate, les gradients diminuent avec Ia profondeur, ce qui est natural etant donne Ia tendance d'amortissement des variations thermiques dans n'importe quelle cavite. Par ailleurs, on observe que, en periode d'hiver, Jes valeurs thermometriques sont plus heterogenes au niveau du plancher qu'a celui de Ia voOte, et qu'en regime estival Ia situation s'inverse, ce qui est en relation directe avec Ia position de Ia branche immergente de Ia ventilation bidirectionnelle, h(m) 2,0 regime hivernal -----Station 2 3 1 5 ----4 I r i 1,0 o.s: 0,0 5 I I II I I I I r; I '/ : 1 // / I / ./ l 8 9 10 41 a effets perturbateurs sur le topoclimat souterrain. Mais iJ y a aussi des differences qu'on peut considerer comma partiGulieres. Durant les mois d'hiver, les inoyennes thermiques s'ordonnent seton les alignements verticaux conformement a une loi -logaritt:'lmique. dans les premieres quatre stations et a une loi exponentielle dans Ia station 5. Ceci signifie que, en considerant le profil de Ia galerie, les temperatures sont d'abord plus variables dans Ia partie inferieure de celui-ci, pour que cette variabilite se transpose finalement quoique bien attenuee dans sa partie II apparalt que ce changement dans !'allure des gradients thermiques verticaux marque Ia limite de Ia zone dans laquelle le courant d'air se renverse, car le niveau des perturbations passe du plancher a Ia voOte. La replique estivate de ce phenomena se caracterise par le fait que ce sont les gradients exponentials qui deviennent maintenant majoritaires, ceux-ci etant de plus en plus accentues vers l'entree, tandis qu'a Ia station 2, Ia fonction logarithmique est remplacee par une courbe complexe. ,. ,, /. 1/ I regime estival I I / / I I ,, I .I li

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42 l'i Des elements similaires, traduisant le mArne determlnisme, se retrouvent dans Ia variation en plan vertical des amplitudes thermiques, qu'il y a lieu de presenter maintenant mArne si on s'ecarte ainsi de Ia :succession generals des problemas. On voit (Fig. 24) que ces amplitudes s'ordonnent d'une maniere parfaitement analogue a celle h(m) 2,0 1,5 1,0 regime estivol It' I /--,. / Jf. I I I G. Rat:ovifj et t:OII. des moyenne$ thermiques en regime estival et tres proche de celle-ci en regime hivemal, dans ce demier cas les amplitudes minima s'enregistrant au niveau de 0,5 m. On peut interpreter ce fait comma illustrant le contact entre les deux branches de Ia ventilation bidirectionnelle, qui s'avere plus pregnant durant l'hiver. regime hivemol 0,5 1 I Station 2 0,0 t 1 ----0 1 2 3 A partir des gradients thermiques etablis suivant les deux directions, it est possible de tracer les isothermes qui reproduisent Ia distribution d'ensemble des temperatures dans le secteur vestibulaire de Ia grotte (Fig. 25). lndifferemment des saisons, ces isothermes ont un trajet oblique, ce qui est de nouveau Ia consequence de Ia ventilation bidirectionnelle et, en outre, confirms une observation deja rapportee par GINET & DECU (1977). Les differences saisonnieres concernant les sans de cette obliquite, qui est orientee vers l'exterieur en regime d'ete et vers Ia profondeur de Ia grotte en regime d'hiver, ainsi que Ia densite des isothermes, qui est, naturellement, plus grande dans Ia : section occupee le courant immergent, 3 ou les variations de temperature sont elles aussi plus importantes. 5.2. ETUDE DES AMPLITUDES THERMIQUES Comma dans le cas des gradients de temperature, Ia theorie laisse supposer que les amplitudes thermiques decroissent le long d'une cavite souterraine salon une fonction toujours exponentielle (CHOPPY, 1984), dont Ia forme est: t' -t = (t' e -te) e-kd (19) avec t' -t = variation de Ia temperature souterraine a une distanced de I' entree pour

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Le bllan topocl/matlque de Ia grotte de CloJanl AC 16 74 12 10 8 6 4 z 0 h(m) 2.0 1.5 1,0 0,5 0,0 2.0 1,5 1,0 0,5 0 0 Stations 1 0 REGIME D'HIVER 2 s Ad= 47,88 100 150 200 250 8 9 10 43 ,,----3 4 5 10 15 20 m 300 350 11 12

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44 una variation de Ia temperature exteme t' e -t8 Et de mArne que dans le cas des gradients, Ia distribution spatiale des amplitudes thermiques dans Ia Grotte de ne reproduit pas necessairement cette fonction, les raisons en restant inchangees: d'un cOte, Ia tres faible extension du meroclimat de perturbation, d'autre cOte, l'origine mixte des amplitudes annuelles dans les conditions d'une ventilation bidirectionnelle. Examinons les resultats que nous obtenons a partir des donnees thermometriques (Tab. 6 et 7). La courbe Ia plus adequate a Ia distribution des amplitudes annuelles considerees au niveau du plancher sur l'alignement qui suit Ia Galerie M. Ghica est una hyperbole (Fig. 26) ayant pour equation numerique : Ad=47,88 (20) Presentant pour seul inconvenient le fait deja remarque qu'il implique une valeur non determinee a !'entree de Ia grotte (pour d= O), ce modele repond exactenient a l'amortissement rapide des variations ther miques dans las limites du secteur vestibulaire, aussi bien qu'a Ia remarquable stabilite qui se conserve dans tout le reste de Ia galerie. Notons en outre que le rapport de correlation est tres voisin de sa grandeur maximum (n = 0,99), ce qui atteste une bonne concordance entre les ordonnees theoriques et les valeurs reelles, si etroite qu'elle ne permet merna plus d'identifier une limite meroclimatique. Cette option statistique se verifie par le fait que Ia fonction exponentielle calculee pour les premieres six stations, quoique adaptable a un seuil de confiance de 1 %, conduit a un rapport de correlation inferieur. L'amortissement des amplitudes saisonnieres sur le meme alignement ne comports pas des changements quant au modele global correspondant au niveau topoclimatique, mais admet des fonctions distinctes pour le meroclimat de perturbation qui, cette fois-ci, sent parfaitement conformes au conditionnement physique. G. Rscovlfi et coli. En periode (Fig. 27), !'equation de Ia courbe hyperbolique globale est: Ad= 18,47 (21} avec une k inferieure a cella de !'expression (20) par suite des amplitudes moindres que celles annuelles. Dans le meroclimat de perturbation, qui apparalt strictement limite au secteur vestibulaire (puisqu'a Ia station 6 !'amplitude deviant visiblement comparable a cella de Ia zone de stabilite) !'equation exponentielle qui traduit l'amortissement des variations thermiques s'ecrit: A = 8,22 1,1553-d (22) et s'adapte aux valeurs reelles mieux que Ia courbe hyperbolique, car son rapport de correlation y est superieur (0,94 centre 0,98). En regime d'ete (Fig. 28), Ia situation en est legerement differente. L'equation de !'hyperbole globale: Ad= 12,42 (23} a une constants k encore plus petite, ce qui est normal si nous avons en vue que le courant d'air est maintenant emergent au niveau du plancher et que les variations de temperature, qui ne soont plus dues a Ia convection diminuent beaucoup en amplitude meme au voisinage de l exterieur. En fait, compte tenu du sens de ventilation, il n 'est plus question d'un amortissement de ces variations mais, au contraire, d'une amplification de celles-ci. Quant a Ia zonation meroclimatique, elle reprend !'aspect que nous avons trouve dans le meme contexte lors de l etude des moyennes thermiques, c'est-a-dire qu'elle comprend une sub division du meroclimat de perturbation, dent Ia premiere sequence accepte comma fonction exponentielle pour Ia distribution des amplitudes expression : A = 2,96 1,095Qd (24) Sur le second alignement, celui represente par Ia Galerie des Laboratoires, Ia maniere dent se realise l'amortissement

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Le bl/an topocllmatlque de la grotte de Clo,anl NC 8 7 6 5 ,, 4 -:1 3 2 1 0 5 4 3 2 0 0 I ' 0 p 50 50 s Ad= 18,47 100 150 200 250 300 350 10 Ad :12,42 -----100 150 200 250 300 350 400m 45

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46 des variations de temperature ne comporte p ratiquement aucune particularite, car le fait que les deux galeries sont placees a des niveaux differents ne peut plus avoir ; d'influence sur les amplitudes thermiques, qu'elles scient annuelles ou saisonnieres. Nous nous bornons done a mentionner les equations correspondant aux courbes hyper betiques globales et aux courbes exponen tielles partielles (calculees pour le meroclimat de perturbation), tout en precisant quelques elements de detail. L'hyperbole suivant laquelle s'ordonent les amplitudes annuelles (Fig. 29 A) a pour equation: Ad=48,63 (25) 1 et le test de signification donne un rapport de correlation si eleva (rt = 0,991 ), que Ia separation en zones meroclimatiques n'est : ce:tte non plus justifiee. _ __ : : . f ,i ,. En periode hivernale (Fig. 30 A); I' equation de !'hyperbole globale devi .ent: NC 16 14 12 10 8 Ad= 48,63 6 4 2 0 G. Rscavl1f et coli. Ad= 20,14 (26) tandis que pour le meroclimat de perturbation, dont !'extension ne differe guere de cella indiquee par Ia configuration des gradients thermiques, on calcule Ia fonction exponentielle: A= 6,36 1, 1113-d (27) ayant une pente legerement plus faible que celle deduite de !'equation (22), parce que les temperatures sont actuellement plus variables vers Ia limite de cette zone (Tab. 6). Notons, en outre, que !'amplitude aug mente de nouveau a Ia station 7', vraisemblablement par suite des perturbations dues a Ia ventilation unidirectionnelle. Cette augmentation, quoique mineure (de seulement 0,20 C), suggere une loi exponentielle d'amor tissement pour le meroclimat de stabilite aussi. Neanmoins, !'adaptation d'une telle fonction se heurte a Ia valeur de plus grande enregistree a Ia station 1 0', done A'C p s 22 20 18 16 14 12 Ad= 56,10 10 8 6 4 2 0 50 100 150 200m 0 50 100 150m 7' 8' 9' 10' 1 3' 9'

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Le bllsn topocl/matlque de Is grotte de Clofsnl 47. AC s AC 8 p 8 p s 7 7 .. . 6 I 6 I 5 I 5 I 4 .. Ad = 20,14 4 Ad= 10,83 3 3 2 2 1 1 0 0 0 50 100 150 200 0 50 100 150 200m 1 3 5'6' 7' 6' 9' 10' 1 3 5'6' 7' 6' 9' 10' A vi:. p s AOC 11 I @ 10 p s 10 I 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 Ad 35,375 4 4 3 3 2 2 b... 0 0 0 50 100 I 150m o .. 50 100 150m I 1 3 91 1 3 91

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48 a une certaine heterogeneite des amplitudes a l'interieur de cette zone. En periode estivale {Fig. 30 B), Ia fonction globale a pour equation Ad= 10,83 {28) et celle partielle: A.= 2,47. 1,0616-d {29) cette derniere etant a present plus proche de cella etablie pour Ia Galerie M. Ghica. II faut remarquer aussi que, malgre Ia ventilation emergente, les amplitudes restent .. assez variables dans le meroclimat de stabilite durant cette periode aussi, ce qui nous conduit a conclure que le courant d'air unidirectionnel joue dans Ia Galerie des Laboratoires un rOle plus important que dans Ia Galerie M. Ghica. Le modelage de -Ia distii bution .des .. amplitudes thermiques au niveau Ia ,._ voQte, impliquant le a inconvenient qui est intervenu dans !'analyse des moyennes thermiques, offre toutefois des donnees utiles car, en depit du nombre restr eint de valeurs, il aboutit a des resultats statis tiquement acceptables. Pour les amplitudes annuelles {Fig. 29 B), on trouve une image qui, tel qu'on devrait s'y attendre, est tout a fait analogue a son correspondant au niveau du plancher. En effet, dans les conditions d'une ventilation bidirectionnelle preponderante, il doit y avoir equivalence entre les variations thermometriques generees par les deux courants d'air, dans le sens que les influences que provoque le courant immergent hivernal au niveau du plancher trouvent leur replique dans celles dues au courant immergent estival localise au niveau de Ia voOte. Par consequent, l'amortissement des variations thermometriques a Ia meme allure hyperbolique; avec seulement deux particularites. L'une est d'ordre quantitatif et concerne Ia valeur plus forte de Ia constaiite k.daris I' equation: .,._ ., ,: : :. ... ,_ -. Ad= 56,10 {30) G. et coli. correspondant a ce modele, en liaison avec les amplitudes elles aussi plus elevees enregistrees au voisinage de Ia voOte dans les trois premieres stations {Tab. 6 et 7). L'autre particularite peut deriver de !'absence des mesures au-dela du secteur affecte par Ia circulation bidirectionnelle et reside dans Ia possibilite justitiae statistiquement de calculer une courbe partielle pour le meroclimat de perturbation; Ia fonction s'ecrit: A= 21,45 1 ,1418-d {31} ; Les amplitudes thermiques hivernales {Fig. 31 A) sont remarquablement homo genes, bien plus que celles estivales au niveau du plancher, ce qui demontre d'emblee que le rayonnement externe est maintenant moins important.-. Une telle uniformite n'accepte aucun modele qui soit rigoureusement adaptable au point de vue statistique, .-diminution des valeurs se. manifeste toujours le long de Ia cavite {Tab. 7}. La courbe Ia plus proche de cette distribution est une exponentielle, ayant pour equation: A = 0,57 1 ,0061-d {32) mais un rapport de correlation tres bas {'ll = 0,63); nous l'avons neanmoins tracee sur le diagramme. Si on se resume au secteur vestibulaire, on trouve que les amplitudes hivernales diminuent avec Ia distance salon Ia fonction lineaire: A = -0,0342 d + 0,84 {33) done d'une maniere nettement differente par rapport a tout les autres cas. En ce qui concerne les amplitudes estivales {Fig. 31 B), celles-ci relevant, au contraire, une grande similitude avec celles enregistrees durant l'hiver a Ia proximite du :. c'est-a-dire dans des. conditions equivalentes de ventilation. P9ur !'ensemble des donnees, Ia fonction hyperbolique est: I' Ad::_ 35,375 {34)

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Le bllan topocllmllffque de Ia grotte de ClofliiJI . le fait que Ia constant a k est plus elevee que celle de !'equation (26) ayant a l'origine Ia difference enregistree entre les amplitudes saisonnieres de .l'exterieur: dans les oonditions de trois hivers doux consecutifs, cette difference est en faveur des valeurs estivales (Tab. 6). Son effet s'amplifie si on ne se rapporte qu'au meroclimat de p erturbation, dans lequel l'amortissement thermique a comma modele theorique I' exponentielle: A= 10,96 ,1170-d (35) c'est-a-dire une courbe qui, conformement a Ia valeur numerique de ses se place a un niveau superieur et a une pente plus accentuee que cella qui reproduit Ia distribution amplitudes thermiques Jiees au courant immergent hivernal (Fig. 30 A). 6. TEMPERATURE DE LA ROCHE Dans le bila n topoclimatique general de Ia Grotte de Ia thermometrie du substratum rocheux a _eu un double but: d'une part, l'essai de inettre en evidence les variations thermiques qui se produisent dans Ia profondeur de Ia paroi calcaire par suite des echanges avec !'atmo sphere souterraine; d'autre part, de suivre les modifications ,auxquelles Ia temperature de Ia roche est soumise au cours de l'annee en divers points ae Ia cavite. Nous allons done examiner successivement les resultats obtenus a ces deux points de vue. . 6.1. VARIATIONS DANS LA PROFONDEUR DU SUBSTRATUM CALCAIRE .. L'etude thermometrique de !'atmosphere souterraine nous a conduit a conclure que, surtout dans les circonstances qui derivent du regime de ventilation propre a Ia Grotte de les valeurs annuelles qu'il s'agisse de moyennes ou d'amplitudes sent beaucoup moins significatives que celles saisonnieres, pour Ia bonne raison que ce, ne sent que ces dernieres qui refletent reellement les phenomenes physiques se rapportant aux echanges aerodynamiques. 48 Cette conclusio.n una fois etablie doit devenlr point de depart dans !'analyse des thermiques concernant les substratums rocheux. en consequence, nous allons l'entreprendre en prenant en consideration les aspects caracteristiques pour les deux periodes principales du cycle annual. L'ensemble des donnees (Tab. 10) mantra que les temperatures qu'on mesure a diversEt5 profondeurs dans roche ne relevant pas surtout a l'exterieur et dans les stations faisant suite a des croissances ou des decroissances regulieres des valeurs, car ces mesures peuvent surprendre des phases differentes de Ia propagation de l'onde thermique. Pour ce motif, les moyennes saisonnieres sent peu signifieatives dans I' assai.' d'etablir ..Ia configuration des gradients -thermiQues. Nous tes avons done remplacees par les donnees relevees les mois ou on trouve a l'exterieur Ia plus grande difference entre Ia couche de contact et Ia profondeur de 20 em. Ce sent le mois d'octobre 1989 pour le regime et celui de novembre 1989 pour le regime d'hiver On y arrive ainsi a des resultats qui sent parfaitement analogueS a ceux obtenus dans le cas de Ia grotte glaciere de (RACOVITA et coli., 1990), malgre les grandes differences qui existent au point de vue du meroclimat regional et du regime de ventilation souterraine. Cette analogie ce manifeste sous deux aspects. -En premier lieu, les tests statistiques prouvent que, a l'exterieur comma dans le secteur vestibulaire de Ia grotte (station 2), Ia temperature de l'air dans Ia couche de contact ne repond pas au determinisme sous lequel se trouve Ia temperature de Ia roche. En effet, dans le calcul des cou rbes fonctionnelles qui peuvent Atre adaptees a Ia succession de ces valeurs, le rapport de correlation le plus grand s'obtient lorsqu'on ne prend en consideration que les donnees concernant uniquement le substratum calcaire. 1.1 va sans dire que ce fait esf plus pregnant a l'exterieur, ou l'ecart entre les valeurs est lui aussi plus accentue. En second lieu, on retrouve dans le cas de Ia: Grotte de .. exactement les mAmas: types de gradients the rmiques qu'on

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50 a etabli a partir des donnees enregistrees a Ia Grotte de A l'exterieur, ces gradients correspondent dans les : deux saisons a des fonctions puissance (Fig. 32), ayant pour equations: tr = 2,20 (d + 2)0,26 (36) en periode hivemale, lorsque le gradient est positif,et: tr = 1 8,82 ( d + 2)"0,079 {37) en periode estivale, lorsque le gradient est negatif. Dans le secteur vestibulaire, plus precisement a Ia station 2, ou l'amor tissement des variations thermiques au cours d e l'annee n'est pas encore trop grand, Ia distribution des temperatures dans Ia profondeur de Ia roche deviant lineaire et les G. /3Bt:OVIIf'etCtJII. gradients sont pratiquement effaces. On doit cependant noter que, etant donne Ia hauteur a laquelle ont eta fores les une certaine difference se conser\ie entre Ia surface de Ia paroi et Ia profondelir de 20 em et surtout entre l'air et le substratum calcaire durant les mois d'ete (Tab. 10). -.. Comma Ia temperature de !'atmo sphere souterraine, Ia temperature de Ia roche est soumise a l'interieur de Ia cavite a une diminution progressive des variations. venons justement de voir que, a partir deja de Ia station 2, les valeurs s'egalisent dans Ia profondeur du substratum indifferemment de Ia saison. En essayant de donner une expression quantitative a ce phenomena, n ous avons analyse Ia variation en fonction de Ia distance rapportee a l'entree de l'ecart entre les moyennes saisonnieres calculees pour Ia surface de Ia

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Le bllsn topocllmlltlque de Is grotte de Clo,IJIJI Tableau 1 0 {suite} paroi calcaire at Ia profondeur de 20 em {Tab. 11 }. En periode d'hiver, las differences en sont tres faibles et, en outre, depourvues de regularite dans Ia maniere dont elles se succedent d'une station a l'autre de sorte ,. qu 11 est impossible de trouver un modele theorique adequat. En periode d' ete, les ecarts son.t plus grands at mieux ordonnes; en consequence, leur distribution se prAte a un modelage statistique et Ia courbe que nous obtenons est une hyperbole equilatere {Fig. 33), dont !'equation numerique est: dt d= 2,715 (38) : . Ce resultat comporte deux observations. D'une part, il ne peut pas sans analogie avec le fait que Ia modele hyperbolique correspondait aussi a l'amor-51 tissement des variations thermiques dans l'air et tel que nous le verrons sous peu dans Ia roche egalement. Cependant, il ne peut pas Atre lie uniquement a Ia tres faible extension du meroclimat de perturbation, parce que las courbes equivalentes obte nues dans le cas de Ia Grotte de ou ce meroclimat s'etend sur plus de 200msont toujours des hyperboles (AACOVITA et coli 1990). II paraTt done qu'il s'agit plutOt du fait que, a l'interieur des grottes, l'amor tissement des variations thermometriques dans Ia profondeur des substratums est particulierement rapide si, bien entendu, on n'a pas affaire aux effets d'une onde thermique propagee par conduction a partir de Ia surface du karst (DELAY, 1978). D'autre part, le fait que leS ecarts. thermiques dans Ia profondeur de Ia roche

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52 tac St. 2 11 t 10 I 9 air I roclie 8 I 7 I 6 I 5 I Ext. 4 I 3 1 0 0 5 10 20 em sont plus grands en ete qu'en hiver est visi blement dO a Ia position qu'occupent dans Ia grotte les sets de forages: a Ia hauteur d'environ 1 ,5 m ou ils se trouvent, Ia lation bidirectionnelle n'entralne des pertur bations thermiques que durant Ia saison .G. Racovifl et coli. toe 21 20 1.9 18 17 16 15 14 13 12 11 10 I I air 1 -roche I I I I t I I St. 2 I @ 0 5 10 20cm Stations Ext. S1 S2 S4 S9' S12 Regime d'hlver 0,20 0,35 o, 12 o, 15 0,05 0,12 Reglmed'ete 1,68 1,57 0 ,48 0,17 0,11 o ,os chaude On aurait done dO pratiquer dans chaque station deux sets complets de forages, l'un au voisinage du plancher et l'autre a celui de Ia voOte, mais les difficultes techniques y etaient trop grandes.

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Le bllan topocllmatlque dela grotte de Clo,anl :. Quoi qu'i( en soit, nos resultats sont dans leurs grandes lignes concordants avec les donnees generales concernant Ia thermometrie de Ia couche superficielle des substratums calcaires, qui montrent qu'au niveau de cette couche il y a toujours des discontinuites dans les transferts thermiques (ANDRIEUX, 1973, 1977; CHOPPY, 1984). 6.2. VARIATIONS LE LONG DE LACAVITE ... '. Etant donne Ia conclusion tiree du chapitre precedent, nous allons examiner les variations que Ia temperature de Ia roche presente au cours de l'annee en differents points de station c: o tc -30 H T 18 c 16 .Q 11. .. :I 11 10 .) ... 18 IU 16 Q, 11. 11 IU "0 10 8 -6 c 4 E 1 16 u 11. 0 11 IU 8 en nous limitant aux donnees correspondant seulement a Ia profondeur de 5 em (Tab. 10). On observe des le premier abord que ces variations (Fig. 34)8 sont tres semblables a celles qui caracterisent Ia temperature de l'air au voisinage de Ia voOte. Deux traits sont surtout importalits. Le premier concerrie le fait que, dans le cas du substratum rocheux aussi, les courbes sont 8 En octobre 1988, tes mesures Ia temperature de Ia roche ont ate faites uri jour apres celles psychrometriques, dans les conditions d'une baisse surprenante et tres rapide de Ia temperature exteme. De ce fait, le mois en question a dO elimine de Ia periode estivale au point de vue de Ia thermometrie des substratums. 53 E H T E T tc 16 11. Z2 20 18 16 14 11 10 8 6 1 aplaties en saison hivernal; elles ne reproduisent done que les augmentations de temperature dues au courant immergent estival. Le second met en evidence Ia diminution progressive de !'amplitude des variations jusqu'a Ia station 4, au-dela de laquelle Ia periodicite saisonniere de ces variations s'efface totalement. La limite d'entre le meroclimat de perturbation et celui de stabilite est ainsi nettement mise en relief dans le cas de Ia temperature de Ia roche aussi. Cette ressemblance est un tres bon indica que, dans Ia Grotte de dans les echanges d'energie qui ont lieu entre l'air et Ia roche, c'est Ia temperature .. de

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54 11 10 9 tr"C 13 12 11 10 9 9 10 11 12 13 t0c !'atmosphere qui influence principalement Ia temperature de Ia paroi. Nous avons essaye de verifier ce rapport de causalite par -una comparaison plus directe, en mettant, en parallele les donnees relevees a Ia station (ou les variations aleatoires sont plus atte nuees qu'au voisinage de I' entree) d'une part a 5 em de profondeur dans Ia roche et d'autre part dans l'air, a Ia meme hauteur de 1 ,5 m ou se trouve place le set forages dans Ia paroi, ce. qui elimine des possibles differences dues a Ia ventilation bidirec tionnelle. Le resultat en est concluant (Fig. 35). On voit, en effet, que les variations thermiques sont synchrones et ne comportent point de decalages. .constate G. R&CfJ,vl,. et coli. aussi, et cela est visible surtout au cours du printemps 1988, que Ia temperature de l'air est superieure a cella de Ia roche durant plusieurs mois consecutifs au debut de Ia phase d'echauffement; puis les mesures instantanees indiquent un inversion de ce rapport lorsqu'on enregistre les maxima thermiques, mais Ia temperature de l'air reste ensuite constamment inferieure a cella de Ia roche toute Ia phase de refroidissement. Finalement, entre Ia temperature d.e l'air et celle du substratum calcaire on obtient une correlation lineaire statistiquement significative (Fig. 36), avec une tres forte valeur de son coefficient (r = 0;93):

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Le bllsn topoc/lmstlque de Is grotte de C/Dfsnl Des constatations tout a fait analogues se detachent de Ia comparaison des temperatures moyennes (Tab. 1 0). A Ia 'marne station 4, les moyennes hivernales indiquent un etat d'equilibre entre l'air de Ia couche de contact dans un point qui est mis hors les influences directes du courant immergent, alors que Ia temperature moyenne est nettement plus grande dans l'air en periode estivate, ce qui denote les effets immediats de !'inversion du sens de ventilation. Entin, Ia conclusion se detache de l'examen des temperatures enregistrees dans le meroclimat de stabilite. On observe (Tab. 1 0) que ces temperatures sont plus basses dans Ia Galerie des Laboratoires (station 9') que dans Ia Galerie M. Ghica (station 12), en concordance avec Ia remarque que nous avons faite a ce sujet en analysant les donnees thermometriques de !'atmosphere de Ia grotte. On doit ajouter cependant le fait que les valeurs relevees dans Ia roche sont moins stables, car elles variant avec une amplitude annuelle de 0,3 -0,4 C, et que leur succession nous fait penser a une possible manifestation de l'onde thermique qui doit se propager a partir de Ia surface. Mais Ia precision des mesures est insuffisante et aucune periodicite saisonniere ne peut y etre decelee, quoi qu'il soit le decalage. 6.2. 1. Gradients de temperature Compte tenu de Ia correlation etablie entre Ia temperature de Ia roche et celle de l'air, on est en droit de s'attendre a trouver une equivalence aussi en ce qui concerne Ia distribution des temperatures le long de Ia cavite. Cette supposition ne se confirme que partiellement. -En effet, les temperatures moyennes annuelles s'ordonnent d'une maniere originate (Fig. 37A) et difficile a modeler. Apres plusieurs essais, nous avons trouve que Ia courbe qui y est Ia plus proche est une parabola ayant pour equation: . . tr = 0,000325 cJ2-0,0447 d + 11 ,537 (39) mais !'adaptation de celle-ci aux valeurs reelles n'atteint pas une degre satisfaisant de signification statistique (TJ = 0,69). L'explication en est offerte par !'analyse des moyennes saisonnieres. La distribution de celles-ci reprend !'allure hyperbolique (Fig. 38), les courbes etant dans les deux cas asymptotes a l'ordonnee qui correspond a l'etat d'equilibre et adaptables pour des rapports de correlation superieurs a 0,90. En regime d'hiver, !'hyperbole est croissante (done renversee), son equation etant: (11 ,00 -q d = 15,45 (40) tandis qu'en regime d'ete elle deviant decroissante et son equation s'ecrit: (tr -10,90) d= 15,15 (41) On voit que Ia constante k a dans ces deux equations Ia marne valeur et comme les courbes sent antagonistes, on comprend pourquoi les moyennes annuelles sent si etroitement groupees, de sorte qu'il n'est plus possible de parler a leur sujet d'un gradient de temperature. Cependant, l'essentiel est que ce sont les gradients saisonniers formes dans !'atmosphere et dans Ia roche qui tendent a prendre Ia marne forme, les differences qui toutefois apparaissent ayant a l'origine Ia position des points de mesure par rapport a Ia localisation des deux branches de Ia ventilation bidirec tionnelle. A ce dernier point de vue nous considerons significatif le fait que Ia meilleure similitude s'obtient si le terme de comparaison est represente par le gradient forme dans I' air au niveau du plancher en regime hivernal (Fig. 21 A) et au niveau de Ia voOte en regime estival (Fig. 22 B), evidement sur le merna alignement de Ia Galerie des Laboratoires. 6.2.2. Amplitudes thermiques Le rapprochement qu'on peut etablir entre les elements concernant . Ia thermometrie des substratum calcaires et de I' atmosphere souterraine devierit encore apparent lorsqu'on a en vue les amplitudes des variations qui se produisent au cours de l'annee. A cet egard, les differences qui se

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58 ,_, . .,_. 12 11 10 9 0 50 100 150 m 12 4 9' toe 12 -:. j'' 11 -: 10 .. ::. 9 .., ; 8 7 6 (11.0tr)d = 15.45 5 .. 4 .. . 3 2 a 50 1o o 150m 12 4 9' AC Z2 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 toe 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 .. .. Ril'covltl et . 0 50 700 750 m 12 4 9 (tr-10,9)d =15,15 0 50 100 150m 1 2 4 9

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Le.bllsn topoc/lmatlque de Ia grotte de C/o,anl A'C 11 10 9 8 7 6 5 4 Ard =12.60 3 2 0 0 50 'KJO 150m 12 4 9' manifestant entre les deux milieux ne sont plus que d'ordre strictement quantitatif, puisque les amplitudes annuelles aussi bien que celles saisonnieres diminuent toutes en fonction de Ia distance rapportee a l'entree conformement au modele hyperbolique (Fig. 37 B et 39). Les equations qui definissent les courbes adaptables dans chaque cas aux valeurs reelles sont: Ar d= 54,90 : (42) pour les amplitudes annuelles, Ar d= 12,60 (43) pour les amplitudes hivemales, et Ar d= 33,00 (44) pour les amplitudes estivates. Par rapport aux equations (20), (26) et (34)done aux memes termes de comparaison pris en consideration dans !'analyse des gradients : thermiques ces relations com portent toutes des valeurs plus basses de Ia constante k, ce qui signifie que les variations 57 Ac 11 @ 10 9 8 7 Ard = 33,00 6 5 4 3 2 0 0 50 100 150m 12 4 9' thermometriques sont generalement moins amples dans Ia roche et arrivent plus vita a s'amortir. Une telle observation est en accord avec les particularites que Ia capacite calorique superieure de Ia roche encaissante impose dans les processus de transfert ther mique. Et dans ce ordre d'idees, doit encore noter que, s'il y avait equivalence entre les gradients saisonniers de tempera ture par suite de l'egalite entre les con stantes des fonctions hyperboliques (40) et (41), on voit maintenant que les amplitudes hivemales sont nettement inferieures a cella estivates. Tout en admettant que compte tenu de Ia hauteur a laquelle se trouvent les sets de forages cette diference peut avoir a l'origine des effets plus importants du courant immergent chaud, on ne peut pas exclure une probable consequence des trois hivers doux qui se sont succedes durant le cycle de mesures. En effet, un telle consequence a pu etre deja invoquee au sujet des amplitudes saisonn ieres enregistrees dans l'air plus grandes au niveau de Ia voOte en saison chaude qu'au niveau du plancher en saison froide.

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58 7. HUMIDITE RELATIVE Parmi les conclusions methodologiques qu'il tire a Ia fin de son travail de synthase sur le topoclimat de Ia Grotte ,C. Doria", CHOPPY (1981) mentionne le fait qu'il est plus avantageux d'introduire dans le bilan climatique d une cavite non pas les valeurs d'humidite relative, mais celles de Ia tension de vapeur. C'est cette importante observation que nous avons eu a notre tour en vue dans !'analyse des donnees hygrometriques prelevees de Ia Grotte de en essayant d'en apporter des elements complementaires. Nous precisons des le debut que analyse empruntera Ia meme vole que cella choisie pour l'etude thermometrique. L'image synoptique des valeurs (Tab. 12 et 13, Fig. 40 et 41) donne une premiere confirmation a !'opinion de Choppy, car elle releve !'absence de toute periodicite saisonniere dans les variations que l'humldite relative presente a l'exterieur, ce qui constitue le premier et le plus grand inconvenient pour un modelage mathe matique de ce parametre (RACOVITA, 1985). Cependant, !'intervention de Ia ventilation bidirectionnelle se ressent a partir de !'entree, et cela d'une maniere tres semblable a ce qui se passe dans le cas de Ia temperature de l'air, de sorte que les variations d'humidite relative gagnent un caractere periodique plus ou moins marque dans tout le secteur vestibulaire de Ia grotte.

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Le bllsn topocllmstlque de Ia grotte de Clo,anl Au niveau du plancher {Fig. 40), c'est principalement l'abaissement hivemal de l'humidite relative qui imprime une telle periodicite, par suite des perturbations dues au courant froid immergent, tandis qu'en ete, l'etat hygrique de !'atmosphere souterraine tend a se rapprocher du point de saturation meme a !'entree de Ia grotte. La replique de cette evolution cyclique qu'on devrait trouver au niveau de Ia voute est plus effacee (Fig: 41). II est vrai que las valeurs en sont pl us faibles durant l'ete, mais cette diminution estivale ne depasse pas Ia station 3. D'autre part, certaines oscillations negatives qui se produisent a l'exterieur en periode de transition et meme durant l hiver (riotamment celles enregistrees en decembre .. de perturbation que celle etablie sur Ia foi des variatio ns thermometriques. Cette observat i on conceme l alignement de Ia Galerie des Laboratoires mais les donnees (Tab. 12) Ia confirment pour Ia Galerie M. Ghica aussi. Certains elements composant le tableau que nous venons d'esquisser se c 0 --0 .0 :I -... Q, "' "' ., E H HR% 100 90 80 70 CD. 60 50 4 0 T 1988 et en mars 1989) se retrouvent plus ou mains marquees dans presque toutes les courbes hygrometriques Specialement par suite du fait qu'en plaine saison hivernale cette oscillation a une plus grande amplitude a Ia station 5 qu'a Ia station 4 il apparaTt que les variations hygrometriq u es peuvent se propager meme apres que Ia thermo circulat i on bidirectionnelle ait ferme son circuit, done en regime hivemal le long de Ia branche emergente aussi. En liaison avec ce demier aspect, il faut neanmoins remarquer que Ia succession des courbes tracees a part i r des valeurs hygrometriques relevees au voisinage du plancher {Fig. 40) met nettement en evidence Ia meme extension du meroclimat .. :. E H T E .. . t. T HR% 100 90 80 @ 7 0 60 50 40 30 j1: modifient en assez grande mesure si on se rapporte aux .. variations de .Ia tension de vapeur {Fig. 42 et 43).-Dans ce cas, Ia periodicite 1988 ,1989 1990

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eo saisonniere est bien plus tant au niveau du plancher qu'a celui de Ia voOte, car une semblable periodicite se fait remarquer egalement a l'exterieur, avec diminution de.s valeurs au cours de l'hiver et augmentation pendant l'ete. Mais il y a une autre particularite qui doit nous retenir !'attention. II s'agit du fait que les variations auxquelles est soumise Ia tension de vapeur sont si etroitement paralleles a celles thermometriques (Fig. 10 et 11), qu'on ne peut plus en detacher aucune Information supplementalre au point de vue modelage des donnees et caracterisation topocllmatlque de Ia cavlte. 100 100 93 98 100 99 100 98 98 100 71 100 100 98 99 100 46 90 96 95 100 98 38 82 96 100 100 100 79 96 91 100 98 98 58 78 100 100 98 98 48 84 79 98 100 98 42 n 79 98 99 98 85 92 98 100 100 98 60 95 89 98 98 98 100 98 100 98 95 100 100 92 98 95 92 98 95 95 98 98 95 99 97 100 100 99 99 100 63 85 95 98 98 98 93 98 100 100 100 .100 n 96 98 100 100 98 48 83 89 98 100 98 52 83 96 98 100 98 55 89 92 98 100 98 47 71 86 96 98 98 45 71 85 98 98 99 87 100 100 98 98 73 99 98 98 98 99 88 100 . 95 98 95 95 44 90 90 100 100 98 86 93 96 100 99 100 G. Racovlfj et t:oll: Afin de verifier cette conclusion, nous avons repris pour Ia tension de vapeur Ia comparaison que nous avons deja faite dans l'etude de thermomliltrie de l'air entre las valeurs enregistrliles a l'extlilrieur et dans Ia section de l'ouverture. On voit d'emblee (Fig. 44 et 6) que !'inversion saisonniere du sens du rapport entre les deux groupes de valeurs est le mArne, qu il s'agisse du niveau du plancher ou de celui de Ia voOte, en depit de certaines difflilrences qui se manifestant surtout lorsque l'air externe a eta particulierement sec (en avril et mai 1988 et en decembre 1 989). Mais, en revanche, le test statistique de correlation aboutit a des resultats encore plus rapproches (Fig. 45 et 7), car . Ia grandeur du coefficient. de correlation lineaire n'en est vraiment different qu' eri ce qui concerne I e niveau de Ia voOte en regime d'hiver, tandis que;. lorsqu'il y a correlation significative (done -:: pour situations auxquelles s'att;ache le maxirrium d'importance), cette grandeur arrive a peu pres a l'identite. . ... :r. Etant le rapport de dependance qui existe entre Ia temperature de l'air et Ia tension de vapeur, ces resultats etaient d'ailleurs previsibles. En consequence, au moins dans le contexte general des mesures faites dans Ia Grotte de l'humidite relative s'avere Atre un parametre plus illustratif pour l'etat hygrometrique souterrain et ce sont done ses variations que nous allons envisager en ce qui suit. 7.1. ETUDE DES GRADIENTS HYGRIQUES Avant de presenter les principaux as pects lies a Ia distribution des valeurs hygro metriques le long de Ia cavites, il est lieu de faire quelques remarques generales. En premier lieu, contrairement ace que nous avons constate lors de !'elaboration du bilan climatique pour d'autre cavites (RACOVITA & COCEAN, 1977, RACOVITA & CRACIUN, 1981 ), dans le cas de Ia Grotte de les variations d'humidite relative se prAtent a un-.modelage mathematique et, tel que nous allons le voir, ceci est valable egalement pour les amplitudes hygro metriques. Leur etude aura done comma element de reference les modeles .: ...

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Le bllan topocllmatlque de Ia grotte de Clofanl HR% 100 90 80 70 60 50 40 donnas par les courbes fonctionnelles qui peuvent y l!tre adaptees. En second lieu, malgre Ia conclusion que nous venons de detacher de l'examen global des donnees, les gradients hygriques (de meme que l'amortissement des variations d'humidite} sont en grandes !ignes similaires a ceux thermiques, ce qui doit deriver necessairement du regime de ventilation propre a Ia Grotte de et, en particulier, a Ia tres faible extension du meroclimat de perturbation, qu'on a dO invoquer deja en maintes reprises. L'analyse de ces gradients hygriques sera done plus breve, ayant pour principal but de mettre en evidence les differences qui toutefois y apparaissent. En troisieme lieu, Ia configuration des gradients hygriques porte l'empreinte d'une plus grande uniformite, pouvant l!tre interpretee comma une consequence de .cette particularite des fluctuations hygroIT\etriques qui, dans d'autres circonstances, arrive a rendre difficile, voire impossible leur modelage mathematique. Dans tous les cas ou un modele peut y etre adapte d'une H 61 T E H T E T maniere statistiquement significative, Ia courbe globale correspondant a l'echelle topoclimatique est une hyperbole equilatere asymptote a Ia valeur de saturation, tandis que celle partielle correspondant a l'echelle meroclimatique est une exponentielle. Ces remarques une fois faites, examinons dans Ia meme succession d'alignements et de niveaux dans le profil de Ia cavite Ia distribution spatiale des moyennes hygrometriques. Pour l'alignement represente par Ia M. Ghica, le gradient hygrique annual au niveau du plancher {Fig. 46} a pour equation: (1 00 -HR) d = 30,25 {42) ,, : Contrairement au gradient thermique, les valeurs s'y ordonnent de maniere a n'imposer plus une subdivision du mero climat de perturbation, pour lequel !'equation, exponentielle s'ecrit: HR = 100 15,50 0,8857d {43)

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62 e(mml 11. 12 1 0 c; 8 0 6 c 4 .&> :J 2 "' Q. 'CI Cl E u 0 .... E e(mm) 14 12 10 H T E H T E @ T e(mml 1 2 10 8 ,,: 6 ;,:,: 4 2 ::. H T E H T E T 8 6 @ e(mm) 14 4 2 .! 12 10 8 6 :ltacovlf4 et coli.

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LB'b/lan.topocllmatlque de Ia grotte de CIOfBnl 83 Ae{mm) 2 E 0 _, -2 -3 _, -.s 3 2 H T E T @1 En revanche, les gradients saisonniers montrent un certain rapprochement par rapport aux valeurs thermometriques, -du fait que les differences s'y manifestant dans un sans tres comparable, ayant naturellement a l'origine Ia marne inversion periodique de Ia, ventilation. En regime hivernal, par suite des perturbations dues au courant immergent, Ia distribution hyperbolique des moyennes hygrometriques s'accentue (Fig. 47) et .. !'equation numerique prend Ia forme: .... (100-HR) d= 103,40 (44) Cette distribution comporte une _, -2 -3 -4 -5 'ollF1M1AM1J'J 1A1S101N1DIJ'F1M1A1M1 J'J 1A1S101N1DjJ1F1M1 1988 1989 anomalie, a savoir Ia valeur anormalement grande de Ia station 2. En I' eliminant du calcul, Ia condition posee pour Ia separation du meroclimat de perturbation est accompli et Ia fonction exponentielle qu'on obtient: HR = 100-28,18 p,9148d (45) 9 s 7 6 5 4 3 z 1 a un rapport de correlation TJ = 0,96 plus fort que celui donne par Ia fonction globale (TJ 0,93). En regime estival, de marne que dans le cas de Ia temperature de l'air, le courant emergent uniformise visiblement les valeurs (Tab. 12), de sorte qu'il !"'est plus possible de tracer une courbe globale (Fig. 48). Dans 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 e (mm) exterieur

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. HR% 100 90 80. 70 60 50 HR% 100 90 80 70 60 50 G. et COIL .. IT -. !it : \ . ..... .. ':. (100HR)d = 30,25 p s 0 50 100 150 200 250 300 400m I I 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12 "1: :,. (100 -HR) d : 103, 40 ;.,. p s 0 50 100 150 200 250 300 350 400m 135 6 7 8 9 10 11 12

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Le bllan topocl/matlque de Ia grotte de CloJanl HR% 100 l 90-80 70 60 p 50 0 50 100 150 135 6 7 8 9 le secteur vestibulaire,. mais seulement jusqu'a Ia station 3, l'humidite relative marque une augmentation exponentielle, conformement a !'equation: HR = 100 8,58 0,81151 d (46) mais dans tout le reste de Ia cavite l'etat hygrometriques de !'atmosphere est tres VOisin a Ia saturation et il n'y a plus lieu a des variations qui puissant etre modelees. Sauf les coefficients numeriques des fonctions correspondant aux diverses courbes, les gradients hygriques formes sur l alignement de Ia Galerie des Laboratoires ne comportent aucun aspect particulier. Les equations auxquelles aboutissent les calculs sont les suivantes: a pour !'ensemble des moyennes annuelles (Fig. 49 A): (100-HR) d =51 ,67 (47) et: s 300 io -,-400 m 10 11 12 pour !'augmentation exponentielle dans le meroclimat de perturbation; pour !'ensemble des moyennes hivernales (Fig. 50 A): (100 HR) d= 137,75 (49) et: HR 100-22,86 0,9455d (50) pour Ia courbe partielle. Pour les moyennes estivates (Fig. 50 B), les donnees imposent Ia meme restriction aux trois premieres stations du meroclimat de perturbation et, par consequent, les valeurs en sont communes avec celles considerees sur l'alignement de Ia 6alerie M. Ghica. En somme, on constate que les valeurs numeriques des coefficients en sont dans tout les cas superieurs, et cela principalement a cause des moyennes legerement plus basSes qui apparaissent vers Ia limite meroclimatique surtout en ... _. :,,,,saison d'hiver "(T'ab. 12, stations 5' et 6'); il ,. s'agit done > de gradiEmts plus accenntues. HR :: 1 00 1 0,99 0,9354d (48)

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66 HR% 100 HRo/o 100 p s 90 80 70 60 50 HR% 100 0 1 3 5'6' 50 (100 -HR)d = 51,67 tOO 150 20t)m 7' 8' 9' 10' HRro 100 90 80 (100-HR)d = 135,75 70 60 50 .----r---,----,-----,,-50 0 50 100 150 200m ; 1 3 5'6' 7' 8' 9' 10' 90 80 70 60 50 l I (100 -HR)d = 57,00 @ 0 50 100 150m 1 3 9' s y----.---r--'-@ 0 50 190 150 1 3 5'6' 7' a 9' 10'

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Le bllan topocllmat/que de Ia grotte de Clofanl HR% p 100 .... :. s I ... -----------90 80 70 60 50 0 50 100 150m 1 3 9' -Nous rappelons que, dans le meme secteur de Ia grotte, nous avons constate une tendance d'accumulation d'air froid, et on peut en conclure que les perturbations y sont relativement plus accentuees au point de vue hygrometrique aussi. Des aspects bien distincts par rapport a Ia temperature de !'atmosphere souterraine apparaissent lorsque nous prenons en compte les moyennes hygriques enregistrees au niveau de Ia voOte (Tab. 13). Les valeurs annuelles s'ordonnent selon !'hyperbole (Fig. 49 B): (100 HR) d= 57,00 (51) qui s'adapte aux valeurs reelles a Ia limite du seuil de signification de 5%. Pour le meroclimat de perturbation, !'augmentation de l'humidite relative suit Ia fonctionexponentielle: HR = 100 ,75 0,8405d (52) ..... qui est extrAmement proche des donnees reelles (Tl = 0,998) : Ces equations montrent un gradient un peu plus fort .au niveau de Ia voOte, essentiellement a cause 67 HR% 100 p s t I 90 r f 80 I I 70 I I 60 I I 1 50 0 50 100 150m I I II I 1 3 9' de Ia difference de plus de 10% qui apparatt a !'entree (station 1). Un ecart de facture existait egalement dans le cas des temperatures, mais nous avons vu que Ia succession de celles-ci n'admettait aucune courbe globale (Fig. 20 B). Maintenant, cette impossibilite est manifests dans Ia distribution des moyennes saisonnieres (Fig. 51), ce qui amplifie les differences vis-a-vis du modelage des gradients thermiques. En regime d'hiver comme en regime d'ete au niveau du plancher le courant emergent egalise les valeurs et ce ne sont que les influences externes dues au rayonnement qui determinant une diminution (dans le sens du courant d'air) tres limitee dans l'espace de l'humidite relative, conformement a Ia fonctlon: s:a6. o,8519d (53) .}: En periode estivale, les perturbations externes agissent dans le marne sens que Ia ventilation; elles sont done bien plus marquees Jet se repercutent dans tout le _,seeteui., vestibultdre, Ia courbe exponentielle s'y adapte ayant pour equation:

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HR = 100 51,26 0,8214d (54} -; L Mais, tel que nous venof')s de le specifier, le test statistique de signification donne un resultat negatif si nous ajoutons a ces valeurs celle de Ia station 9'. 7.2. ETUDE DES AMPLITUDES HYGRIQUES Tel que nous l'avons mentionne au debut du chapitre precedent, l'amortissement des variations hygrometriques peut lui aussi etre soumis a un modelage car Ia distribution des valeurs par rapport a Ia distance de l'entreee est plus ordonnee que dans le cas d'autres cavites. Ce modelage montre d'emblee Ia meme homogeneite que nous avons trouvee en analysant les gradients hygriques et, en meme temps, une remarquable ressemblance avec tissement des amplitudes thermique8: --.En -effet, toutes les courbes deduites par calcul statistique sont des hyperboles equilateres au niveau topoclimatique et des exponen' tielles a celui meroclimatique. A% 60 50 30 p s G. Racovlfj col/. Sur l'alignement de Ia Galerie M. Ghica, les amplitudes hygriques annuelles diminuent au niveau du plancher salon Ia fonction (Fig. 52): Ad= 145,60 (55) si on se rapporte a !'ensemble des donnees et conformement a I' equation: A = 33,97 1,0788-d (56) si on n'envisage que Ia zone de perturbation. Au meme niveau, les ___ amplitudes hivernales menent a une constante plus petite de Ia fonction hyperbolique, car elles sont, naturellement, inferieures a celles annuelles dans les premiers points de mesure (Fig. 53); cette fonction s'ecrit a present: Ad:::: :LQB,OO (57) La difference, quoique peu importante, : imprime une pente plus accentuee -a Ia courbe exponentielle l Ad 145,60 20- 10 -\ J b 50 150 ___ .... ____ .... -----400 m 100 200 250 3SO. 300 Ill I 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12

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Le bllsn topocl/mstlque de Is grotte de C/o,snl ,. A o/o 50 30 20 10 0 A% so ... 30 20 10 0 p s Ad : 108,00 ----_______ ._ __ 150 200 250 300 350 400m 10 11 12 p s t \ . \ ..... -. ..:.--------------------..... 0 50 100 150 200 250 300 350 400 m 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12 88

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70 correspondant au meroclimat de perturbation, dont !'equation deviant: A = 34,15 1,0988-d (58) Notons que Ia distribution des amplitudes hygriques hivernales, aussi bien que celle des amplitudes annuelles, etablit Ia limite nieroclimatique entre les stations 5 et 6, ce qui signifie que, au point de vue hygrometrique, les perturbations ne depassent pas le secteur vestibulaire. Pour les valeurs saisonnieres, cette delimitation est identique a celle donnee par les variations thermometriques, mais nous rappelons que, dans le cas de ces dernieres, les amplitudes annuelles suivaient si fidelement Ia courbe theorique, qu'elles ne relevaient plus des distinctions meroclima tiques. En periode estivate, Ia tres faible amplitude des variations, bien plus faible que des fluctuations de Ia temperature de l'air, nous ramene tres exactement a Ia situation qui caracterisait le gradient hygrique, done a un modele exponential qui n'interesse que les trois premieres stations (Fig. 54) et qui a maintenant Ia forme: A = 14,51 1,2126-d (59) Une fois de plus, aucune difference de type de distribution n'apparaTt sur l'alignement de Ia Galerie des Laboratoires et ce n'est qu'a Ia station 6' que nous voyons, pour Ia raison deja specifiee, des amplitudes hivernales et, implicitement, annuelles plus importantes (fab. 12). Les coefficients des equations auront done des valeurs tegerement modifiees et, par ailleurs, Ia limite meroclimatique se place en regime de : perturbation dans Ia meme position que dans :Ia cas des amplitudes thermiques, c'est-a dire qu'il n'y a plus restriction du meroclimat de perturbation. Pour les amplitudes annuelles (Fig. 55 A), Ia hyperbole globale est donnee par !'equation: _o Ad= 179,67 (60) G. Raco v/,a et coli. tandis que l'amortissement exponential des variations dans Ia premiere zone meroclimatique a pour expression numerique A = 39,83 1 ,065a-d (61) Dans le cas des amplitudes hivernales (Fig. 56 A), le modele hyperbolique est pra.tiquement le meme que celui defini pour Ia Galerie M. Ghica: Ad= 107,00 (62) ce qui signifie que !'amplitude a Ia station 6' n'a pas un poids trop important dans !'ensemble des donnees. En revanche, Ia cqurbe exponentielle, dont !'expression est: A= 29,51 1 ,0785-d (63) a une pente un peu plus attenuee. En periode de stabilite (Fig. 56 B), Ia variation exponentielle des amplitudes hygriques ne depasse ni sur cet alignement les trois premieres stations; il y a done lieu d'adopter le meme modele. Les donnees se raportant au niveau de Ia voOte (Tab. 13) devoilent une image originate, puisque aucune courbe globale ne satisfait au point de vue de Ia signification statistique9 II ne nous reste par consequent que preciser les modeles exponentials en liaison avec le secteur soumis aux perturba tions externes. Pour les amplitudes annuelles (Fig. 55 B), Ia fonction est: A= 64,13 1, 1691-d (64) et traduit une diminution particulierement rapide des variations, a partir de Ia forte amplitude enregistree a I' entree de Ia grotte. Pour les amplitudes saisonnieres (Fig. 57), Ia stabilite hygrometrique s'installe, meme durant Ia periode chaude, des Ia 9 II n'est pas exclu que ce fait soit dO au nombre insuffisant des points de mesure, car nous avons ete confrontes avec des difficultes semblables egalement dans I' analyse : des gradients hygriques, ou on a vu qu'une fonction globale n'a pu etre calculee que pour les moyennes annuelles et qu'elle s'y adaptait a Ia limite de signification statistique.

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Ls bllsn topoc/lmstlque de Is grotte de C/o,snl : A% 50 30 20 10 0 Arc p s 60 50 40 I 30 Ad =179,67 20 \ 10 0 0 50 100 1 3 5'6' 7 8' 9' p S Ad = 107,00 0 50 100 150 I Ill I I I I I 1 3 5'6' 7' 8' 9' A% 60 50 40 3()-20 10 I 0 ,}. 150 .. 200m 10' A% @ 50 p 40 30 20 10 t \. 0 zoom I 10' 71 I P s 1 @ I I I I I I t I \ \ .. $ .. .. so 100 150 ,n : .. 1-3 9' s 100 150 200m 8' 9' 10'

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72 A% 40. p s 30 20 T 10 I \ 0 I 50 100 150m 1 3 9 station 4. Ainsi limite, l'amortissement des variations a en tant que modele theorique Jes exponentielles: ' A= 17,00 1 ,2589-d (65) en saison hivernale, et: A= 226,73 1 ,0542-d (66) en saison estivale, quand Ia courbe est placee a un niveau bien plus eleva dans le systeme de coordonnees et I' amplitude des variations hygrometriques a Ia station 3 reste encore considerable. 8. EVAPO-CONDENSATION Les donnees fournies par les condensometres suspendus a Ia voOte et las G. Rscovlfj .-t A% s @ 40 p 30 20 \ 10 0 -----0 II 50 100 150m 1 3 9' valeurs differentes. Le premier se manifests en periode hivernaJe1o et il'est dO au fait que l'aii' qui compose le courant emergent se refroidit progressivement a Ia proximite de Ia surface, de sorte que sa tension initiate de vapeur (e) determinee par Ia temperature et l'humidite relative du meroclimat de stabilite arrive a depasser Ia tension des vapeurs saturantes (e) correspondant a Ia temperature du meroclimat de perturbation La condition necessaire et suffisante pour que Ia condensation puisse se produire (ANDRIEUX, 1 970) est ainsi accomplie. Le second maximum apparaTt en '. periode estivate, quand Je refroidissement de l'air qu i forme le courant immergent est plus important, en compensant ainsi l'effet antagoniste de l'humidite relative plus faible de l'exterieur. evaporometres places sur Je plancher (Tab. 10 Quoiqu'au point de vue thermo-hygrometrique, 14) relevant d'emblee le fait que, dans toutle l'hiver 1989 1990 reunit les caracteristiques d 'une secteur vestibulaire de Ia grotte, le periode de transition, et nous l'avons considere phenomena d'evapo-condensation est sujet comme tel dans Je de mesures a de fortes variations saisonnieres, dont Ia instantanees, tes valeurs cumulatives de l'evapo-liaison avec le : regime de ventilation est condensation enregistrees durant l'intervalle evidente. : novembre 1989 -fevrier 1990 sont parfaitement Dans le cas de Ia condensation (Fig comparables a celles obtenues pendant les de_!JX 58)' ces variations se caracterisent en regie . . saisons froides precedentes et cet intervalle doit generale par I' apparition de deux maxima, de apprecie maintenant en tant que periode hive male.

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Le bllsn topoc/lmstlque de Is grotte de C/o,snl 73 11,4 6,5 1,1 0,1 84,9 3,9 14,2 10,1 3,1= 0,1 194,1 64,7 2 0 16,0 13,5 4,6 1,4 106,2 242,3 136,1 : 28,7 2,5 6,4 7,0 3,4 1,5 72,3 112,5 95,2 5,7 3,4 1,5 3,0 1,5 1,2 0,039 43,8 30,5 21,2 0,0 2,6 7,0 4,7 0,6 0,6 0,009 0,009 13,6 21,2 3,0 4,5 3,8 8,6 10,9 1,5 1,9 0,021 93,8 42,5 83,2 14,1 2,6 4,9 11,7 2,5 4,1 0,037 150,7 63,7 65,8 17,0 2,1 0,0 2,0 2,4 4,3 0,080 0,026 160,3 59,8 4,3 0,0 0,1 2,0 1,8 0,022 137,4 88,7 32,5 8,7 2,5 3,8 3,8 1,2 1 1 0,018 0,054 430,7 80,4 3,0 7,8 3,9 0,0 0,0 0,009 0,027 347,3 3,0 7,3 1,4 0,0 0,0 0,015 0,022 6,2 7,8 0,7 0,1 0,2 0,025 0,033 395 3 360,2 358 7 152,3 4,4 7,0 4,3 0,9 0,0 0,000 0,019 110 1 50,3 102,2 55,0 7,9 0,2 1,8 1,3 0,000 0 ,011 20, 3 0,0 18,5 57,2 0,2 1,3 1,0 0,000 0,033 9,2 ? 1,8 3,7 5,5 5,5 2,5 2,2 0,4 0,006 0,026 23,9 22,9 ? 4,4 6,5 3,8 6,2 1,2 0,006 0,019 72,2 26,5 75,4 ? 3,2 6,4 8,9 1,9 :. 0,000 0,024 100,0 65,7 ?9,6 11,0 2,6 2,2 0 000 0,015 73,3 18 0 10,3 5 5 0,0 0,5 0,019 0,000 69,2 125,8 29 9 ? 11,0 6,3 2,0 1,0 0,008 0,042 73,6 82,1 21,9 ?4,2 6,1 0,5 .::;: 0,009 0,000 416,8 419,9 264,2 125,0 ?7,9 0,1 0,015 0,007 191,1 ? 209,8 ? 10,0 137,4 0,6 0,009 0,018 157 7 ? 201,7 ? 27,3 95, 5 2 0 029 ? 98 127 47 Note: les valeurs precedees par un point d'interrogation sont douteuses. . : Les deux maxima sont separes par des unidirectionnelle, mais son intensite diminue minima qui coincident avec les periodes de de deux ordres de grandeur par rapport a Ia transition, ces dernieres etant plus faciles a partie extrllme de Ia zone de perturbation delimiter au point de vue thermometrique au (Tab. 14, stations 9' et 12, respectivement 5) cours du printemps, quand !'augmentation de et, en outre, est completement depourvue de Ia temperature externe a ate tel qu'on l'a variations a periodicite saisonniere. On doit montre toujours plus graduee que egalement noter -et ce fait est de grande l abaissement qui marquait le debut 'des importance que, dans Ia Galerie M. Ghica, periodes hivernales. Ces minima peuvent Ia quantite moyenne mensuelle d'eau de etre mis sur le compte non seulement d'une condensation est 2,5 fois plus grande que tendance d'egalisation de Ia tension de dans Ia Galerie des Laboratoires Ia vape1,1r a Ia surface et dans !'atmosphere difference augmentant en periode estivale, mais surtout d'une diminution done en regime de ventilation drastique du debit de Ia thermocirculation,. Ce dernier aspect est de nature a suggerer allant frequemment jusqu'a Ia suppression.\ une possible explication, liee a la position totale des echanges aerodynamiques. -relative des deux points de En effet, Dans le meroclimat de stabilite, Ia compte tenu des elements topographiques condensation est toujours manifeste, cette .,! precises au :-chapitre 1, on est en droit fois-ci en tant qu'effet de Ia ventilation d'affirmer que, placee vers l'extremite de Ia

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74 G. Racovlfil et coli. __ :--. -------,.,:' { < ......... . ?:: : ... :.-: H .: .:: T E H H T E 16 14 12 10 0 8 M 1 6 :!2 '" 4 2 0 12 10 8 6 4 2 0 2 4 0,05 0 ,03 t) 'oiJ' F'M' s'o'N'DI s' o'N'DI -. Galerie M. Ghica, Ia station 12 est bien plus proche de l'ouverture supe rieure du reseau endokarstique que Ia station 9' de Ia Galerie des Laboratoires, qui n'est distancee que de 117 m de l'ouverture inferieure, c'est-a-dire de !'entree de Ia grotte. Et comme l'intensite de l'evapo-condensation diminue en temps que l'air qui penetre dans Ia cavite se met en equilibre thermo-hygrometrique avec !'atmosphere souterraine, Ia difference dont il est question deviant logique. Un demier aspect qui se fait remarquer concerne !'amplitude des maxima sai sonniers, puisqu'on voit que ces maxima sont plus importants durant l'hiver a Ia station 2 et pendant l'ete a Ia station 5. II sera repris lors de !'analyse de Ia variation spatiale que presente l'intensite de Ia condensation. Dans le cas de !'evaporation (Fig. 59), le caractere saisonnier des fluctuations enregistrees durant les deux cycles annuelles se maintient a peu pres sous Ia forme, mais les deux types de maxima restent constamment disproportionnes en faveur de ceux hivernaux. Cette inegalite est en accord avec le fait que, en periode d'hiver, le gradient thermique forme le long du courant immergent est lui aussi plus accentue. L'ectiauffement rapide de l'air qui y est vehicule cree un grand potential d'evaporation, tandis qu'en saison d'ete, dans les conditions d'equilibre thermo hygrometrique propres au courant emergent, ce potential diminue considerablement, a Ia limite interne du secteur vestibulaire, ou l'etat d'equilibre n'est pas encore perturb e, il

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Le bllan topocl/matlque de/a grotte de Clo,anl 1.00 .. 5 .2, 300 0 M ;::,.. zoo E "0 .:to 5 100 0 1.00 300 zoo 100 .' 0 300 '200 100 0 .. 100 0 H T E H 0 @ @ T E H T 1\ I \ I \ l'\ 5 A .. i deviant negligeable (Fig. 59, station 5). Dans le meroclimat de stabilite, Ia difference d'entre les deux galeries que nous avons relevee ci-dessus a l'egard de Ia condensation arrive a un aspect extrQme, dans le sans que I' evaporation fait totalement defaut vers l'extremite de Ia Galerie M. Ghica (Tab. 14, station 12). Elle est, en revanche, constamment manifeste dans Ia Galerie des Laboratoires, si son intensite ne depasse pas l'ordre de grandeur qu'on trouve a Ia limite du meroclimat de perturbation et reste depourvue -comma dans le cas de Ia condensation de toute periodicite dans ses variations. On peut done en conclure que, dans le tiers final de Ia Galerie M. Ghica, !'atmosphere souterraine est dominae par le processus de condensation. Cette constatation pourra expliquer -au niveau meroclimatique -Ia degradation des concretions calcitiques qui s'observe dans ce secteur de Ia grotte et qui a ate mise sur le compte d'un effet corrosif de l'eau de condensation (DIACONU, 1990). 8.1. VARIATIONS SPATIALES DE CONDENSATION En dehors des fluctuations saisonnieres majeures, les diagrammes representant !'evolution temporelle de l'evapo-condensation (Fig. 58 et 59) montrent deux autres aspects importants: d'une part, Ia diminution progressive et generale de l'intensite des deux processus

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76 parallelement a !'augmentation de Ia distance de l'entree, et d'autre part, une certaine disproportion, voir desynchronisa-16 Vl 5 75 .!. g 11, .. E 73 11 10 9 8 7 ., : comparaison directe des valeurs correspondant aux differentes stations qui ont ete enregistrees le long des deux cycles annuals Nous l'avons entreprise en premier lieu pour Ia condensation (Fig. 60) dent Ia mesure n'a pas ate affectee de discontinuites et on peut en observer tres clairement !'existence de ce qu'on pourrait appeler un ,gradient de condensation", aussi bien qu'une modification salon Ia saison du rapport existant entre les divers points du secteur vestibulaire a l'egard de Ia quantite d'eau qui s'y forme par condensation. Afin de donner une expression quantitative synthetique a ces differences, nous avons essaye d'etablir les modeles mathematiques correspondant a Ia distribution spatiale des valeurs moyennes de l'evapo-condensation_. (Tab. 14), en G. Rst:!Jvlfj et col/. tions entre les inflexions des courbes. Ces aspects sent mieux mis en evidence par une prenant en consideration tant les moyennes annuelles que celles saisonnieres (calculees pour les trois periodes que nous avons delimite) (Fig. 61 et 62). Les resultats en sent particulierement suggestifs. En ce qui concerne Ia condensation, les valeurs moyennes annuelles decroissent en fonction de Ia distance salon une courbe exponentielle dent I' equation est: c = 12,12. 1 1237-d (67) .... ou, transposes dans Ia base des logarithmes naturals, ,. c = 12,12. 8 -0,1166 d (68) En analysant le mArne phenomena a partir des donnees obtenues durant l'intervalle novembre 1979 -aoOt 1980 dans

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Le bllsn topocllmstlque dels grotte de Clofsnl 77 .i6 1; ll2 @ 10 8 6 4 2@ 6 2 0 6 4 2 0 C = 66,7 e-0,1 d (69) Les equations (68) et (69) indiquent des differences appreciables a l'egard des valeurs absolues de Ia condensation (que les auteurs cites expriment en mais comportent Ia meme grandeur de l'exposant (k = 0,1),.-ce qui signifie un taux egal de diminution spatiale et de l'intensite de Ia condensation. Determines a l'aide de dispositifs differents, pour des intervalles de temps differents et dans des annees differentes (sous ce dernier aspect pouvant etre des differences notables au niveau du macroclimat regional),!:< l'intensite de Ia condensation s'avere done ,, ,, litre sou mise a un determinisme constant mArne au point de vue quantitatif. Par 0 CD 5 10 15 20 m Stations 2 3 4 5 ailleurs, on verifie ainsi que les methodes employees pour Ia mesure de ce phemomeme reproduisent bien fidelement Ia realite. En regime hivernal, les valeurs moyennes de Ia condensation conservent leur distribution exponentielle, mais Ia pente de Ia courbe est dans ce cas plus accentuee et !'equation devient: . c = 37,36 1 ,2640-d (70) En periode de transition, aussi bien qu'en regime estival, Ia courbe Ia plus proche de Ia distribution des moyennes de Ia condensatior change de forme et deviant parabolique, ayant pour equations nume riques: c = -0,0275 (j2 + 0,31. 77 d+ 5,0838 (71) :t.; t { dans Ia premiere situation, et: . ;.-;' c = i:J2+ 103,9345 d-192,1273 (72)

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78. 150 :I 0 0100 M ;::;-50 e u 0 300 250 200 150 700 50 '. 0 100 50 CD 0 100 50 0 o Stations 2 , 3 4 dans Ia seconde, tout en mentionnant que dans ce dernier cas on a elimine du calcul Ia valeur correspondant a Ia station 4. En effet, celle-ci est visiblement abberante (Fig. 61 E), sans doute a cause du fait que Ia morphologie de Ia galerie nous a oblige de placer le condensometre :'a urie certaine distanc e de Ia voate, done vers Ia peripherie du courant immergent: . Le modele parabolique indique tres clairement le fait que surtout en periode estivale -Ia condensation n'atteint pas son intensite 111aximum au voisinage de I' entree, mais a une certaine distance de celle-ci et plus exactement Ia .o,u, en se refroidissant, les masses d'air tn:insportees de l'exterieur arrivent a Ia .temperature de 5 G. 1lt col}. rosee et Ia plupart de Ia vapeur qu'elles contiennent passe en etat liquide. L'analyse des donnees concernant !;evaporation mene a. des resultats analogues, mais dans un certain sens opposes. La distribution des moyennes annuelles est toujours de type exponential, ayant pour equation E = 244,36 1 ,0813-d (73) La comparaison avec Ia fonction (67)' demontre que Ia pente de cette courbe n'est pas trop differente de celle calculee pour Ia condensation, de sorte qu'on peut parler d'un taux comparable de diminution vers l'intE!rieur de Ia grotte des deux .. processus. Cecl est !'element d'anatdgie; celui

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L bllsn topoc/lmstlque de/s grotte de Clopnl condensation, de sorte qu'on peut parler d'un taux comparable de diminution vers l'interieur de Ia grotte des deux processus. ceci est !'element d'analogie; celui d'antagonisme touche a Ia distribution des moyennes saisonnieres. En effet, dans le cas de I' evaporation on retrouve le modele exponential non pas pour les moyennes hivemales, mais pour celles estivales, !'equation qui y correspond etant: E = 238,34 1 1 see-d (74) tandis que le modele parabolique s'adapte a Ia distribution des moyennes calculees pour Ia periode de transition et pour cella hivemale; il est defini par les equations: E = -0,7177 .d2 + 17,3526 d-16,6350 (75) et, respectivement,: E = -0,9634 (j2 + 12,2763 d + 248,5233 (76) : Etant parfaitement concordante avec le caractere a priori antagonists des deux processus, cette observation demontre en temps que l'image fournie par las donnees cumulees le long d'un cycle annual complet et exprimees par les valeurs moyennes annuelles est en realite le resultat d'une integration a effet compensateur de composantes saisonnieres tres differentes l'une de l'autre. Afin de connaitre en detail les processus d'evapo-condensation endokarstique, il est done important d'examiner les aspects induits par !'inversion saisonniere de Ia thermocirculation. Dans notre cas, cette inversion est accompagnee d'un changement significatif du point dans lequell'evapo condensation attaint son maximum d'intensite. 8.2. DE CONDENSATION Dans leur etude, DECU et coli. (1982) arrivent a conclure que Ia condensation n'est provoquee dans Ia Grotte de ni par une compression de l'air, ni par les variations d'humidite relative, car ils ne trouvent de correlation significative qu'avec Ia de temperature entre l'alr et le substratum (en l'espece, Ia plaque en verre du condensometre). Mais 11 va sans dire que : prendre en consideration una telle difference revient a mettre en discussion les tensions de vapeur et, en demiere instance, l'humidite absolue. Nous avons done verifie a notre tour s'il y a ou non concordance entre les valeurs mesurees de l'evapo-condensati on et les valeurs theoriques deduites des donnees thermo-hygrometriques. En tant que valeurs theoriques, nous avons admis les differences d'humidite absolue generees par les variations thermo hygrometriques auxquelles sont soumises les masses d'air vehiculees dans Ia grotte, Ia teneur en vapeurs d'eau de !'atmosphere etant etablie d'apres Ia formula (RACOVITA, 1975): f = 289,38e 273+t (77) ".. Nous avons pris en consideration, d'une part, Ia temperature et l'humidite relative moyennes extraites des .. erire gistrements thermo-hygrometriques effectues a l'exterieur au voisinage de l'entree et etablis par intervalles entre deux visites consecutives a Ia grotte; d'autre part, Ia temperature et l'humidite relative moyennes du meroclimat souterrain de stabilite, obtenues a partir des mesures psychro metriques mensuelles. De Ia sorte, on diminue dans une certaine mesure !'inconve nient qui derive du fait que, par suite de Ia technique de travail employee, les valeurs de l'evapo-condensation mesuree sont de facture cumulative, tandis que les donnees psychrometriques sont ponctuelles. Les resultats les plus significatifs se rapportent a Ia station 2 pour !'evaporation et a Ia station 3 pour Ia condensation (Tab. 15), les courbes qui y ont ate obtenues pour Ia variation theorique de l'evapo-condensation etant en grandes lignes paralleles a celles correspondant aux valeurs mesurees 63 et 64). Ce parallelisme est neanmoins affecte par certains decalages plus ou moins impor tants et le calcul montre qu'il n'y a pas correlation significative entre les deux sets

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80 c 61 74 13 2,5 72 11 10 2,0 9 8 7 1,5 6 c 5 1,0 1 6f \ 4 3 2 0,5 7 \ v 0 DJFM A MJJASOND JFMAMJJAS ONDJFM 1988 1989 1990

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Le bllsn. topot;llmstlque de Is grotte de C/o,snl 81-E 61 450 400 5,0 A 350 4,0 ,, I l 300 I I I 250 3,0 I \ /''+/ I l I \ I 200 I \ I 1 \ I ,, 150 2,0 I I E \ I I 100 I \ 1,0 I 50 6f rI . 0 o.o 'ol J 'F'M'A 'A NM'A NM' 1988 1989 1990 1,21 1,1797 1,2233 1,1798 0,0434 1,2229 1,1802 0,0430 1111988 2,1 1,2222 9,7 1,1798 0,0423 IV 1988 7,7 4,0 1,1972 9,7 1,1798 0,0173 0,54 v 1988 12,2 5,8 1,1n2 9,8 1,1797 -0,0027 0,21 VI 1988 16,0 6,9 111611 9,7 1,1798 -0,0188 0,56 Vll1988 19,9 8,8 1,1445 11,0 9,7 1,1798 -0,0354 o,n VIII 1988 22,4 10,0 1,1341 11,0 9,8 1,1797 -0,0458 0,87 IX 1988 19,3 8,6 1,1469 10,9 9,8 1,1801 -0,0330 0,74 X 1988 11,1 6,1 1,1816 10,9 9,8 1,1801 0,0017 0,17 XI 1988 1,5 3,3 1,2247 11,0 9,7 1,1798 0,0448 0,86 Xll1988 0,2 3,3 1,2305 11,0 9,7 1,1798 0,0506 0,92 I 1989 3,3 3,4 1,2167 10,9 9,8 1,1801 0,0368 0,78 111989 ,2 3,2 1,2217 10,9 9,8 1,1801 0,0418 0,83 Ill 1989 6,4 4,6 1,2024 10,9 9,7 1,1802 0,0225 0,61 IV 1989 11,8 5,1 1,1793 11,0 9,7 1,1798 -0,0006 0,10 v 1989 12,0 6,9 1.1n4 11,0 9,7 1,1798 -0,0025 0,20 Vl1989 14,2 8,1 1,1676 11,0 9,7 1,1798 -0,0123 0,45 Vll1989 19,0 9,4 1,1476 11,0 9,7 1,1798 -0,0323 0,73 I Vlll1989 17,0 8,9 1,1559 10,9 9,8 1,1801 -0,0240 0,63 IX 1989 15,4 8,6 1,1624 10,9 9,8 1,1801 -0,0175 0,54 X 1989 10,5 6,8 1,1837 10,9 9,8 1,1801 0,0038 0, Xl1989 8,4 5,7 1,1932 10,9 9,8 1,1801 0,0133 0,47 15,0 5,0 1,1663 10,9 9,8 1,1801 -0,0136 0,48 11990 9,4 4,7 1,1896 10,9 9,8 1,1801 0,0097 0,40 111990 1,9 3,1 1,1896 10,9 9,8 1,1801 0,0432 0,85 Ill 1990 11916 1 11801 17 44

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82 echanges aerodynamiques, dont on n'a pas tenu compte pour Ia moment. C'est surtout sur le deuxieme aspect qu'on peut inte!Venir pour le resultat. On sait (ANDRIEUX, 1970a) que Ia mesure directe du debit des courants d'air implique une technique particulierement laborieuse et difficilement applicable en pratique. Pour cette raison, nous avons fait recours a une solution basee toujours sur Ia determination des parametres theoriques. En premier lieu, nous avons calcule Ia vitesse theorique de ventilation en partant de Ia densite de l'air (RACOVITA. 1975) et en utilisant pour cela les memes valeurs thermo hygrometriques qui ont seiVi a l'etablissement des vateurs theoriques de l'evapo-condensation (Tab. 16). Nous avons .,. ::iii\',? !\\t .:: l t:v. e:==: Xll1987 o,n 0,9 1,0 0,69 o,n 11988 0,85 1,2 3,1 1,02 2,63 111988 0,85 1,1 4,5 0,93 3,82 Ill 1988 0,84 0,9 2,5 0,76 2,10 'IV 1988 0,54 0,4 1,7 0,22 0,92 v 1988 0,21 0,8 0,1 0,17 0,02 VI 1988 0,56 2,4 .. 0,0 1,34 0,00 Vll1988 o,n 1,9 0,6 1,46 0,46 VIII 1988 0,87 2,4 0 7 2,09 0,61 x 1988 0;74 2,2 0,5 1,63 0,37 X 1988 0,17 0,5 0,0 0,08 0,00 XI 1988 0,86 0,7 2,9 0,60 2,49 Xll1988 0,92 0,9 3,6 0,84 3,31 11989 0,78 1,0 3,1 0,78 2,42 II 1989 0,83 1,1 4,1 0,91 3,40 Ill 1989 0,61 0,5 2,0 : 0,30 1,22 IV 1989 0,10 0,3 1,7 0,03 0,17 : v 1989 0,20 0,2 1,0 0,04 0,20 ; VI 1989 0,45 0,8 0,1 0,36 0,04 Vll1989 0,73 2,3 0,4 1,68 0,29 Vlll1989 0,63 2,0 0,3 1,26 0,20 IX 1989 "0,54 1,3 0,2 0,70 0,11 X 1989 0,25 1,4 0,4 0,35 0,10 Xl1989 0,47 0,2 1,4 0,09 0,66 Xll1989 0,48 0,2 4,9 0,10 2,35 11990 0,40 1,0 2,6 0,40 1,04 111990 0,85 1,0 5,2 0,85 4,42 1111990 0,44 1,0 2,3 0,44 1,01 determine ensuite ce qu'on pourrait nommer un .. indice de potentielle", donne par le produit entre Ia vitesse theorique de ventilation et les valeurs theoriques de !'evaporation ou qe Ia condensation (Tab. 17). Finalement; afin d'attenuer les fluctuations aleatoires, nous avons calcule les valeurs moyennes mensuelles tant pour cet indica, que pour l'evapo-condensation mesuree (Tab . 18). Les courbes correspondant aux deux series de valeurs moyennes (Fig. 65) relevant un parallelisme bien plus etroit, de sorte que Ia correlation en deviant maintenant significative (Fig. 66). En effet, le coefficient de correlation lineaire arrive a 0,65 dans le cas de Ia condensation et a 0,78 dans celui de !'evaporation, grandeurs 4,16 191,08 0 73 5,59 276,53 0,90 3,88 7,95 93,92 0,50 1,44 4,93 46,30 0,10 0,54 Mai 2,17 26,51 0,10 0,11 Juin 3,45 18,80 0,85 0,02 Juillet 8,59 82,98 1,57 0,37 AoOt 10,31 125,36 1,67 0,40 Septembre 2,34 116,n 1,16 0,24 Octobre 0,03 103,29 0,21 0,05 Novembre 2,92 252,14 0,34 1,57 Decembre 02 qui no us permettent d'accepter Ia signifi cation statistique pour un seuil de confiance de 5% dans le premier cas et de 1% dans le second. II est demontre ainsi que les mesures effectuees dans Ia grotte refletent sans deformation intolerable Ia realite physique de !'atmosphere souterraine.

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LB bllan topocllmatlque de/a grotte de Clopnl c lc.< 11 10 1,5 9 8 7" 6 5 4 1,0 3 0,5 2 0 0,0 c JFMAMJJASOND : '. E 400 300 100 ,0 0 0,0 11 :-/")-... E 10 .. 400 9 8 7 6 5 4 3 .. :_J 1 r=0.6S ', ... ': .. ;,,.\; .. '; ... .':d. o.o 0,5 1,0 .. _,.) 1.5' lc I r"'.J I I I I I I I I I IJ, I I I I 1 JFMAMJJASOND 2,0. 3,0 4,0 IE

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84 9. CONCLUSIONS 1. Au cours du cycle bisannuel d'etudes topoclimatiques, le contexte meteorologique externe a eu en tant que caracteristique ma jeure Ia succession de trois hivers doux, avec des temperatures tres moderees. En re vanche, aucune particularite notable n'a pu etre remarquee au point de vue hygrometri que. 2. Le regime de ventilation de Ia Grotte de est mixte; il est domin$ par un courant bidirectionnel localise dans le secteur vestibulaire mais il comports aussi un courant unidirectionnel qui, quoique de tres faible intensite, est perceptible le long de deux galeries qui composent le reseau souterrain. 3. Derivee de ce regime de ventilation, Ia zonation meroclimatique de Ia cavite est fort simple. II existe une zone de perturbation qui co"incide avec !'extension de Ia ventilation bidirectionnelle et qui ne depasse pas les premiers 50 m de galerie, et une large zone de stabilite qui occupe tout le reste de Ia grotte (dont le developpement total attaint J100 m). 4. Les traits topoclimatiques specifiques sont entierement subordonnes a !'extension particulierement faible du meroclimat de perturbation, Ia ventilation unidirectionnelle n'ayant que des consequences mineures. : 5. Par suite du caractere dominant de Ia ventilation bidirectionnelle, les variations saisonnieres de Ia temperature de l'air qu'on enregistre dans le secteur vestibulaire ne sont pas equivalentes. Les mesures con duisent a des courbes aplaties en regime es tival au niveau du plancher et en regime hivernal au niveau de Ia voOte. Par ailleurs, entre Ia temperature externe et celle relevee dans Ia section de l'ouverture on trouve w1e correlation lineaire statistiquement significa tive si on se rapports au niveau du plancher en periode d'hiver et a celui de Ia voOte en periode d'ete. 6. Le modelage mathematique de Ia distribution spatiale des moyennes annuelles et saisonnieres de Ia temperature de l'air conduit a des resultats heterogenes. A l'echelle topoclimatique, le gradient ther mique annual est de type hyperbolique sur G. Bacovltl et COli. l'alignement de Ia Galerie M. Ghica et exponential sur celui de Ia Galerie des Labora toires au niveau du plancher, tandis qu'au niveau de Ia voOte, le nombre de mesures est insuffisant pour qu'on puisse en deduire une courbe s'adaptant d'une maniere satis faisante aux donnees reelles. Le modele hyperbolique se retrouve dans Ia distribution des moyennes saisonnieres sur les deux alignements, mais seulement en regime hivernal au niveau du plancher et en regime estival a celui de Ia voOte, done dans le sens du courant immergent. A l'echelle merocli matique, Ia variation de Ia temperature en fonction de Ia distance suit une loi parabolique sur l'alignement de Ia Galerie M. Ghica et exponentielle sur celui de Ia Galerie des .. Laboratoires et au niveau de Ia voOte. Quant aux moyennes saisonnieres, celles-ci s'ordonnent generalement seton des courbes aussi bien logarithmiques qu'exponentielles. 7. Cette heterogeneite montre que le modelage par courbes fonctionnelles de Ia distribution spatiale des moyennes termome triques ne reflete les phenomenes physiques lies au transfert d'emergie qui accompagne Ia thermocirculation souterraine que lorsqu'on . !'applique aux gradients formes dans le sens d'un .. courant d'air immergent. C'est preciser;nent le cas des courbes theoriques calculees a l'echelle meroclimatique pour le niveau du plancher en regime hivernal et pour celui de Ia voOte en regime estival. En ce qui concerne les modeles etablis a l'echelle topoclimatique, dans les conditions specifiques a Ia Grotte de ceux-ci ont une signification plutat statistique que physique, puisqu'ils constituent en premier lieu un element de comparaison directe et syn thetique avec d'autres cavites. 8. Comma effet de Ia ventilation bidirec tionnelle, des gradients thermiques se con stituent egalement en plan vertical dans Ia section de Ia galerie. Leur configuration change salon Ia distance rapportee a l'ouverture de Ia grotte. 9. A l'encontre des gradients de tempe rature, le phenomena d'amortissement des variations thermometriques montre une re marquable uniformite des fonctions par lesquelles it peut etre modele. Ces fonctions sont hyperboliques a l'echelle topoclimatique

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de/a grotte de Clofanl (en illustrant Ia tres faible de Ia zone de perturbation ) et, a !'exception pres, exponentielles a l'echelle meroclimatlque (en s'integrant dans le modele impose a ce phAnomene par les lois physiques). 10. L'etude des gradients de temperature qui se formant dans les substratums calcaires confirme le fait que !'interface airroche constitue un element de discontinuite dans Ia propagation du flux thermique. Par ailleurs, Ia configuration de ces gradients n'est pas Ia m&me a l'exterieur et dans Ia grotte, dans le dernier cas les variations periodiques a caractere saisonnier etant bien plus attenuees at valeurs beaucoup plus homogenes. 11. Surtout dans le meroclimat de perturbation, il est evident que c'est Ia temperature de !'atmosphere souterraine qui commande l'etat thermique des parois rocheuses, Ia conduction a partir de Ia surface du karst n'ayant pas d'effets saisissables. 12. De ce fait, les gradients de temperature qui prennent naissance le long de Ia cavite Ia superficielle de roche ne sont pas depourvus d'analogie avec ceux qui se constituent dans !'atmosphere souterraine. La meilleure similitude se manifeste si le terme de comparaison est represents par le gradient thermique forme dans l'air au niveau du courant immergent, c'est-a-dire dans le sens de propagation des influences externes. -13. Las proprietes calorifiques specifiques aux substratums calcaires mettent leur empreinte surtout sur Ia maniere dont se realise dans Ia roche l'amortissement des variations thermometriques en fonction de Ia distance rapportee a !'entree; ces variations etant generalement moins amples, elias s'attenuent plus rapidement vers l'interieur de Ia cavite, mais en suivant lt:ii m&me loi hyperbolique qui contrOie Ia "'thermometrie de I' atmosphere. BIBLIOGRAPHIE ANDRIEUX, C. (1969) Etude du climat de Ia grotte de Sainte-Catarina en Ariege, salon le cycle 1967. Ann. Speleol., 24, 1, pp. 19-74. 14. Dans les conditions specifiques a Ia Grotte de l'etat hygrique de !'atmosphere est mieux caracterise par les valeurs d'humidite relative que par celles de tension de vapeur. 15. Dans tous les cas ou Ia distribution spatiale des valeurs moyennes de l'humidite relative admet un modelage mathematique, les gradients hygriques sont illustres par des courbes hyperboliques a l'echelle topoclima tique et exponentielles a l'echelle meroclima tique. 16. Cette si pregnante homoglmeite qui se constitue en tant que note majeure pour Ia configuration des gradients hygriques se retrouve egalement dans le phenomena d'amortissement des variations de l'humidite relative, puisque celui-ci comporte pour chacun des deux niveaux climatiques exactement les m&mes modeles theoriques. 17. Las processus d'evapo-condensation endokarstique se manifestant tout le long de l'annee, m&me dans le meroclimat de sta bilite, ou ils constituent l'effet de Ia ventilation unidirectionnelle. Leur intensite est toutefois sujette a des fluctuations saisonnieres, mais celles-ci sont limitees au meroclimat de per turbation. 18. Dans le secteur vestibulaire de Ia grotte; I' inversion periodique du sens de Ia thermocirculation deplace d'une maniere saisissable le point ou l'intensite de l'evapo condensation attaint son maximum. II y a antagonisms entre las positions que ce point. occupe pour chacun des deux processus. 19. Una correlation lineaire peut etablie entre l'evapo-condensation mesuree et l'indice d'evapo-condensation potentielle {calc:ule en tenant aussi compte du debit de Ia thermocirculation). Ella demontre que les donnees obtenues par mesure directe sont parfaitement compatibles avec ce que las variations thermo-hygrometriques laissent supposer a l'egard de cas phenomenes physiques. ANDRIEUX, C. (1970a) Contribution a l'etude du climat des cavites naturelles des massifs karstiques. II. -Aerodynarnique souterraine. Ann. Spe/8ol., 25, 2, pp. 421-529. ANDRIEUX, C. (1970b) 111.-Evapo-condensation souterraine. Ann. Sp919ol., 25, 3, pp. 531-. 559.

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86 ANDRIEUX. C ; (1971a) IV.-Infh.ience de Ia mor phologie des galeries de Ia forme et de I' orientation des ouvertures sur le climat souterrain. Ann. Spe/eol., 26, 1, pp.121-146. ANDRIEUX, C. (1971b) V.-Le bilans climatiques. .. Ann. Speleol., 26, 2, pp . 147-166. ANDRIEUX, C. (1973) Etude du climat de Ia grotte de Pigailh (Ariege). Problemas poses .:' par le mechanisme de transferts :: ther-.-:: .. miques. Ann. SpB/6o/., 28, 3, pp, 361-374. ANDRIEUX, C. (19n) Etude du climat des cavites naturelles (grotte de Niaux). Gal/ia Prehistoire, 20, 1, pp. 301-322. BLEAHU, M., DECU, V., NEGREA, S., PLESA, C., POVARA, I. & VIEHMANN, I. (1976) din RomAnia Ed. Encicl., Bu. curesti . .'cHOPPY, J. (1981) Interpretation des mesures c6matiques dans Ia grotte C.Doria (N. 3875 ,. V. G.), publiees par S. Polli, Atti e Mem. Commis. Grotte ,Eugenio Boegan". 20, ., (1980), pp. 21-53 . CHOPPY, J. (1984) Processus climatiques dans .. les vides karstiques. Temperature de l'air. .. : Phenomenes karstiques, Speleo-Ciub de Paris. DECU, V., DIACONU, G. & POVARA, I. (1978) Pesters Ed. Sport-Turism, DECU, V., HERDLICKA, W. & SUCIU, N. (1982) Mensuration indirecte de l'eau de conden sation de deux grottes des monts (Carpates Meridionales). Implications ecologiques de Ia condensation endo carstique. Trav. lnst. Speo/. XXI, pp. 43-52. DELAY, B. (1978) Milieu souterrain et ecophysio logie de Ia reproduction et du developpe ment des Coleopteres Bathysciinae hy: poges, Mem. Blospeol 5, Moulis. DtACONU, G. (1990) cave. Mineralogical and genetic study of carbonates and clays, in Miscellanea Speologica Romanica, 2, Bucuresti, 135 p. ,. GINET, R. & DECU, V. (19n) Initiation a Ia bi o/ogie eta /'eco/ogie souterraines. Ed. J.-P Delarge, Paris. GORAN, C. (1982) Catalogu/ sistematic a/ din Ed. CNEFS, G. Rscollltl et CO/I. -.# .. .. NEGREA, S., NEGREA, A., SENCU, V. & BOTOSANEANU, L (1965), Grottes du Banat (Roumanie) explorees en 1963 Intern Journ. Spe/eol., 1, 4. RACOVITA, G. (1967) Nouvelles contributions a du topoclimat de Ia grotte "Ghetarul de Ia ScArisoara". Ann. Speleol., 22, 4, pp. 757-786. RACOVITA, G. (1975) La classification topocli matique des cavites souterraines. Trav. lnst. Speol. ,E.Racovitza': XIV, pp. 197-216. RACOVITA, G. (1984) Sur Ia structure merocli matiques des cavites souterraines. Theor. Appl Karsto1.,2, Bucurel?ti, pp. 123-130 . RACOVITA, G. (1985) Climatologia subteran4. in ;,Eiemente de speologie 3, Ed. lnst. Speol. RACOVITA, G., BOGHEAN, V., SILVESTRU, E & PETRESCU, M. (1990) Etude thermometrique des substratum& de Ia Grotte de ScArisoara. Trav. Jnst. Speol. ,E. Racovltza", XXIX, RACOVITA, G. & COCEAN, P. (1977) Recherclimatologiques dans Ia Grotte de .. Valea Lesului, Trav. lnst. Speol. ,E Racovitza": XVI, Bucuresti, pp.183-201 : RACOVITA, G. & CRACIUN, V. (1970) Note sur le topoclimat de Ia grotte de Vadu Trav. lnst. Speol. ,E. IX, Bucuresti, pp.61 80. RACOVITA, G. & CMCIUN V. (1981) Etude topoclimatique de Ia Grotte de Fata Apei, Trav. lnst. Speol. .. )(X, Bucuresti pp. 157-178. RACOVITA, G. & VIEHMANN, I. (1985) Etude d'evapocondensation souterraine dans une grotte glaciere. Theor. Appl. Karstol., 2 pp. 123-130. E. (1985) Etude topoclimatique de Ia Grotte Ghetarul de Ia Vtrtop (Monts de Bi hor). Theor. Appl. Karsto/., 3, Bucurel?ti, pp. 131-140. SCHOELLER, H. (1962) Les eaux souterraines. Ed. Masson et Cie, Paris. STEINBACH. M (1961) Prelucrarea statistica In medicin4 biologie. Ed. Acad. APR., Bucuresti. VIEHMANN, '1. (1973) Dix ans de recherches periodiques dans une grotte de glace (Ia grotte ScAril?Oara, Roumanie). Actes fl Congr. Intern. Speteol., 0/omouc, 4 pp.323-327.

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T.A.K. ARTICLES LAS BRUJAS CAVE (MALARGUE, ARGENTINA): AN EXAMPLE OF THE OIL POOLS CONTROL ON THE SPELEOGENESIS1 Paolo FORTI2 Carlos BENEDETTOa, G. COSTA3 ABSTRACT The influence of the oil pools and their fluids over the speleogenesis of limestone areas was proposed only recently for the region of the Guadalupe Mountains (New Mexico). A new demonstration of this has been found in the Las Brujas cave (Malargue, Mendoza Province, Arge ntina), which is the most famous and the only partially prepared for the tourism in the country. The organization of a joint-program between the Italian Speleological Society and the Argentina Institute of Speleological Research made the scientific exploration of this cave possible. Thanks to the detailed morphological analyses of the hosted speleothems and cave minerals it was possible to reconstruct the complex speleogenetic evolution the cave underwent, which started with the upwelling of fluids full of hydrogen sulphide from an oil pool. In the present paper, after a short geographic and geolithologic sketch of the karst area, the speleogenetic steps for the Las Brujas cave are presented and discussed. Key words: speleogenesis, cave minerals, Las Brujas, Mendoza, Argentina LA GROTTE LAS BRUJAS (MALARGUE, ARGENTINE): UN EXEMPLE DE CONTR6LE DES RESERVOIRS DE PETROLE SUR LA SPELEOGENESE RESUME L'influence des gisements de petro/e et leurs fluides sur Ia speleogenese a ete mise en evidence recemment pour Ia region des Montagnes de Gouade/upe (New Mexico). Une nouvelle preuve de cette Influence a ete trouvee dans Ia grotte Las Brujas (Ma/argue, province de Mendoza, Argentine) Ia plus fameuse et Ia seule partiellement amenagee pour /es visites touristiques dans ce pays L'exp/oration scientifique de cette grotte a ete possible gr!Jce a !organisation cfun programme commun entre Ia Societe Speleologique ltalienne et flnstitut de Recherches Spe/eologiques de !Argentine. Apres des analyses morphologlques de detail sur /es spe/eothemes et mlneraux de Ia grotte if a ete possible de reconstituer revolution de cette grotte qui a commence apres !ascension des f/uides riches en hydrogene suffure degages par un gisement petrolifere. Dans 1e present travail, apres une courte presentation geographique et geo-Jitho/ogique de faire karstique sont presentees et discutees /es etapes speJeogenetiques dans !evolution de Ia grotte de Las Brujas. Mot.-cl6s: spe/8ogenese, mineraux de caveme, Las Brujas, Mendoza, Argentine. INTRODUCTION A joint sqientific program the SSI (Italian Speleological Society) and the INAE (Argentina Institute for Research) started in 1992 with an expedition to the Las Brujas cave (Malargue, Mendoza Province). This is the most famous cave of Argentina and the only one which has been partially transformed into a show cave.

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: 88 The Las Brujas cave has been well known a long time for its widespread forma tions: the most common speleothems being carbonate stalactites and flowstones in which calcite frequently alternates with thin opal layers (SIEGEL et a/., 1968). In the deepest part of the cave large deposits and macro crystal flowers of gypsum may also be observed. The visit to the cave was made in order to define the genesis of the hosted speleo-.. P. Fort/ et sl. thems and cave minerals: such a study proved that the speleogenetic evolution this cave underwent is very complex, consisting of several different stages. In the present paper, after a short geo graphic and geolithologic sketch of the karst area, the speleogenetic stages for the Las Brujas cave are presented and discussed on the basis of the detailed morphological analyses of the h osted chemical deposits. 0 ,' ,' / Mina Huemul 0 (..) I 35" so / (j I ,, ,., GEOLOGICAL SETTING OF THE INVESTIGATED AREA The Las Brujas cave is located 8 km northward from the national route no.40 in a place called Bardas Blancas (Fig.1). This area is the northern part of the Neuquen basin, which consists of thick ma rine and continental deposits, subdivided into three sedimentary cycles: each of them starting with sands and fluvial con glomerates, followed by calcareous petites and limestones, and ending with a dense evaporitic deposits with small clasts. The cave entrance is located at an alti tude of 1800 m. a.s.l. and develops in the sandy and dolomitic limestones of La Manga Formation (STIPANCIC, 1969), Oxfordian in age, outcropping in the Bardas Blancas area INDEX MAP with a thickness up to 50-60 m (DESSANTI, 1973). A strongly compressive tectonics characterizes this area, which is parallel to the subduction zone between the Pacific and South-American plates: the result is a no ticeable w-s shortening. The cave is located in the western slope of a N-S brachi-anticlyne immediately westward of an important fault zone (Fig. 2). The structural setting close to the cave is controlled by the Andine tectonics which . was compressive westward during the Tertiary: the structural sketch for this area is presented in Fig. 3 (MANCEDA eta/., 1992): this reconstruction postulates a lower shortening close to the basement and a higher one in the gypsum of the Auquilco Formation.

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LIIS BrU}IIS Clive 89 X Anticline axis Syncline axis ,._.,.,. Overthrust :t Cueva de las Brujas D Alluvial deposits Intrusive Volcanoclastic (Tertiary) Neuquen m. Malargue m. Rayoso m. Mendoza m Jurassic Cho1yo1 m :

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90 The La Manga Formation is highly fracturated, as a consequence of the strong tectonic stresses and therefore it is able to host oil pools: in fact active oil fields are located not far from the cave and the average depth of the wells ranges from 3.000 to 3.600 m (GORRONO, personal cation; KELLY, 1978). THE CHEMICAL DEPOSIT AS AN EVIDENCE OF THE DIFFERENT SPELEOGENETIC STAGES Thin calcite sheets, which are the result of gypsum incongruent dissolution induced by the seepage of the meteoric or condensation waters, are evident where the gypsum layer was partially detached or removed from the cave walls. Large gypsum flowers are preserved only in a few drY shelters, while big needles are actively forming on top of those gypsum deposits initiated by condensation or seepage. Sometimes the water supply is sufficient to cause the migration of the : dissolved gypsum up to the top of the calcite speleothems, where it is deposited as a rose The cave of Las Brujas is developed aggregate of lens-type.::= crystals along a sub-vertical joint and presently the through evaporation. water flow is practically absent inside it, The various kinds of hosted chemical: except some dripping in the deepest part of : ,.,, deposits and even more their relative the cave. settlement are useful means to define the The idea we had while visiting the cave evolutionary stages for: the cave, and is that quite all the cave water qomes from therefore the speleogenetic condensation processes, which are active time by time. particularly active due to the peculiar regional First of all, the presence of widespread climate which is characterized by a high daily gypsum cannot be related to any overlying thermal excursion and rare and scarce formation: in fact the verticalization of the rainfalls (FORTI eta/., 1993). whole sequence led to a greater shortening The cave is sufficiently well decorated of the evaporitic formations, therefore no. with calcite speleothems and gypsum overlying gypsum was preserved when formations, the last being very common in meteoric water begun to flow inside the the deepest part of the cavity. limestones. Calcite deposits are widespread along The gypsum deposition inside the cave : the cave and consist mainly of white, ivory has to be induced by other factors, and some and pale brown stalactites, stalagmites and clear morphological evidences suggest that it flowstones : chemical analyses show that res1.1lted from the direct action of sulphuric they .. consist mainly _,. of calcium carbonate acid rich upwelling fluids In fact, the deepest (calcite) with a sufficiently high opal content part of the cave is still filled by large gypsum (17(.o),. which creates several thin (10-12 deposits, even if the mete<:>ric and the microns) interposed films in between the condensation VJaters are presently dissolving calcite layers (SIEGEL eta/., 1968). them (mainly in the upper series of the cave). Presently, practically all the calcite Moreover the ceiling and the walls present deposits are not actively developing. clear corrosional features as mega-scallops . ... In the deepestbranches of the cave and hemispherical domes, in all the places (Fig. 4) large gypsum deposits may be where the gypsum has washed away. : observed: the most common form is that of The source for the sulphuric acid may thick microcrystalline crusts (from 10 to 50 be easily related to the oxidation process of em), coVering the floor. the walls or even, the sulphide, active in the thermal time by time, the ceiling of the galleries. In to meteoric mixing zone (FORTI, 1989): this some cases gypsum may completely fill -acid is certainly present in the oil pool just some cave passages, or may include calcite below the cave and it had in the past the formations (stalactites or stalagmites), which chance to easily upwell due to the presence : show no corrosional features. of an important regional fault and to the high

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Las Brujas Cave AREA HOSTING THE LARGEST GYPSUM DEPOSITS 91 Flowers room Columns gaUery q fracturation degree of the La Manga Formation (MANCEDA et sf., 1992). Such a speleogenetic mechanism (HILL, 1987) has been recently proved to be responsible for the development of one of the most important caves of the world (The Carlsbad Caverns in New Mexico). All the calcite speleothems with opal intercalations begun to grow after the end of gypsum deposition: in fact none of such formations show corrosional features, which in tum have to be evident (as they are on the limestone of the cave walls) if the speleothems were exposed to acid aggression. The presence of calcite layers below the gypsum crusts on the ceiling confirms that the carbonate deposition started developing after the end of the sulphuric acid action: in fact their morphology clearly testifies that they were created by the incongruent dissolution induced by meteoric water seepage (FORTI, 1992) of the pre existing gypsum deposits. Anyway, none of the carbonate formations is presently actively growing mO 30 ;:,: : Virgin chamber Cave entrance inside the cave and the small amount of flowing water is only able to mobilize some of the gypsum deposits (mainly via condensation), which is re-deposited (via capillarity and evaporation) on top of the calcite stalactites and stalagmites. On the basis of the available data on the structural setting of the cave and on the hosted chemical deposits it is possible to outline a fairly accurate sketch of the spe leogenetic stages the Las Brujas cave underwent up to present. The Andine compressive tectonics, which caused the verticalization of the La Manga Formation during the Tertiary, may, in fact, be regarded as the earliest event in the speleogenesis: the control made by the widened joints and the sub-vertical fractures over the further evolution of the whole cave structure clearly testify it. But the orogenetic stresses induced also a noticeable fracturation in the limestone beds thus transforming them in suitable oil reservoirs (KELLY, 1978). Due to this facts the required conditions for the upwelling of hydrogen

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92 sulphide rich fluids were achieved. But the H2S of these thermal fluids is rapidly transformed into sulphuric acid when reaching sufficiently oxidizing zones close to the surface thus a hyper-karst acid ag gression is realized over the limestone, which is quickly replaced by gypsum. During this period, did the silica concentration also probably took place in the cave walls, thanks to the pH lowering in consequence of the progressive hydrogen sulphide oxidation to sulphuric acid in the upwelling fluids. As this rising-up went over, the seepage of meteoric waters started inside the cave, thus causing in the meantime a partial dissolution of the gypsum deposits and the deposition of calcite speleothems, the majority of these deriving from the incongruent dissolution of gypsum. Finally, a progressive climatic change with a sharp decline of rainfalls interested the cave area, thus leading to a partial, desertification of the surface These two factors cooperated to hinder the calcite deposit inside the cave until it was extinguished: several stalagmites with a swaging top testify this. The present day climate, characterized by scarce rainfalls and absence of soil, FINAL REMARKS The detailed analysis of the hosted chemical deposits show that the Las Brujas cave underwent a polyphasic evolution. P. Forti eta/. allows the infiltration of a small amount of water, which In turn has an extremely low carbon dioxide content. Therefore, actually no new calcite speleothems may develop and also the still existing gypsum deposits are marginally dissolved: in fact they are only partially mobilized and then re-deposited in the places in which the evaporation is the highest, as on the top of the calcite stalactites and stalagmites. In Table 1 all the different speleogenetic stages the cave underwent are summarized from the development of the first tectonic discontinuities up to the present day situation. Presently, it is impossible to date each of those stages on the basis of the available data: but if the span of time the carbonate formation was growing inside the cave would be determined, then it should be easy to define when the thermal uplift ended and when the climate reached the characteristics of today. These information may easily be obtained by a fairly large number of radiometric dating of the stalactite and stalagmite tops and bottoms. halted. Diagenesis of the gypsum The presence of thick gypsum deposits and of widespread hyper-karst corrosion features demonstrated the fundamental role of the oil pool in the initial stage of the speleogenesis of this cave.

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Las Bru}as Cave The main interest of the present paper is to suggest that similar phenomena are probably very common and therefore they have to be considered whenever the structural setting of a karst area may be favorable. REFERENCES DESSANTI, R. N. (1973) Descripcion geologica de Ia hoja 29b, sardas Blancas (Prov. di Mendoza). Subsecr. Mineria, Bol. 139, Buenos Aires. FORTI, P. (1989) The role of sulfide sulfate reactions in speleogenesis. Proc. X Int. Spel. Congr., 1, Budapest, pp.71-73 FORTI, P., COSTA, G., CUTES, V., RE, G. & BARREDO, S (1993) Two peculiar karst forms of the gypsum outcrop between Zapala and Las Lajas (Neuquen, Argentina). Proc. XI Int. Spel. Congr., Beijing, (in press). HILL, C. A. (1987) Geology of Carlsbad Cavern and other caves in the Guadalupe Mountains, New Mexico and Texas. Bull. New Mex. Bureau of Mines 117, pp.1-152. 93 ACKNOWLEDGEMENTS The authors thank Rene' and Olga, Chaumont for the warm hospitality and for the help given during the experimental analyses made inside the Cave of Las Brujas. KELLY, J. G. (1978) Yacimientos de Hidro carburos. Act. VII Cong. Geo/og. Arg., Neuquen, pp.265-287. MANCEDA, R., BOLATTI, N. & MARONI, R. (1992) Modelo estructural para Ia zona de Bardas Blancas, Cuenca Neuquina, Provincia de Mendoza. Boll. lnf. Petrol., Buenos Aires. SIEGEL, F R., MILLS, J. P. & PIERCE, J. W. (1968) Aspectos petrograficos y geoquimi cos de espeleotemas de opalo y calcita de Ia Cueva de Ia Bruja, Mendoza, Republica Argentina. Re. As. Geol. Arg. 23(1 ), pp.5-19. STIPANICIC, P. N. (1969) El avance de los cono cimientos del Jurasico Argentino a partir del esqUema de Groeber. Rev. Asoc. Geol. Arg., 24(4), Buenos Aires, pp. 377-388.

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AccOLEMENTS' .REGULIERS DES CRISTAUX -DE CALCITE DU MILIEU SPELEAL .-Gabriel DIACONU1 L'auteur presente un point de Vlie suivant lequell'accolement regulier est une particularite cristalo-geometrique qui peut resulter dans le processus de croissance des cristaux sans egard que les individus ainsi associes ont Ia meme composition chimique ou bien des compositions chimiques differentes. Mots cles: cristallographie,accolement regulier. REGULARY LINKAGE AT CALCITE CRYSTALS WITHIN THE SPELEAL ENVIRONMENT ABSTRACT The author presents a point of view according to which, the regu/ary linkage (epitaxy) is a geometrical feature who may resuff during the growth process, either the associated crystal/s are different mineral species or they have the same chemical composition . Key words: crystallography, l'egulary linkageJepitsxy) L'accolement regulier de deux especes minerales differentes a ete signale pour Ia premiere fois en 1863, quand Frankenheim decrit Ia formation de certains rhomboedres de nitronatrite sur Ia surface d'un rhomboe dre de calcite de facon que n les rhomboe dres p d'azotate de sodium se placent de maniere qu'une de leurs faces p coincide exactement avec une face p de Ia calcite ... (FRIEDEL, 1964). Ulterieurement ont ate de crits de nombreux cas similaires: albite sur l'orthose, staurolite sur le disthene, rutile sur l'oligiste, etc. (Fig.1a, b et c), taus ayant com explication cristalogenetlque l'exis\ tence de certaines correspondances structu; rales entre les especes minerales qui s'ac colent, au mains au niyeau des faces d'ac colement (BOLGIU,1974). Des observations systematiques sur iJes cristaux de calcite du milieu speleal ont mene a Ia conclusion que, en fait, l'accolement regulier represente une 001 a b 100 :-:-\

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96 e1 (0221) ...... -. G. Diaconu particularite d'association des individus qui resulte d'une conjoncture physico-chimique dans le processus de croissance, sans tenir compte de leur composition chimique. Toujours est-il que le phenomena a attire !'attention pour le fait que s'associent, dans une relation geometrique determinee, des especes minerales differentes, mais exacte ment le meme genre d'association est souvent present aussi a l'une et meme espece minerale et qui ne peut etre assimilee a !'as sociation parallele, suivant laquelle, ... toate fetele $i muchiile unui individ sint paralele cu muchiile $i fefele corespondente ale celorlalfi (MASTACAN, 1967}. (, ... toutes les faces et las aretes d'un individu sont pa ralleles aux aretes et aux faces correspon dantes des autres ... "} (Fig. 2} . . En outre il n'y a aucune relation directe entre que, tout :. au ., plus, un derangement morphologique recrproque, provoque par Ia competition pour l'espace pendant leur developpement.

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Accolements des crlstaux de calcite du milieu 97 ,... -c ,.

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98 G., Diaconu

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Accolements rlgullers des crlstaux de calcite du milieu spllul Pour argumenter notre point de vue, nous donnons quelques examples rencon tres dans le milieu speleal qui, considerons nous, sont eloquents en ce sens et qui pre sentent deux aspects significatifs: entre Ia face du cristal-support et les faces correspondantes de Ia concrescence il y a toujours une relation geometrique con forme a Ia loi des zones; les concrescences formees ont, chaque fois, Ia morphologie que celle du cristal-support: rhomboedrique sur le rhomboedre (Photo 1 et Fig. 3), scalenoe drique sur scalenoedre (Photo 2 et Fig. 4), prismatique hexagonale sur prisme hexa gonal (Photo 3, et Fig. 5). Le premier aspect represente !'argu ment cristalo-geometrique qui atteste Ia qualite des concrescences comme etant ,accolements reguliers". Le deuxieme aspect represente, sans doute, l'un des plus concluants arguments, qui demontrent que le processus de deta chement des elements constitutifs du carbo nate de calcium de Ia solution generatrice, pour se fixer dans un etat physique avec un equilibre plus stable (pour le moment donne, celui de crista!) n'est pas aleatoire. Ce pro cessus se deroule conformement aux lois et valeurs thermodynamiques necessaires pour quitter le systeme ,solution" et se fixer dans le systeme ,crista!" et les formes engendrees seront correspondantes a ces valeurs sans tenir compte de Ia taille et de Ia position du crista! se trouvant en croissance, soit-il cris tal-support ou concrescence. BIBLIOGRAPHIE BOLGIU, 0. (1974) Cristalografle. Ed. Tehnica Bucure:?ti. 320 p. DIACONU, G. (1990) cave. Mineralogical and genetic study of carbonates and clays. Misc. Speol. Rom., 2, 135 p. Mais,quelle est Ia cause d'apparition des concrescences ? Une prise de photos au microscope electronique a balayage par l'agrandisse ment successif d'un rhomboectre de calcite (Photo 4, 5, 6 et 7) a mis en evidence sur les faces de celui-ci !'existence de ,micro-crate res" a contour hexagonal, representant pro bablement ,the spinning axis of a simple spi ral" (DIACONU, 1990), consequence de Ia croissance du crista! a partir d'une disloca tion vis. Ces ,micro-crateres" peuvent constituer des ,pieges" pour les germes formes libre ment dans Ia solution a cause d'une nuclea tion homogene. Une fois ,tombes" dans ces ,pieges" les germes continueront a se developper comme des concrescences, beneficiant' d'apport de matiere venue par diffusion sur Ia face du cristal-support et leurs formes seront identiques a celui-ci (le crista! et Ia concres cence evoluant sous l'effet des mAmes conditions thermodynamiques). Mais, entre ces deux individus, le cristal-support et Ia concrescence, il n'y a qu'une relation meca nique d'association par leur croissance en commun, sans aucune relation d'association au niveau du reseau Une concrescence dans une etape de debut de Ia croissance, se detache facile ment laissant ouverte, sur Ia face du cristal support, !'aperture du ,micro-cratere" (voir Photo 2), confirmant ainsi son rOle dans !'as sociation de type ,accolement regulier'' des cristaux de calcite developpes dans le milieu speleal. FRIEDEL, G. (1964) L990n de cristallographie. Ubr. Sc. Albert Blanchard, Paris (Nouveau tirage de Ia seconds edition,1926), 602 p. MASTACAN G. (1967) Cristale, mlnera/e, roc/. Ed. Stiintifica, Bucuresti, 362 p. .

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REGULAR RHOMBOHEDRIC CALCITE CRYSTALS INTERGROWTHS IN THE CAVE CRISTALELOR DIN VALEA REA" (RODNEI MOUNTAINS, ROMANIA) Dumitru ISTVAN1 Stefan Gh. DAMIAN2 ABSTRACT In a small cave carved in the metamorphic limestones of Piatra Rea, a whole section of the passage walls and ceiling, about 13m long, is covered with quasi-parallel calcite crystals, up to 10-12 em long and 2 em thick Crystallographic, microscopic, DT A, X-ray and spectral quantitative investigations strongly suggest a vugtype genesis. The last crystallization sequences display temporary air-rich episodes and, finally, seepage and dripping crusts witness for full-air conditions. The paragenesis which resulted from this last stage of crystallization (caJcite, aragonite, strontianite, dolomite, pyrite) suggests a special chemistry of the solutions (also confirmed by the spectral analyses) and probably, a higher temperature. Calcite crystals intergrowths developed under specific conditions, which had evolved from a closed space to an aerial environment during long periods of time, in which changes of the solutions chemical composition and temperature had occurred. Key words: regular intergrowths, calcite, aragonite, strontianite, dolomite, pyrite, paragenesis. LES CONCRESCENCE$ REGUL/ERES DE CRISTAUX RHOMBOEDRIQUES DE CALCITE DANS LA GROTTE ,PESTERA I CRIST ALE LOR DIN VALEA REA 11 (MONTS DE RODNA, ROUMANIE) RESUME Dans une petite grotte de Piatra Rea, developpee dans des calcaires cristallins, a ete identifie un secteur d'environ 13 m en longueur, dont les parois et le plafond sont tapisses presque integralement par une couche de cristaux de calcite, dont Ia longueur atteint 10-12 em, pour une epaisseur de 2 em. Les determinations cristallographiques, microscopiques, thermogravimetriques, diffractometriques et spectrales quantitatives suggerent Ia formation des agregats de cristaux dans un espace de type geode. Les demieres stapes de cristallisation se sont deroulees dans des conditions d'aeration partielle, landis que les croutes d'egouttement et de percolation sont apparues dans des conditions d'aeration complete de fespace La paragenese apparue dans cette demiere etape de cristal/isation (calcite, aragonite, strontianite, dolomite, pyrite) suggere une composition chimique particuliere des solutions (qui a ete aussi confirmee par les analyses spectra/es) et une temperature plus elevee Les concrescences des cristaux de calcite se sont formees dans des conditions qui ont evo/ue de fespace clos aux conditions d aeration complete, pendant un intervalle de temps assez long, dans /equel se sont produites des variations de Ia composition chimique et de Ia temperature des solutions. Mots c/tls: concrescences regulieres, paragenese, calcite, aragonite, strontianite, dolomite, pyrite.

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. 102 1. GENI;:RAL GEOLOGICAL AND KARSTOLOGICAL DATA The metamorphic limestones from Piatra Rea are situated within Rodnei Mountains, in the Fantana Valley. They are known as "Fantana limestones" and occur as interbeddings in the sericite-chlorite schists with layers of black quart'zite and green schists, designated as the Fantana Formation, which belongs to the Repedea series, of Silurian age (KRAUTNER et a/., 1983) (see Fig. 1) The horizontal setting of the metamorphic limestones is ellipsoidal, their thickness exceeds 600 m, and they display a rough topography, with rocky steps, ledges and isolated cliffs. s 2 . DESCRIPTION OF THE CAVE Pestera Cristalelor din Valea Rea is situated on one of the ledges of the rocky spur called CatTnul lzvorului, located on the left bank of lzvorul Cailor Creek, 400 m downstream of Cascada Cailor falls. It has been discovered by Spec-Montana Baia Sprie Club in 1989. It consists of a single D. Istvan & S. G. Damian The most characteristic endokarstic phenomena are the potholes, usually developed on tectonic fractures, and sometimes conditioned by gravitational sliding. Two of them are more than 50: m deep, with a maximum of -62 m reached in the pothole from Podul Cailor. Horizontal cavities, generally of small extent (less than 100 m), rich in speleothems and with abundant, characteristic, moon-milk deposits, developed along cracks or bedding planes. All the cavities identified in Piatra Rea are fossil, but the massif is also known to include an underground drainage, proven by . tracer tests (Adrian IURKIEWICZ personal communication) performed between the Stiol swallets and the Fantana spring (3.5 'km straight line distance). .. w -.. LEGEND 1 1: ... -: ..1 ..: . _, ___ 3.' 11 1 1 1 1 I 'I 4. { s .--4 6 --4 7 t---+ ascending passage, usually fossil, still preserving traces of a temporary water course. The passage is developed along a crack striking SSE-5. The cave has a total length of 21 m and a depth of 1.5 m (Fig. 2). Four meters after the entrance, a sudden lowering of the ceiling is followed by a 13 m long section, where the walls and the :. :ceiling are almost entirely covered with a : ,:,, . ;,p!

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Regular rhombohedrlc calcite crystals Intergrowths crystallized carbonate crust, 10-12 m thick, with points of crystals partly smoothed by dripstone deposits. Close to the end of the passage, the floor is decorated too, but only with dripstone. 3. DESCRIPTION OF THE CALCITE RHOMBOHEDRONS INTERGROWTHS A cross-section through the crystallized calcite layer indicates the presence of three sequences, with distinct features. The bottom layer is 2-3 em thick and consists of prismatic bodies, with thicknesses of 5-6 mm, covered by iron oxide-hydroxides films on the crystallographic surfaces. A median, 6-8 em thick section follows. It is white, locally translucent, and includes rhombohedral crystals prolonging those of the bottom layer, although with increased thickness (up to 2 em), so that a single crystal of the median layer encloses two or three crystals of the bottom layer, yet strictly preserving the initial orientation. The outer section, up to 5 em thick, consists of alternating, sub-centimetric sequences of either transparent or opaque, white, grey or yellowish calcite, moulding the crystallographic surfaces of the median layer, which are delineated in this way. The terminal section displays protuberances covered by a thin crust, under which the extremities of the crystals, consisting of an 1\ ("\ .., Ill -1\ ,,. ..., -.c: + 1,5)111 l A' 5-=' 103 Section Concretionary section A ::::::::::>A' 1. la040..1 2. It +l 0 5 10 15m association of micro-rhombohedrons are visible. The remarkable feature of the entire crystalline aggregate is the preservation of the orientation of the crystallographic axes, continuously, starting from the bottom and up to the extremities of the crystals. Charac teristic for the concretionary layer as a who l e is the presence of the parallel intergrowths of rhombohedral crystals. 4. ANALYSIS DATA Both crystallographic observations, and microscopic, DTA, X-ray and quantitative spectral analyses have been performed. The crystallographic observations indicate the presence of the rhombohedral planes (1 011 ), the growth of the crystals having taken place along a definite direction, with the A3 axis of the rhombohedral prism parallel to the substratum and to the growth surfaces (where the supply with solutions occurred). The microscopic analyses performed over the three sections indicate a remarkable homogeneity. In the outer striped section, no impurities have been noticed. The appearance is solid, with frequent twinnings, which outline the rhombohedral crystals. The splitting angle is about 75 while the refraction indexes are highly variable as a function

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104 DTG OTA T TG (B80rrg) 387mg 43,86% C02 of direction, which is a characteristic of pure calcite (relief pleocroism). The DT A analyses performed on samples from the median and the outer sections indicate the presence of pure calcite (Fig. 3). A single peak occurs, both on the DTG and on the DTA curves, at 915C and at. 945C respectively, which is a characteristic of pure calcite. The high temperature at which C02 is lost is also indicative of the presence of pure calcite, the thermal effect being a consequence of the calcite decomposition and of C02 elimination. According to the DTG diagram, the thermal effect is accompanied by a loss of weight of 43.86%, which compared to the theoretical content of 43.97% of the D. lstvsn & S. G. Dsmlsn j' calcite is demonstrating the purity of the rock. X-ray analyses have been performed on two samples from the outer section. Calcite is indicated by the d=3.05 A line (the intensity line for this mineral), while other very net and characteristic calcite diffraction lines are: recorded at d=2.50 A; 2.29 A; 2.08 A;: 1.90 A; 1.87 A (Fig. 4). Also visible is a low intensity reflection of .. d = 3.39 A.. corresponding to the maximum reflection of the aragonite, traces of which exist within the sample, probably as remnants of the original aragonite, which has been substituted by ttie calcite through recrystallization processes. Other weak reflections, with d = 3.15 3.19 A, point out that very small amounts of strontianite exist as well. The reflection with d = 2.85 A is indicative of the presence of dolomite, the amount of which exceeds those of aragonite and of strontianite. The analysis performed on reddish calcite identified also pyrite, d = 2.71 A. This sample includes also iron oxide hydroxides, which are responsible for the reddish colour. Still they could not be identified on the diffraction diagrams, because of their low degree of crystallinity Four quantitative spectral analyses have been performed, as follows: nos . 1 and 2 on samples from the bottom layer, no. 3 on a sample from the median section and no. 4 on a sample from the outer section of the calcite intergrowths (Tab t). The distinction between the sample from the outer section and the other samples is quite obvious, as indicated by the signi ficant amounts of Ba 810 (ppm),Pb (14 5 ppm), Ni (6.3 ppm), Sc (14 ppm). It is worth noticing that Sr has been identified in all four samples. 5. DATA INTERPRETATION The data previously discussed suggest that the parallel rhombohedric calcite crystals intergrowths started their evolution in a vug Aype,.space, which was completely flooded. These conditions were due to the

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Regular rhombohedrlc calcite crystals Intergrowths 105 ca \86ca (a 3,029 1912 ca ca I 2,087 2;1.77 ca sr 3,849 ca ca 1,51 1.601 ca ca 245 do I 295 ., 3,14ar I 13(39 ca 3105 1. ca 2.ar 3.sr 4.do 5.py ca 152 ca 1.63 ca ca 1,92 2,09 Ca ca 2"45 Py 228 I 2171 ....... < .. /Ni'.> :.:.::;:: .. Pif u ....... q'< .... $n .c<). 1 4 3 3 3 bid bid 2 3 bid bid bid bid bid 3 3.8 bid bid bid bid bid 4 14.5 3 bid bid 6.3 bid Detection limit 3 3 3 3 3 3 Note: bid = below detection limit preexistence of a cavity, generated along a crack, into which crystallization was active for a long time period. The large amounts of Sri Ba, Pb and Mg, indicated by the spectral and X-ray analyses, suggest that the abundance of these elements in the solutions of the final stage of crystallization favoured the precipitation of the calcium carbonate in an aragonitic (orthorombic) network. The processes responsible for such a behaviour are analogous to those described by DIACONU (1983, 1990), i.e. the generation I I Cr . v > $c: 1 y y \SO $r u bid 9.5 bid bid 3 bid 42 455 bid bid 8.7 bid bid bid bid bid 740 bid bid 6.5 bid 3 bid bid 11 463 bid bid 10.2 14 4 bid bid 810 625 bid 10 3 10 3 3 10 10 10 30 of hydronium -H30 molecules, which impose oil the virtually stagnant generating solutions specific organizations, compatible with the crystallization of the calcium carbonate in the aragonitic network. The fact that only traces of aragonite occur, would suggest that such structures of the generating solutions have been only incipient. Since the crystals are parallel, the solutions must have been virtually stagnant, but if such circumstances had been maintained for a longer period of time, a

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106 complete filling of the cavity with crystallized calcite would have occured, resulting in calcite ,pockets", ,lenses", or ,veins", which frequently occur in the metamorphic limestones from Valea Rea, such a ,pocket", several cubic meters large, being noticed in the left bank of lzvorul Cailor, downstream from the falls. In this way, the crystallization takes place in a vug-type cavity, where the symmetry axis A3 of the calcite rhombohedrons is parallel to the substratum, i.e. to the growth surface of the crystals. The outer section of the crystal layer indicates the modification of the crystallization environment, the periods of crystallization in a regime similar to the previous one alternating with full air periods, REFERENCES DIACONU, G. (1983) Sur Ia paragenese mineralogique gypse-aragonite rencontree dans quelques grottes de Roumanie., Trav. lnst. Speol. ,Emile Racovitza': XIX, pp. 81-90. D. Istvan & S. G. Damian outlined by precipitation of oxides and of dripstone crusts. The new regime has been imposed by the widening of the outflow of the crack, which resulted in a discharge exceeding the recharge, simultaneously with an alteration of the chemistry and, perhaps, of the temperature of the solutions, events which might have been due to the magmatic activity that took place in the neighbourhood during the Pannonian. The overall dimensions of the calcite layer indicate that crystallization has been active over a long time span, and accordingly the shifting from a vug-type crystallization, to a temporarily air-rich environment crystallization can be observed. DIACONU, G. (1990) Cave. -mineralogic and genetic study of carbonates and clays., Miscellanea Speo/ogica Romanica, 2, 135 p. KRAUTNER, H., G., KRAUTNER, F. & SZASZ, L (1983) lneu., Harta a Scara 1 :50.000, lnst. Geol. Geof,

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MINERALOGY OF MOONMILK FORMATION IN SOME ROMANIAN AND NORWEGIAN CAvEs ': Lucretia GHERGARI1 Bogdan P. ONAC2 Ana SANT.AMARIAN3 ; ABSTRACT Ten different moonmilk samples collected in nine caves from Romania and Norway were analysed in order to their mineralogical and crystallographical features. Using transm i ssion polarizing microscopy, X-ray, $EM and TEM techniques we identified the following crystals' morphologies: fibrous, acicular prismatic and fibrous-lamellar ; these were ascribed to two different situations: ealcite pseudomorphosis after aragonite or vaterite (possible) and calcite paramorphosis after monohydrocalcite. A ternary system to diagnose various types of moonmilk is proposed. Key words: moonmilk mineralogy, Romania, NOrway. LA MINERALOGIE DES SPELEOTHEMES DE MOONMILK DE QUELQUES GROTTES DE ROUMANIE ET DE NORVEGE. RESUME : Dix echantillons de moon milk ont eie collectes de neufs grottes de Roumanie et de Norvege, en vue d'une etude mineralogique et cristal/ographique En utilisant Ia microscopie polar/sante par transmission, RX, MEB et MET, ont ete identifies plusieurs types morphologiques de cristaux a savoir: fibreux, acicu/aire, pris matique et fibro-/amellaire; ceux-ci ont ete atribues aussi bien a Ia pseudomorphose de calcite apres aragonite et vaterite (probablement), qu'a Ia paramorphose de calcite apres monohydrocalcite. On presente egalement un diagramme Iemaire pour Ia diagnose des types genetiques de moonmilk Mots-c/s : moonmilk, mineralogie, Roumanie, Norvege. GENERAL DATA Moonmilk term describes white, sometimes white-yellowish, cryptoor microcrystalline deposits made up of acicular aggregates, which usually show an aleatory disposition very similar to the well-known porous, skeleton-like texture of palygorskite Moonmilk deposits generally contain a high amount of water (>S2A;, ONAC, 1993) which can be completely eliminated by heating and also regained in its presence. The moonmilk normally appears as ,piastic" deposits which cover the cave walls or other calcitic and _;. noncalcitic speleothems. It often can also form flowstone, draperies stalactites, stalagmites odontholites and even small pools. Definitory for the moonmilk are the physical macroscopic appearance as well as the spec i fic character of its deposition. Commonly, the chemical composition of the moonmilk is calcitic, but participation of other caruonates, as well as of some st.ilphates and phosphates was mentioned by different authors (DIACONU, 1974; DIACONU eta/., 1977; HILL & FORTI, 1986). BERNASCONI (1981) proposed the term of

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108 ,plastic white mass" to be used for all subterranean two-phases systems of which the calcitic or non-calcitic solid phases are less than 90%. The term ,moonmilk'' ought to be applied, in his opinion only to white plastic masses with a solid phase consisting of at least 90% mineralogically verified calcite. As long as the microcrystalline deposits, indifferently of their composition, represent a well defined formation among speleothems, we consider more useful to use the term ,moonmllk" without limiting the number of mineral phases which form it. In respect with the genesis of the moonmilk several theories were put forward (see HILL & FORTI, 1986) freezing of limestone by water ice causes carbon dioxide to be expelled from the limestone, and a milky fluid is produced on the limestone wall. moonmilk is formed as a part of the life cycle of microorganisms L Ghergsrl et s/. moonmilk is a desintegration product of bedrock or speleothems moonmilk precipitates direqtly from ground water as do other speleothems, but for some reasons, the crystals grow only as skeletal aggregates. Complex crystallographical and mineralogical observations have to be made in order to explain why completely different mineralogical assemblages deposited from solutions with various anionic and cationic compositions adopt such resemblant textures. On the basis of several samples collected from different Romanian and Norwegian caves (Table 1 ), the present paper will praise on one hand the compositional diversity of the moonmilk formed in similar thermodynamic conditions, and on the other hand the fact that moonmilk with similar structure (composition) can form in different thermodynamic conditions. A, B, C are located in Norway; for protection reasons we avoid to give their names and location. The mineralogical and crystallographical studies rely on morphological and comp. ositional observations made through scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The optical properties of crystals larger than 2 J,Jm were determined using a polarizing microscope, while structural data were obtained us.ing X-ray analysis (Fig. : 2 and. 3). All the caves we sampled in Norway are situated beyond the Arctic Circle (Nordland fylke) being developed in calcitic and dolomitic marbles of Cambrian-Silurian age. Their physical characteristics are: temperatures < 8 c, high humdity (95-100%), and .good ventilation (ONAC & 1992). The Romanian caves which provided moonmilk samples are developed in

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Mineralogy of moonml/k formation In Romanian and Norwegian caves 109 0 5 10 15 km 3 carbonatic rocks of different ages, being located in the Bihor Massif (Apuseni Mountains) (Fig. 1). The Hump/eu cave is located in the right slope of the Firii Valley (1 1 20 m a.s.l.) in Urgonian limestones (MANTEA, 1 985). The Piatra Altaru/ui Cave is situated in the left slope of the Ponor Valley, 2 km upstream from its confluence with the Cald Valley, being developed in Jurassic limestones (Aibioara facies) (MANTEA, 1 985). The Barsa Glacier Cave is located in the ,Groapa de Ia Barsa" area in grey Upper Liasic limestone (VALENA9, 1 977). The Glacier Cave lies in the water divide between Ocoale basin and Gdrda Seaca basin, in Ladinian limestones (BLEAHU eta/., 1 980). The Lucia Mare Cave is situated 70 m above the confluence of the Mic River H ydrom agnes i te,Aragonite 764 .., I Gypsum+ Calcite 765b Calcite 767 Calcite 763 OV'

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110 2S L Ghergarl eta/. ---,---,---,----, 24 23 22 21 c c a 20 19 18 17 16 110 b c + I_ 101 oo .... i10 c. en 0<( 15 14 13 12 11 10 a b [m] Calcite 2 777 778 4 07)-

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Mineralogy of moonmllk formation In RomEJ_nlan and Norwegian caves 111 and the Sohodol Valley in a Paleozoic marble massif called ,;Piatra Lucie", close to the town of CAmpeni (BOSDOC, 1981):'' =. 2. MINERALOGY OF THE MOONMILK The moonmilk samples. we_:arialysed be gro_uped in two types to thetr chemtcal composijion, i.e. sulphate dominated and 2.1. SULPHA TIC MOON MILK -' gypsum+ calcite (sample 765b) . When dry, the samples have a whiteconsistence and are made up by lamellar microcrystals with silky luster which form delicate-. aggregates having different forms and sizes (0.1-1.5 mm 0). AIUhese microcrystalline aggregates appear rapidly and disappear equally as fast. Large grains with dull luster which we ascribed to calcite can be noticed within these-aggregates. ._ The X-ray_. spectrum pointed out the presence of two : ;and calcite (Fig. 2). The higher ;intensity of.the (200) line of gypsum (comparative: with an unoriented sample is due to .th.e preferential orientation of_:. the'. crystals are :to face (1 00). At the p olarizing;;r:nicroscqpe the gypsum lamellae : are : izotropes because the angJe, optic. axis and the normal 'on. )1 00) is v.e,ry small (8). The lamellae are parallel to (1 Op) elongated after the c axis, sometimes also after .the b axis (Fig. 6), showing lameliar twins after (1 00) (Fig. 7) or interpenetration twins. The calcite we found in this sample came from the bedrock. It consists of grains with corroded edges : or small pieces of speleothems affected by dissolution. . Obviously, the : crystals' .:: morphology shows that gypsum.isa:neQfQrmation rnineral while the calcite appears as relic clasts Which did not react with the sulphuric acid gene rated by the oxidation of sulphides (i.e. pyrite). In this case in the moonmilk qpmposition both neoformation minerals (gypsum) and calcitic relics are to be found. 2.2. CARBONATIC MOONMILK 2.2. 1. Noncalcitic +aragonite (sample 764) _-:A sample of white, microcrystalline aggregates was collected from behind some gypsum .:,;balloons" (ONAC, LAURITZEN, 1'994). ftie aggregates display a collomorph appearance building up clusters or irregular forrris with rounded surfaces. Macro scopically, the aggregates display dull luster, but when magnified up to 20x fine deposits with silky luster can be seen. The hydromagnesite (cea 90%) forms lamellar crystals (0.3 0.05 1Jm), parallel to (1 00), with symmetric extinction, and nega tive elongation (in direction of c axis); the thin lamellar-scaly crystals arranged in the shape ofsheafs have positive elongation (Ng II b). Alternating twins of normal hemitropy after (100), having their lamellae elongated after c h ave also been observed (Fig. 8, 9). The aragonite crystals (0.007 x 0.02 mm) are better developed than the hydromagnesite crystals._' Usually they are acicular (elongated in dkecti
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112 cave entrance, as well as in the Wonders Room where it forms an impressive flow. The sample from this latter occurrence displays an incipient phase of evolution showing both jelly-like and crystallized components. The first one consists of white hydrated calcium carbonate which contains mono-hydrocalcite, vaterite and low crystallized calcite (Fig. while the second one (fibrous-lamellar aggregates) is made up of the same minerals, but the quantitative ratio is in the favour of calcite (Fig. 3b). The mineral paragenesis was detected through diffracto metric analysis; a complete spectrum can be noticed for calcite, while monohydrocalcite, vaterite and aragonite seem to appear only subordinated (incomplete spectrum due to the small quantity). An amorphous phase was also detected in the vault situated between 11 and 178. SEM pictures confirm the existence of two different phases: a jelly-like one and anqther one formed of fibrous aggregates (Fig. 11}.The sample on which we performed TEM analysis shows fibrous-lamellar crystals which are almost transparent in electron beam, having clear and straight edges, with equally thickness. During the exposure ,tc;> the electron beam, the lamellar crystals often suffer local water lose; this peculiar zones modify their transparence, become .diffuse shadowed, and their arrangement is usually diagonal to the crystal elongation (Fig. 10). Our observations led to the idea that monohydrocalcite crystals with fibrous lamellar habit form at the very first stages but given their unstability rapidly change into cal cite (ONAC, 1993}. Small quantities of aragonite made up of alternating twins (usually polysynthetic} are to be found. b) Acicular-prismatic type: paramorphosis of calcite after aragonite The moonmilk made up of calcite crystals which are in fact paramorphosis after aragonite represent the majority of our studied samples. These moonmilk deposits are located in cold caves like Glacier Cave, Barsa Glacier Cave and the Norwegian caves (ONAC & FARCA$, 1992). L Ghergarl eta/. The morphological types of paramor phosis (calcite after aragonite) we noticed (Fig. 4), can be divided into two groups. The first one is represented by moonmilk formed from impurities-free solutions (crystals with less dislocations} (samples 767, 776, 777, 778}. The crystals have an acicular habit elongated after the c axis; they appear singular (Fig. 4a) or as two or more crystals twinned after (11 0} (Fig. 4 b+e}. At TEM is hard to observe the twins while in SEM images the twinned crystals are easily re marked due to a continuously shadow parallel to the re-entrant angle line (Fig. 12; Fig. 13). To the second group (samples 39, 763) were ascribed crystals having acicular to prismatic habit; most of them display polysynthetic twins. In this group, the crystals are elongated after [111l or Q1] and not along the c axis (Fig. 4d}; some crystals have a bladed shape after (010}. Interesting intergrowth twins made up of fine lamellar polysythetic twinned ciystals can be found. A rare type of twinned crystals appears as rhombic plates (Fig, 4e) parallel to (11 0), outlined by the faces (121) and developed in direction of (Fig. 14). The differences between the two morph9logical groups (Fig. 4) are caused by the cr}istallization conditions. Polysynthetic twins growth is caused by the high density of dislo cations generated by impurities which disturb the crystallization medfum . Calcite formed posteriorly to the moonmilk deposition often le11idS tO the consolidation of the former moonmilk aggregate (fibrOus-lamellar, acicular, pris matic crystals} in form of crusts (samples 25, 776, 777, 778} (Fig. 15) c) Mlcroannular type: bioclastic A drapery-like flowstone made up of calcitic moonmilk has been investigated in Piatra Altarului Cave. SEM and TEM analysis pointed out an aggregate which consists of pierced 'irains or anrii.Jiar" fragments. This moonmilk speleothem consists of unidentified nannoplankton fragments coming from. a weathered bioaccumulated (Fig. 16}. :'

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118 L. Ghergari et a/.

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Mineralogy of moonml/k formation In Romanian and o ' rweg.an caves 118 Unlike the former described moonmilk types which genetically are of neoformation origin (precipitated directly from supersatu rated solutions) this last one type of moonmilk is just a weathering product (residual origin). CONCLUSIONS The moonmilk samples we studied are genetically of both neoformation and residual origin, somehow identical with what DIACONU {1976) presented as primary and secondary origin for the calcitic moonmilk. The neoformation moonmilk samples showed to be composed of gypsum, hydromagnesite and calcite. The following crystals morphologies : fibrous, acicular, prismatic or fibrous-lamellar we found to build up the calcitic moonmilk (either in the Romanian or Norwegian caves). These morphologies are not actual calcite morphologies but represent: calcite paramorphosis after aragonite or vaterite, and pseudomorphosis of calcite after monohydrocalcite. The following mechanism by which fibrous-lamellar or acicular-prismatic calcite crystals {forming moonmilk speleothems) grow is proposed : 6 2 25.33. 39.763 764.767 776 777,778 7 aragonite calcite The investigations carried out on different moonmilk speleothems formed of microand nannocrystals which retain an important amount of water suggest that different chemical compositions and origins can be ascribed even if their macroscopic appearance are very similar. Because of the macroscopic appearance we consider useful to keep the term moonmllk which after laboratory studies can be completed with its compositional (calcitic, gypsiferous, a.s.o.) and genetical {neoformation, biogene, resi dual) characteristics. To define the boundaries of the pure types we suggest the value of 80% and not 90% as BERNASCONI (1981) proposed and the names in the ten fields of our ternary system to be (Fig. 5): 1) neoformation; 2) biogene; 3) residual; 4) neoformation + biogene; 5) biogene + neo formation; 6) biogene + residual; 7) residual + biogene; 8) residual + neoformation; 9) neoformation + residual; 1 0) neoformation + biogene + residual.

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120 ACKNOWLEDGMENTS We wish to thank Constantin Goia and Gheorghe F who collected the samples from the Lucia Cave and Humpleu Cave, T eofil REFERENCES BERNASCONI, R. (1961) Mondmilch (Moonmilk): Two Questions of Terminology. Proceed. 8th lntemat. Congress of Spe/eo/ogy. Bowling Green-Kentucky, I, pp. 113. BLEAHU, M., DIMITRESCU, R., BORDEA, S., BORDEA, J. & MANTEA, G. (1980) Poiana Horea. Harta Geologica a R.S.R., Scara 1 :50.000, lnst. Geol. Geof. Bucuresti. BOSDOC, T. (1981) Lucia (Muntii Metaliferi). Bul. Speo/., 5, Ed. FRTA-CCSS, pp. 35 41. HILL, A., C. & FORTI, P. (1966) Cave Minerals of !. the World. Ed. NSS, Huntsville, Alabama, 238p. DIACONU, G. (1974) Quelques considerations sur Ia presence de I' anhydrite dans Ia grotte "Pel?tera Diana" (Biiile Herculane, Roumanie). Trav. lnst. Speo/. "E. "' Racovitza", XIII, pp. 191-194 DIACONU, G (1976) Quelques considerations sur Ia genese du mondmilch calcitique dans . les grottes. Trav. In st. Speo/. "E. Rs.covitza", XV, pp. 207-210. DIACONU, G., MEDESAN, A. & VIEHMANN, I. (19n) Une nouvelle paragenese mineralogique dans Ia grotte "Pestera L Ghergsr/ eta/. Farcas for some of the SEM and TEM pictures as well as Robert Strusievicz for his critical reading of : the English manuscript. Fagului, Dl:partement de Bihor (huntite, ; hydromagnesite, aragonite, calcite). Trav . lnst. Speol. "E.Racovitza, XVI, ; pp. 203-210. MANTEA, G. (1985) Geological studies in the upper basin of the Cald Valley and the Valea Valley region (BihorMountains). An. lnst. Geo/. Geof., 66, pp. 5-91. ONAC, P. B. (1993) Mineralogical data concerning moonmilk speleothems in few caves from northern Norway. Acta Carstologica Ljubljana, 22 (in press). ONAC, P. B. & T. (1992) Le moonmilk des grottes de Trollkjerka et de Reshellam (Lavangsmarka, Nordland, Norvege) Trav. lnst. Speol. "Emile Racovitza", XXXI, pp. ONAC, P. B. & LAURITZEN, S. E. (1994) Mineralogy of the Norwegian caves (1st contribution). Norsk Geo/. Tidsskr. (in press). L (1977) Problema de morfologie in Groapa de Ia Barsa (Muntii Bihorului). Nymphaea, V, Oradea.

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DEPOSITIONAL PROCESSES IN ACTIVE CAV OF THE MOUNTAINS (THE SOUTHERN ROMANIA) Sorln ROATA1 ABSTRACT The study is concerned with a detailed analysi s of sed i ments from four active caves of the Sureanu Mountains. The influence of the morphology on the hydrodynamic features of the underground rivers i s also stated. Consequently three types of act i ve caves were d i st in guished : tunne l caves (Pe!?fera Bol ii), semiopen caves Mare) and closed caves (Gaura FrAntoanei lui Cocolbea). Key words: karst sediments fine fraction coarse f raction morpho m etrical indexes Mountains, Romania. PROCESSUS DE DEPOT DES SEDIMENTS EN GROITES ACTIVES DES MONTS $URANU (CARPATHES MERIDIONALES, ROUMANIE) RESUME L etude est consacree a fanalyse detaillee des sediments de quatre grottes actives situees dans les Monts $ureanu. Ainsi, finfluence de Ia morphologie souterraine sur les caracteristiques hydrodynamlques des cours souterrains est ana/ysee. Finalement /es grottes actives ont ete groupees en trois categories : grottes du type tunnel (PB{Itera Bolii), grottes semi-ouvertes ($ura Mare) et grottes fermees (Gaura Ftanfoimei, lui Cocolbea). . Mots c/6s: sediments karstlques, fraction fine fraction grossiere, indices morphometriques, Les Monts $ureanu Roumanie. . :.;". In the western part of the Mountains the geological and paleo geographical conditions were favorable to maintaining the sedimentary cover, extended i n time from the Permian to Senonian (STILLA, 1985). The limestone complex was dated as Oxfordian-lower Aptian. As a result of the tectono-genetic evolution of the region, the most typical karst plateau in the Southern Ca rpathians, named Ohaba -Ponor, has been formed. Its extension ranges between Cioclovina and Banita (South), prolonged with. a limestone bar, North of the Petrol?ani D epression (Fig. 1). The complexity of the karst relief is quite : amazing ; : Jrom wide lapias fie lds and doline valleys to karst depressions and a great variety of caves in type and form. Our sediment study refers to four active caves (Fig. 2) with sampling points being placed at the entrance Mare, Cocolbea, Gaura Frintoanei) in mid distance Bolii) and at the ponors (Fundatura Ponor) We have got samples of the. fin e grains (under 0.5 mm) in two variants: flo od sand Mare, Bolii, Fundatura Ponor) and bank sand Mare, Gaura Fr4ntoanei, Cocolbea); they were studied by screening and microscopying i n the l aboratory .

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122 ...... a BARU .......... . : : : : : : CRI'iAD.IA ., / samples of pebbles and gravels (over 1 o mm) from !?ura Mare, Fundatura Ponor and Bolii were studied on the spot, using a sliding calliper. . The analyses of grains revealed their granulometry, mineralogy and petrography, as well as rolling degree. We measured the three axial dimensions (a, b, c) of pebbles and gravels and established the petrographical composition (quartz, crystalline schists, limestones) and the rolling degree. Using statistical technics we computed some morphometrical data: sphericity, elongation and flattening (extreme and average values) A morphometric study on petrographical categories was also made. S. Rost4 1 CJ ; 2 CJ 3 I 4 5 6 0 7 0 zkm .. THE FINE FRACTION We observed that the mineralogy and petrography of grains is dependent on the source-area, varying between polymictic sand and quartzo-lithic sand. The quartz particles hol d a great majority in all samples. We consider the changing of composition in !?ura Mare to be very interesting, it being enriched with metamorphical elements from alochthonous sources and through the system's own processes (Fig. 4) The granulometry consists largely of sands (0.05 2 mm) in all .. the samples (Fig. 3). More important quantities of pebbles

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Depositional processes In active caves of the Mountains 123 0 4. &m b. a. Ohaba River Rivers R 1ver 7 0 24m .. -: N 0 150 30om L I I acwl R. t 1ver 1 :.. ';.

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124 fo 100 90 80 70 so 50 40 30 20 10 CLAYS SILTS fine coarse .. 0 .001 0 .002 0 .005 SANDS verv fine fine middle coarse v:.:/ / '/. / i..L : i y .. i I / 1 L .. /IY .. .. .. .. I bt-v .. .... ... --r ... -......... v ":" .. 0 .02 0 1 o .zs 0 5 --SM1 ---SM2 --FP ---B PEBBLES small mid.dle_ / .. // 7 v /; 10 .. C 50 40 30 20 10 ..... ----.. h---------.. -.. --------------------------.. -----------------""" --------------------------------...... ---------------... -. ________ ,. ____ --------Qtz Sura Mare 1 B Bolli Cave Sura Mare 2 l)::i::/1 Fundatura Ponor fliBil Gaura Frantoanel D Cocolbea Cave 6RAVELS small middle coarse /": p 1 1 I ill t I l I ;.: i : / 20 so 100 200mm ......... GF contain Cocolbea Cave sample (15%) and THE COARSE FRACTI O N the bank sand sample from Mare (34%). Silts and (under 0.05 mm) ,,, . ;;F : .. appear in the Gaura Frantoanef sample qnly . Measurements covered 255 gravels in Along the undergrourid,\ :.'.,,sur:a Mare, ti{) Ponor observed a decrease o t more than in the Cave Systerli. '.:' .:;.' ,;;11:.::19 i'Tlm 16!'19 ()n a ; it was of rolling is widelY sub-: to. sort::. ttie'1.:'iiO)j stone angular in. all the samples (over 85%). e lements.'

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Depositional processes In active caves of the $ureanu Mountains 125 % 80 --_.J'_ 8_,.2.. 79 60 .......... -----40 -------------------t 20 0 Quartz Cryst.scht. Limestone -Sura Mare Fundatura Po_ nor 1::::::::::::::1 Bolli Cave 107 70 ..... ----1-----------. .. --. --A max. A min. A med. B max. B min. B med. C max. C min. C med. Sura Mare Fundat.Ponor f::;:=:;::;:j Bolii dive -. Concerning the composition, we observed a remarkable difference between Fundatura Po; rior and Mare (Fig; 5). sci> at the ponor, 78% of the gravels .. consist of crystalline schists about 22% are quartz elements and no .. ,. ; limestones at all. At the entrance of $ura Mare Cave the sediment" is the following: quartz 60%, crystalline schists 24% and limestones 16%. The reas.on of this change is sup plementary contribution of alochthonous : sources along the river, and the mechanical processes .. by crystalline schists (gneisses and micaschists). ln Bolii, the proportion of quartz elements is reduced {5%), crystalline schists representing and 16%. This discrepancy between the sediments of the two caves is due to their morphology {size of penetration ways, length and longitudinal sections) and the petrography of the source areas. Although the size of axis (Fig. 6) is naturally decreasing downstream, in $ura Mare it is much increased (from 39 mm at the ponor to 125 mm in the for the maximum a axis values). This -revEials an important transport ma_ de AY! of the

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126 S.Rostl % 50 --!-----.. ... ------.. -" 40 30 20 10 0 ra Mare Fundatura Ponor b:\:)J Bolli Cave .. % 25 20 15 10 5 0 Sura Mare Fundatura Ponor b\\J Bolli Cave seven tributaries of the underground river. The medium values of the a axis are closer, which demonstrates high possibility .... of transport for gravels sized between 35 -45 mm, under different turbulent flow conditions. Another conclusion of our survey is that minimum 27% of the gravels from 9ura ,Mare are not coming from Fundatura Ponor. . ... The highest sphericity percentages (F._ig. 7) are recorded with values between Q.21-0.60; elongation values (Fig. 8) run in the range of 0.51 -0.90 while flattening values (Fig. 9) stand from 1.00 to 3.00. The rolling degree (Fig. 1 0) is obviously increasing for the 9ura Mare Cave System, rema1n1ng in the average range for the Pestera Bolii. . . We also made som e approaches to the morphometry of pebbles . and gravels by petrographical categories. So,we studied the size of the axis (maximum, medium and minimum), sphericity, elongation, flattening and rolling degree (maximum, medium and minimum .. values). In Bolii there is little change, the hydrodynamic parameters being similar to those of superficial rivers. Sphericity and elongation have close values, the highest average flattening being observed with the crystalline schists {from 1.75 to 2.13), because of the physical

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Depositional processes In active caves of the $ureanu Mountains 127 .. 40 ............................................. .. ; .} " r ----------------. 30 -. 20 10 0 1.0-1.6 1.6-2.0 2.0-2.6 2.6-3.0 3.0-4.0 4.0-5.0 )6.0 . Sura Mare Fundatura Ponor 1:::::::::::::::1 Bolli Cave 63.1 Few rolled Medium rolled Well rolled V.well rolled Sura Mare Fundatura Ponor ki>A Bolli Cave properties of the rock. In the 9ura Mare System the moulding process is evident, especially for the crystalline schists. The limestones, coming from the endokarst basin exclusively, are suffering a twofold action: physical and chemical. CONCLUSIONS The sediments of active caves along the hypogeic way are subject to more or less transformations, in terms of the type and conditions of supply and the morphological characteristics of the galleries or/and channels they are running through. The surveyed caves have four types of supply: concentrated through open galleries, concentrated through tight channels, linear infiltrations and percolation. The conditions of flow are permanent for the first type, permanent or temporary for the second type and temporary for the third and fourth ones. The style of flowing could be of a fast or slow turbulence, being controlled by the morphological factor. The morphology of the underground ways governs the moulding processes by dimensio11s (width and height) and by the. aspect of the longitudinal section (waterfalls, rapids, duck-unders, lakes, etc).

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128 The studies on the four caves revealed the following: Petera Bolit concentrated supply through an open gallery, permanent flow, fast turbulence style; typical sediment for a tunnel-cave. Pe$tera lui Coco/bea: double supply, concentrated through tight channels and percolative, temporary flow, alternating style (from slow to fast REFERENCES DUMITRESCU, M ORGHIDAN, N., ORGHIDAN, T., V. TANASACHI, J., GEORGESCU, M. & AVRAM, S. (1967) Contributii Ia studiul pe:;;terilor din regiunea Hunedoara, Lucr lnst. Speol. ,Emil VI, Bucuresti. . S. Rosta turbulence); the sediment is typical of a closed-cave. Gaura percolative and linear infiltrations supply, temporary flow, from fast to slow turbulent style; closed-cave sediment type. $ura Mare Cave System : multiple sources supply, through tight channels and percolation, permanent flow, from slow to fast turbulent style; semi-open-cave sediment type. PONT A, G . (1989) Mare (Munpi Bu/ Speologic, 12, FRTA-CCSS, Bucuresti. STilJ!., A. (1985) Geologie de Ia region de Hateg Cioclovina Pui BAnita (Carpathes Meridiom11es), Anuar IGG, 66,

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sEDIMENTOLOGICAL STUDIES IN RACOVITA . GALLERY -TOPOLNI'fA CAVE (MEHEDIN'fl PLATEAU, ROMANIA). AN EVOLUTIVE INTERPRETATION Vlorel HOROI1 .,. -ABSTRACT Mineralogical, granulometric and sequential analyses were performed on the infilling deposits preserved in the most important fossil gallery in Topolnita Cave Racovitll Gallery. "',., Two evolutive cycles have been outlined, corresponding to a single stage "i:'Qf hydrologic activity. During this period, the external changes in climate and geomorphology controlled the succession of the erosion accumulation and chemical precipitation phases Key words: sedimentology, infilling deposits, evolutive cycles, speleogenesis, speleoevolution, Topolnita Cave, Mehedinti Plateau, Romania ETUDES SEDIMENTOLOGIQUES DANS LA GALERIE RACOVITAGROTTE DE TOPOLNITA (PLATEAU DE MEHEDINfl, ROUMANIE). UNE INTERPRETATION EVOLUTIVE. ..:_. RESUME ... ::.?:.. Sont present as les resultats deS analyses mineralogiques, et 'des de remplissage de Ia plus importante galerie fossile de Ia Grotte Ia Galerie Racavqi. :--_:. .. On distingue deux cycles, qui, du point de vue hydrogeologique, co"espondent a une seule periode fonctionnelle. Durant cette periode ce sont les changements climatiques et geomorphoft)giques enregistres a fexterieur qui ont determine Ia succession des phases cferoslon,.d'accumulation et de precipitation chimique mises en evidence dans le souterrain . : .'f. ... : : -ifots-c/6s: d$6ts de remplissage, cycles 'evolutifs, speleogenese, spe/Boevoiutton, Grotte de Topolnifa, Plateau de Mehedinfi, Roumanie . . .. GENERAL INTRODUCTION: LOCATION, GEOLOGY. Topolnita Epuran karstic system is located in the southern part of the Mehedinti Plateau (Fig. 1), about 30 km N-NW from Drobeta Turnu Severin, close to village. A body of limestones of maximum soo m width occiurs on the Ji"ght flank : or Valley, in median . : . .' karstic area is bordered by Cusacul Mic and Cerii Valleys, to the north and respective south, by the Petimea and Ponorat Valleys to the west and by the Topol nita River to the . The major geological features are the overthrust and the tectonical contacts (striking NE-SW) which exist between three major geological units: Bahna Danubian Autochtonous and Severin Nappe (MUTIHAC, 1990). .

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130 V.Hotol __________________________________ ....... . .... . 0 500 .. b c ,......, ,...., ,....., o Ciresu .-v '.. ,.._, ,.,..,; """"" ,...._, ""' __, \ d ...... -j f le---/l g[IT] . . . . 0 .Ciocirdie ........._.,.........,_ En.trance : . .. .. . . . hI n I [!] tr-'--.,....{ . . .... . . . ... . . Bahna Outlier consists of meso metamorphic schists, belonging to the Lotru series: gneisses, paragneisses and micaschists. The schists underwent a regional retrometamorphism, with frequent readaptations to the green slate facies. The metamorphic rocks come in tecto nic contact with the sedimentary deposits of the Danubian Autochtonous, which includes of Upper Jurassic Aptian age. occur as thick layers, dipping eastward. The limestones are covered by the deposits in flysh facies of the Severin Nappe j I o I (Tithonian Aptian) with sequences of carbo nate shales, clays, marls, clayey limestones, lithic carbonate with calcite diaclases and microconglomerates. DESCRIPTION OF THE CAVE The karstic system consists of Topolnifa Cave (20 km), Epuran Cave (3.5 km) and many other small caves {under 50 m development) situated in the

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. 0 20 Ill fJJ 00 lllm ::=:::: Gorge Stream 1 ......
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132 : .. :! Of. "' 95 20 50 5 4 6 6 10 f/l 40LL@ 20 0 0.1 99,9ll'-6 B 10 41 95A 50 0,; :;1 40 99,9k( 95 50 5 0.1 40UlQ) 99.91 20 95 A 50 ; 0 5 60 a1 4UL 2 0 CD so 5 0 '-P-+-1-f=!="--..-Q 1 :lJL 10 2 4 6 81041 ; 24681041' 40 ,_. gw h 1 j 2 3 k I.II.ffi l-.(-. V. Horoi

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Sedimentological studies In Racovlll Gallery limestone bar, betWeen the Cusacul Mic {at the north) and Cerii {at the south) Valleys. a result of evidence proving the hydrogeological connection between the two main cavities, they were considered as a complex system, with unitary functionality. The system resulted from the action of four stream courses {Figs. 1, 2). Part of the Topolnita river is lost in the streambed I upstream of Gura Prosacului, in the place called Piatra P4rciului. Together with Ponoratul, enters the system through Swallet, it forms the stream in Epuran Cave, which reaches Topolnita Cave Murgoci Gallery.:From here, the drainage follows the Black.Gallery, and, after collecting Petimea, reaches the underground through Sohodol Swallet (Gaurinti), they join Topolnita in the main drain-Prosac Gallery and reach the surface at Gaura lui Ciocardie . has five entrances: Gura Prosacului, Gaura lui Cioc4rdie, the entrance at the Femeii (Woman's Cave) and two entrances in the Gaurinti area. The galleries of the cave, grouped four levels {BLEAHU eta/ 1964), are mainly developed following the tension-joints striking NE-SW or NW-SE, associated to the tectonic contacts and the faults which affect the geological units. Passages seldom follow the bedding planes. SEDIMENTOLOGICAL ANALYSIS .. .. Racovita Gallery has a remarkable development: about 1600 m in length, 10-25 m in width and 10-15 m in height. Infilling deposits outcrop in the southern half of the gallery t.At Rope" point, pnts. R4, R5, R6, R7 on Fig. 2); the outcrops have an average height of 3-4 m and are developed almost continuously on a length of about 200 m. Their analysis led to the following conclusions: the Gallery was clogged up to a certain -.. ,, an erosional episode removed most of _.the accumulated sediments 133 the subsequent deposits did not reach the former level of clogging The identified erosioral episode marks a major unconformity within the succession of deposits from the Racovita Gallery, separating two sedimentary Within the sedimentologic analysis, for the granulometric parameters the Folk and Ward's formulas described by JIPA (1987) were used; the sedimentary structures interpretation was made according to ANASTASIU & JIPA {1983). I. FORMATION I. The Formation I consists of the succession of sediments accumulated before the erosional episode identified by the sedimentological analysis. Its deposits are developed mainly in the southern half of the gallery. In the northern part there is some evidence of gallery clogging, but not enough to provide a lithological log. Deposits of different thicknesses were found in points R4, R5, R6, R7 (Fig. 2) where litholological logs were performe(i (Figs. 3, 4, 5, B) and the sediments were sampled. According to lithological criteria, the following units were separated within Formation I: A. The breakdown blocks unit; B. The alluvial deposits unit; C. The lower calcite unit. A. The breakdown blocks unit This unit forms the bottom of the deposits belonging to Formation I anci it was described in points R4, R5 and R6, in which the succession has its maximum thickness. The lower li'mit is unknown, so it cannot be stated if it lies directly on the galleries floor, or not. The lithological character of the unit is given by the presence of the breakdown blocks with various dimensions, up to several m3. The blocks represent the result of the incasion processes, favoured by the tecto nics of the limestone massif in which the cave develops. The different and irregular

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134 2m lutit silt ari!nit so % 3 20 10 liJ 20 10 : .r 0 2 60 % so ItO 3 2 10 0 -1 0 2 ItO % 30 20 10 I -1 0 2 40 30 2()-10 8 @ 4 6 8 10 4 6 8 10
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Sfldlmentologlcs/ studies in Racovlfil Gallery 2 0 lutit silt are nit The granulometric parameters of the analysis, performed on matrix samples collected in sampling points R4 and R5 are indicated in Table 1 They are characteristic for sediments deposited in : a lacustrine environment, with a reduced energy of basin and transported by active bottom streams 135 99.9 % 95 I.,Q 20 2 4 6 8 o 99,9 A 40 95 50 20 5 0,1 0 -1 9 9 ( 60 95 so 40 0,1 20 h.. 99, 9 0 A 9,5 1 () 2 4 6 8 10 (C) 50 : 20 5 0,1 0 -1 99.9 40
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136 at the upper part of the lithological unit, a transition from the mainly gr:avitational accumulation processes to the mainly alluvial ones can be noticed. B. The alluvial deposits unit The unit of alluvial deposits lies .in a continuity of sedimentation over .. the breakdown blocks unit. These deposits are the most affected by the erosional episode, which in the northern section removed them almost completely, while in the southern sec tion created some well developed outcrops. The stack of sediments is visible on a thickness of 2.5 3 m in sampling points A4, A5 and A6, and of 1 1.3 m in sampling point A7; in AS and A9 the infilling deposits are preserved only in the calcite flowstone crust. The sedimentary sequences are described in the lithological logs (Figs. 3, 4, 5 V. Horo/ -and 8). The lower limit of the unit is poorly defined, as a result of the gradual transition from the breakdown blocks unit. On the contrary, the upper limit, separating it from the lower calcite unit, is clear in most of the points. According to the lithological characte ristics, 2 distinct facieses have been distin guished: siltic-arenite facies, and rudite facies. a. Slltlc-arenlte facies It was identified in the lithological logs of sampling points R4, AS and R6 (Figs. 3, 4 and 5) . Each lithological term was distinctly sampled; granulometric and mineralogical analyses of the samples were done. Sequential analyses were performed on litho logical logs. .. Formation I F ormation II Siltic The alluvial deposits unit The present G ranulometrlc matrix of the Silti c -arenite facies parameters breakdown arenitic silticareniticblocks unit terms arenite silt terms terms Index of 2.7-3 0.6-1.9 1.4-2.2 2.1-2.3 elasticity C(ljl) Percentile of 5.82-5.92 2 13-3 3.2-3.93 4.14.79 50% (mediane) Md Sorting OJ {ljl) 1.15-0.87 0.55-1.28 -1.36-1.18 1.54 1.2 Asymmetry Skg -0.5-0.52-0.2-0.378--0.36 0.11 0.44 -0 297 Skewness K 9 0.4 0.48 1.16 -0.5-0 .4-0 .47 0.73 0.52 1 The granulometric analysis From the points R4, AS and A6, 25 samples were collected. The results obtained after the sieving and elutriation phases are illustrated by the cumulative and frequency curves and by the bar charts (Figs. 3, 4, 5). The main granulometric parameters of the samples are indicated in Table 1. ... deposits unit Ruditic facies Rudite arenite siltic Rud i te arenite terms ... 2-2.5 10 (em) -12-15 -I (em) 5.05-5 (mm) 1 (mm) 6 7 (mm) 1-2 5.79 (mm) 0.87 ->4 3 >4 3-4 1.15 -0.232 ------0.5 0.4 ----. 0.513 The analysed successions include the same types of sediments which display similar characteristics too. Accgrding to the position of median values (Md) on the Wenthworth's granule metric scale, the deposits belong to the following granulometric classes: fine arenite, vety fine arenite, coarser silt and medium silt. Arenitic, siltic and lutitic fractions were reported on the Shepard's diagram,

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Sedimentological studies In Racovlfl Gallery 1000 Ill 500 -. I I I 0 2 3 4 coarse 9 8 7 6 5 4 3 2 137 Md 0 Md(f) terms mentioned above are the result of the different proportions in which the populations occur Each E (.) -.. 100 EROSION population is very well sorted. c 60 Ql L. _,V' .A/" ..... '-, 7 0'"1 40 L. ::J 20 ........... .... R7{ruditPl The individual lithological terms ''' are better sorted when one ,. r. ''" population is prevalent. Hence, the extreme terms have (.) .... '10 o >. .... (.) ,._ "/ / R7(arenite) / ll I I TRANSPORTATION 0 1 .. / DEPOSITION relatively good sorting while the intermediate terms are very poorly sorted. The asymmetry and the skewness values are distributed across the whole range The visual assessment Ql > c 0,1 .... 0 .... 0 o ' .!'" ... I I ,. indicating four lithological terms: arenite, siltic-arenite, arenitic-silt, silt. The interpretation of the granulometric analysis indicates that the sediments have a complex distribution, with two grahulometric populations grouped around the values of 2 3 (0.250 0.125 mm) and, respectively 6 7 4> (0.015 -o.oos mm). the four litholOgical ... . . ... :-. . . .. .. M d (mm l of the skewness is in apparent disagreement with the KQ values: if a population provides a visual leptocurtic appearance, the extension on a large interval of the other population leads to K9 values indicating a platicurtic appearance. This complex distribution may be the effect of the junction of two water-flows, with distinct competences and, implicitely, with different detrital charges.

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138 On a Passega diagram (Fig. 6) the analysed sediments fal(in the graded suspensions domain, so it can be inferred that they have been transported by bottom streams with low energy. According to the position of the values of median on a HjOistrom diagram, the mean velocity of the stream ranged from 2 to 0.1 cm/s (Fig. 7). 2 Mineralogical analysis As the mineralogical and petrographic content of the described sediments in the three points is similar, they will be discussed globally. The types of constituent particles and their proportions are indicated in Table 2. All the changes outlined by Table 2 can be explained by the different conditions of sedimentation of the analysed deposits: relatively high values of the basin energy and the competence of the carrying streams in case of the arenitic terms, as compared with low values in case of the arenitic-silt terms. 3. SeQuential analysis The alluvial deposits unit the siltic-arenite facieshas a thickness of 3 m in R5 (Fig. 3). The granulometric analyses, corroborated with the field observations, led to the identification of a sedimentary sequence which includes arenite, siltic-arenite, arenitic silt and silt terms (in. this order). The mentioned sequences are repeated three times in RS, have different thicknesses and in a specific sequence some terms may lack. The siltic matrix of the bottom lithological unit makes the transition to the deposits of the first sequence forming a quasi-horizontal bed, resulted from the burying of the breakdown blocks irregularities. The first rhythm is developed along approx. 60 em and within it the lithological terms have variable thicknesses. After approx. 20 em of arenites, arenitic-silts (1 5 20 em) and silts follow. Although continuity of sedimentation exists between arenites and silts, they are distinctly delimited, as a result of differences in grains' sizes and in co!oLir (arenite grey-yellowish, siltbrown-reddish). v. Horoi The arenitic term has continuous plane parallel. lamination, outlined by the normal grain-grading, and sometimes by the darker bands which correspond to the :tine. grained fraction. The laminae have a thickness iof about s.-7. mm arid can bend, yet preser\(ing their Continuity .. character. Plane-parallel lamination occurs also within the arenitic-silt term but with more thin (1 -2 mm) and discontinuous laminae. The siltic term, very homogeneous,' is deprived of sedimentary structures. At the scale of entire sequence, graded bedding, with discontinuous normal grain-grading occurs, which is a characteristic of sedimentary sequence of recessional type. Post-depositional effects, in the form of yellowish-reddish bands parallel to the bedding, with diffuse margins and without any relationship to the sedimentary structures, occur at the limit between the arenite and the arenitic silt. Such iron hydroxides rich zones were noticed within the fine grained terms, mainly as spots. The analysis of the succession outlines the discontinuous, incomplete and asymmetric character of the first sedimentary rhythm. The second, overlying, sequence is approximately 1 .2 m thick and consists of: 30 -40 em arenites, 25 30 em siltic-arenites, 20 -25 em arenitic-silts and 40 45 em silts. The transitional character of the limits between siltic-arenites, arenitic-silts and silts make lithology separation on the log difficult. From a structural point of view, the deposits have the same characteristics as the previously discussed succession. In addition, a small-scale cross lamination, with tan gential laminae, is noticed at the bottom of the arenites. Within the arenitic-silts and the silts, arenitic lenticular intercalations also occur, with no sedimentary structures and with a maximum thickness of about 3 -4 em. As a result of the participation of the four lithological terms, within the graded bedding, the normal grain-grading becomes complete and, the sedimentary rhythm as a whole can be described as asymmetric, continuous and incomplete. The third sequence of about 1 m thickness completes the succession of the lithological unit in R5. Over 20 em of arenites, follow, in sedimentary continuity, some 40 em

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Sedimentological stud/a in Racov/fi Gallery grains of quartzites, 60 70% 7090% <5% 5-10% 15-20% 138 60-70% sndst. 40-60% sndst. 1D-20o/o qtz. .:-20-40% qtz .... 10-20% other 10. : 20-30% other with inclusions of melanocratic 40% minerals muscovite or biotite .. of litho30%.-; of litho-: I j of siltic-arenites. Within these deposits the plane and curve parallel laminations and, subordinately,. the cross-lamination occur. The. laminae show a slight decrease in thickness as they pass from the arenitic to the siltic-arenite term and they are more difficult to observe because the fine grained fraction does not include darker bands anymore. The last 50 60 em consists of the arenitic-silt term, within which, besides the discontinuous plane-parallel lamination, an unorganised, 20 30 em thick structure (sand flow) is noticed. The sand flow has variable thickness and displays no sedimentary structures. The iron hydroxides rich zones appear exclusively within the arenitic-silt and are less frequent than in the previous sequences For the last succession, the graded bedding outlines a fractionated and continuous normal grain-grading, and the ; rhythm, as in the previous .. case, has an asymmetric and continuous, incomplete character. . In R4 the succession of the siltic arenite facies of the alluvial deposits was i described on a 2m thickness (Fig. 4) . 0n the Jog one can see that over the siltic matrix of the lower lithological unit (30 em) arenitic-silts ... deposits follow. Within them, arenites . and siltic arenites lenticular intercalations of various thic .l
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-140 V. Horo/ by a :''normal grain-grading. Within the Within the specific conditions of a cave, the arenitic-silt : term the discontinuous plane..._ separate rhythms in AS do not necessarily parallel lamination is visible, frequently indicate a basin of fluctuating depth, but a covered by quasi-horizontal oxidation bands. variable stream competence, directly m 1 3 b ctl:Jo? 2 d 2 e 3 The sequential analysis suggests that the sediments were deposited in a lacustrine environment, with continuous detrital supply. The described succession outlines different accumulation conditions within the same basin of sedimentation, controlled mainly by the distance to the supply area, and in subsidiary by the paths of the bottom streams ... Therefore the AS log can be considered typical for a ,proximal" facies, while A4 and AS display a ,distal" facies. influenced by the flowrate and the base level. Three periods of recessing flowrates were identified in this respect. As A4. and A6 are relatively far from the supply zone, the effects of the flowrate recessions are weaker, resulting in a homogeneous lithology and rhytms which are more difficult to distinguish. The sedimentary structures and the granulometry of the deposits indicate a quite low energy of sedimentation basin and the position, the strike and the dip of the laminae suggest that the flow was directed roughly from the North to the South. b. The rudltlc facies ' ;>._.- t The second facies of the alluvial:: deposits unit was described in the sampling point R7, RB and A9. In R7 the sediments were intercepted on a thickness of about 1.2 m (Fig. 8). The lower limit of the sediments is unknown because only the upper part of the unit outcrops. The total thickness is inferred to be 3-4 m, relying on the extrapolation of the gallery floor level from the neighbouring point A10. The upper limit is concordant and very clear. The deposits display a coarSePfacies including rudites and, subordinately, coarser arenites (10-1S em). Between_.the layers of pebbles, the arenites form lenticular bodies with small, horizontal extensions (30-40 em). The macroscopic description of the pebbles petrography and morphology are indicated in Table 3, while the granulometric parameters of these deposits are indicated in Table 1. The roundness of the pebbles of the siliciclastic rocks (sub-rounded up to well rounded) differs from that of the pebbles of the metamorphic rocks (sub-rounded). On the contrary, the limestones pebbles are angular sub-angular. This contrast is due to the fact that, unlike the other types of pebbles, the limestone ones are autochtonous, originating in the substratum. The poor degree of roundness is rather the result of corrosion than that of erosion.

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Secllmento/oglca/ studies In Racovlfj Gallery : n Within the rudite deposits pebbles noticed. They occur under 20-30 angles, with the long axis more or less :-. transverse to the flow direction, suggesting a periodic, small gradient flow directed from North to South. The transition from rudites to arenitic intercalations is relatively sudden without a grain-grading. The arenites reach thicknesses of maximum 5 cm and they do not include sedimentary structures. +,In R8 and R9 the infilling deposits were completely removed; some information about their nature is preserved in the flowstone crusts developed on the walls R8, respectively on the breakdown R9 micaschists, gneis s and sandstones uartzites, limestones and neiss The analysis of the ruditic facies sediments indicates a fluviatile environment of sedimentation. In these conditions, the ruditic deposits are specific to a central channel facies and the arenites to channel bar or pointed bar facieses. By reporting the data on the Passega's diagram i t can be concluded that the sedimentary material was transported by rolling and by graded suspension, while the HjOistrom's diagram indicates the following values of the stream mean velocity : 30 cm/s for rudites, respectively 8-9 for arenites. tk: c The lower calcite unit .. : ... -; .. -. . : While the other units form entities 1:.. which can be delineated distinctly in tim e and . 141 In the mentioned points, cemented pebbles occur at a height of 2-3 m above the present floor, thus indicating the approximate thickness of the removed infilling deposits. Information concerning this deposits are inevitably incomplete because of their poor conservation; the pebbles description ciisplays similar granulometric, morphologic and petrographic characteristics with those in R7. The structures which possibly existed within these deposits are not preserved in the flowstone crusts. One can assume the existence of an imbrication, considering the preferential position of some cemented pebbles ... ., Formation I The all uvial. depos it s unit 1. 1 4 24 7 1 0 53 27 20 Formation II The presen t deposi t s unit .-. pebbles(%) 51 17 20 5 7 57 ., 25 18 in space, the delimitation of the lower calcite uni t deposits is much more difficult The chemical precipitation process when the gallery had become aerated.lt took place in the zones in which infiltrations occurred During the whole evolution, the process has been active providing a background for'the other types of processes Its heterogeneous character is demonstrated by the fact that calcite deposits accumulated simultaneously with different intens i ties in different placeS. In R4, R5 and R6 the sequences are sealed by a calcite crust less than 2 em thick, in which millimetric cycles of precip i tation can be distingu i shed Alternatively, R1 0 exhibits a cross-sectio ;, through a roughly 3m thick stalagmitic ... c ry _st, within which the pre cip i tation are several centimeters

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142 thick. The fine grained detrital material, trapped by the calcite cement, de1J1onstrates the intensity of the precipitation process which has taken place simultaneously with the alluvial accumulation. A similar situation is recorded in the point ,The Great Dome". The erosion of the alluvial deposits from the bottom, created tensions within the stalagmitic crust, which underwent fissuring and ultimately brokedown. Assuming that the sediments had been removed during the erosional episode it results that The Great Dome has been deposited before The existence of the chemical precipitation processes preceding the erosional episode is also proven by pebbles cemented in calcite crust (R8, R9). II. FORMATION II Formation II includes all infilling deposits accumulated after the identified erosional episode. Within this category two different lithological units are distinguished: A. The present deposits unit, and B. The upper calcite unit. A. The present deposits unit The deposits of this unit accumulated in the streambed of the last river which flowed thro ugh the gallery. They form the present gallery floor' and hence only their uppermost surface was described, since there are no sections across the sediments stack. The strictly limited lateral extension of the gallery resulted in sediments bearing only facieses typical for a minor streambed. The central channel facies was described in The Crystal Curtain" point, where undisturbed deposits were found, in a 1 m wide section. The petrographic nature and the morphology of the pebbles are indicated in Table 3. They reveal strong similarities with those of the rudite facies of the alluvial deposits unit. The granulometric parameters are also indicated in Table 1 The differences existing between the ruditic faciesses of the two formations are not necessarily significant. In what concerns the petrographical content it must be taken into account the fact that these pebbles partly V. Horol originate in the older sediments However, it is worth mentioning that they have a higher roundness. At the same time, the differences in the granulometric parameters values can be due to the influence of the variations in the gallery cross-section on the flow velocity, and so, on the stream competence. Identified sedimentary structures include pebbles imbrication, indicating the same flow direction as the previous ruditic facies. The coarser grained arenites bear the specific facies of channel bar and point bar forming lenticular bodies, and respectively banks. Usually, their thickness is larger than 1 0 em. As a consequence of the absence of ariy significant cross-section across them, as well as of the fact that they are partly distumed, the description of the structures is not always possible. The granulometric characteristics are similar to those of the arenites frort:'l the previous ruditic facies and they are i ndicated in Table 1. B. The upper calcite unit :-.. It includes the chemical precipitation deposits accumulated after the erosional episode. : delimitation involves two aspects . ., ,, .. In some cases, the speleothems lie directly on thel: present alluvial sediments The .Red Blind Passage, The Candlestick Stalagmite Forest, a s.o.) suggesting that precipitation started after the end of the alluvial sedimentation. In other places (The Great Candlestick Stalagmite, The First Candlestick Stalagmite, a.s.o ) the chem.ical process has been active during both the erosional and the alluvial phases, so that the lower calcite unit cannot be separated from the upper one. As a consequence, the speleothems of the first category are relatively poorly developed, while those of the second reach considerable dimensions. Superposition of both calcite units occurred in those places where infiltration had been constant along the whole ti'me span; if the infiltrations after the erosional episode only the upper calcite unit developed. Between these two extreme situations several stages are noticed along the gallery.

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Sedimentological studies In RacovlfA Gallery ASPECTS OF THE; EVOLUTION OF RACOVITA .GALLERY The described formations were deposed during .. the hydrologically-active evolution stage of Racovita Gallery. The two formations, separated by an erosional episode, were deposited during two distinct evolutive cycles. .Within each cycle, the lithological units are the result of distinct circumstances of sedimentation, resumed from one cycle to another and which are characteristic to certain evolutive phases. In this respect, the the alluvial accumulation and the precipitation. phases can be identified. During the first cycle (Fig. 9), the erosional phase consisted in the excavation of the gallery. Taking into account the source-area of the described deposits it cari 0 100 200 300 400 500 600 be inferred that the gallery was formed and evolved as a consequence of the action of Ponorat and nvers (for the last, the at Piatra PArciului). Following the individualisation of the underground drainage, the stage of accumulatio n of the breakdown deposits of the first lithological unit occured; water penetrating along the tension fissures favoured the incasion processes. An overall reduction of the flowrates triggered the second phase, when the alluvial deposits unit accumulated. Behind the breakdown, lakes were formed, in which an underground sedimentation of lacustrine type place; at the same time, the fluvial type sedimentation continued along the passages connecting the lakes. Within the lacustrine domain the accumulation took place in a siltic-arenite facies with rhythmic character In N I . . II -dr.;;;:l

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144 the fluvial domain, ruditic facieses are re corded in: the central channel and coarser grained arenite facieses occur in channel pars and point bars. : . The precipitation of the .. : lower calcite unit at the end of the first cycle indicates a progressive reduction of the water supply. Starting from this moment precipitation was expected to be the prevailing clogging process. As a result of an overall increase of the flowrates, the second cycle was initiated. In this respect the antithetical step from ,,At the Rope" point proves the existence of a lower base level, which controlled the excavation of a new gallery located downstream. Previously, the stream had been flowing through The Great Chamber, The Giants Passage, The Chamber of Confluences, The Hidden Passage to the main drain The Prosac Gallery. The new path reaches directly The Chamber of Confluences passing beneath The Great Chamber. The change of the base level resulted in erosional processes which removed a significant part of the Formation 1 deposits. The next phase. consisted in the accumulation of the present deposits unit. As a consequence of the capture of the stream toward the lower Murgoci Gallery, sediments accumulations in Racovita Gallery are not very representative in this phase. On the other hand, the regressive character of the stream capture made possible the conservation of the older deposits in the southern part of the gallery. REFERENCES .. ANASTASIU, N., JIPA, D. (1983) Texturl structuri sedimentare. Ed. T 320 p. BLEAHU, M., LASCU, C (1975) Pestera Topolnifa. Die Topo/nifa Hohle. Ed. Sport Turism, Bucuresti, 148 p. BLEAHU, M., DECU, v.; NEGREA, S., PLESA, .. c., POVARA, I. & VIEHMANN, I. (19l6) din Romania. Ed. Encicl., 416 p. :V. Horo/ The moment of the drainage capture toward Murgoci Gallery marks the start of the precipitation of the upper calcite unit, which closes the second cycle. During this last phase, Racovita Gallery becomes hydrologically inactive. From now ):>n, its eyolution includes only processes characteristic to the fossil galleries: chemical precipitation, gravity accumulation, organic deposit sedimentation a.s.o: CONCLUSIONS The sedimentological analysis of the infilling deposits from the Gal .lery the karstic system Topolnita-Epuran, led to the identif!cation of two evolutive cycles. Within each cycle the following evolutive phases were separated: erosion, alluvial accumulation and chemical precipitation. The identified sedimentary formations are the result of the evolutive cycles Within each formation, the evolutive phases resulted in the sedimentation of different lithological units. The analysis of the specific units suggested the sedimentation circumstances and the nature of the evolutive processes which affected Racovita Gallery. The external climatic and geomorphologic changes controlled the succesion of the two evolutive cycles. Correlation with known events will be possible provided that clues on the age of Racovita Gallery deposits are found. BLEAHU, M DECU, V. & DECU, A. (1964) Pef?tera T opolnifa. Ocrotirea Naturli, 8, DECU, V DECU, A. & BLEAHU, M. (1967) Grottes d'Oitenie, explorees de 1959 a 1962. in Recherches sur Jes grottes du Banat et d'Oitenie (Roumanie 1959-1962), Ed. C.N.R.s.; Paris, 428 p. JIPA, D. (1987) Analiza granulometrlci a sedimentelor. Semnifica(ii genetice. Ed. Acad. R.S.R., 128 p. MUTIHAC, V . (1990):' Structura geologicA. a teritorlului . Ed. 419 p. : ....

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KARsT PHENOMENA IN THE PLAIN oF DANUBE . . (ROMANIA) . : :' Romeo STOICA 1 ABSTRACT One of the geodynamic effects of the earthquake dated March 4, 19n, generally little known, although it is very dangerous for the stability of constructions, was the earth-falls identified in the southern part of Giurgiu town, due to the sudden flow of a great volume of sandy materials from the alluvial depos i t i nto the ka r st i c cavities of the subjacent limestone formations. The paper presents the results of geological, hydrogeological and geophysical surveys performed by ISP I F-SA on the platform of G i urgiu Chemical Plant, where a sinkhole of large dimensions occurred, the mechanism of this complex phenomenon, similar activities in other countries and anti-karst measures to protect the constructions located in with such a potential. . Key words: kar.it, earth-fall steep slope, earthquake. PHENOMENES KARSTIQUES DANS LA PLAINE DU DANUBE (ROUMANIE) .. RESUME Un des effets geodynamiques du tremblement de terre du 4 Mars 1977 en general peu connu mais Ires dangereux pour Ia stabilite des constructions, a ete fecoulement de sols dans Ia voisinage de Giurgiu, oil grands volumes d'al/uvions sablonneuses ont plonge dans des eaviteS'taiJrstiques creusees dans des calcaires. L'article presente les resu/tats des recherches geo/ogiques hydrogeotogiques et geophysiques que f/SPIF-SA a deroule sur Ia plate-forme de fUsine Chimique de Giurgiu, oil un effondrement de grandes dimensions a eu lieu, le mecanisme de ce phenomene, activites simi/aires d'autres pays et les mesures .,anti-karst" pour pioteger constructions placees en zones avec potentiel d'effondrement Mots karst, effondrement, talus abrupt, seisme LOCATION-DESCRIPTION . On March 4, 1977 ,.::Romania was affected by an earthquake with a magnitude of 7.2 degrees on the Richter's scale and the epicentre in Vrancea area. The highest intensity : was: .. ::. registered in Bucharest Aiexandria-Zimnicea (so-called ,seismic isle'1 : in other localities Giurgiu included situated in the Southern part of Romania. Out of the published data concerning victims destroyed constr'uctions and damages, .the earthquake also caused the liquefaction of saturated sands with temporary springs of water and sand in Bucharest and othe r places The levees of Danube and of some inside rivers were damaged. Another form of seismic activity, little known, is the flow of Cohesionless saturated deposits into karstic cavities of the subjacent limestone formation. The results of this process consist in earth-falls, tike those located on the southern and eastern extremities o f Giurgiu town. There, on March 5."' 1977 : in the prox i mity of the Chemical Plant, arditipressive image could be seen: a -, (. ..... ... . . ... : . ..

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146 large hole noted A with steep, sliding slopes, 42 x 30 m dimensions of about 18m in depth (Photo. 1 ) Several conic earth bulges were marking the contour of the hole (Photo. 2). Three weeks later, two kilometers towards the East, the hole B, : a drcular pit with vertical slopes, 6 min diameter and 5 m in depth, was found (Photo. 3). Then, two twin holes (noted C), in the Mocanu forest (6 km to the northeast) 20 m and 26 m in diameter, 8 and 10 m in depth (Photo. 4) and the fall D, forming a circular ., hole (22 km northeast), 32m in diameter and 5 m in depth (Photo. 5) were successively discovered. Earth-falls at locations of A -D, are shown in Fig. 6. It should be noted that this phenomenon occupied a large band in the plain of Danube, the distance between the extreme holes A and D exceeding 22 km. Similar holes could also exist in other non-identified places, due to shallow water deposits in adjacent pools and to the vege tation which cover them. 2. GEOLOGICAL, GEOPHYSICAL AND HYDROGEOLOGICAL INVESTIGATIONS R. Stoles demolished. To avoid the danger of floc dings, the site was entirelly overlaid by a sandy platform 5 to 7 m high. The sand was dredged from the Danube and stored tween perpendicular levees made by compacted red clay. Before March 4, about 20 geptechnical boreholes had been drilled. Briefly, the stratigraphic profile was as follows: at the upper part, a Quaternary alluvial deposit 18 to 20 m thick, consisting of grey clay and silts, followed by layers of fine-medium sand and sand with gravel below the Quaternary deposit, a very thick deposit of shelly, white-yellowish limestones with chalk inclusions, of Barremian-Aptian age. Bedrock elevations had differences less than 3m. It should be noted that the two deposits are in direct contact. Before March 4, on the place of the earth-fall A only a levee of red clay was performed; the filling with dredged sand has not been begun. After the earthquake, taking into account the large area and the depth of earth-fall A, where a loss of about 7000 m3 of alluvions and groundwater occurred simultaneously (Fig.1 ), the collapse of the ceiling of a big cavity The Giurgiu Chemical Plant is partially the limestone has been taken into located on the surface of the former Ramadan fishing ponds, which ., . :.:' 1 ; The geological and geophysical investigations on earth-fall A, area were possible after its filling with dredged sand. 16 boreholes, located at 3 to 5 m intervals, were drilled with continuous coring; they penetrated into limestones at 15 to 40 m in depth. According to the borehole logs, the limestones were separated in two main horizons:

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Ks,t:sflc -phenomena In the Plain of Danube at the upper part, shelly limestones, cut -by a network pf fissures, cracks and pipes with oxidations due to the groundwater flow partially filled with sand at the lowe"r par(fayers of weaker shelly limestone and chalk with a more advanced process of karstification, represented by cracks, cavities and drifts of 1 to 5 m high. Most of the boreholes revealed that the cavities and drifts had been filled with sand, identical to the one existing in the alluvial deposit from the mineralogical and granulometrical point of view ...... At"the bedrock surface some boreholes identified rests of red clay from the levee 147 which was crossing the site A before the earthquake. The red clay samples were a precious reference regarding the hole depth (18 m) and the volume of the lost material. A geological interpretation of earth-fall A is presented in the cross section in Fig.2 Geophysical surveys (electrometric, gravimetric and seismic) were not able to delimit karstic cavites. By means of hydrogeological measures, two groundwater levels have been delimited: the first within the alluvial deposits, directly connected to the water levels of the Danube; the second, within the limestone formation, ascending and probably supplied below the Danube riverbed, through the outcrops in the Bulgarian mountains.

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148 Karstic cavitie!. with -sand and gravel It should be noted that all the factors which favour the appearance and the development of karst {BLEAHU, 1974),were noticed as follows: presence of soluble rocks, fissuration underground aggressivity. R. Stoica of rocks, circulation of water, solubility and water

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Kar5tlc phenomena In the Plain of Danube 3. EXPLANATION OF THE PHENOM ENON As it is known, the seismic action of a heavy earthquake co nsists of alternating, asymmetrical, and aleatory cycles of various amplitudes and periods. . The earth-falls caused the action have a hidden, fast and complex mechanism, whose explanation is hypo thetical, but plausible in analogy with other forms of seismic activities in Romania. In the above mentioned geological and hydrogeological conditions we assume that, first of all, the seismic : waves violently compressed the captive groundwater in the system of and cavities, which expelled the sand and put the phreatic aquifer on The ... growth of water pr,ssure caused tt'le, liquefaction of sands in the immersed deposit, the appearance of;the e arth on the hole A perimeter and the ejections of water and sand on the existing grade Second step that of pressure dissi pation the liquefied sand gravitationaly invaded the deep cracks and cavities, where it has been found by the boreholes. 4. SIMILAR_ PHENOMENA IN OTHER COUNTRIES Earth-falls due to seismic activity like those recorded in the Giurgiu area, are not known yet. Some similar phenomena are due to other causes, as follows: in Poland, ttie collapse of an earth dam was determined by the flow of the foundation sandy soil on the planes of a fault, due to mine bursts (WOLSKI et a/., 1976) in Spain (Zaragoza) an earth-fall with a diameter of 15 m damaged three civil buildings The accident took place due to dissolution of gypsum, wheri the opening of cavity became critical (SALAS et a/ 1973). A similar case, but oh the account of karstified dolomites, is related on South Africa (JENINGS eta/., 1965) 149 ; in (Ferme des Valees) the alluvial ?-ne on a discontin uous layer of marl. The bedrock made up of fissured limestone, stores a plentiful aquifer The karstic cavities are located at 15-25 m of ., depth, while the earth-falls are max. 1 0 m in diameter. To stand out the cavities, the authors tested a new method based on the refraction shooting. Verityed by drilling, anomalies proved several karstic cavities at depth in Rusia (Moscow), the earth-falls are 2-40 m in diameter and 7-8 m depth. Karstic cavities, 0,1-8 m in diameter have various forms (DYKHOVICHINYI & MAKSIMONKO, 1977). The factors which facilitated karstic activity are the filtration rate of groundwater due to excessive pumping and the destruction of clay strata between the alluvial and limestone layers -5. ANTIKARST MEASURES TO PROTECT THE STABILITY OF CONSTRUCTIONS The earth-falls caused by the seismic activity during March 4, 1977 earthquake were possible due to the superposition of more factors, such as: the presence of cracks and karstic cavi ties the direct contact between a cohe sionless deposit and karstified limestones the rapid growth of pore-water pressure and water movement within the crack system, which opened communication ways between the two aquifers, facilitating the sudden flow of big volumes of liquefied sand into the cavernous limestone Concerning the measures embraced to protect the structures, at Moscow within the areas with dangerous karst the foundations of civil and cultural constructions consist of reinforced-concrete plates and crossed beams (DYKHOVICHINYI & MAKSIMONKO, 1977). In the computation of structures it is admitted that anywhere under foundation a

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150 hole 6 in diameter be possible. The monolithic reinforced-concrete 12-16 storey structures and those prefabricated with transversally disposed bearing walls, are considered the most resistent. Opposite to many storeyed civil structures, the industrial constructions (halls, pipe supports, stores) represent structures withouth a great degree of rigidity. The isolated direct or driven pile foundations and the prefabricated structures (pillars, beams and so on) are not able to resist an earth-fall, like those above described. Even though the earth-falls in the proximity of Giurgiu did not damage any structure, the possibility of recurrence of this process at unforeseeable moments and places determined a complex analysis of antikarst protection measures. For the most important buildings and technological installations it has been admitted that, to avoid the sudden flow of sand in the karstic cavities, it is necessary to close the cracks below the contact plane alluvial limestone boundary, by means of injected horizontal walls. Such walls, made up through boreholes, were performed on an experimental polygon. By special techniques (BALLY & KLEIN, 1985) a network of boreholes penetrated 4 m into the limestone deposit, where a mixture of cement-ash bentonite, was injected. Using the same holes, the lower part of the sandy deposit was injected 2 m heigh by means of sodium REFERENCES BALLY, R. J. & KLEIN, R. (1985) lnjectarea pamTnturilor. Ed. Tehnica, Bucurel?ti, 256 p. BLEAHU, M. (1974) Morfologia carstica. Condi tionarea geologica geografica a procesului de carstificare. Ed. l?tiintifica, Bucurel?ti, 590 p. DYKHOVICHINYI, I. A. & MAKSIMONKO, B. A. (19n) Proestirovanie u stroitelstvo na teritoriah, podvejenih carstovo-sufozionim protesam v Moskva. Rev.Jiliznoe Stroitelstvo, Moscva, pp. 2-7. R. Stoles silicate solution. The average injected quantities were: 200 vm3 rock; sodium silicate 300 vm3 sand at 1 boring/2 m 2 density. The efficiency of the horizontal walls was proved by Lug eon tests (injected limestone) and dynamic penetration tests (silicated sand). :.. .: :' Because of the large surfaces which have to be injected, walls are laborious and very expensive. The efficiency of these antikarst measures becomes uncertain if the drillings has to be inclined or performed in existing constructions, when, due to reduced spaces, the geometry of borehole network cannot be respected. 6. CONCLUSIONS In the seismic areas with karstic potential it is advisable to avoid the placement of heavy industrial structures. Otherwise, injected horizontal walls should precede the foundation works. The foundations can also be performed on limestones by means of deep, large diameter, abutments (caissons, columns, cast in place walls) if the geophysical studies and drilling confirm the stable bearing capacity of the bedrock. Driven reinforced concrete piles should be avoided, because in case of sandy soil flow, they lose their stability under gravity loadings. JENINGS, I. E., BRINK, A. B. & LOUW, A. (1965) Sinkholes and subsidences in the transversal dolo mite of SoUth Africa. 6-th International Conference of Soil Mechanics, Montreal, pp. 305-307 SALAS, J. A., JUSTO, J. L. & ROMANA, M. (1973) Tne collapse of gypseous silts and clays of low plasticity in arid and semiarid climates. Proceedings of the Eigth Conference on Soil Mechanics and Foun dations Engineering, Moskow, pp. 9-11. WOLSKI, W., MIODURZEVSKI, W. & FURSTEN BERG, A. (1976) Some aspects of design mine-tailing dams. Deuxieme Congres des Grands Barrages, Mexico, pp.4-7.

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THE DEVELOPMENT. 'OF THE. AuTocaoss-REaRESsioN MonEL FOR KARST SPRINGFLOW SIMULATION Stevan PROH. ASKA1 Zo _ran.STEVANOVIC1 ABSTRACT The coefficients of a linear regression between the flowrates of the karst spring ,.Nemanja 2", as an output, and the same flowrates and the rainfall, taken as input functions, were computed. The agreement between the reconstructed history of the spring flowrates and the actually recorded values is achieved within a standard estimation error of about 75% of the spring mean annual discharge. : . Key words: karst spring, prediction model, regression, autocorrelation, cross-correlation. . DEVELOPPEMENT DU MODELE DE REGRESSION SUR L'AUTOCORRELA TION ET SUR. LA CORRELATION CROISEE, POUR LA SIMULATION DE L'ECOULEMENT D'UNE SOURCE KARST/QUE RESUME On a calcule les coefficients d une regression lineaire entre les debits de Ia source karstique ,Nemanja 2", pris comme fonction de sortie, d'une part, et ces memes debits et Ia pluie, pris comme des fonctions d'entree, d'autre part. La concordance entre Ia chronlque simuJee des debits et les va/eurs ree/les a lieu dans un karttype estime qui represente 75% du debit moyen interannual de Ia source Mots ells: source karst/que, modele previsionnel, regression, autocorrelation, correlation croisee INTRODUCTION ,; ';. Karst springs represent very significant potential resources for water supply However, the hydrologic ;' characteristics of so mel' of the springflows have not' been explored fully .Yet. The hydrometeorological service has undertaken only partial systematic of of the more sprihgfldWs. Also, some other organizations only limited measurements to individuEll phases of designing some ()f-t6e. res9vrces of water supply. The extent of these measurements and observations do not meet actual needs. ..-. :>.; . .. l ... : The aim of the authors and their associates has been to determine the regression relationship based on the overall but very modest available data on springflow measurements by using meteorological variables. The parameters of these relations would then be generalized and related to physical and geographic characterist ics of the region, its geologic properties and vegetation cover. On the basis of the established relationship between the springflow and quantitative meteorological characteristics (precipitation, air temperature, water Vapour pressure, air humidity, etc.), and by _using regression equations for calculation of their parameters, the

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152 mathematical model would be made. This could serve for springflow simulation where only input meteorological data are known. The model could also be used for filling up and extrapolation of the series of karst springflows either independently or within the system itself. The paper presents only some of the initial ideas of establishing the relationship between springflows and different meteorological quantitative characteristics, with a definition of the type of relationship and parameters. Also, an example of establishing the same type of relationship is given for ,,Nemanja 2" karst spring which is situated in the eastern part of Serbia. THEORETICAL POSTULATES FOR ESTABLISHING THE AUTOCROSS-REGRESSION RELATIONSHIP BETWEEN SPRINGFLOWS AND METEOROLOGICAL PARAMETERS The basic postulates of the auto-correlation and cross-correlation theory of stochastic processes have been used in order to establish the auto-regression relationship between the karst springflow and different quantitative indicators of meteorological conditions in the drainage area of the karst spring. In our case, the ACR forecasting model has been used. The ACR model is aimed at finding the autocross-regression relationship between the Y dependent variable and a series of independent In this connection, the theory of linear and non-linear regression is used. The parameters of the ACR model are determined on the basis of the observed data. For the needs of using the model in real time, it is assumed that they do not change in time, and prediction of dependent variable Y is given on the basis of known values of independent variables at the moment of providing the forecasts (2). The general type of the forecasting relationship assumes the following form: S. Prohaska & z. Stevanovic Y = /( Y(t --c) ; X1 (t-K1 ,1)) (1) where: Y (t) predicted value of dependent variable at the moment Y(t-'l) known value of dependent variable at the moment of providing the forecast known values of independent variables at the moment of providing the forecast 't lag time for dependent variable KL lag time for independent variable J, x J l J order number of independent variable }(_f 1 index of lag time 1 1 = 1,2 ... L Using the theory of linear regression the forecasting relationship between independent variables (predictor) and dependent variables (predictant) is defined in the following linear form: where : b0 b1 and bJ}-unknown coefficients of linear regression (parameters of the model) The parameters of the ACR model: bj,b b and bo are detennined by means of the least square method. In order to determine parameters of the model, the historical data of predictor and predictant observations are used. After the parameters of the model have been found, the defined relationship (PROHASKA, 1983) may be used for the predictant forecasting in real time, but only if the values of predictor are known at the time of providing the forecast. Bearing in mind the fact that relations between the predictor and predictant in hydrologic processes are not linear, the ACR

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The development of autocross-regress/on model mathematical model makes it possible to define the forecasting relationship in a non-linear form: K L T !-----.. r(t)-uua hoXi(t -KJ.l'JY(t .:..T.t (3) .. In order to determine the parameters of non-linear regression b0 b -1 and b the :. h .. forecasting relationship (3) by means of logarithmic transformation assumes the following linear form: In this way the problem of determining parameters of non-linear regression is reduced to determining parameters of linear regression logb0 and Here, the same procedure is used as that for the linear forrri defining and using the forecasting rehitionship of the ACR model. : : The parameters are identified and the ACR model verified on the basis of historical data. For estimation of the parameters reliability the following criterion functions are used. They actually represent the minimum prediction error, through calculation of standard estimated error: N (Y(t)-Y(t))2 N -1 (5} where: S standard estimated error Y(t) actual value of predictant at the moment t Y (t) predicted value of predictant at the moment t N total number of produced forecasts The standard estimated error is calculated on the basis of the results of produced forecast iri the periods of identification and verifi cation. 153 For estimation of the quality of produced forecasts for both periods, a new criterion been introduced: .. / ; .! : s -Si"' N . . +,;))2 -N-1 S('f) A = ''. ; where: (6) (7) Si"' natural standard error for anticipated period Y(t + z) actual value of predictant in moment (t + -u).-.: The model is reliable if approximately equal qualities of produced forecasts are obtained in the period of identification and verification of the model, that is, if: . .:"' (8) ... . . ., THE RESULTS OF PRACTICAL APPLICATION The presented theory of forming the auto-regression relationship has been applied in the case of the ,Nemanja 2" karst spring with available data on systematic measurements of springflow in the period 1980-1982. These data were at the level of daily values and they were related to daily rainfall measured at the ,Cuprina" rainfall gauging station. In the specific case, the following relationship in linear form has been established: Q(t) = 0.694 Q(t-1)0.029 Q(t-2)0.012 Q(t-3) + 0.153 Q(t-4) 0.058 Q(t-5) + 0.056 Q(t-6) + o.o56 Q(t-7) + 0.021 Q(t-8) +. o.oo2 Q(t-9) + 0.978 P(t-1) 0.131 P(t-2) --o.oi4 + 0.089 P(t-4) + 0.068 P(t-:5) { .. 0.032 P(t-6) 0.008 P(t-7) + 0.145 P(t-8)0.055 P(t-9).

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154 2?0 ?CO lfiC lGO ,, ...... I I 111('1 1?.0 ....... .. 100 r----:J' "0 )I f--0 .;c ,.., .... 40 "' 20 I If 0 R ttl) tO :\' \ 0 8 0.6 ,:.! 2 0 2 s.-Prohaska & Z. Stevanovic I I I -I I I I I I I n I ,. I I ] I r.A I ''ll llW1 ,..., Lll. I ... [\i'l w A. I l f"!" '"' Ill.. lUI I I l 6 & '0 11 12 (month) / I Sprmg:"NEMANJA2") 1. MI!ASURED I You: 1980. J l I -2. PORECASTED '-' ,/ ( L AUTOCOIUU!l.AnON PUNC110N OP il SPRING PLOW 2. atOSS-coRRElAnON PUNcnON OP l SPRINGPLOW AND PRSOPI'IAnON J 0,8 --'!4 . : J 1'--0,6 ['_ 0,4 .. IP .. s 10 14 18 't ... 18 \ ""' -_/ K v ---IP .. .. 0,2 2 6 10 14

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The development of autocross-regress/on model with multiple regression coefficient: R = 0.851 The standard estimated error is: s = 10.151/s which is 75% of the average three-year value of the mean annual springflow. Graphical representation of actual and simulated values of ,Nemanja 2" springflow is shown in Figure 1 for 1980 only. On the basis of quantitative indexes of the strength of the relationship established (multiple regression coefficient and standard estimated error) as well as graphical the authors of this paper cons1der that the results of simulation are satisfactory and that the concept of development of an auto-regression model for karst springflow simulation has realistic prospects. In order to recognize the structure of stochastic relationship between daily values of ,Nemanja 2" springflow and of precipitation at the Cuprina rainfall gauging stat1on, F1g. 2 shows graphic auto-correlation function of springflow and the crosscorrelation function of springflow and REFERENCES PROHASKA, S. (1972) Correlation Theory of Random Processes and its Utilisation in Hydrology. Spec. Ed. of the ,Jaroslav Cemi" Institute for Development of Water Resources, Belgrade. 155 precipitation. The validity of both of these functions has been tested by means of Anderson test (PROHASKA, 1972). -In this connection, a conclusion may be that there is a very strong auto-correlation relationship of the karst area of ,Nemanja 2" springflow which for the most part is monotonously decreasing. This implies a marked natural storage capacity of the karst area of ,Nemanja 2" spring which makes it very interesting for eventual practical utilization. The cross-correlation link between the springflow and precipitation is weaker. Based on the Anderson test, the cross-correlation relationship is also statistically significant. It is also evident that cyclic changes are weak which points at the insignificant impact of precipitation on the character of the regime of discharge of ,Nemanja 2" spring. Hydrogeological investigation in the region has proved that due to deep karstification, significant ground water resources have been formed in deeper structures. The underground outflow has been discovered as well outlined by river flowrates in successive sections in the zone of the spring, and by the results of exploratory borehole testing. PROHASKA, S. (1983) Development of the Prognostic Model for the Sava River for Producing Forecasts in Real Time. in "Water Resources of Vojvodina, 1982", Novi Sad.

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A CORRELATIVE ANALYSIS OF THE. DISCHARGE . '. : : ; 1 : -.. HISTORY OF THE SURA MARE SWALLET. -KARsT SYSTEM (RoMANiA). Horia MITROFAN1 Monica TUDQR2, Valer ABSTRACT Conventional signal analysis has been on the flowrate histories of a karst outlet and of its major swallet, which provides about half of the discharged water volume Both the swallet, supplied by a crystalline rocks aquifer, and the karstic outlet, display a similar behavior: poor correlation with the rainfall history and important autocorrelation, extended over more than 10 days. Moreover the simultaneous swallet and outlet flowrates are very close correlated. A possible explanation for this ,porous aquifer" behaviour of the karst system may be a sandstone layer, ,trapped'' between two limestone stacks: an upper one, exposed to direct infiltration, and a lower one, which hosts the major cave stream passage. Key words: signal analysis, unit step response function, autocorrelation, :;>ura Mare. ANALYSE CORRELATIVE DES CHRONIQUES DES DEBITS DE LA PERTE ET DE LA RESURGENCE DU SYSTEME KARST/QUE DE SURA MARE I RESUME (ROUMANIE) L'analyse a porte sur les chroniques des debits d'une resurgence et de sa perle principsle, qui fournit environ Ia moitie du volume d'eau evacuee. Un comportement est affiche par Ia perle, qui draine un aquifere developpe en socle cristallin, ainsi que par (exutolre du systeme karstique :_falble correlation avec les precipitations et forte auto-correlation, portant . sur plus de 10 jours. De plus, les debits simultanes de ls perte et de Ia resurgence sont tres etroitement correles. . .: . <.: . L8 cause de ceite reponse de type waquitere ji';,;ei.JX" aificiltie par 1e karstique p"Ourrait etre une couche greseuse, intercalee entre deux series calcaires : une superieure, soumise a finfiltration et une inferieure, qui abrite le princj)al collecteur souterrain. Mots c"s: analyse correlative, fonction de transfert, auto-correlation, $ura Mare. INTRODUCTION Let us consider a very typical karst setting: a major swallet, with its catchment area developped on non-karstic terrains, is connected to an outlet, through a single cave conduit, accessible over most of its length. The non-karstic aquifer supplying the sinking stream has a good storage capacity, which will result in a significant dampening of the rainfall pulses at the swallet. A ,first guess" would assume that the hydrologic behaviour of the outlet ,mimicked" that of the ,non-karstic" sinking stream, such a hypothesis implying that the contribution of the direct infiltration occurring over the

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158 limestone surface, in the neighbourhood of the cave, was negligible. In fact, it is admitted that direct infiltration usually provides a significant part of the flowrate of a karst resurgence. It is t h erefore expected that some specific hydrologic behaviour would be recorded at a karst resurgence, a consequence of the prevalence of the ,,fast" karstic infiltration supply The subsequent analysis, performed over a setting similar to the hypothetical one considered above, indicates that although direct karst infiltration provides about half of the resurgence flowrate, the overall hydrologic behaviour at the outlet is quite similar to that of the swallet, I .e. to that of a non-karstic aquifer. simultaneously at the swallet and at the resurgence (Fig. 2). In terms of multiannual average flowrates, Valea Ponorului contributes with 350 1/s to the 660 1/s of 9ura Mare. The rest of the resurgence discharge originates in direct infiltration occurring over the limestone surfaces, most of them cov ered with forestland and grassland. A Cenomanian sandstone formation, trapped" between two tectonically overlain Kimmeridgian-Aptian limestone stacks, may locally control infiltration access to the cave conduit, which is located in the lower limestone stack ( Fig . 1 ). -:,. :. . . : }: : . r H. Mltrofan Bt al. AREA _UNDER STUDY Mare is a 6 km long resurgence cave, which drains part of a plateau consisting mainly of Kimmeridgian-Aptian limestones located on the SW border of the Anteproterozoic crystalline mass of mountains, in the Southern Carpathians. The upstream end of the main stream cave-passage reaches very near to the swallet of Valea Ponorului (Fig. 1 ), by far the most important concentrated supply to Mare. The catchment area of Valea Ponorului extends over 15 km2, mostly on crystalline terrains Valea Ponorului provides only part of the discharge at the outlet of Mare, as indicated by a plot of flowrates recorded a o n Swal/et of ANALYTIC APPROACH Discharge data recorded simulta neously at the swallet of Valea Ponorului and at the resurgence 9ura Mare have been used in a conventional signal analysis (BENAVENTE et a/ 1985), aimed at comparing the ,time history of the outlet flowrates, with that of the ,inputs", namely the swalle t flowrates and respectively the rainfall. The discharge and the rainfall (Fig. 2) have been recorded on a daily basis, during August through 1972 1973) =

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ura Mare discharge history a analysis 159 50 45 40 35 E' 30 E ;;-25 J! .5 20,. e .. 15 10 5 9-Aug 3 2.5 -2 Ill ::I u -; 1.5 1 .g 1 0.5 8-Sep Sura Mare resurgence ---swallet of Valeci Ponorului 8-0d . .. .. . .. .. . .... . .. . .. . .. . . I I I I I ',I I . .. . . . ' 7-Nov ,. .... I ' ' , .. .. .. .. . . . 9-Aug 8-Sep The following signal analysis parameters were considered: 1) The unit step response function, which indicates the degree of correlation between the outpuf signal flowrates} and a unitary step (Dirac} .ir)pUt signal (rainfall or swallet flowrates}. 8-0d 7-Nov It is a time domain characteristic, which outlines how the influence of a standard external stimulus on the output fluctuates with time. 2) The autocorrelation of the flowrates (both at the swallet and at the outlet}, which indicates the degree of corre,lation between a certain distribution in time . of the flowrates

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160 1.0 0.9 0.8 \ \ H Mltrofan eta/. \ 0.7 \ \ ogpnp the swallet of Valea Ponorului to rainfall 0 Sura Mare resurience to rainfall -Sura Mare resurgence to the swallet of Valea Ponorului 0.6 0.5 0.4 0.3 \ \ \ \ ' \ time lag (days) 1 swallet of Valea 0.9 Ponorului 0.8 -a--Sura Mare resurgence 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0 5 10 15 20 time lag (days) and each previous distribution; stated otherwise, it shows how the distribution of the flowrates in time ,resembles" itself, while being progressively ,shifted" along the time scale. It is also a time domain characteristic, indicating how the self dependence of the discharge varies with time, or intuitively speaking, ,how strong and how long the memory of the system is". For both parameters, the maximum value, which indicates the best correlation, is 1 On the other hand, it is admitted that no significant correlation exists when values drop below 0.2.

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furs Mare discharge history a coelatlve analysis OF THE SIGNAL ANALYSIS The unit step response function of the swallet of Valea Ponorului to rainfall (Fig. 3) a very poor correlation, which only slightlY exceeds the 0.2 significance thre shold, just on the day of the rainfall event and one day after. Considering that the reservoir supplying the surface stream consists of highly capacitive crystalline rocks, the.. very dampened response to rainfall pulses is in accordance with what is normally expected for such an aquifer. On the contrary, the fact that the correlation by the unit step response function of the outlet of Sura Mare to rainfall is always lower than 0.4 (Fig. 3) is somehow unexpected, since a karst aquifer is supposed to be highly transmissive and not very capacitive. 161 The auto-correlation of the flowrates (Fig. 4) also suggests that the swallet and the resurgence have rather similar capacitive properties: while the auto-correlation coefficients of the stream of Valea Ponorului are higher than the 0.2 significance threshold over a 19 days time lag, those of Mare are still significant for a time lag of 11 days. Yet the most striking similarity in the behaviour of the swallet and that of the resurgence is indicated by their direct unit step response function (Fig. 3 and 5): the almost 0.9 correlation recorded for the output synchronous with the input, sharply drops below the significance threshold within less than two days time lag The advantage of using instead of the cross-correlation the unit step response function, from which the autocorrelation existing in the input signal has been ,filtered" (Fig. 5) is obvious. It clearly results that in the considered case, signal at the outlet undergoes practically -cross-correlation between swallet and reuraence ----unit step reaponn function of the reeur1ence to the &wallet 1.0 I I I l 0.7 I I I I 0.6 I I I l 0.5 l I l 0.4 I I I I 0.3 I 1 1 1 -16 -12 -8 -4 time lag (days)

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162 no additional ,modulations", as compared with that at the swallet. DISCUSSION The fact that the outlet flowrates are much higher, but still closely correlated with those of the swallet, automatically implies that the additional flowrate collected along the 5 km long stream cave-passage tightly correlates itself with that of the swallet. It is difficult to estimate whether such a hydrologic behaviour is abnormal or, on the contrary, it is a typical one, since no similar REFERENCES BENAVENTE, J., BOSCH, A. P. & MANGIN, A. (1985) Application of Correlation and Spectral Procedures to the Study of Discharge in a Karstic System (Eastern Spain). Proc. of the Ankara-Antalya Symposium, July 1985, I.A.H.S. Publ. no.161 i,"" H. Mltrofan eta/. analyses have been performed previously on any karst system in Romania. We still believe that some specific circumstances have to be invoked namely the Cenomanian sandstone insertion between the outcropping limestone stack and the one which hosts the cave passage (Fig. 1). For streams which flow from the upper to the lower limestone stack, also tracer transit times proved to be very long: 32 hours between the bottom of Dosul pothole and a tributary in Mare, separated by 200 m straight lirie distance and about 1 0 m elevation (MITROFAN & PONTA, 1985). M. (1972) Studiu geologic hidrogeologic privind alimentarea cu a municipiului Hunedoara din sursa Ohaba -Ponor, Arh. I.S.P.I.F., (unpublished) MITROFAN, H. & PONTA, G. (1985) Preliminary Note on the Karstic System of Mare (Sebes Mountains). Theoretical & Applied Karstology 2, Bucureliiti, pp. 79-85.

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RELATIONS ENTRE LE LAC TECHIRGHIOL (DOBROUDJA DU SUD, ROUMANIE) ET LES AQUIFERES ADJACENTS Augustin TENU1, Florin OAVIOESCU1 RESUME Le lac Techirgh i ol represente par les qualites de ses eaux et de Ia boue une des plus im po rt antes bases de traitement de Ia Rouman i e En commenc;ant par l'annee 1970, on a constate une augmentation continue du niveau de l' eau dans le lac en avec une diminution de Ia salinite et des e ff ets defavorab l es sur Ia capac i te de regimeration de Ia boue therapeutique. L'identification des causes du desequilibre mentionnee et Ia conservation de !'ensemble des conditions initiales rendent necessaire Ia connaisance detaillee geolog i que, hydrologique et hydrogeolog i que de Ia zone dans I' ensemble ainsi que les interrelat i ons du lac avec des divers facteurs mod if iants, naturels ou artificiels. Un tel ensemble de connaissances peut ltre finalement structure dans un modele conceptual vaste qui do i t constituer Ia base d'une future modelisation numerique quant i tat i ve Le modele presente par les auteurs est base non seulement sur des observations de te rr a i n mais auss i sur quelques centaines d'analyses concernant les parametres physico-ch i miques (conductivite specifique !J. dens. etc ;) et surtout isotopiques (180 D,14c, 3H) effectuees dans tousles types d'eau de Ia zone Mots-eaux de surface, aquiferes, indicateurs geochimiques, isotopes du milieu. RELATIONSHIPS BETWEEN TECHIRGHIOL LAKE (SOUTHERN DOBROGEA, ROMANIA) AND JOINED AQUIFERS ABSTRACT The Techirghiol Lake represents, due to the qual ities of its waters and mud one of the most important treatment base of Romania. Starting from 1970 a permanent increase of the lake level has been noticed, simultaneously wffh the diminishing of the water salinity as well as unfavourable effects concern i ng the regener a ting capacity of the therapeutical mud. Detailed geological, hydrogeological and hydrological knowledge is necessary for the whole area, in order to identify the reasons of the changes mentioned above, as well as the relationships of the lake wffh various natural or artificial modifying factors. This complete knowledge may be finally structured into a conceptual model which constffute the basis of the future numerical quantitative modelling. The model submitted by the autors is based not only on the field observation, but also on a few hundred p"j;sico chemical determinations of parameters (electrical conductivity !J. dens etc ) and isotopics especially (t O, D, t4c, 3H) which have been carried out in all types of waters . Key words: surface waters, aquifers, geochemical indicators, environmen tal isotopes.

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164 1. GENERALITES Le lac Techirghiol, situe sur le bard roumain de Ia mer Noire (Fig. 1) presente une importance balneologique speciale, parce qu'il est le principal producteur de boua therapeutique de Ia Roumanie et une importante base de traitement. I Uk ra'tne t ...... ,. . ,f& ,."' t:::-,. _,...l ROUMANIE Bucarest loc-l'"' -r/ 'f2 i 20 0 120 240Km Le lac Techirghiol est le saul des lacs littoraux roumains aux niveaux negatifs en regime natural. Avant 1970 les niveaux moyens annuals variaient environ -35 em. Alimente surtout des precipitations et en perdant I' eau en exclusivite par evapo ration, en regime natural s'est produit une accumulation graduelle des sels (Ia type hydrochimique est chloro-sodique pur) jusqu'aux valeurs d'environ 100 g/1. Apres 1970, a Ia suite specialement des irrigations pratiquees dans Ia region, les niveaux deviennent positifs en depassant frequemment, y compris dans l'annee 1992, Ia moyenne mensuelle de 1 00 em specialement dans Ia periode de printemps. Ces contributions supplementaires d'eau ont eu des consequences negatives sur Ia salinite et sur le processus de formation de Ia boue therapeutique. Ainsi, meme si le type hydrochimique est reste le meme, le contenu en NaCI se trouve en 1992 aux valeurs d'environ 50 g/1 (Tableau 1} avec des variations sensibles au niveau annual (Fig. 2} et meme saisonnieres (Fig. 3}. Cette perturbation grave du bilan hydrique et salin A. Tenu & F. Dsvldescu Le bassin de reception du lac Techirghiol est de 160 km2 et Ia surface du lac d'environ 11 ,5 km2 (BREIER, 1976); dans le bassin, les cours permanentes d'eau manquent pratiquement. Du point de vue genetique le lac Techirghiol est un ancien rivage fluvial separe de Ia mer par un cordon de sable; c'est un lac sans ecoulement vers Ia mer. du lac a engendre un programme d'etudes hydrologiques et hydrogeologiques execute specialement pendant Ia periode 1976-1979. pH cr Mg2+ Na++K+ cr HC03 Fe2++Fe3+ No2 No3 NH4+ 02 dlzolv. CCOMn Ourlt. tot. Rez. fix 7,5 320 mg/dm3 2504 mg/dm3 18500 mg/dm3 30.953 mg/dm3 168 mg/dm3 0,34 mg/dm3 0,06 mg/dm 3 0,17 mg/dm3 0 3,85 mg/dm3 33 5 mg/dm 3 622G 64100 mg/dm3

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Relations entre le Lac Techlrgh/ol et les adjacents 165 100 90 Q) 80 ::I C" lQ 70 -G) c. (J) -G) ::I "'0 c: 8 35 34 33 sa: 32 .5. :s 31 c s c 30 0 CJ 29 28 23.03.1992 28.05. 1 992 Date Comme consequence de ces etudes on a initie un programme de redressement, Ia solution etant I' interception par des forages de I' afflux supplementaire vers le lac. Pendant les trois dem i eres annees, Ia diminution des irrigations permettait Ia supposition d'une evolution vers une diminution de l'afflux vers le lac. Et pourtant, en avril-mai 1992 on a enregistre des Anne a 1992 1993 26 08.1992 08.10.1992 niveaux dans le lac de + 120 em, c'est-a-dire tres pres des maximums enregistres en 1987. Meme si le coriditionnement de l'effet (elevation du niveau dans le lac) d'une cause unique qui apparait comme specialement evidente (les irrigations) eta it devenu un postulat, les recherches isotopiques indiquent qu' au mains pour Ia partie sud du

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166 lac Ia causalite peut etre multiple. Le modele conceptual apparemment simple semblait done etre plus complexe qu'on ne le croyait. La necessite d'avoir un modele con ceptual aussi complet et sor que possible a augments pendant ce demier temps simuttanement avec les possibilites offertes par Ia modelisation mathematique qui peut aborder aussi quantitativement les aspects de mais qui doit se baser sur un support . vellide et bien argumente. L'accumulation de nouvelles donnees isotoet hydrogeologiques, ainsi .que l'alJgmentation de Ia conscience ecologique onf ete : des imputs supplementaires dans le meme sens. 2. BREVES CONSIDERATIONS GEOLOGIQUES ET HYDROGEOLOGIQUES Comma on peut voir aussi dans Ia section geologique de Ia Figure 4, le lac Techirghiol est place sur un horst qui SSE +50 0 -100 2 00300--400 -sao -6001 Mer N oire 0 5068 sm eo __ s n Lac Techirghi o l F "14 l em 0 2 4 6Km A. Tenu & F. DSv/descu interromp Ia continuite regionale de !'aquifere .. Barremien-Jurassique superieur, le plus important du point de vue economique de Dobroudja du Sud. Dans te fondement du horst appa raissent te Proterozo"ique superieur et le Triasique, sans importance hydrogeologique, suivis par un gros paquet de roches cenomaniennes aquiferes mais avec un faible potentiel et un Senonian crayeux bien developpe. Du point de vue hydrogeo logique, dans Ia zone est important, meme s'il a des petites epaisseurs, le Sarmatien constitue des calcaires tumachelliques; cet aquifere qui forme una plaque continue vient en contact direct avec le lac duquel est separe par Ia couche de boue. Sur le Sarmatien est disposes de ma niere discontinue une couche de loess avec une argile rouge a Ia base qui permet locale ment Ia formation d'un aquifere phreatique. A remarquer dans Ia partie sud du lac une fracture profonde avec un rOle tectonique et hydrogeologique special. N1 -ssE 5069 sm C n f. navigable : 5 070 0 NNW 5040

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' Relations entre le Lac Techirghiol et les aquifS"es ad}acents 167 a (!;)----,/'

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168 3. MODELE CONCEPTUEL DES INTERRELATIONS DULAC AVEC LES AQUIFERES SOUTERRAINS. Dans Ia Figure 5 on a synthetise tant les principaux elements hydrogeologiques necessaires a Ia comprehension de l'exposee que l'esquisse de modele concep tual resultee de !'interpretation de toutes les donnees. Meme si Ia legende est suffisamment complete pour dechiffrer Ia figure nous nous arreterons aux quelques completements et soulignements utiles. Ainsi: Ia figure se refere strictement au bassin hydrographique du lac 11 de Ia multitude de forages hydro geologique existants dans Ia zone on a figure sur l'esquisse seulement ceux utiles au auxquels on se refere dans le texte les memes considerations sent aussi valables pour Ia multitude d'elements interpretatifs qu'on a figure seulement de maniere selective. 3.1. PRESENTATION SYNTHETIQUE DES DONNEES GEOCHIMIQUES Dans I' elaboration du present travail on a beneficia de quelques centaines d'analyses concernant les parametres physiques (conductivites specifiques, densites), hydrochimiques et isotopiques (tritium, radiocarbons, deuterium, oxygene18). On a pris en etude taus les types d'eau a savoir: eaux meteoriques, eaux de surface (hi mer Noire, le Danube, les canaux d'irrigation et de navigation, le lac) et les eaux souterraines (aquiferes phreatique, sarmatien, cenomanian, jurassique). _.-. La plupart des analyses proviennent de l'intervalle 1976-1979 mais une importante partie s'est echelonnee en temps (example le les unes jusqu'a cet annee comme par example l'oxygene-18, analyses chimiques et isotopiques du reseau de monitoring. A. Tenu & F. Davldescu En ce qui concerne le lac Techlrghlo l, excepts les analyses de tritium annuelles, on a effectue en 1976 aussi 2 profils verticaux (Tableau 2). Les resultats indiquent une tres bonne homogeneisation de Ia masse d'eau du lac jusqu'a Ia profondeur de 5 m. De meme, Ia repartition dans le lac du contenu en chlorures en 1992 (Fig. 6) confirme les determinations de conductivite de Ia periode 1976-1979. Surface 0,5m 2,0m 5,0m 9,0m 71 70 72 E:1 ce qui concerne les eaux souterralnes qui ant ate etudiees dans !'ensemble des types d'eau de Ia region, il y a a remarquer quelques elements presentes ci-apres: Les resultats des analyses de 3H (Tableau 3) indiquent des ecarts normaux de variation au niveau de l'annee 1979 pour les eaux de Ia region (DAVIDESCU et a/., 1991 ). II y a a remarquer le fait que les aquiferes antesarmatiens etaient completement de pourvus de tritium tant que les eaux du Sarmatien etaient presque au meme sous Ia limite de decelabilite. 24 Bgd-15 4 Bgd

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Relations entre le Lac Techirghlo/ et /es aquiff!res adjscents 169 l,', En analysant les sequences de donnees saisonnieres et annuelles de l'intervalle -"i 976-1979 on est arrive a Ia' conclusion {DAVIDESCU et a/., 1983) que !'existence de 3H est conditionnee par Ia position en plan du forage echantillonne et par Ia periode et l'intensite des irrigations. Ainsi on a pu tracer des limites jusqu'aux quelles on ressentait les influences effectives de ces influx saissonniers du cOte du canal Negru Voda; deux de celles-ci sont aussi tracees dans Ia Fig. 5. : Les determinations de tritium : effec tuees sur des echantillons collectes a diffe rentes profondeurs de !'aquifere sarmatien (Tableau 4, b et c) indiquent quelques differences de contenu mais aussi le manque de stratifications evidentes dans les forages. On peut faire Ia meme observation aussi pour F-8 situe sur le cordon littoral (Tableau 4, a). C'est interessant qu'en 1977 en F-8 on a determine 92 TU dans un moment ou le lac avait 110 TU et Ia mer Noire seulement 51 TU, ce qui conduit a l'idee que l'eau du lac est dechargee assez activement par le cordon dans Ia mer. Les analyses de radiocarbone inscrites dans Je Tableau 5 proviennent non 73 65 66 15 16 47 65 .. :, ,, .
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170 1 mer Noire 2 Lac Techirghiol 3 Danube 4 Aquifere sarmatien moyenne regionale 0 P-6 Costinesti 5 Aquifere barr.-juraSsique moyenne regionale F-5068 Costinesti 1 41 1 11 2 1 1 7 1 16 1 A. fenu & F. Davidescu -9,98 -11,64 -11,45 -13,20 1 150,84 146,00 145,00 141 L'aquifere sannatien presente une multitude de situations particulieres en fonction de Ia position du forage par rapport au lac, a Ia profondeur de l'echantillon, de Ia situation hydrodynamique, etc. Ce n'est pas seulement un ,vieillissement" sur le sens d'ecoulement (I?AVIDESCU et a/.,1991) mais specialement l'il}fluence d'une composante ascensionnelle de profondeur. Cette affirmation est soutenue d'une maniere eloquente par les resultats des analyses de 1Bo (Tableau 6) qui mettent en evidence !'influence de Ia fracture profonde Costinesti Topraisar qui delimite le horst vers le sud. C'est interessant a signaler le fait que Ia valeur 6 18o en P-6 Costinesti qui capte le Sarmatien est presque egale a celle de Ia moyenne regionale au barremien-jurassique. Dans le Tableau 7 on a inscrit synthetiquement selon les types d'eau les contenus moyens en deuterium exprimes en ppm et les densites correspondantes en g/1. C'est interessant a signaler que las eaux avec environ le meme L\dens.(aquifere sarmatien et ceux antesarmatiens) se distinguent fortement par CD et les autres avec un contenu en deuterium identique (par example Ia mer Noire et le lac Techirghiol) sont clairement differents du point de vue du ... La situation au niveau de !'aquifere sarmatien dans des forages situes dans le voisinage du lac appara1t comme tres interessante et diversifiee. Comma on peut voir dans le Tableau 8 (voir aussi Ia Fig. 5) specialement les valeurs L\dens variant significativement en fonction de Ia position en plan du forage et de Ia profondeur de

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Relations entre le Lac Techlrghiol et les aqulfkes adjacents 171 prelevement. Le Tableau Bb met en evidence pour S-8 au-dessous de 20 m des valeurs .6dens beaucoup plus hautes que celles du lac Techirghiol. Prof. CD -1dens Prof. CD .1dens (m) I (ppm) (gA) (m) 1 (ppml {_gl1) . Un diagramme D(CD) .6dens (Fig. 7) pour les eaux de Ia zone Techirghiol construit sur les donnees de l'annee 1977 suggere !'existence de 3 types d'eau de base a savoir: 22 145,65 0,874 5 146,85 27 164 35 145,70 8,986 20 147,30 50,096 20 15'2,65 30 151,0 9 -40 1 49,53 -so 147,97 -60 14 6, 41 -7 0 144 ,86 3: 0 ::E -80 14 3, 30 V1 1 > E 0 -90 141,74 0. a. 0 0 -100 140,18 0 &.1:) LJ 25 147,35 56,498 1 0, 5 1,0 : Cf des eaux des aquiferes subjacents au Sarmatien ou des eaux vieilles; : des eaux des bassins de surface ou des . eaux salines et des eaux recentes au des eaux de realimentation (precipitations, irrigations). /::,dens 103 g/cm3 5 10 20 60 100 -A--A---.,.---A- ;jr '-, S-6 '-" . A ....... 4 ......... .... ....... '....... .... ':i,_c_o -= --1-. 3_8_/::,_d-en_s_+-14-6-. 6--tl \--Q) r=0,934

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172 Dans le do maine moyen du diagramme sont placees avec une bonne correlation lineaire les eaux de !'aquifere sarmatien. Par les lignes aux fleches on a materialise les ecarts de variation et le sens d'evolution vers Ia profondeur pour trois forages aux caracteristiques particulieres. Ceux-ci sont situes dans le voisinage immediat du lac dans une bande ou Ia partie inferieure du Sarmatien contient des eaux tres salines, meme de paleo-lac. En considerant alors que les eaux du Sarmatien sont un melange en differentes proportions de ces 3 types de base on a essaye Ia definition des caracteristiques geochimiques principales des celles-ci sur Ia base des analyses effectuees dans Ia region (Tableau 9) et en utilisant successivement trois diagrammes ternaires (Fig. 8} ou A, B, C Type/Description c EAUX RECENTES A. renu & F. Dsvldescu ont Ia signification donnee dans le tableau, on a pu determiner pour chaque forage separement les cotes de participation de ces composahtes de base ealculees en pour cents. Dans Ia Fig. 5 on a represente par des diagrammes circulaires, mais seulement pour des forages consideres com me caracte ristiques du Sarmatien, ces cotes de parti cipation. Comme on peut observer, dans Ia partie ouest du lac predomine Ia composante recente provenue des precipitations et irrigations, dans le sud et dans le nord apparalt avec une participation de plus de 50% Ia composante vieille des formations subjacentes tandis que dans S-8, place dans le voisinage du lac, a l'ouest de Eforie Nord, une composante de paleo-lac avec de tres grandes salinites predomine. -en A dens 3H 14c (ppm) I (gt1) (TU) (pmc) 146,00 :S 0,500 75 135 ( composante de realimentation de surface: irrigations et (estimation) B -A I precipitations) EAUX VIEILLES 141,00 (eaux des aquiferes subjacents au Sarmatien: Cenomanian et Jurassique) EAUX SAL! NES 151,00 (eaux tres mineralisees actuelles dulac Techirghiol) 1. A tst 2. !J.dens,.g/1 LAC TEcHIRGffiOL, PROFONDEUR 35 M: (A) eaux du lac : 20 % (B) eaux vieilles : 20 % (C) eaux recentes : 60% 1,000 <5 < 12 46,000 68 130 I (estimation) .....

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Relations entre le Lac Tech/rghiol et les aqu/fl}res adjacents 173 A souligner le fait : que Ia variation du rapport de melange dans le forage qui capte Ia Sarmatien depend de: Ia position du forage par rapport au lac dans le contexte du modele hydrodynamique par rapport a Ia fracture Costi neli'tiTopraisar Ia profondeur de l'echantillon l'intensite (saisonniere/multiannuelle) des irrigations : les mouvements sismiques Le dernier facteur a une importance reelle pour Ia zone de l'entier horst et specialement au sud du lac dans Ia zone de Ia fracture Costinesti Topraisar Comme consequence du grand tremblement de terre de 4.03.1977 on a signals differents appau vrissements isotopiques (3H, f> D) en P-6 Costinesti, artesianisme spontan en F-14, etc. 3.2. SYNTHESE DU MODELE De Ia multitude de donnees presentees on essayera de synthetiser un modele con ceptual general des interrelations entre les differents typeset corps d'eau de Ia zone. II s'agit en essence de definir deux aspects de base, a savoir: des relations entre le lac et aquifere adjacent c'est-a-dire des aspects d'alimentation/drainage sur Ia contour et sur le fond, et Ia clarification de Ia provenance/origine de l'eau emmagasinee dans le Sarmatien avec laquelle le lac entre en interrelation. Ce dernier aspect est essential pour !'estimation du degre d'implication des quelques facteurs supposes perturbateurs comma par exemple les irrigations. Mais, sa resolution presente une difficulte speciale parce que c'est lui-meme qui suppose un modele complexe d'interrelations. En ce qui conceme le premier aspect, celui des relations lac aquifere sarmatlen on peut retenir Jes elements suivants: a) Conformement a 'I; image piezometrique .(Fig. 5) le lac Techirghiol draine I' aquifere sarmatien sur son entier contour .. . continental. Dans le' secteur du cordon littoral entre Eforie Nord et Eforie Sud les donnees geochimiques suggerent !'exis tence d'un drainage du lac vers Ia mer par Ia :')artie superieure de celui-ci. b) II n'y a aucune alimentation de fond du lac mais elle ne peut pas etre totalement exclue dans les zones d'intense exploitation de Ia boue. c) L'intensite de !'alimentation du lac est variable sur le contour, etant appreciee qualitativement et figuree par consequent dans Fig. 5 ainsi: afflux fort-dans Ia zone de Ia queue du lac sur l'entiere section de !'aquifere et dans Ia zone nordique seulement par Ia partie superieure de celui-ci afflux moyen dans Ia portion moyenne nordique, et afflux faible sur Ia c6te sud du lac. En ce qui concerne l'origine de l'eau emmagasinee dans /'aquifere sarmatien succinctement on peut admettre que: a) L'eau emmagasinee dans le Sarmatien de Ia zone Techirghiol est un melange en proportions variables de trois compo santes de base: eaux recentes, de realimentation, provenues des precipitations et irrigations eaux vieilles des aquiferes subjacents eaux salines ou meme de paleo-lac b) Les proportions de ces composantes dans !'aquifere dependent de Ia position du point (par rapport au lac, a Ia fracture Costinesti-Topraisar et dans le contexte hydrodynamique), Ia profondeur de l'echantillon, l'intensite des irrigations, !'activation des mouvements sismiques, etc. En decrivant ce qu'on peut voir plus en detail dans Ia Fig. 5 on peut preciser

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174 que dans Ia partie ouest du lac predomine fortement Ia composante recente, que dans Ia zone littorale et specialement au sud du lac predomine Ia composante vieille et dans une banda limitrophe du lac entre les localites Eforie Nord et Techirghiol predomine localement Ia composante saline. En corroborant les conclusions exposees ci dessus il resulte que dans les zones limitrophes de Ia mer Noire, tant du nord que specialement du sud le lac est alimente par l'intermediaire du Sarmatien surtout des vieilles eaux tandis que de /'ouest, nord ouest et sud-ouest le meme aquifere allmente le lac avec des eaux recentes. BIBLIOGRAPHIE BREIER, A. (1976) Lacuri/e de pe Jitoralul a/ Negre. Ed. Acad., 173 p. OAVIDESCU, F. 0., TENU, A. & SLAVESCU, A. (1983) Consideratii privind componentele principale de alimentare ale acviferului eocen-sarmatian din zona T echirghiol. St. si Cercet. IMH, Hidrogeo/ogie, L, Bucurel?ti, pp. 205-216. A. Tenu & F. Davidescu 4. CONCLUSIONS Le modele conceptual des interrelations entre le lac Techirghiol et les aquiferes adjacents, contrairement a ce qu'on croyait initialement, est un modele complexe determine par Ia conjugation des facteurs naturals geologiques, tectoniques et geographiques avec ceux anthropiques regionaux. Dans ce modele sont impliques en differentes proportions Ia plupart des types d'eaux existantes dans Ia region, des eaux meteoriques jusqu'aux eaux souterraines de grande profondeur. L'alimentation du lac Techirghiol est faite sur le contour par l'intermediaire de !'aquifere sarmatien avec des afflux variables du point de vue zonal et temporal. Fai t exception I a zone de cordon littoral par laquelle on suppose un de f lux vers Ia mer. DAVIDESCU, F. D., TENU, A. & SLAVESCU, A. (1991) Environmental isotopes in karst hydrology. A lay-out of problems with exemplifications in Romania. Theor. App. Karstol., 4, Bucurel?ti, pp. 77-86. TENU, A., DAVIDESCU, F. D. & SLAVESCU, A. (1987) Recherches isotopiques sur les eaux souterraines des formations calcaires dans Ia Dobroudja Meridionale (Roumanie). Isotope Techniques in Water Resources Develop., IAEA, Vienna, pp. 439-453.

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HYDROGEOLOGICAL REGIONAL CLASSIFICATION OF THE ROMANIAN KARST lancu ORASEANU1 ABSTRACT Hydrogeological features of the Romanian karst are specific for each of the main geo-structura l units of the country Such differences, supported by field data, conduct the author to distinguish four hydrogeologic types of karst: Carpathian Orogen karst type, North Dobrogea karst type, platform karst type and post-tectonic Carpathians' cover karst type Key words: karst, hydrogeology, classification, Romania. CLASS/FICA TION HYDROGEOLOGIQUE REGIONALE DU KARST ROUMAIN RESUME Generalement, les ressources en eaux accumulees dans les depots carbonatiques qui participent a Ia constitution des unites geo-structurales majeures du territoire de Ia Roumanie, revelent des caracteristiques specifiques differentes en ce qui conceme falimentation, Ia circulation et Ia decharge de feau Suivant les observations, auxquel/es s'ajoutent les donnees du terrain on realise une differenciation des regions karstiques de Ia Roumanie sur des criteriums hydrogeologiques, comme suit: Karst de fOrogene Carpathique, Karst de fOrogene de Ia Dobrogea du Nord, Karst de Ia plate-forme, Karst de Ia couverture post tectonique carpathique Mots-ct6s : karst, hydrogeologie, classification Roumanie. Dividing the karstic areas into regions with common specific characteristics has been subject of various classification Based upon this classification there have been established different criterions such as morphological features, tectonic structure, hydrogeological structure, geographical posi tion, karst age and so on. One of the first classifications belongs to Cvijic (1924-1926) Which is based on morfological criterion and makes out three types of karst: holokarst (complete karst), merokarst (incomplete karst) and transitional karst. In 1975 KOMATINA suggested a karst classification based upon regional geo tectonic criterions, distinguishing two extreme . types of karst: the platform karst and the geosynclinal karst region, in accordance with the two major structural categories, in which are involved the rocks of the Earth sedi mentary crust. The platforms are indivi dualised by the horizontal position of the layers (ledges) little bent and flat relief while the geosynclinal regions are individualised by strong folded structures and outstanding relief. Within the framework of the platform karst the author points out a karstic area with subhorizontal beds and folded zone karst while, regarding the geosynclinal reg i ons, he separates the mio-geosynclinal karst from the au-geosynclinal karst.

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176 In 1977 HERAK proposed the tecto genetic approach to karst terrains classifi cation, based on the morphological and hydrogeological differences. According to him it is possible to identify the two main tectogenetic types of karst: epi-orogenic and orogenic karst. In Romania, till now, the karst regions classifications are based upon lithological, structural and morphological criterions. BLEAHU et a/. (1976) distinguished five types of karst:lower karst plateaus, high karst plateaus, high calcareous ridges, lower calcareous bars and isolated calcareous massives. GORAN (1993) proposed three genetic classes of karst relief: platforms, calcareous bars and isolated massifs while ORGHIDAN et a/. (1984) differentiate: crest karst, plateau karst and calcareous bars karst. The carbonate rocks in Romania are spread on a territory of about 5000 km2 and are included in geological structures which belong to the Alpine Orogen (Carpathians and North Dobrogea Orogens) and to the Moesic Platform (SENCU, 1978; see also BLEAHU & RUSU, 1965). The Carpathians Orogen consists of the deformed units (which outcrops in the Carpathians and the Apuseni Mountains) and post -tectonic elements (foredeep, molassic depressions, post tectonic covers and alpine subsequent magmatites) which bound the folded units (SANDULESCU, 1984). The various tectonic, structural and morphological conditions in which the carbonate rocks develop are directly reflected in the recharge, circulation and discharge of the underground waters, facts that lead us to the differentiation, hydrogeologically speaking, of four types of karst (Fig. 1): Carpathians Orogen karst (folded units karst) 11 NorthDobrogea Orogen karst Platform karst The Carpathians post tectonic cover karst. 1. Orl,esnu A. CARPATHIANS OROGEN KARST Within the folded units of the Carpathians Orogen, the carbonate deposits are included in complicated geological structures, strongly folded and faulted, which are often drawn into large systems of overthrusts. The orogenic movements raise the mass of rocks at high elevations, creating high level differences, therefore a strong hydraulic gradient which, together with the fissures, favoured the intense karstification of the carbonate rocks. The carbonate rocks from the Carpathians Orogen are represented by sedimentary and metamorphosed limestones and dolomites, and by calcareous sand stones and conglomerates. They outcrop over the Carpathians deformed units area, but they generally cover small and very dispersed territories. Larger areas, covered by thes'3 rocks are situated especially in the Western half of the Southern Carpathians and in the Apuseni Mountains. Superficial water courses from the karstic areas of the Carpathians orogen often present temporary character, inflow of water in riverbed and downstream flow are frequently simultaneous, underlining the complex character regarding the relations between the superficial and the underground flow. The karstic aquifer systems present various stages of development, beginning with an incipient one of the underground organisation flow, up to a unique drain of the system. Mean velocity of the underground waters is relatively high, the labellings with tracers providing values of 45 m/hour in Bihar Mountains (42 labellings), 46 m/ hour in Padurea Craiului Mountains (78 labellings) and 53 m/hour in Vascau Plateau (8 labellings}. The residence time of the underground waters is relatively short, and the flow sources and the physico-chemical parameters of the waters present a great variation in time, as well as for a high flood as for a hydrogeological cycle. The various morphological features of the karstic zones from the Carpathians Orogen (mountain relief, of a high or lower

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Hydrogeologic regions/ clsssfficstlon of the Romsnlsn karst 177 plateau, of ridge of calcareous bar) impact in their turn the karstic aquifers, a certain variability of the hydrodynamic and physico chemical parameters as those named above. The biggest karstic springs in Romania have average flows of 1 -2 m3/sec, and their appearance is tied up to the presence of a homogeneous mass of limestones with a large extension, as well as to the non karstic areas, with a great extensions, within the binary karstic aquifer systems. The Barsa spring from the Mehedinti plateau and sources from Cheile de Jos of DAmbovita River belong to the first category, while the lzvarna spring from VAican Mountains and ,lzbucul Cernei" from homonymous mountains belong to the second one. The ,lzbucul Cernei" is the biggest medium flow source, in Romania (2 m3/s), with its ecart of variation between 0.5 and 10 m3/s and a hydrogeological basin surface of 85 km2. In Apuseni Mountains, although the limestones and dolomites are developping over large areas, the intense ,tectonisation" has led to mosaic forming structures; with carbonate and non-carbonate outcrop rocks. This structural frame did not support the development of the wide karstic aquifer systems, so that there are no big sources, in exchange there are numerous sources with discharge between 300 600 Vs. B. THE NORTH DOBROGEA OROGEN KARST This type of karst is characterized by the same geological ; structure, very complicated as the previous type, but here it is cut off by a flat relief, with a low table land aspect. The carbonate rocks are represented by the triasic dolomitic limestones and they outcrop in the northeastern part of Northern Dobrogea (Tulcea zone), looking as isolated small size massifs but having a quite important development in depth. The small hydraulic gradient of the aquiferous accumulations, as well as the dry pluviometric regime of the area (400 -500 mm/year), determine reduced discharges of the springs, under 10 Vsec. The main direction of the underground waters drainage is towards Razelm Lake (ESE), a zone where the hydrokarstic structures lapse in an axial way (PASCU, 1983). C. THE PLATFORM KARST The Moesic Platform, developed in southern and southeastern part of Romania, has in its geological constitution a thick package, up to 1500 m carbonate rocks, MaimBarremian aged These rocks outcrop within limited areas in the South of the Plain, (along the Danube banks, at Giurgiu), but cover extensive areas in the Southern part, in Bulgaria. The carbonate complex is getting slowly deeper and deeper in the Northern part under the recently deposits, approaching depths of 2000 m towards North Bucharest, zone where the aquifer is thermalised. East Maim Barremian limestones are raising up again for to show up along the Danube banks, at and South Dobrogea. Within this region, they are partially covered by a succession of cretaceous-neogene aged deposits, from which the sarmatian limestones thickness outstands. The carbonate deposits in South Dobrogea outcrop only over the main valleys and over Black Sea cliff being covered almost everywhere by a thick stratum of loess. In South Dobrogea, the geological structural and morphological conditions have favoured the development of karstic aquifer platform type, characterized by a quasi horizontal position of the limestone layers, by the great thickness of carbonate succession and by the lack of a folded tectonic style and by a strong affecting of the limestone mass with vertical faults, which separate them in numerous blocks. The South Dobrogea flat relief has imposed to the Maim Barremian and Sarmatian aquifers small hydraulic gradients which provided a s l ow underground waters flow, with the an average speed of 2.6 -5 4 m/year for the first aquifer and of 0.8 m/ year for the second one (DAVIDESCU eta/., 1991). The superficial flow is limited to a few slow water courses having frequently a temporary character. The low precipitation

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u K R A N E I 'll" '> \f\ 0 20 40 60 km _.,. .,. U K R A N E v lq c;, ,i\Q,\'' : . "{' o..J X) .. Oi :-0 ._ I c::

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Hydrogeologic regional classification of the Romanian karst (4-500 mm/year) because of the high evapotranspiration participates, in a limited manner to the aquifer feeding. The Maim Barremian and Sarmatian aquifers from Moesic Platform are the most extensive carbonate aquifer in Romania. Whithin the Romanian Plain, these aquifers cover a wide area; it is little inspected and exploited. In South Dobrogea the karstic aquifers cover a territory of about 5000 km2 Generally they are of free level, being studied in detail and intensively exploited, representing the unique feeding source with zone drinkable water The Babadag basin represents the post-tectonic cover of the North Dobrogea Orogen, which according to its evolution and geological constitution ( installed area upon a stabilised basement, with big thicknesses and tabular structure) forms a platform type cover, with the same type of karst. The basin is represented by a ,sinclinorium", with an area of about 700 km2, NNW-SSE oriented with an east axial sinking, under the Razelm Lake and Black Sea. The filling of basin is mainly made up of upper cretaceous limestones and sandy limestones, the ir thickness reaching 1000 m. The aquifer accumulations localised in these deposits, present a small hydraulic gradient. That's the reason why they induce a slow, movement to the East, where they get probably, unloaded by submersible sources. D. THE CARPATHIANS POST TECTONIC COVERS KARST The post tectonic covers through Carpathians Orogen, have been deposited in sedimentary basins with a labile basement (with intermittent subsidence) and have been formed by deposit alternations with various

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180 lithological constitutions, where the carbonate rocks are frequent. The structure of these deposits is generally speaking, low inclined and the tectonic accidents have limited ampleness, when these accidents appear. The carbonate succession of these alternations often reach thickness of tens meters and contain, in general, aquifer accumulations with local importance, mainly fed on the outcrop zone. REFERENCES BLEAHU, M. & RUSU, T. (1965) Carstul din Romc1nia, o scurta privire de ansamblu. Lucr. lnst. Speo/ nEmil Racovifa", IV, pp. 59-73. BLEAHU, M., DECU, V., NEGREA, S., PLESA, C POVARA, 1.& VIEHMAN, I. (19l6) din Romania, Ed. $t. Enc., 415 p. DAVIDESCU, F T., TENU, A. & SlAVESCU, A. (1991) Enviromental isotopes in karst hydrology. A lay out of problems with exemplification in Romania. Theoretical and Applied Karstology, 4, Bucharest, pp. 77-86. GORAN, C (1983) Types of karstic relief in Romania. Trav /nst. Speol. nEmile Racovitza", XXII, pp. 91-102. HERAK, M (1977) Tecto-genetic approach to classification of karstic terrains. Krs. Jugosl., 9/4 Zagreb Such a situation can be met in the northwestern side of Transilvanian Basin where within the succession of the eocene deposits, two calcareous horizons outstand, their thickness of 20 and 30 -50 m being separated by marls and gyps alternation with a thickness of 40 -70 m. The Plateau from this area is individualized by an evolved exoand endokarst. KOMATINA, M. (19n) Development conditions and regionalization of karst. in Hydrogeology of karstic terrains (Burger A. and Dubertret I. Eds.) Intern. Assoc. Hydrogeol., Paris pp. 21-29. MILANOVIC, P T. (1981) -Karst Hydrogeology. Water Resources Publications, 434 p ORGHIDAN, T NEGREA, S., RACOVITA G & LASCU. C. (1984) din Romania, Ed. Sport-Turism, 412 p. PASCU, M. R. (1983) Ape/a subterane din Fiomania. Ed. Tehnica 412 p. SARIN, A. (1984) Hydrogeologic regional classification of karst in In Hydrogeology of the Dinaric karst (Mijatovic, B. F. Ed.) International Con tributions to Hydrogeology IAH, 42-54, Heise GmbH. SANDULESCU, M. (1984) Geotectonics Romaniei, Ed. T ehnica, Bucuref?ti, 336 p SENCU, V (1968) La carte du karst et du clasto karst de Roumanie. Rev Roum. Geol. Geophys. et Geogr., Serie Geographie, XII, 1-2. pp. 35-41.

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MoRPHO-HYDROGRAPHic AND HYDROGEOLOGICAL OBSERVATIONS IN THE LIMESTONE AREA FROM THE SOUTH-EASTERN METALIFERI MOUNTAINS (ROMANIA) loan POVARA\ Viorel HOROI1 ABSTRACT The results of the preliminary research performed on a karstic area from Metaliferi Mountains are described. The exokarstic morphology, the underground drainages and the chem i stry of two low TDS springs, one of which is hypothermal (22.8C}, are discussed. A convective cell, developed in a normal heat-flow environment, is considered as a possible explanation for the recorded spring temperature. Key words: karstic morphology, karstic springs, oligomineral waters, hypothermal waters convective cell Metaliferi Mountains, Romania. OBSERVATIONS MOAPHO-HYDAOGAAPHIQUES ET HYDROGEOLOG/QUES SUA LES CALCAIRES DU SUD-EST DES MONTS METAL/FER/ (AOUMANIE) RESUME On decrit les resultats des recherches preliminaires sur Ia morpho-hydrographie et !hydrogeologie d'une sire karstique des Monts Meta/iferi L'analyse porte sur le relief exo-karstique, sur les drainages souterrains et sur Ia composition chimique de deux sources a eau oligominerale, dont une est aussi hypothermale (22,SOC). La temperature accrue de ce/le-ci est attribuee a un rechauffement qui pourrait se produire dans une cellule convective, developpee dans les conditions d un flux geothermique normal Mots-cl6s: morphologie karstique, sources karstiques, eaux oligominerales, eaux hypothermales, cellule convective, Montagnes Metaliferi, Roumanie. 1. INTRODUCTION A strip of Jurassic-Cretaceous limestones occurs in the South-Eastern extremity of Metaliferi Mountains, north of Bacaia-line. They form a 5 km long and up to 1.2 km wide, east-west striking ridge, dominating the surrounding area by 150-200 m. Cib and Glad streams, tributaries of Geoagiu, cut the strip in three distinct compartments, each one displaying a different degree of massivity and homogeneity (Fig. 1). Each stream has one or two successive gorge sections, as a result of the epigenetic deepening of the valleys (COCEAN, 1988; GRIGORE, 1989). The investigated area is delimited by lithologic and structural boundaries. It does not include the isolated limestone compart ments from the neighbourhood of and of Ardeu -Mada, which by their position and structure form distinct morpho hydrographic and hydrogeological units.

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2. LITHOLOGIC AND TECTONIC SETTING This section of Metaliferi Mountains includes several major structural units, which consist of igneous and sedimentary rocks, of Jurassic to Quaternary age {MANTEA & TOMESCU, 1986). 2.1. STRUCTURAL UNITS 2. 1. 1. Ciipalna9 Techereu Unit. It consists mainly of ophiolithic formations, which originate in three magmatic phases: pre-Oxfordian {porphiric basalts, pyroclastics, andesites), Oxfordian Neocomian {basaltic formations, quartz andesites, rhyolites) and Barremian Aptian {breccia, agglomerates, tuffs, cinerites, associated with a red sedimentary sequence, including red clays and sandstones interbedded with calcarenites). ". The ophiolites are covered by alternating micaferrous sandstones and quartz conglomerates, also including limestone conglomerates horizons {Valea I. Povsrs & V. Horol Dosului layers), of Aptian age, followed by a sequence of shales alternating with siltstones and grey sandstones, With calcarenite horizons {Bulbuc-Bucerdea layers) of Early Albian age. The latter host minor water accumulations, supplying low discharge (less than 0.1-0.2 Vs) springs. 2. 1.2.Ardeu Nappe. It is the main water-bearing unit, which includes a carbonate series of Oxfordian Early Aptian age, overthrusted on the ophiolites of the previous unit {MANTEA & TOMESCU, 1986). Dumbravlta limestones {Oxfordian Kimmeridgian): yellow-green limestones, rednodular limestones without bedding, sometimes substituted by a limestone breccia, with carbonate matrix; they outcrop on restricted areas, in the northern part of the carbonate series, between Cib and Ardeu valleys. Ardeu limestones {Tithonic): massif white-yellowish limestones in Stramberg facies, 150-200 m thick, highly brecciated, which form the most important water reservoirs of the area.

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Hydrogeological observations in Metaliferi Mountains 183 B I i d 6 rea c r e e k Cib Spring N E E E ;:::ll!-....!:l!-....:T!-...!!l'L--
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184 Blidarea creek N 26 2 2. TECTONIC FEATURES As previously indicated, this area has an essentially folded structure: the thrust planes have a general SE -NW strike, with 25-350 south-western dip. In spite of the fact that ruptural deformations are only secondary in defining the overall structure, they are important controlling factors for the underground drainages. Microtectonic mea surements have been performed on four significant sites, and the statistic treatment of the data resulted in two types of tectonic diagrams : 10, rosette shaped (Fig. 2), and 20, with contours (Fig. 3). The diagrams analysis led to the following conclusions: -a) the NNW-SSE striking joints system is the most important of the area. Together with the NE-SW striking system (which was generated during the Laramie tectogenesis, as shear cracks), they became tension I. Povsri & V. Horo/ Cib Spring Trei Doline N cracks of a new system, as a consequence of the movements at the end of the Alpine cycle : ln this way they provided paths for a distinct direction of the underground drainage / -b) hlOst of cracks, irrespective of the system they belong, ha'(e a so-aoo dip to the east. 3. KARST MORPHOLOGY The limestones,_ the south of Metaliferi Mountains belong to the ,unitary limestone bar" morpho-structural category (GORAN,1983). The hydro pehaviour of such a structure is controlled, as a rule, by the valleys crossing it. Gorge sections, 1.9 and respectively 2.4 long, develop where the perennial Cib and Ardeu streams cross the limestone formations (Fig. 4). Measurements performed on successive sections of the

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0 A 900 800 700 40 2 3 4 5 6 7 8 \ .. ... I I I I I 200 l<16t>l IE!.@ I br-ap I C!D sw ' ,_-51t9 9 10 11 12 13 14 15 16 17 '' ' I lax-Km I m [H] m L :] m F?ol 701, Vf.Piesa Ardeului I I I I I I I I ' I 'J rna 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 }, I I I / ..:>--__ ___ ., @ ___.. ...... ............._. y--" : ,,,'' \\ --/ / .. .. , ' ' ' \ ' th B s' NE SSE NNV I I 8/idarea 1Vf.1MO.gurii Piatra Mijlocie I 1 I Dl.Glodului I I .8 Dl. G!odului cCPy -----I I I ------....... 700 Ol.Ceratului 60 50 300 [heilorcreek I : Feredeul Bac7ii I I 1 I I I : ;1 ..... -------------cCPy --------oCf1_.-----__ ... ----Geo!o after MANTEA et al 1986 Fig.4. Morpho-hydrographic and hydrogeological map of the limestones in the south-east of Metaliferi Mountains: 1. Scree; 2. Leitha limestones (Paleocene); 3. Mare gravels (Paleocen!rMaastrichtian); 4. Flysch, microconglomerates, sandstones (Maastrichtian-santonian); 5. Micaferous marls, siltstones (Santonian-Coniacian); 6. Valea Mica layers (Campanian-santonian); 7. BacAia limestones (Bedoulian-Barremian); 8. Ardeu limestones (Tithonic); 9. Dumbravita limestones (Kimmeridgian-Oxfordian); 10. Shales, siltstones (Albian); 11. Micaferous sandstOnes, conglomerates (Aptian); 12. Mesozoic igneous rocks (Upper Jurassic-Lower Cretaceous); 13. Groundwater accumulations within the limestones; 14. Groundwater accumulations in non-karstic formations; 15. Sinkhole, ouvala; 16. Grikes pavement; 17. Cave, pothole; 18. Limestone ridge, wall; 19. Closed drainage area boundary; 20. Perennial stream; 21. Temporary stream; 22. Swallet; 23. Spring discharging more than 51/s; 24. Other springs; 25. Groundwater flowpath indicated by tracer tests; 26. Inferred groundwater flowpath; 27. Fault; 28. Overthrust; 29. Sites of the microtectonic measurements; 30. Cross section; 31. Hydrometric gauging station. Carte morpho-hydrographique et hydrogeologique des calcaires du sud-est des Monts Metal/feri: 1. Eboulis; 2. Calcaires de Leitha (Paleocene); 3. Graviers Mare (Pa/eocene-Maastrichtien); 4. Flysch, micro conglomerats, gres (Maastrichtien-Santonien); 5. Marnes mlcaferes, siltites (Santonien-Coniacien); 6. Couches de Valea Mica (Campanien-Santonien); 7 Calcaires de BacAia (BBdou/ien-Barremien); 8. Calcaires d'Ardeu (Ttthonique); 9. Calcaires de Dumbravifa (Kimmeridgien-Oxfordien); 10. Schistes argilleux, siltites (Albien); 11. Gres micaferes, conglomerats (Aptien); 12. Magmatites mesozoiques (Jurassique supBrieur-Cretace interieur); 13. Accumulations d'eau souterraine dans les calcaires; 14. Accumulations d'eau souterraine dans des roches non-karstiques; 15. Doline, ouvala; 16. Champ de Japies; 17. Grotte, aven; 18. CrfJte ca/caire, falaise; 19. Limite de depressiOn endoreTque; 20. Riviere permanents; 21. Riviere temporaire; 22. Perte; Source dont le debit depasse 5 Vs; 24. Autres sources; 25. Drainage souterrain indique par des 26. Drainage souterrain hypothetique; 27. Faille; 28. Charriage; 29. Station de mesures microtectoniques; 30. geologique; 31. Section hydrometrique. 300

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Hydrogeological observations In Metal/fer/ Mountains 185 streambeds indicate a gradual increase of the flowrates from upstream toward downstream, following the increase in the surface of the catchment areas. It results that no recharge of the karst aquifers takes place in the adjoining gorge sections. Moreover, in the tower one third part of the gorges several springs occur, out of which worth mentioning from the point of of the discharged volume and of : the characters are Feredeul (the spring) and Feredeul Glodului. The two streams mentioned above delimit three areas, with distinct morphological and hydrogeological features. 3.1. THE LIMESTONES ON THE LEFT SIDE OF CIBGORGES They are thrust outliers of small surface and volume, intensely dissected, where minor exokarstic landforms, namely grikes, partly covered by soil, occur. They are not very significant, either from a morphological, or from a hydrogeological point of view. 3.2. THE. LIMESTONES BETWEEN THE CIB GORGES AND ARDEU GORGES They are quite compact, displaying a well levelied plateau, developed at an average elevation of 750 m a.s.l., dominated by Plel?a Ardeului (855 m elevation), and dissected by two of the Cib tributaries. Some of the morpho-hydrographic and geologic features controlling the underground drainage are: the areas covered with grikes of different types and sizes (south of Piatra Ceratului, west of Plel?a Ardeului, south and east of Magura Ardeului) the alignenients of sinkholes, with maximum diameters of 45 m and depths of 3-em, which parallel tectonic lineaments . the marls and siltstones covering the Titho nic limestones in Blidarea valley and south of Piatra Ceratului the absence of concentrated undergound stream-losses; the only exception is a small spring (0.1 0.2 1/s), occurring at the upstream end of lntrepietre valley and supplying a swallet situated 1 00 m downstream. Tracing experiments were not' able to locate its resurgence, in spite of a 46 days long monitoring. the : absence of a significant run-off and implicitly, the complete infiltration of the rainfall. : 3.3. THE UMESTONES WEST OF GLOD GORGES The surface of the plateau developed in this compartment is covered with medium sized sinkholes, concentrated in three areas which form individual closed depressions, with a total surface of 1.61 km2 (Gauri; 0.77 km2 Fantanele, 0.5 km2; Podul Lungoaiei, I .. 0.37 km2). Within the first two of the above mentioned depressions, the Miocene deposits covering the reef limestones favour surface drainages, developed along 400-500 m, which supply either impenetrable swallets, or sinking stream caves. Only small karst cavities, which intercept several tens of meters of two distinct underground streams, have been currently identified. 4. MAIN HYDROGEOLOGICAL FEATURES The hydrogeological behaviour of the limestones included in this clearly distinct within the surrounding morphology narrow strip, is strongly controlled by its morpho hydrographic features on one hand, and by the structural ones on the other. In this respect, the overthrusting of the series over impervious igneous formations and the transverse character of the stream network resulted in the separation of three distinct compartments, with apparently independent behaviour. Each such compartment has its specific underground flow direction, controlled by the dip of the thrust planes of Ardeu Nappe (NWSE, Fig. 4), by the strike and the dip of the limestone bedding planes, and by strike of the tension cracks (NNW-SSE). The whole carbonate series underwent additional dissection and up and down throwing along

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186 tectonic lineaments, which resulted in an overall 150-200 m deepening toward south. Underground drainage is well organized in the compartment west of Glod Gorges, where the karstification is more intense. The main flow component is directed NW-SE (from Gauri FAntAnele area, toward Feredeul Glodului, with a theoretical tracer velocity of 37 mfh1), while an additional, subordinated flow direction is N-S (from Podul Lungoaiei toward the same outlet). The area bordered by the gorge of G.lod (Ardeu) to the west, and by the Cib Gorges (to the east) is more homogeneous, displaying the general appearance of a compact block. The limestones outcrop over 2.82 km2 and are only slightly karstified. The only significant springflow is recorded at Feredeul Bacaii, located in the downstream section of Cib Gorges, and this is also the ,only discharge path for the karst aquifer. No direct evidence can be provided in support of this assertion, yet indirect proofs are the absence of any additional springs at the periphery of the massif and the dominating NNW-SSE strike of the tension (open) cracks. Moreover, a fair agreement between the spring flowrate and the surface of the catchment area delimited by the two gorge sections has been established2 The connection between the two aquifers on one hand, and the surface streams in the gorges on the other, is only one way, i.e. the aquifers supply the surface streams3 1 The tracer was injected in the underground stream of the cave Gaura Fara Fund (record number of the National Caves Inventory, 3141/21, GORAN, 1982), located in the Gauri Depression. The geological structure, the absence of other major springs on the border of the area and the correlation existing between the extent of the limestone outcrops and the springflow of Feredeul Glodului, support the hypothesis that the other two closed depressions also drain toward this outlet. 2 Measurements performed during four different periods (November 1991 and May, June, October 1992) indicated flowrates ranging from 6.8 to 9.1 . Vs. 3 The downstream increase in the flowrates resulted to be 8.9% in Glad Gorges and 22.7% in Cib Gorges. 1. Povam & V. Horol 5. HYDROCHEMICAL AND THERMAL Ff;ATURES 8oth springs have calcium bicar:bonate, very low tos water (Fig. 5). Ferede:ul Bacaii has 532.4 mg/1 TDS on the average, bf which are bicarbonate (HCo3) and (Ca++). Their concentrations are slightly higher than those of most of the springs from specific karst areas (MARIN, 1984). According to the water temperature (22.8 C), Feredeul Bacaii belongs to the class of hypothermal springs. Either deep thermal water upflow, or a heating by the terrestrial heat flow of the cold, downflowing water can be cited as possible explanations for this specific feature. Both the very low TDS content, and the ratios of the identified chemical species do not support the hypothesis of a thermal water upflow. In this respect, the chloride, if present in high concentrations, may indicate either a pollution, or an inflow of thermal water of deep origin, has concentrations similar to those of other cold springs from the area (13.6-17.7 mg/1). This is in contrast with the situation recorded several km southward, in the Geoagiu Spa area, where a major aquifer containing highly mineralized thermal water is located in crystalline limestones. The recharge of this aquifer includes on one hand rainfall water, having reached a great depth, where it became heated and fully homogeneous from a chemical point of view, and on the other hand cold 1 downflowing karst water. The ages of the two water types are extremely different: 15,000 years the deep water, as compared to 5-25 years the cold, karst water (DAVIDESCU eta/. 1991 ). In what concerns the hypothesis of heating the cold, downflowing water in a convective cell developed in a normal terrestrial heat flow environment, very rough computations indicate .. that heating an average flowrate of 8 kg/s of water from 12 to 23 C, would require a heat flow of: a kg J (23 -12tC-367,840W S kg oC

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Hydrogeological observations in Metaliferi Mountains 187 10 8 6 2 1,5 (a++ ...... Mg Na+ Cl-scr-Hco-mg/1 mg71 mg/l mg/l mg/l mg/l 100 8 10 100 ZDO 300 IHJO 500 150 30U 200 100 150 *0 JO OA 8 q3 6 0.2 4 Feredeul Baciia Spring Feredeul Glodului Spring 20 15 ---Spring (Padurea Craiului Mountains J REFERENCES 10 8 6 2 1,5 0.8 0.5 0.2 0,15 DAVIDESCU, F. D., TENU A. & SlAVESCU A. (1991) Environmental isotopes in Karst hydrogeology. A lay-out of problems with exemplifications in Romania. Theor. Appl. Karst., 4, pp. 77-86. COCEAN, P. (1988) Chei si defilee din Muntii Apuseni. Ed. 166 p.' GRIGORE, M. (1989) Defileuri, chei vai de tip canion din Romania. Ed. St. Enc. 288 p. GORAN, C. (1981) Catalogul sistematic a/ din Romania. Ed. CNEFS, 496 p. Assuming a normal heat flow density, of 60 x 1 o-3 Wfm2, the area required to provide the necessary heat flow would be: 367,840W 0.06W/m2 which compares favourably with the 2.82 km2 outcrop area of the limestones. CONCLUSIONS The strip of limestones in the south east of Metaliferi Mountains is transversely dissected into three distinct morpho hydrographic and hydrogeological units. The karst aquifers located in each unit supply the surface stream network. The water of the two major springs in the area is calcium bicarbonated, with very low TDS content. The chemical and organoleptic characters of the water from Feredeul Bacdi spring comply with the requirements for bottled drinking water. GORAN, C. (1983) Les types de relief karstique de Roumanie. Trav. lnst. Speol. n. Racovitza", XXII, pp.91-102. MANTEA, G. & TOMESCU, C. (1986) Geological structure of the central area of the Metaliferi Mountains, Ardeu -Cib zone. D. S. /nst. Geol. Geoph., 7Q-71/5, Bucuresti. MARIN, C. (1984) Hydrochemical in the lower Cerna river basin. Theor. Appl. Karst. 1, pp.173-183. PASCU, R. M. (1983) Apele subterane din Romania. Ed. T ehnica, 412 p.

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CoNSIDERATIONs sua LA GENEsE ET LA CIRCULATION DES EAUX THERMOMINERALES KARSTIQUES DE LA ZONE DE MANGALIA (ROUMANIE) Mircea Ulpiu FERU1 RESUME A partir du fait que les eaux thermominerales de Mangalia sont des eaux sulfureuses (H 2 S = 1,5 -11 mgll), chlorosodiques, bromoiodurees, a mineralisation reduite ( 1,0 1,4 g!l), dont Ia composition chimique ne peut etre expliquee par Ia circulation dans des roches carbonatees, il faut admettre !'existence d'au moins deux composantes: l'une mineralisante, constituee par des eaux de gisement a concentration elevee, provenant eventuellement d'en dehors du systeme karstique, qui sont accompagnees sans exception par des gaz libres methaniques, dont J'acces vers Ia surface doit etre mis en rapport avec une faille de profondeu r et une autre, diluante, a caractere bicarbonate, magnesian, calcique et a mineralisat ion reduite, au dessous de 1 gil, qui caracterise les eaux a circulation karstique. Les recherches isotopiques sur les eaux souterraines des formations calcaires de Ia Dobroudja Meridionale et !'etude de Ia concentration en deuterium de ces eaux ont prouve que l'aire d'alimentation de ce demier type d'eau doit etre situee du cote de Ia Plate-forme Prebalcanique ; Ia nappe aquifere accumulee dans les calcaires sarmatiens est alimentee aussi par les eaux d'infiltration locale. Quant a J hydrogene sulfure, il faut remarquer que c'est un gaz habitue! dans les eaux de gisement et qu'il est un resultat de Ia reduction des sulfates contenus dans les eaux, par des bacteries anaerobies specifiques, en presence de certaines matieres organiques (dans ce cas Je methane) . Mots cles: eau thermale, eau de gisement, bacteries sulfo-reductrices, ecoulement divergent. FURTHER INTERPRET A T/ONS ON THE ORIGIN AND THE CIRCULATION OF THE THERMOMINERAL KARSTIC WATERS IN MANGALIA AREA ABSTRACT The chemistty of the hypothermal (20-26"C), sulphide (1.5-11 mg/1 HzS), natrium-chloride bromide-iodide low TDS (1.0-1.4 gil) thermomineral waters at Mangalia, the composition of which cannot be explained by a circulation that would take place exclusively through carbonate rocks, is interpreted by the author as indicative of at least two components: one thermal, hig/y mineralized and containing methane type gases component, consisting of connate waters originating from outside the karstic system and reaching the surface along a deep fault, and a low TDS (less than 1 g/1), cold, calcium-magnesium-bicarbonate component, specific for the waters included in karstic circulations. The isotopic composition of the groundwater occurring in the carbonate formations of Southern Dobrodja, as well as the study of its deuterium concentration, indicated that the recharge area of the second component is probably the northern flank of the Eastern Balkans and the Preba/canic Platform area w h ere extensive outcrops of the Jurassic Cretaceous limestones exist; the aquifer located in the Sarmatian limestones is also supplied by local infiltration waters . In what concerns the hydrogen sulphide, it is a usual gaseous component of the connate waters generated by the reduction of the dissolved slilphates by specific anaerobic bacteria, which are dependent on the presence of organic inaner-In this case the methane. Key words: thermal water, connate water, sulphate-reducing bacteria, diverging flow

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190 INTRODUCTION Dans Ia partie sud de Ia zone de Mangalia se developpent deux systemes aquiferes karstiques: un complexe aquifere inferieur accumule dans des depOts essentiellement carbonates d'Age jurassique, cretace et eocene et Ia nappe aquifere accumulee dans les calcaires sarmatiens, situes dans Ia partie superieure. Au sud du marecage de Mangalia, les deux systemes aquiferes sont separes par un paquet d'argiles et de marnes argileuses compactes. Dans Ia partie nordique de Ia zone (au nord de Ia station ,Venus" a cause de Ia disparition de Ia couche impermeable, on peut parler en realite de !'existence d'un seul complexe aquifere karstique, accumule dans des depOts d'age jurassique, cretace, eocene et sarmatien, qui a, dans ce secteur, une epaisseur totale de 450-500 m. Le degre de karstification des depOts carbonates diminue a partir des calcaires sarmatiens de surface, vers ceux jurassiques de profondeur. Les deux systemes karstiques se caracterisent par Ia circulation des eaux sulfureuses (H2S = 1 ,5 -11 mg/1) chlorurees sodi ques bromoiodurees, a faible concentration (mineralisation totale 1 ,0 -1 ,4 g/1), ayant des temperatures de 20,5 25,8 C, qui leur conferent Ia qualite d'eaux hypothermales. HISTORIQUE DES RECHERCHES Jusqu'a present, plusieurs hypotheses concernant l'origine et Ia thermalite des eaux minerales de Ia zone de Mangalia ont eta formulees, mais dans leur grande majorite elles se limitent a expliquer le thermalisme et !a presence de l'hydrogene sulfure, sans prendre en discussion les particularites chimiques des eaux et des gaz libres qui les accompagnent. L'une de ces premieres hypotheses, celle de (1933), considere l'hydrogene sulfurs comma etant le resultat de Ia reduction des sulfates formes par l'oxydation des pyrites parsemees dans les roches calcaires. Etant donne que M. U. Feru cette reaction est une reaction exothermique, l'auteur suppose que Ia temperature des eaux serait due a Ia chaleur degagee par l'oxydation des pyrites. Dans un ouvrage ulterieur (1938), POPESCU-VOITE9TI prend en discussion aussi !'hypothese selon laquelle Ia thermalite et l'hydrogene sulfurs sont en relation avec des manifestations volcaniques recentes dans Ia zone du littoral de Ia 111er Noire. Concernant Ia premiere hypothese, ATANASIU (1939) montre que l'oxydation des pyrites ne peut degager que de Ia cha leur capable de faire croTtre Ia temperature de l'eau avec plus de 10 C au maximum et il attribue Ia thermalite a Ia profondeur de laquelle proviennent les eaux, ou elles sont chauffees conformement au gradient geothermique. CIOCARDEL & PROTOPOPESCU PACHE (1955) pensent aussi que Ia correspond au niveau geothermique mais ils considerent l'hydrogene sulture est emprunte au mmeu euxinique etant connu le caractere sultureux des eaux de Ia mer Noire a des profondeurs depassant 200m. Plus tard, PREDA (1964) constate que les sources de Mangalia, sont situees sur une faille profonde, leur thermalite etant explicable par Ia profondeur d'ou elle proviennent, mais !'auteur ainsi que I. P. dans Ia deuxieme hypothese, lie Ia temperature elevee et constante ,aux masses eruptives tertiaires de profondeur". Les recherches isotopiques sur les eaux souterraines des formations calcaires de Ia Dobroudja meridionale entreprises par TENU et coli. (1987) ainsi que celles tondees sur Ia mensuration de Ia concentration du deuterium dans les eaux thermominerales, phreatiques et de surface, de Ia zone de Mangalia entreprises par BLAGA et coli. (1977) ont apports des contributions dans l'etablissement des zones d'alimentation, des directions d'ecoulement et des zones de drainage des eaux souterraines karstiques du sud de Ia Dobroudja en general et de Ia genese des eaux minerales de Ia zone de Mangalia, en particulier. Ainsi, TENU et col/. etablissent, a partir des analyses isotopiques (H3 D, 018 014 et

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La genue et Ia circulation des eaux karstiques de Mangalia 191 c1 3) un modele hydrogeologique de !'aquifere jurassique cretace, dont nous retenons las donnees suivantes: Ia presence d'une aire unique d'alimentation du cOte de Ia Plate-forme Prebalcanique l'ecoulement sur le territoire roumain se fait sur una direction principals vers NE, vers Ia puissante zone de drainage adjacente au lac Siutghiol et sur una direction secondaire, ESE vers Ia zone .de drainage constituee par le lac de Mangalia. Las recherches entreprises par Blaga et col/. aboutissent a Ia conclusion que les eaux thermominerales de Ia zone de Mangalia constituent un melange de plusieurs types d'eau ,de base" de provenances differentes: un premier type d'eau, resultee surtout des precipitations d'hiver sur les versants nordiques des Montagnes des Balkans, Ia branche nord-est, identifiee par le forage 4 I.B.F. (Jurassique) un deuxieme type d'eau considere comma apport d' eau marine le troisieme type d'eau est represente par las eaux d'infiltration locale .. COMPOSITION CHIMIQUE DES EAUX Pour part, nous considerons que pour eclaircir Ia genese des eaux thermominerales de Ia zone de Mangalia, il faut partir du fait qu'il s'agit des eaux chlorosodiques, bromoiodurees, dont Ia composition chimique ne peut pas etre expliquee par Ia circulation dans des roches carbonatees. La mineralisation reduite de ces eaux indique, des le debut. qu'il faut admettre !'existence d'au moins deux cornposantes: l'une mineralisante, constituee pa.t des eaux chlorosodiques, bromoiodurees .. concentration elevee provenant eventuellemEmt d'en dehors du systeme karstique et una autre diluante, a caractere bicarbonate calcique et a mineralisation reduite, au-dessous de 1g/l, qui caracterise en regie generate las eaux a circulation karstique. Pour ce qui est des eaux qui circulant a travers las depOts sarmatiens, on pourrait prendre en consideration Ia salinite rema nente que les eaux pourraient emprunter aux insertions argileuses qui se trouvent dans las calcaires et dans leur substratum, fait mis en evidence par Ia mineralisation plus elevee de Ia nappe aquifere des calcaires sarmatiens en comparaison de cella du complexe aquifere des calcaires mesozo"iques. Pour Ia salinite de ces derniers il faut chercher un autr& explication, plus en profondeur. Le caractere chlorosodique, bromo iodure de ces eaux pareil jusqu'a un certain point a celui des eaux de mer nous fait penser plutot au chimisme des eaux de gisement, d'autant plus que dans tous les echantiUons d'eau preleves, !'analyse atteste Ia presence de !'ammonium qui caracterise ce type d'eau et qui est absent dans l'eau de Ia mer Noire. Cette supposition est renforcee aussi par le fait que les eaux thermominerales sont accompagnees par des gaz Iibras dans lesquels Ia teneur en methane depass e 50% En effet, les recherches entreprises par nous, nous ont amene a constater que les eaux hypothermales, sulfureuses, exploitees par forage sont accompagnees, sans excep tion, par des quantites variables de gaz libres. Mais on a pu observer des emanations de gaz Iibras aussi dans le cas des sources surgissant des ,obanes"nom donne par les habitants aux dolines ainsi que dans le cas des nombreuses sources sulfureuses sou s marines, identifiees par nous a divers endroits le long du littoral, entre Ia ville de Mangalia et Ia station Olimp. En examinant le resultat de !'analyse chimique de ces gaz (Tableau 1) il ressort qu'ils sont composes presque exclusivemeht d'azote et de methane, celui-ci etant preponderant, representant jusqu'a 61% du contenu total. C'est le cas de preciser que le methane est present aussi dans las eaux captees a des profondeurs de plusieurs centaines de metres et que par consequence, dans les

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192 C2Hs. CaHa. C4H1o C02 17,3 3,5 co 0 0 02 0,9 0,5 N2 28,3 38,7 H2 0 0,1 Ar 0,04 0,02 He 0 0 744 1,759 gaz dent il est question, il est impossible qu'il soit lie a des processus biogEmes actuels dans Ia zone du marecage de Mangalia. VOlES D'ECOULEMENT L'explication du caractere chimique et de Ia temperature des eaux minerales, dans Ia zone de Mangalia, doit etre done mise en rapport avec !'existence d'une faille de profondeur, le long de laquelle sent vehiculees a de grandes profondeurs, des eaux de gisement ayant des concentrations et des temperatures superieures a celles communes jusqu'a present (Fig. 1 ). Les caracteristiques hydrogeologiques du gisement hydromineral nous conduisent a placer cette faille le tong d'une ligne orientee a peu pres NO -SE, qui lierait les ,obanes" (Kara Oban) au marecage de Mangalia, qui est alimentee par 21 sources ascendantes ayant un debit total de 200 1/s et qui se poursuivrait sur une distance de quelques k!lometres sous le niveau de Ia mer aussi. En effet, le groupe des ,obanes", dent les ea.ux sulfureuses sent liees a !'existence de certaines sources ascendantes dans les calcaires sarmatiens, situees a une cote de plus de 1Om superieure a celle du niveau hydrostatique de Ia nappe aquifere accu mulee dans ces calcaires ce qui fait que dans les obanes aussi l'eau se maintient a une cote superieure (12,5 m) par rapport a Ia cote du niveau hydrostatique general (0,5 m M. U. Feru 0 0 1,92 9 6,6 1,64 0 0 0 0 0,4 0,6 2,1 1,4 36,4 38,3 41,4 37,4 0 0 0 0 0,02 0,02 0,09 0,06 0 0 0 0 2,141 1,915 456 603 au captage d'eau de Mangalia) constitue un phenomene hydrogeologique a part. L'existence de ce phenomena a d'ailleurs permis, en 1938, dans le cadre d'un complexe d'activites ayant pour but de combattre les foyers d'infection du palu disme, !'execution des puits absorbants dans le voisinage des obanes Bonciu et Kara Oban, jouant le rOle de trop-plein, pour y maintenir un niveau limite et qui permettaient l'ecoulement continu d'une quantite d'eau de plus de 300 1/s. II faut mentionner qu'a Ia suite des travaux executes dans cette zone pendant les dix dernieres annees, Ia situation hydrogeologique a subi certaines modifica tions, dans le sens que toute une serie de sources ont disparu, tandis que d'autres ont apparu, suite de certains travaux d'exca vation pour !'evacuation des eaux pompees du marecage de Mangalia en Kara Oban, a !'occasion des travaux du dragage du marecage2 C'est toujours pendant ce dernier temps (en 1986) que I' on a decouvert Ia grotte de Movile, a Ia suite de certains travaux d'excavation executes par ISPIF (CONSTANTINESCU, 1989}, II taut noter que l'etage inferieur de Ia caverne est actif, avec une faune endemique unique au monde, propre aux .. eaux sulfureuses mesothermales. La grotte se trouve sur Ia trajet d'ecoulement des eaux sulfureuses de Kara Oban vers le lac de 2. lancu ORA$EANU, infonnations verbales.

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La genae et Ia circulation des eaux karstiques de Manga/la 193 NNE Tuzla r.53 I'! .P. -30 '::..: Co;flnd.sh :: :f.5Z H .P. L.. Ta(lageoc F.SIHP.: /) F. SO 0 1203 ssw I I I ..... --' '-_,...-...... ;----1 ........ / ......... .._ -------..... LEGEND F SQ. 2 1 166 / 3. / 1. / Mangalia. Du fait que dans Ia zone des ,obanes" le niveau de l'eau est beaucoup plus eleva que le niveau hydrostatique des calcaires sarmatiens, fait que l'eau deverse a pa rtir de ce point selon une configuration en eventail vers les principaux points de drainage: vers le lac de Mangalia (S), vers le marecage Mangalia (E) et vers les lacs d'agrement de Venus (NE). En fin de compte, toutes les autres apparitions natu relles d'eaux de Ia zone, excepte celles qui alimentent le marecage de Mangalia, (Ia source de rouest du marecage Mangalia, a present disparue, celles de Ia zone de Ia Fabnque de lin, celles du versant nordique du lac de Mangalia, les apparitions d'eaux sulfureuses de Ia zone des lacs Vehi.Js et Neptun, ainsi que certaines des non1breuses sources sous-marines qui s'enfilent le long I ECHE L L E 20 0 m tL---;---+1-'-+1 --11 2 4 6 B Km du littoral, entre Olimp et Mangalia), dependant directement des eaux des ,obanes", par suite de cet ecoulement divergent. C'est pour Ia meme raison que les eaux sulfureuses des calcaires sarmatiens se limitent strictement a l'aire d'ecoulement divergent dont nous avons parte plus haut, tandis que les eaux sulfureuses caracterisent le complexe aquifere des dep6ts jurassiques et cretaces sur une surface beaucoup plus grande, a savoir jusque dans Ia zone de au nord, et jusqu'a Varna, au sud. Les marquages a fluoresceins et a traceurs radioactifs effectues dans les ,obanes" Bonciu et Kara Oban par l'lnstitut National de Meteorologie et Hydrologie en collaboration avec l'lnstitut de Physique Atomique et ISPIF dans les annees 1966 et 1967 ont demontre d'une fayon incontestable

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194 .Ia justesse du phenomena expose; les traceurs injectes dans les deux ,obanes etant detectes ulterieurement, dans certaines apparitions naturelles d'eaux thermomine rales apres une duree de 20 a 55 heures. Les distances parcourues ont permis de determiner les vitesses d'ecoulement appa rent qui sont de 60 a 170 m/h. Les marquages ulterieurs, effectues par ORA$EANU & GA$PAR en 1 992 ont confirme ces resultats. L'existence de Ia faille mentionnee anterieurement, le longue de laquelle sont vehiculees vers Ia surface les eaux thermominerales est confirmee par les quatre forages executes pendant les annees 1964: 1967, qui encadrent le marecage de Mangalia, a peu pres dans Ia direction des quatre points cardinaux. Mais l eau s'est manifestee de fayon artesienne seulement dans deux forages bien que tous aient intercepts les calcaires sarmatiens et que tous se trouvent a des cotes tres rapprochees. II s'agit de Ia sonde 4073 (NH = +0,57 m) situee du cOte NO et surtout de Ia sonde 4076 (NH = +11 ,55 m) situee dans Ia zone centrale du bord est du marecage, sondes situees a des distances .. plus proches de Ia faille. Cette faille est attestee aussi par des recherches so us-marines, geophysiques et geothermiques. Ainsi, les recherches sous marines executees dans Ia zone par SCAR LA T (1 971) ont mis en evidence le fait qu'en face de Ia zone de Mangalia apparaissent plus de 30 sources sous-marines, orientees a peu pres le long d une ligne, orientee NO SE, qui commence au nord de Ia ville de Mangalia et se poursuit sur une dizaine de kilometres. Les recherches geophysiques ont revele !'existence dans cette zone des fractures majeures de l'ecorce. Celie que CIOCARDEL & SOCOLESCU (1966) appellant Ia ligne Rasova Mangalia a exactement !'orientation que nous avons imaginee, en fonction des phenomenes hydrogeologiques decrits. Seton les auteurs cites, c'est une fracture majeure de deuxi eme ordre. .,_ M. U. Feru Enfin, les recherches geothermiques effectues par VELICIU & MORARU (1973) ont montre !'existence de certaines anoma lies des temperatures dans Ia zone du littoral ainsi qu'a I' ouest du marecage de Mangalia. Las anomalies positives situees dans Ia zone de Cap Aurora, celle du sud du forage 4076 at a I' ouest du marecage de Mangalia ont eta considerees comme des preuves de Ia presence des failles ou circulant des eaux thermales. L'une d'elle, a savoir celle de Ia zone du marecage de Mangalia est orientee NO SE, comme nous l'avons montre plus haut, mais legerement decalee vers le sud Toutes ces observations conduisent a Ia conclusion que les eaux minerales de Ia zone de Mangalia constituent en fait, un melange d'eaux de gisement (eaux chlorosodiques, bromo i odurees) qui viennent des prcfondeurs, sur des !ignes de fractures majeures, et d'eaux bicarbonatees magne siennes, calciques, qui circulant habitue ll e ment dans Je complexe aquifere karstique accumule surtout dans des depOts meso zo"iques dont !'alimentation se fait sur Je versant nordique du Balkan oriental at de Ia Plate-forme Prebalcanique ou las calcai r es jurassiques et cretaces affleurent sur de . grandes surtaces . Les : recherches isotopiques de A. Tenu et L. Blaga l'ont La nappe aquifere accumulee dans las calcaires sarmatiens est alimentee aussi par les eaux d'infiltration locale provenant surtout des precipitations tombees sur leu r aire d'affleurement. INFLUENCES POSSIBLES DUES AUX ACCUMULATIONS D'HYDROCARBURES CHIRIAC (1958) aussi que ILIESCU & ILIESCU (1959), qui ont entrepris des recherches dans Ia zone, ont emis !'hypo these que les eaux de gisement pourraient liees a !'existence d'un oligocene bitumi"neux intercepts lors des forages executes en Bulgaria, pas loin de Ia frontiere avec Ia Roumanie. ., Ma i s tout ce que nous avons rappele plus haut montre que l'origine de ces eaux

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La genue et Ia circulation des eaux karstiques de Manga/la 195 doit litre cherchee plus en profondeur, voir en rapport avec les depOts mesozo"iques et paleozo'fques. Dans ce sens il taut mentionner que dans le Devonian intercepts dans les forages 5082 et 5083; de Ia zone de Mangalia on a identifie des paquets de calcaires bitumi neux, qui, soumis a des heurts, degageaient une odeur de hydrocarbure et que dans le Maim dolomitique de Ia sonde no. 1 Comana (au NO de Mangalia), on a recupere des calcaires bitumineux dont les fissures etaient remplies avec du petrole. Les donnees de forage attestant aussi que dans Ia zone etudiee, zone situee entre les localites et Mangalia, s'esquisse une region anticlinale a laquelle sont liees les eaux de gisement ainsi que le methane libre, qui se manifeste dans les sondes. L'existence du gisement de petrole de Tiulenovo en Bulgaria, situe a 35 km seulement au sud de Mangalia, accumule dans des calcaires dolomitiques jurassiques, Ia ressemblance de Ia constitution geologique du sud de Ia Dobroudja et de Ia Plate-forme Moesique, ainsi que sa situation a Ia lisiere nordique de Ia depression Varna, constituent d'autres arguments encore dans notre demonstration. Quant a l'hydrogene sulfure qui caracterise les eaux de Ia zone de Mangalia nous nous contenterons de remarquer que c'est un gaz habitue! dans les eaux de gisement et qu'il est considere comme un resultat de Ia reduction des sulfates contenus dans les eaux et nullement comme le resultat de l'oxydation des sulfures. En effet, ainsi que SCHOELLER (1962) le montrait, a Ia suite de l'oxydation de Ia pyrite il resulte de l'oxyde de fer et de l'acide sulfurique qui peut attaquer les carbonates et former des sulfates facilement solubles et C02 D'ailleurs, c'est le meme auteur qui montre que l'oxydation se produit seulement dans les zones d'aeration des eaux souterraines, a de grandes profondeurs !'oxygene des eaux etant pratiquement epuise. En ce qui concerne le phenomena de reduction, on observe qu'il caracterise les eaux de gisement, parce que Ia matiere organique cree un milieu reducteur. Par le passe on croyait que Ia reduction est provoquee par Ia matiere organique marne. Par centre, a present quand on sait que ce processus ne peut avoir lieu qu'a des tempe ratures au-dessus de 900 C, il est presque unanimement admis que Ia reduction des sulfates est due a l'activite de certains micro organisme anaerobies specifiques, du type Sporovibrlo desulfuricans, qui vit dans des eaux a salinite reduite (ou Ia teneur de NaCI est inferieure a 30 g/1), a des temperatures d'environ 30 C et en presence de certaines matieres organiques reductrices. Pour verifier cette hypothese, on a effectue en collaboration avec l'lnstitut de Biologie, des etudes bacteriologiques sur les eaux thermales de et des eaux ayant des caracteristiques chimiques et une genese similaire a celles de Mangalia ou les eaux de gisement jouent un rOle important. On y a identifie des bacteries anaero bies sulfo-reductrices du type Clostridium (FERU & PRICAJAN, 1983). La valeur du rapport Nz'Ar contenus dans les gaz libres qui accompagnent les eaux thermominerales, relevant pour leur genese, vient s'ajouter aux phenomenes enumeres deja. Si les deux gaz s'y trouvaient dans Ia meme proportion que dans !'atmosphere, Ia valeur du rapport serait de 80 83; au cas ou le rapport est plus grand (600 -2100 dans Ia zone de Mangalia), l'enrichissement en azote s'explique par des processus d'origine biogene qui caracterisent d'ailleurs certains gaz methaniques tels ceux de Ia zone de Mangalia. Des etudes isotopiques recemment entreprises par SAABU & POPA (1992) sur le soufre contenu dans l'hydrogene sulfure qui accompagne les eaux thermominerales de Ia zone de Mangalia et sur celui contenu dans les eaux de Ia mer Noire (considers comme etant d origine biogene) ont montre que dans le cas de l'hydrogene sulfure des eaux thermominerales le 345 a des valeurs compr i ses entre +3,5 et 4,2, tandis que celui de Ia mer a des valeurs comprises entre -30 et -40

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196 SARBU & POPA estiment que les resultats de ces mensurations isotopiques permettraient de considerer comme possible une origine juvenile de l'hydrogene sulfure de Ia zone de Mangalia. Mais nous, nous pensons que les resultats de ces recherches ne sont pas encore suffisamment concluants pour admettre l'origine juvenile de l'hydrogene sulfure de cette zone et qu'il serait tres utile de les comparer aux resultats des analyses de l'hydrogene sulfure d'origine surement juvenile, tel que celui des solfatares de Turia Balvanyos. CONSIDERATIONS SUR L'ORIGINE DU THERMALISME Un examen plus attentif des donnees plus recentes dont nous disposons concernant Ia temperature de ces eaux, infirme les hypothese anciennes sur Ia profondeur dont elles proviennent et sur les correlations avec le gradient geothermique. La constatation que les eaux des depots paleozo"iques provenant des profondeurs superieures a 400m sont plus froides que celles des depots mesozo"iques d'au-dessus, et meme plus froides que les eaux de certaines sources sulfureuses des ,obanes" nous conduit a Ia conclusion que les eaux plus fortement mineralisees, qui montent vers Ia surface sur Ia faille majeure decrite, presentent aussi une temperature plus elevee. Done, en fin de compte, les differences de temperature mentionnees sont provo quees surtout par Ia distance a laquelle elles se trouvent par rapport aux voies principales de circulation vers Ia surface et du degre de karstification des calcaires, (qui permet aux eaux chaudes de s'eloigner, a des distances plus ou moins grandes de ces voies) et non pas par Ia profondeur a laquelle elles sont captees. A Ia lumiere de ces observations M. U. Feru nous crayons qu'il faut attacher de !'interet aussi a certaines hypotheses plus anci ennes, formulees par I. P. et D. M. Prada, salon lesquelles !'existence d'une masse de magma dans le fondement de Ia region serait J'une des causes de Ia temperature elevee des eaux minerales de Mangalia ,situees sur une faille profonde". On peut citer encore d'autres arguments a l'appui de cette affirmation: Ia decouverte relativement recente d'impor tantes effusions rhyolitiques intercalees dans !'Oligocene de !'ouest de Balcic, souvent en relation avec des mineralisations de manganese, ainsi que Ia situation du thermalisme de profondeur tel qu'il resulte de Ia carte geothermique de Ia Roumanie, realisee par VELICIU et coli. (1985), ou l'on peut voir que c'est seulement dans leSE de Ia Dobroudja qu'il y a des temperatures superiel.'res a 100 c a une profondeur de 3000 m. En effet sur Ia carte mentionnee Ia geo isotherme de 100 c est tracee a partir du sud de Costinel?ti, elle se dirige ensuite vers le SO, passe sur le territoire de Ia Bulgaria en face de Ia localite Negru Voda et reste ouverte dans Ia direction de Balcic. La geo-isotherme de 110 a a peu pres Ia forme d'un angle ouvert vers Ia mer ayant le cote nord dans Ia zone du lac de Tatlageac, le cote sud dans Ia zone de lac de Mangalia, le sommet etant situe dans Ia zone des ,obanes" Bonciu Kara Oban Des temperatures superieures a 11 0 se situent sur Ia direction de l'obane de Bonciu -le marecage de Mangalia, qui corncide avec Ia direction de Ia faille mentionnee. Si Ia these de l'origine juvenile de l'hydrogene sulfure des eaux thermales de Ia zone de Mangalia s'avere reelle, il devra etre mis en relation avec Ia mE!lme masse de magma qui determine aussi Ia thermalite de ces eaux.

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La genae et Ia circulation des eaux karstlques de Mangal/a 197 BIBLIOGRAPHIE ATANASIU, I. (1939) Distributia si geneza apelor minerale din Romania. Jasul medical, lasi. BLAGA, L., BLAGA, L. & CIOBOTARU, T. (1977) Studiu bazat pe de concentratia Deuteriu/ui din ape/e terrnomineraie, freatice de din zona Manga/ia. Arh. lnst. T ehnol. lzotopicA Cluj Napoca, (non-publie) CHIRIAC, M. (1958) Geologia perimetre/or Ovidiu Constanta Agigea, Biruinfa, Negru Voda Umanu. Raport Arh. Prospeqiuni S. A., Bucurelilti, (non-publie) CIOCARDEL, R. & PROTOPOPESCU-PACHE E. (1955) Considerafii asupra Dobrogei. Com. Geol. St. Tehn. Econ., Ser. E, No. 3, Hidrogeologie, Bucuresti. CIOCARDEL,. R. & SOCOLESCU, M. (1969) L'evolution de l'ecorce terrestre en Roumanie. Rev Roum. Geol Geophys et Geogr. Serle Geophys. 1 13.8ucuresti. CONSTANTINESCU, T. (1989) Considerations sur Ia zone karstique de "La Movile", Miscellanea Speo/ogica Romanica, 1, FERU, M. U. (1983) Influences of the seism on the 4-th of March 1977 on the mineral water sources of the hydrostructure. An lnst. Geoi Geof. UCiil, Bucuresti. E. & I. (1987) Natural and artificial tracers in the study of the hydrodynamics of Karst. Theor. App/. Karst. 3, N. (1966) Geologia zacamintelor de petrol si gaze din R.P.R. Ed. TehnicA, ILIESCU, G. & ILIESCU, M. (1959) Raport asupra cercetarilor geologies ln regiunea PlopeniChimogeni -23 August Mangalia. Arh. Prospecfjuni S A., (non-pub/iS). I. (1933) Manga/ia, situafia sa geologicA origines izvoare/or sale suHuroase. Cemdufi. I. (1938) Evolufia geolo gicA hidrogeologicA a Dobrogei Prebal canice. Analele Geologiei, I. PREDA, D. M. (1964) Vorlandul orogenului carpatic pozijia sa tectonicA fn cadrul geologic structural al Europei. An Com. Geo/. XXXIII, Bucuresti. SCARI.AT, C. (1971) Zona de Ia caput Midia Ia Varna Veche. Terra, An. Ill, nr. 2, Bucuresti. SCHOELLER; H. (1962) Les eaux souterraines. Ed Masson & Cie. Paris. SlAvOACA,. D., FERU, M., GEAMANU, V SIMION, G., GOLITA, N. & LUNGU, P. (1978) Consideratii hidrogeologice asupra ivirilor naturale de ape termale din RomAnia. St. Tehn. Econom, Ser. E.no.13, Bucuresti. SARBU, N. & POPA, R. (1992) A unique chemoautotrophically based cave eco system. in The natural history of biospe/eo/ogy. (A. I. Camacho -Ed.), Madrid. TENU, A DAVIDESCU, F D. & SLAVESCU, A. (1987) Recherches isotopiques sur les eaux souterraines des formations calcaires dans Ia Dobroudja Meridionale (Roumanie). IAEA -SM 299/1 04, Viana. VELICIU, S. & MORARU, N. (1973) geoterrnice ln zona Manga/ia Raport, Arh. lnst. Gaol. Geof., (non-publie) VELICIU, S., NEGUT, A. & VAMVU, V. (1985) Harta GeotermicA. in Atlas Geologic, Foaia 15, lnst. Geol. Geof.,

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DENTAL MORPHOLOGY OF THE MIMOMYS/ ARVICOIA TRANSITION FORMS Costin RADULESCU, Petre-Mihai SAMSON1 ABSTRACT On the basis of dental material coming from a Middle Pleistocene chronological succes i on of three karst deposits (Gura Dobrogei -4 rock-shelter, lower level, Casian Cave and Gura Dobrogei Cave phase 1) of Central Dobrogea, Romania, a gradual transition from Mimomys intermedius to Arvicola cantianus is presented corresponding to a shift from rhizodont to arhizodont condition. The evolutionary process is distinguished by the reduction of the roots and their very late formation in cheek-teeth characterized by increasing hypsodonty. Key words: dental morphology, Mimomys!Arvicola (Rodentia, Mammalia) transition forms, Middle Pleistocene (,Cromerian" stage), karst deposits, Central Dobrogea, Romania. LA MORPHOLOGIE DENTAIRE DES FORMES DE TRANSITION ENTRE MIMOMYS ET ARVICOLA RESUME Sur Ia base offerle par des pieces dentaires provenant de trois depots karstiques en succesion, d'age pleistoc9ne moyen (fsbri-sous-roche de Gurs Dobrogei-4, niveau inferieur, Grotte de Cssian et Grotte de Gura Dobrogei-phase 1) de Ia Dobrogea Centrale (Roumanie), on presente un processus de transition graduel/e conduisant de Mimomys intermedius a Arvicola cantianus, reflete dans /e passage de Ia structure rhizodonte a Ia structure arhizodonte. Ce processus evo/utif se distingue tant par Ia reduction des racines que par leur formation tres tardive dans des mo/alres 8 hypsodontie croissante. Mots-ct6s: morpho/ogle dentaire, transition de Mimomys a Arvicola (Rodentia, Mammalia) moyen (,Cromerienu), depots karstiques, Dobrogea Centrale, Roumanie. INTRODUCTION The phylogenetic transition from Mimomys intermedius (Newton) (= saVJm Hinton) to Arvicola cant/anus (Hinton), although accepted by numerous authors (CHALINE, 1990, SUTCLIFFE & KOWALSKI, 1976, RABEDER, 1981 I HEINRICH, 1990 and many others) is still poorly documented It is worth remembering that the opiniOr1S on the origin of Arvicola are rather divergent. In some ra.re cases, the co existence of representatives of the genera Mimomys and Arvicola was mentioned in karst deposits at Villany-8, Hungary (KRETZOI, 1956, JANOSSY, 1986) and very recently, at Emirkaya-2, Anatolia (SEN eta/., 1991). In these cases the mimomyian stock which gave rise to Arvicola (cantianus type) remains obscure. According to RUIZ-BUSTOS & SESE (1985) Middle Pleistocene Arvicola mosbachensis (Schmidtgen) (=cantianus) derived from a primitive stock represented by Allophaiomys deucalion Kretzoi, a species which is considered by these authors (in disagreement with the common opinion) as a member of the genus Arvicola (A.

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200 Investigations carried out in cave and rock-shelter deposits of Central Dobrogea (southeastern Romania) led to the discovery of an important succession of micro mammalian faunas Middle Pleistocene in age (SAMSON, RADULESCU, 1972) Exami nation of tooth material of large-sized arvicolids showed a gradual transition between the genera Mimomys (rhizodont and merorhizodont forms) and Arvicola (arhizodont forms) We present here some examples based on material collected in the Casian Cave, illustrating this gradual transition (anagenesis) concerning the dental apparatus. We examined dental material coming from three karst deposits (in chronological ascending order): the rock-shelter named Gura Dobrogei-4 (code GD-4), lower level (RADULESCU & SAMSON, 1986), the Casian Cave (code C-1) (RADULESCU, & SAMSON 1974, 1976) and the Gura Dobro gei Cave, the basal fossiliferous level designated as Gura Dobrogei-1 phase (code GD-1) (SAMSON & RADULESCU, 1972). STRATIGRAPHY GURA DOBROGEI-4 (CODE GD-4), LOWER LEVEL The rock-shelter GD-4 is dug at an elevation of 36.5 m a.s.l. in the Jurassic limestone cliffs located on the right bank of the Visterna brook, a tributary of the Casimcea River. The lower faunal level (layer 3), consisting of numerous limestone fragments and blocks (up to 15-20 em in diameter) lying in a calcareous, whitish yellow loessic matrix, yielded a rodent assemblage with Lagurus posterius (Zazhigin) as a dominant species; the representatives of the genus Mimomys were allocated to M. intermedius. Among other species, we mention the presence of a particular small species Visternomys cortezi Radulescu & Samson with rooted molars s ontain ing cement in the re-entrant angles in association with Microtus (Stenocranius) gregaloides Hinton (containing hintoni and C. Radulescu & P.-M. Samson hintoni/gregaloides morphotypes) Cite/Ius, Spa/ax, Cricetulus migratorius (Pallas) group and Ochotona. This faunal assemblage indicates a continental dry and cold climate during the laying down of the fossiliferous deposit (RADULESCU & SAMSON, 1986) CASIAN CAVE (CODE C-1) This cave (code 5110/10 in GORAN 1982) is dug in Jurassic limestones lying on the right bank of the Casimcea River at an elevation of 65 m a.s.l. The cave consists of a main chamber developed on a north-sou t h direction and continued with two narrow passages, one to the east and one to the west. The paleontological excavations were executed in the main chamber which has a very large entrance facing the north. The stratigraphic sequence, 1.50 -2 m thick in:.::ludes at the base a reddish clayey deposit deprived of faunal remains overlain by an accumulation of huge blocks (up to 2.5 m in diameter) and small limestone frag ments more or less cemented form ing a breccia level (sterile). Follows a complex sequence of fossiliferous layers (up to 0.8 m thick), strong brown to yellowish red in colour, overlain by an accumulation of cemented limestone fragments const i tuting a second breccia level (sterile) The following sequence of deposits include a thin yellow i s h siltic layer (containing strongly mineralized skeletal remains of a small Ursid species identified provisionally as Ursus cf mediterraneus Major) on which rest remnants of a reddish clayey layer. The fossiliferous sequence of strata between the two breccia yielded a faunal assemblage dominated by a primitive form of steppe lemming named Lagurus transiens cas1amcus Radulescu & Samson (RADULESCU & SAMSON, 1974) i n association with Cite/Ius sp., Spa/ax sp. Cricetulus migratorius group, Mesocricetus sp., Mimomys intermedius group, Microtus arvalis group (incl. ,Pitymys" arvaloides Hinton) Microtus (Stenocranius) grega l oides Hinton, Eo/agurus sp. and other forms. The yellowish layer of the upper sequence o f deposits yielded only sparse remains o f rodents. The overlying reddish clay supplied

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Dental morphology of the Mlmomys/Arvlcola the following list of small mammals: Talpa sp., Neomys sp., Cite/Ius sp., Dryomys sp., Allactaga sp., Apodemus sylvaticus group, Cricetulus migratorius group, Mesocricetus sp., Microtus arvalls group (incl. pftymys arvaloides}, Lagurus transiens casianicus, Eolagurus sp., Mimomys intermedius group. Remains of bats (Chiroptera) were also collected. The lower fossiliferous sequence : of suggests relatively dry, but not particularly cold climatic conditions, after which a severe cold period was responsible for the second accumulation of limestone fragments (upper level of breccia). A substantial amelioration of the climate (very probably of interglacial magnitude) is indicated by the top reddish deposit which marks the close of the Middle Pleistocene depositional cycle. GURA DOBROGEI CAVE PHASE-1 (CODE GD-1) The cave (code 5110/14 in GORAN, 1982) is located in the Jurassic limestone cliff flanking the Visterna Valley at an elevation of 80 m a.s.l. The cave consists of two galleries with a total length of 480 m. A trench (3 m long by 1 m wide) was dug in the secondary gallery to a depth of 0.95 m without reaching the bedrock. The stratigraphic sequence, subdivided into six layers, consists of siltic deposits yellowish red at the base to strong brown towards the top. Various amounts of limestone fragments are also present, layers 3 and 4 containing abundant clastic material. In all layers, the limestone fragments are strongly weathered and are covered frequently with a manganese crust. The mammalian fauna, which appears to be fairly homogeneous from bottom to top, includes the following species: Neomys sp., Sorex cf. minutus (Linnaeus), Cite/Ius nogaici Topachevsky group, Sicista sp., Spa/ax sp., Cricetulus migratorius group, Mesocricetus newtoni Nehring group, Lagurus transiens Janossy, Eolagurus gromovi Topachevsky ssp., Arvicola cantianus, Microtus arvalis (Pallas) group (incl. p;tymysn arvaloides), Microtus (Stenocranius) gregalis (Pallas), Ochotona sp., Ursus deningeri v. Reich., Cervus ct. acoronatus Beninde, Capra sp. 201 The faunal assemblage is characterized by the presence of an archaic form of Arvicola cantianus group, in : association with typical specimens of Lagurus trans/ens. Microtus arvalls group includes examples with enamel triangles T 4-T5 confluent (P;tymys pattern). The first appearance of M. (Stenocranius) gregalls in Central Dobrogea is registered at this biostratigraphic level. The presence of M. gregalis in. association with L. transiens (which makes the bulk of the rodent fauna) suggests a relatively cold climate. DESCRIPTION G 0-4 LOWER LEVEL Material. M/1. M/1 is distinguished by a relatively wide neck of anterior cap (AC2); a slight enamel undulation on the external side of the anterior cap is a reminiscence of the Mimomys fold (Fig. 1.1 a). The tooth roots are not yet formed, but the tooth walls become thicker at the base of the crown; there is an incipient curvature of the walls which delimit the cement spaces. The molar corresponds to the first stage in the formation of the roots (,thickening stage"). It is worth noting that at a value of 1.38 of the heighVIength ratio, the roots are not yet constituted. According to PASQUIER (1972) who studied dental material of Mimomys intermedius (=savini) from Upper Freshwater Bed (England), the formation of roots takes place after the disappearance by wear of the Mimomys islet (index of hypsodonty equalling 1.25). C-1 Material. M/1, 3M/2, 2M/3, 2M2/, M3/. M/1 this rather large-sized specimen displays a posterior loop, three alternating closed triangles and an anterior loop distin guished by a relatively wide neck (Fig. 1.2a). The Mimomys ridge is absent. The roots

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202 C. Radu/escu & P.-M. Samson 3a la 2a 4b Sa 5b f 5c

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Dental morphology of the Mimomys/Arvlcols are not constituted (index of hypsodonty 1.37) and, at the first sight, the molar could be considered as belonging to a rootless taxon and, consequently, allocated to the genus Arvlcola . At the base of the tooth, however, the dental prisms present a thickening of their walls which appears to be unusual for a member of the genus Arvicola. Compared with its counterpart from GD-4, the molar shows a less degree of thickening of walls at the base of dental prisms Taking into account the index of hypsodonty similar to that of M/1 from GD-4, it seems logical to assign the molar from C-1 to a more progressive Mimomys form which displays the process of reduction of roots in a somewhat more advanced stage. We are in the presence of an evolved young adult 203 Mimomys example resembling in this stage of root formation the corresponding molar of Arvicola. M3/ This specimen betongs to a young individual and is rootless. On the occlusal face, the posterior cap and the last two enamel triangles (T3-T4) are confluent (Fig. 1.3a). The enamel is strongly differentiated (Table 1 ). The anterior side of dental prisms is strongly bent. This diagnostic feature is particularly striking when the tooth is compared with the corresponding molar of modern Arvicola terrestris in which the anterior side of prisms present a lesser degree of curvature. In this stage of wear the prism walls at the base of the molar display a mouerate thickening. (iD-4 .. \\ ... :\ ::. .. .... G + t:: ( ) .. ): : .,.. .... \.)) :} . XM11.. M/1> : >. : .M/2 .:c .... :..:. 1:.:. :. M3l< :'NI11} M21. .:_:: occlusal length (L) 3.25 3 .67 2 : 15 2 15 2 20 1.95 2.05 2.25 2.15 2.32 3.18 2.50 ' occlusal width 1.50 1.62 1 37 1.35 1 35 1 15 1.20 1 40 1.35 1 .15 1.75 1.58 occlusal width of 1.42 1.57 1.30 1 .22 1.08 1.10 1.30 1.30 1.15 1.47 1.45 post./ant. loop* height** (H) 4.50 5.00 3.45 4.40 3 25 2.85 2.50 4.80 5 65 4.80 4 50 SDQi*** 1.54 1 .31 1.59 1.36 1.37 1.38 1.34 1 37 1.60 1.496 1 .39 1.33 HA. 1.38 1.36 1.60 2 00 1.67 1.39 1.11 2.23 2.43 1 .51 1.80 posterior for lower molars and anterior for upper molars **along the posterior or anterior enamel wall for lower or upper molars respectively enamel thickness quotient (individual) (HEINRICH, 1982) The other molars belong, for the most part, to young or young adult individuals and that explains why they are deprived of roots. Only two specimens (one M/2 and one M21) show an incipient process of root formation In all the molars, even the less worn, the dentine tracts are open on the occlusal face. M/2 On this specimen the postero internal cement space is closing (Fig. 1, 4a c). A proliferation of the basal enamel layer of the opposite walls which delimit the postferointernal synclinid has already formed a partial bottom for this cement space. The other synclinids display only thickened walls at the base of the tooth. M2/ The cement spaces are closing (Fig. 1 ,Sa -c); at the base of the tooth the enamel layer becomes thicker and the dental prisms are more rounded; the tips of the reentrants angles are part i ally fused tending to close the cement spaces. The thickening of the tooth walls is better seen on the inner cement space. This is wider and shows as the corresponding walls curve and fuse closing the re-entrant angle. On the whole, the molars under consideration may be put into two categories: a) the walls at the base of dental prisms become thicker and the prisms themse lv es are less acute; compared with the occlusal

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204 aspect, the dental prisms appear to be more rounded ("wall thickening stage"); b) the thickened opposite walls of two successive prisms tend to grow together closing the corresponding cement space; this process starts with the fusion of the enamel bands delimiting the tips of the re-entrant angles ("cement space closing stage"). According to this classification, two out of ten molars from C-1 show an incipient process of root formation ("cement spaces clo sing"). Six rootless molars display thick walls at the base of dental prisms ("thickening stage"); although the individuals to whom these molars belonged were not immature, the roots had not started to develop. In two specimens the base of the crown is broken RABEDER (1986) applied the term merorhizodont (meaning "partial roots") to molars showing this incipient process in the formation of the roots and retaining an open pulp cavity not only in adult individuals, but also in old ones. Merorhizodont teeth represent a transition from rhizodont to arhizodont condition. The molars from C-1 possess, therefore, a merorhizodont component which allows the recognition of their late Mimomys status, and a (pseudo-) arhizodont component showing a trend towards increasing hypsodonty and loss of the roots. GD-1 Materiaf. 170 molars of different ranks. As a general rule, the molars are rootless. In two M1/, however, the first external cement space is tending (very imperfectly) to close. In addition, the anterior wall of T3 is slightly curved tending to close the second internal re-entrant angle. It is obvious that we are in the presence of a recurring morphological process which appears to be restricted to a partial contact between the two enamel lips delimiting the cement space at the base of the molar without forming roots. A single M2/ presents thick enamel walls partially fused at the base c. Radulescu & P.M. samson of the crown. The measurements of these specimens are indicated in Table 1. CHRONOLOGY G 0, LOWER LEVEL The fauna (including Mimomys intermedius group in association with the small rooted species Visternomys cortez/, Lagurus posterius, a primitive form of Eolagurus gromavi ssp. and Microtus (Stenocranius) grega/oides, can be situated at the beginning of the Tiraspolian faunal complex of the Republic of Moldova, the evolutionary level of arvicolids suggesting a broad equivalence to the Shamin fauna (MARKC'VA, 1990) of the Russian plain. It is worth remembering that the fossiliferous deposit at Shamin is distinguished by a reversed polarity (end of the Matuyama paleomagnetic epoch). The mammalian from Varbeshnitsa, Bulgaria (POPOV, 1988) appears to be similar to GD-4, low.er level. It should be noted that there is a great similarity between the Prolagurus pannonlcus (Kormos) at Varbeshnitsa (in fact too progressive to be assigned to this taxon) and Lagurus posterius (Zazhigin) from GD-4 (lower level). This similarity indicates, beyond any doubt, a close chronological position of the two fossiliferous sites. Compared with the Biharian mammalian assemblages of Central Europe (Villany-6, Villany-8, Hungary, Kozi Grzbiet, Poland), GD-4 (lower level) may be situated within the Templomhegy stage. In a previous paper (RADULESCU & SAMSON, 1986), we suggested a possible situation of the cold fauna from GD-4 (lower level) within the Glacial A (ZAGWIJN, 1985) of the -cromeriancomplex stage of the Netherlands (corresponding to the boundary of the Matuyama (reversed) and Brunhes (normal) paleomagnetic epochs.

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Dental morphology of the Mlmomys!Arvlcola C-1 The micromammals from this cave are dominated by a primitive Lagurus form described as a chronological subspecies and named Lagurus transiens cas1amcus (RADULESCU & SAMSON, 1974). This steppe lemming with archaic molars is known from a number of fossil localities in southeastern and eastern Europe in Tii'aspolian faunas of Kolkotova Balka type (ALEXANDAOVA, 1976, MARKOVA, 1990). The Mimomys intermedius group at C-1 is a progressive form with the rooth formation strongly regressed, resembling the Mimomys dental material from Kolkotova Balka (deprived of roots for the most part) (ALEXANDAOVA, 1976) Judging from its whole fauna, C-1 is equivalent to the lower alluvial accumulation at Kolkotova Balka, where Lagurus sp. described by ALEXANDROVA (1976), appears to be very similar (or identical) to L. transiens casianicus. The deposits of Kolkotova are distinguished by a normal polarity (Brunhes paleomagnetic epoch). Two thermoluminiscence datings gave: 735,000 +-160 and 800,000+1 60 for the lower alluvial accumulation (DAVID eta/. 1990). The sequence of strata at C-1 might correspond to a time span including the Interglacial II, Glacial 8 and Interglacial Ill of the cromerian" stage of the chronostratigraphic scheme of the Netherlands. GD-1 The presence of a Lagurus form similar to L. transiens suggests a relationship to the Tarko fauna of the Late Biharian, Hungary (JANOSSY, 1986) Arvicola cantianus group, although showing a substantial increase in size, possesses still primitive teeth REFERENCES ALEXANDROVA L P. (1976) Rodents of Anthropogene of the European part of the USSR. (in Russian), Tr. GIN, 291, Moscow pp. 1 -100. 205 GD-1, containing a cold fauna (first appearance of M. (Stenocranius) gregalis in Dobrogea), might belong to the end of the Glacial C of the chronostratigraphic scheme of the Netherlands. CONCLUSIONS The M/1 from GD-4 (lower level) belongs to a progressive Mimomys form, distinguished by the late formation of the roots in the ontogenetical development. The specimens from C-1, belonging to young adult individuals, are for the most part, rootless, although the tooth walls are thickened at the base of the crown indicating their intermediate position between the Mimomys and Arvicola local populations. Some examples, very probably adult individua ls, present a merorhizodont pattern Arvicola cantianus group from GD-1 is distinguished by the persistance in various degree of some ancestral features: tendency in very rare examples to close the cement spaces (very probably without form ing roots}, enamel differentiation of Mimomys type occasional presence of Mimomys ridge and (in juven ile specimens) the presence of the Mimomys islet (restricted to the uppermost part of the crown of M/1). The Mimomys dental mater i al of Central Dobrogea appears to indicate a gradation of morphological characters in the transition from rooted to rootless tooth condition. In our interpretation, the regression of roots reflects a gradual evolution in the phyletic lineage Mimomys intermedius Arvicola cantianus The alleged co-ex i stence of Mimomys and Arvicola i n some karst deposits could be expla i ned by the presence of a single taxon including, at the same time, rhizodon t merorhizodont and arhizodont specimens. CHALINE, J. (1990) An approach to studies of fossil arvicolids. in lntemat Symp. E volution Phylo g eny and Biostratigraphy of Arvicolids 0. & Heinrich W.-O., Eds.), Prague, pp. 45 84 DAVID A. 1., TA T ARINOV, K. A & SVISTUN V. I. (1990) Carnivores Proboscideans and

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PRELIMINARY DATA CONCERNING THE BIG MAMMALIAN FAUNA FROM THE SUBPIATRA PLEISTOCENE DEPOSITS, BIHOR COUNTY (ROMANIA) Vlad COD REA 1, Zoltan CZIER2 ABSTRACT On the occasion of some customary dynamiting act i vities, performed i n June 1989 at the limestone quarry which supplies the Enterprise for Cement from Alesd, a series of breccia fragments containing vertebrate bones could be noticed Thus, it was discovered that the explosion destroyed a small, probably filled up, pot hole. the following taxa have been identified there up to the present: Carnivora Ursus deningeri von Relchenau, Metes sp. (?thoraliVIret); Proboscidea-an elephant with trogontheroid features ; Perlssodacty Ia Equus sp. (big size), Dicerorhinus etruscus brachycephalus (Schroeder); Artiodactyla -cf. Praea/ces latifrons (Johnson), Capreo/us capreolus sassenbomensis (Kahlke), Cervus sp (e/aphus s i ze), Caprinae indet., Bison cf. priscus Bojanus, Sus scrota Linne. A list of micromamma l s (VENCZEL, 1990) can be added to the big mammalian fauna. The elements already discovered suggest the MmQ -3b biozone (AGUsrr et al., 1987). Key words: Lower Pleistocene, Vertebrate paleontology, Mammals, Western Romania DONNEES PRELIMINAIRES CONCERNANT LA GRANDE FAUNE DE MAMMIFERES DES DEPOTS PLEISTOCENES DE SUBPIA TRA, DEPT. DE BIHOR (ROUMANIE) RESUME En juin 1989, dans Ia carriere oil on exploite des calca i res mesozorques utilises par fEntreprise pour Ciment d'Aiesd, un petit aven a ete dynamite. Le materiel qui le colmatait s'est avere tres riche en debris squelet tiques. On a identifie jusqu'a present /es taxons suivants: carnivora -Ursus deningeri von Re/chenau, Meles sp. (?thorali V/ret); Proboscides -un elephant trogontheroTde; Perissodactyla -Equus sp. (taille grande) Dicerorhinus etruscus brachycephalus (Schraeder); Artiodactyla -c f Praealces l at i f r ons (Johnson) Capreolus capreolus sUssenbomensis (Kahlke) Cervus sp. (faille elaphus), Caprinae indet Bison cf. priscus Bojsnus, Sus scrofa Unn6. Une /iste de micromammiferes peut y fJtre ajoutee (VENCZEL, 1990) Ces elements suggerent fappartenence de Ia taphocenose a Ia biozone MmQ 3b (A GUST{ eta/., 1987). Mots cltJs: Pleistocene inferieur, Paleontologie des vertebres, Mammiferes, L'Ouest de Ia Roumanie. Bihor county is very well-known for its Lower and Middle Pleistocene occurrences containing big mammalian remains. The dis coveries from Hill, Betfia, not far from Oradea, are relevant in this respect (KORMOS, 1911; 1914; KRETZOI, 1941; TERZEA, JURCSAK, 1968; a.s.o.) The deposits are represented there by the argil laceous material filling the fissures from the Cretaceous limestones or existing in former caves presently destroyed. The faunas dis covered there were of basic importance for the description of a relevant age, the Bi harian

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208 Recently, the discovery of a new de posit of this kind was added to those already known from this county. The mesozoic limestone quarry which is the source of raw material for the Cement Enterprise from Alesd, lies on the borders of the Subpiatra village (Tetchea area}, on a hill called ,Coasta cu In this area, the relief developed on the mesozoic limestones is characterized by remarkable karstic phe nomena: several caves as well as exur gences and insurgences are already known (RUSU, 1988). In June 1989, as a consequence of some massive dynamiting activities carried on in the above mentioned quarry, a karstic recipient, probably a small, clogged-up pot hole was destroyed. The filling material con sisting of a bone breccia was spread on a vast surface. Some members of the Natural Sci ences Section of the rarii Mu seum, Oradea, were successful in their ac tivity of collecting and saving a great part of this material. Subsequently, a part of it was prepared and the conclusions drawn from studying it have been discussed in some al ready published papers: we have to mention here the herpetofauna and the micromam malian remains (VENCZEL, 1990) or peris sodactyls (CODREA, CZIER, 1991}. After processing and identifying a great part of this material, we are able to draw the following list of big mammals: Carnivora: Ursus deningeri von Relchenau Meles sp (? thoraliVIret} Proboscidea: an elephant with trogontheroid features. Perissodactyla: Equus sp (large size} Dicerorhinus etruscus brachycephalus (Schroeder} Artiodactyla: cf Praealces latifrons (Johnson) Capreolus capreolus sussenbornensis (Kahlke} Cervus sp (elaphus size} Captinae indet. Bison cfpriscus Bojanus V. Codres & Z Czler Sus scrota Linne. There are only two, rather damaged cranial fragments belonging to a bear: a right hemimandibula fragment, representing the symphysis, a broken canine and a short part of the horizontal ramus corresponding to the diastema; a palate fragment with a damaged right canine. Ursus deningeri has a less frequent oc currence in Romania. In Bihor county, the species seems to be present at the fossilifer ous sites Betfia V and VII (TERZEA, JU RCSAK, 1968}. At Betfia V appeared also U. ? mediterraneus. A skull-calvarium and mandibula con nected proves the existence of the genus Meles in taphocenosis. Unfortunately, post depositional processes affected drastically the remains. Thus, the splanchno cranial bones are sagittally displaced, while the posterior end of parietals as well as the occipital bone are displaced to the right rela tively 'to the sagittal plane. The Meles remains _from Subpiatra could belong to the species M. thorali (= M. atavus Kormos}, discovered at Betfia too. As far as the Proboscideans are con cerned, some molar fragments prove the presence of an elephant with trogontheroid features in this area. If we consider the hyp sodont pattern, the enamel thickness (1.8 mm} as well as the lamellar frequency {DLI = 7 .2} we can speak of a specimen with evolved characteristics. An elephant with tro gontheroid features is also present in the Betfia VII occurrence (TERZEA, JURCSAK, 1968}. ' A symphysis fragment in which the substitution process of lacteal dentition was not finished indicates the presence of a horse in taphocenosis. The incisor dimen sions suggest the presence of a large sized specimen. However, in order to determine the specific assignment, it would be very useful to have al least elements of the jugal dentition, whlch are absent up to the mo ment. Moreover, the horse does not occur frequently in this area, missing from the Bet fia deposits (TERZEA, JURCSAK, 1968} and being present only sporadically in occur-

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The big mammalian fauna from the Subplatri! Pleistocene deposits 209 of similar age from Hungary (JANOSSY, 1979). The latest rhinoceros remains dis covered in the Subpiatra quarry do not add any further data to those already presented (CODREA, CZIEA, 1991): it is a quite evolved specimen of the subspecies men tioned in the list, characterized by a dentition with marked hypsodont tendency. Up to the present, the fragments prove the existence of at least too individuals in taphocenosis. All teeth belong to juvenile stage; with elements of functional milk dentition The Cervidae are quite diversified i n forms and numerically they dominate the asThe skeleton fragments already discovered determine us to think of forms similar to those of the elaphus group, as far as the size is concerned The deer c. c. siissenbornensis as well as Praealces Jatifrons are also present. The fragments assigned to bisons are not abundant at Subiatra either: we have only two distal metacarpal epiphyses. Both of them are remarkable for their extremely large size, which allows a clear delimitation from B. schoetensacki (SALA 1987; MOYA-soLA, 1987). As sexual dimorphism is very strongly ':"anifested in the case of the bisons, ex pressed by considerable size differences, we estimate that our material belonged to male specimens. AADULESCU & HERMANN (1971) presented the occurrences of this genus in our country Owing to its size the Subpiatra bisons may be related to the discoveries from the mindelian loess at the Araci quarry in the Baraolt Basin (RADULESCU & KOVACS .. I 1966) characterized by the same large size. The Caprinae are represented by a mandibular fragment consisting of a segment of the horizontal ramus with heavily worn P/3 -M/1. The high degree of wear as well as the lack of some more clearly diagnostic bones make difficult even a generic assignment as it is not easy to decide if this fragment be longs to the genus Capra, Ovis or Hemitra gus. Tooth dimensions enable us to suppose that it could belong to the genus Capra, however larger than c ibex (BOUCHUD 1972) and much larger than c. alba, a spe cies described from Lower Pleistocene deposits. older. than those from Subpiatra (MOYA-SOLA, 1987). Teeth are bigger than those of Hem/tragus too (BONIFAY, 197 5). Some jaw and maxillary fragments prove the existence of four specimens belonging to Sus scrota. Tooth dimensions are big, exceeding those c:if the specimens from Megalopolis (MELENTIS, 1965) We may conclude that there was a small pot-hole at Subpiatra which functioned as a .,natural trap to use BAUGAL & JAUBERT (1991) terminology. The large number of herbivorous with predominant suid and cervid specimens as well as the exis tence of some anatomical connexions are powerful arguments which favor this kind o f model. However, the less favorable context in which this material was collected and the fact that not all the items are already processed, makes it difficult for us to draw any final conclusion. The age of this deposit as well as the isochronous or non isochronous character of the whole filling material have to be deter mined The time interval when this karstic recipient was clogged up has to be more sharply determined and also we have to. make sure if we are not dealing with faunas from different stratigraphic levels, mixed by the explosion Therefore, we estimate that the occurrence under discussion could be situated somewhere between Betfia V ( i n which the genera Alophaiomys and M i momys coexist) and the end of Betfia VII (including Mimomys but without Arvicola, and very probable Dicerorhinus hemitoechus as well as an elephant with trogontheroid features) The faunal list agrees wit the biozone MmQ-3b (AGUST I eta/., 1987). However, for some elements we cannot exc l ude a more recent age. Obvious similarities exist also with the best-known tiraspolian faunas from Rotbav Dealul Tiganilor and Feldioara-Cariera (RADULESCU & SAMSON 1985) As far as the biotope is concerned we may notice that most of mamma l ian spec i es as well as the herpetofauna are f orest dwellers, preferring well forested areas in-

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210 eluding water covered surtaces. We must mention, however, that some representants, as the elephant and bison break this rule. If we consider the climatic aspect, the results of tfle informative analyses performed on some .. argillaceous minerals indicate a temperate wet and rather warm climate. The X 40 analysis on oriented samples of the av-REFERENCES AGUSTr, J., MOYA-soLA, S., PONS-MOYA, J. (1987) La succesion de Mamiferos en el Pleistoceno inferior de Europa: proposicion de una nueva escala bioestratigrafica. Paleont. y Evol. Mem. esp., 1, Sabadell, pp. 287-295. CODREA, V., CZIER, Z., (1991) Dicerorhinus etruscus brachycephalus (Perissodactyla, Mammalia) from the Pleistocene of Subpiatra (Tetchea village, Bihor County, Ro . mania). Studia Univ. XXXVI/2, Cluj-Napoca, pp. 33-41. BONIFAY, M. F. (1975) ,Hemitragus bonali" Harle et Stehlin ,Caprinae" de Ia Grotte de I'Escale (Saint-Esteve-Janson, Bouches du Rhone). Quatemaria, XVIII, Roma, pp. 215302. BOUCHUD, J. (1972) Les grands herbivores rissiens des "Abimes de Ia Fage" en Cor raze (Cervides, Rupicaprines, Suides et Equides). Nouv. Arch. Mus. Hist. nat., fasc. 10, Lyon, pp. 33-59. BRUGAL, J.-P., JAUBERT, J. (1991) Les gise ments paleontologiques pleistocimes a indi ces de frequentation humaine: un nouveau type de comportement de predation ? Paleo, 3, pp. 15-41 (tire-a-part). JANOSSY, D. (1986) Pleistocene vertebrate faunas of Hungary. Akad. Kiado, Budapest, 208p. KORMOS, T. (1911) A POspokfOrdoi Somly6hegy pleistocen faunaja Biharvarmegyeben. Foldt. Kozl., 41, Budapest, pp. 739-742 KORMOS, T. (1914) Harom uj ragudoz6 a POspokfOrdo melletti Somly6hegy pre glacialis retegeibol. Magy. k. Foldt. lnt.Evk., XXII/3, Budapest, pp.205-226. KRETZOl, M. (1941) Die unterpleistozane Saugetierfauna von Betfia bei Nagy varad.Foldt. Kozl., 71 Budapest, pp.308335. V. Codrea & Z. Czier erage fraction from the matrix revealed a mineralogical assemblage of type liS inter stratified (50%), with I (25%), K(20%), 0(5%), goetit {traces). This assemblage shows the existence of a highly altered material which offers arguments for the type of climate men tioned above. MELENTIS, J. K. (1965) Studien Ober fossile vertebraten Griechenlands. 6. Sus scrota L. aus dem Jungpleistozan des Beckens von Megalopolis im Peloponnes (Griechenland). Ann. Gaol. Pays Hellen., Athenes, pp.436-444. MOYA-soLA, s. (1987) Los bovidos (Artiodactyla, Mammalia) del yacimiento del Pleistoceno inferior de Venta Micena (Orca, Granada, Espana). Paleont. y Evo/., Mem. esp., 1, Sabadell, pp.181-236. RADULESCU, C. & KOVACS, A. (1966) Con tributii Ia faunei de mamifere fosile din Bazinul Baraott (Depresiunea Lucr /nst. Speo/. "E VII, pp.231-253. RADULESCU, C. & HERMANN, W. (1971) Ob servations sur les Bovides du Quaternaire superieur de Transylvania. Trav. lnst. Speol. ,E Racovitza" X, pp. 313-331. RADULESCU, C. & SAMSON, P. (1985) Pliocene and Pleistocene mammalian biostratigraphy in southeastern Transylvania (Romania). Trav. lnst. Speo/. ,E Racovitza", XXIV, Bu-pp.85-95. RUSU, T. (1988) Pe unnele ape/or subterane. Carstul din M-fii Craiului. Ed. Dacia, Cluj-Napoca, 256 p. SALA, B. (1987) Bison schoetensacki Freud. from lsemia Ia Pinata (early Mid-Pleistocene Italy) and revision of the european species of bison. Paleont Ita/., LXXIV, Pisa, pp.113-170. TERZEA, E. & JURCSAK, T. (1968) Bemerk ungen Ober die mittelpleistozanen Faunen von Betfia Ber. deutsch Ges. geol Wiss., A, Geo/. Pa/aont.,13, 3, Berlin, pp.381-390. VENCZEL, M., (1990), Date asupra herpetofaunei fosile de Ia Subpiatra Oud. Bihor). Crisia, XX, Oradea, pp.543-552.

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SHORT NOTES L'ANALYSE QUANTITATIVE DE QUELQUES SPELEOTHEMES ET ECHANTILLONS DE LA GROTTE EN SEL 6S DE MiNzALESTI (SUBCARPATHES DE VRANCEA-ROUMANIE) Dumitru TODOR1, lea GIURGIU2, Gabriel Un gisement de sel se trouve a Ia fron tiere des communes Lopatari et dans le versant gauche de Slanic, le district Buzau. Dans cette region ont ete executees de nombreuses recherches geologiques et des forages d'exploration pour des hydrocarbu res et du sel. D'apres Ia position structurale du massif on a apprecie que le sel d'ici est d'Age aquitanian. Le contenu moyen etabli par forages d'exploration est de 81.7% NaCI. 1. 2. 0.009 3. 4. 5. 6. 0.009 1.275 0.572 0.086 7. 0.429 8. 0.043 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17 18. 19. 0.057 0.712 0.014 1.424 0.858 1.272 8.884 1.788 1.298 1.730 1.797 20. 0.480 traces 0.001 traces traces 0.003 0.001 0.003 0.014 0.025 0.024 0.003 0.003 0.025 0.149 3.775 1.560 0.112 1.457 16.249 2.331 7.487 3.379 0.125 1.385 0.087 traces 0.025 1.709 0.012 0.737 3.758 2.848 0.125 1.260 1.249 0.996 0.422 6.379 0.155 3.011 40.559 1.470 0.087 6.298 0.604 1.286 0 936 0.405 Dans Ia partie superieure du massif de sel il y a 29 cavites; Ia plus importante -Ia grotte 6S de Ia Cette grotte a ete decouverte en septembre 1980 et a attaint en 1992 un dEweloppment topographie de 3234 m et une denivellation de 42 m. Toutes les grottes ont ete decouvertes et topogra phi&as par le club Emil Racovita de Bucarest (voirGIURGIU, 1985, 1987). Ont ete apportees pour etude 24 echantillons: 16 de speleothemes, 7 de di verses zones de Ia grotte et 1 de l'exterieur. ::.: ;:.-:: ... :::>:<::::::-:::::;::::::: .. <::-<:. ... 17.180 82.820 0 253 99.747 4 335 95.665 2.957 97. 093 18.313 81.687 9.939 90.061 0 .007 3.940 96. 060 0.017 1.532 98.468 0.001 0.089 99.911 0.035 2.468 97.532 0.017 4.529 95.471 0.017 4.415 95.585 0.069 3.439 96.561 0.194 2.898 97 102 11.05 0.645 16.088 83.912 83.93 0.694 46.082 53.918 20.00 0.052 2.910 97.090 0.81 0.104 8.818 91.182 17.40 0.433 4.407 95.593 20.11 0.010 0.895 99.105 10.87

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212 On a etudie 20 echantillons. Chaque echantillon a ete divise en deux portion: une portion a ete soumise a Ia dissolution en eau chaude et distillee et Ia deuxieme a ete traitee avec HCI1 :1. Dans les echantillons qui ont ete soumis a Ia dissolution en eau on a determine les substances solublesl respectivement les halogenesl et le residu a ete analyse par methodes thermiques. Dans les echantillons traites avec acide clorhydrique on a determine Fe2o31 MnO, Cal Mgl so4 -et le residu mineral a ete seche et pese. CONCLUSIONS Fe203 -Pour 8 des 20 echantillons determines (Tableau 1) le contenu de Fe20 3 est superieur a 1%. Seulement dans un echantillon le Fe203 se trouve a 8%. La concentration maximale de Fe20 3 se trouve a Ia preuve 15 ou aussi Ia presence de CaS04 est maximale. MnO paratt en 14 des 20 echantillons determinees; pour 3 echantillons Ia concen tration est plus petite que 01001 %. La con centration maximale de MnO se trouve dans llechantillon numero 1 I compose par agregats cristallins. Dans Ia bibliographie consultee nous n'avons trouve aucune mention sur Ia presence de MnO. V. Todor et col/. CaS04 -paratt dans toutes les 20 echantillons determines. La concentration minima est enregistree a Ia preuve 9 ou l1odeur du souffre est le plus pregnant de tous les echantillons. II slagit de microor ganismes qui reduisent CaS04 a H2S. CaCo3 -paraTt dans 19 des 20 echantillons determines. A 13 echantillons Ia concentration est plus faible que 1 %. La concentration maximale de CaC03 se trouve a Ia preuve 16 ou aussi Ia presence de MgC03 est maximale MgC03 -paratt avec des concentra tions plus grandes que 1% dans 6 des 20 echantillons determines. La comparaison de Ia distribution des substances non-halogenees entre les echan tillons numero 9 (valeur minimale enregis tree) et 16 (valeur maximale enregistree) releve de distribution pas uniforme du rap port pour chacune des six substances non halogenees. BIBLIOGRAPHIE GIURGIUI I. (1985) Pel?teri Tn sare din Vrancei. Bul. Club. Speol. "Emil 9, pp. 5-35. GIURGIU, I. (1987) Observatii asupra genezei morfologiei peljlterii 6S de Ia M1nzaleljlti, cea mai dezvoltata cavitate in sare din lume. Buletin Speologic FRTA-CCSSI 11 I Bupp. 15-25.

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QUATERNARY VERTEBRATE REMAINS FROM EMIRKAYA-2, TURKEY Eugen KESSLER\ Marton VENCZEL2 The fossil locality of Emirkaya-2 was discovered in a limestone quarry, near Seydisehir, Central Anatolia (Turkey) A preliminary description of the mammal assemblage was given by SEN eta/. (1991 ). Based on large mammals and on the Mimomys Arvicola association, the above mentioned authors tentatively assigned a Middle Pleistocene age to this fauna. The amphibians, reptiles and birds are represented only by neospecies. The bone remains are fragmentary (especially the bird ones), making the identification in some cases possible only to a generic or even a subordinal level. Allocations were made by comparing the fossils with skeletons of recent species. The scarce data concerning the fossil herpetofauna of Turkey and adjacent areas (RAGE & SEN, 1976) are unsuitable for direct comparisons. The list of forms: Amphibia 1. Bufo viridis (23 vertebrae, 4 urostyles, 11 humeri, 6 ilia) Reptilia 1. Pseudopus sp. (8 osteodermes, 2 caudal vertebrae, 1 dentary) 2. Lacerta sp. (1 caudal vertebrae, 2 trunk vertebrae, 1 dentary) 3. Scolecophidia indent. (3 vertebrae) 4. Coluber caspius (30 vertebrae) 5. Coluber sp (20 vertebrae, 1 frontal, 1 dentary) 6. Elapha ct. quatuorlineata (3 vertebrae) 7. Telescopus sp. (1 0 vertebrae) 8. Natrix cf. natrix (1 dentary, 110 vertebrae) 9. Vipers (Daboia) sp. (6 vertebrae) Aves 1 cf. Anas sp. (1 phal. IV. dig. 4 pedis; length = 7.34 mm) 2. cf Accipiter gentilis (1 dist. fragment of phal. I. dig. 3 pedis: width of diaphysis in middle = 3.52 mm, dist. width = 4.45 mm) 3. ct. Buteo buteo (1 dist. fragm. of phal. II. dig. 2 pedis; width of diaph. in middle= 4.13 mm, dist. width = 4.82 mm) 4. Galliformes cf. Tetraonidarum (size Lyrurus), (1 dist. fragm. of phal. I. dig. 3 pedis; width of diaph. in middle = 2.92 mm, dist. width = 3.58 mm) 5. G/aucidium passerinum (1 proximal and distal fragment of tarsometatarsus; prox. width = 5.18 mm, width of diaph. = 2.92 mm) 6. cf. Turdus sp. (1 humeral fragment of coracoideum and 1 prox. fragm. of cubitus; width of proc. acrocoracoideum = 3.83 mm, prox. width of cubit. = 4.56 mm, width of diaph. cubit. = 2 .19 mm) 7. Sturnus sp. (1 distal fragm. of cubitus; width of diaph. = 2.13 mm, dist. width = 4.08 mm) 8. Pyrrhocorax sp. (size of P. graculus), (1 prox. fragm. of carpometacarpus; prox. width = 8.03 mm) Regarding the herpetofauna, the dominance of the thermophilous and xerothermic forms in the material is remarkable (Pseudopus, Scolecophidia indet, Coluber caspius, Elapha ct. quatuorlineata, Telescopus).

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214 The environments with water reservoirs are indicated by the presence of Natrix cf. natrix and cf Anas. Pyrrhocorax usually is attracted by rocky areas, while the remaining forms are indicative of scrubby or wooded environments. The presence of G/aucidium passerinum from a faunal point of view is interesting, this form being very rare in Middle Pleistocene sediments. Therefore comparison of the fauna with other Quaternary faunas from the area actually is E. Kessler & M. Venczel not possible, because of the lack of such discoveries from this period. REFERENCES RAGE, J. C. & SEN, 8.(1976) Les amphibians et les reptiles du Pliocene superieur de Calta (Turquie). Geo/. mediterraneenne 3(2), pp.127-134 . SEN, S. et alii (1991), Premiere decouverte d'un site a mammiferes pleistocenes dans une fissure karstique en Anatolie Centrale. C. R. Acad. Sci. Paris, 313, Serie 11, Paris, pp.127-132.

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INFORMATION FOR CONTRIBUTORS Papers may be submitted for publication as Articles (up to 15 pages) or as Short Notes (up to S pages). Larger articles, i.e. Synthesis or Reviews may also be published but the subject and contents of these should be discussed first with the Editorial Board. In any case, priority will be given to the papers presented at the previous annual Symposium of Theoretical and Applied Karstology. Manuscripts must be submitted in English or French, if possible on a iloppy-disk (IBM-compatible format) accompanied by two paper-copies. Typed manuscripts will be double-space typed on one side of the paper, with no more than 2000 characters/page (31 lines/page; 67 characters/line). Papers should be headed by the title and the author(s) full name(s) The complete address of the author(s) will be listed on a separate sheet If more than one author, please underline the name and address of the person to whom the correspondence and proof should be sent. An abstract in paper's language should be placed directly after the title and author(s)' name(s), followed by the key-words. These will be followed by the translation of the title, abstract and key-words in the other language of the volume (English if the paper's language is French and French if the paper's language is English). Acknowledgements should be placed at the end of the text, after the heading Acknowledgements, before the references. Mathematical equations should be numbered in consecutive order throughout the text. using Arabic numbers. The footnotes are to be consecutively numbered with exponential numbers and double-space typed on a separate sheet. References cited in the text (and only these) should be listed, in alphabetical order, on (a) separate sheet(s), after the heading REFERENCESIBIDUOGRAPlllE, taking for example this issue of T A.K. References should be cited in the text in parentheses, in capital letters, by the name(s) of author(s) followed by the year o f publication, e g. "(AHRENS, 1962)" except when the author's name is part of the sentence, e .g. "AHRENS (1962) has shown that .. ". When reference is made more than once to same author and year a, b, c, etc. should be added to date in the text and reference list If there are more than two authors it is in order to put "et al. behind the first name, e.g. "(KLEIN et al., 1988)". Tables are to be numbered in Arabic numerals in order of their appearance within the text, e.g. Table 1 Each table must be submitted on a separate sheet(s). If the table has a title and/or a legend these must be translated in both volume's languages. Figures (maps or line drawings in black Indian ink on transparent paper) should be prepared in anticipation of reduction; small symbols or fine details may reproduce poor. The authors are requested to limit the size of their illustrations as much as possible. The original figures must not exceed 31 x 20 em. The number of folded figures being limited, only ONE figure exce eding this size will be, as an exception, accepted. Plates and text-figures should be numbered consecutively, with Arabic numerals, in order of appearance. The top of the figure should be indicated whenever exists any possibili t y of ambiguity. Please indicate in the manuscript where the caption figure or group of figures is to be inserted The captions and explanations of the figures will be doubled-spaced typed on a separate sheet. in both volume's languages. Authors bear sole responsibility for th e content of their contribution. The Editorial Board reserves the right to refuse any manuscript submi tt ed if the subje c t is out of the volume's topics and to make suggestions and modifications before publication. The authors are requested to pay special atten t ion to the accuracy of the figures or photographs. The manuscripts of the refused papers will NOT be returned. Papers accepted by the Editorial Board will become the property of the Publisher No article or any part thereof may be reproduced in whatever form without the written permission of the Publisher. A total of 30 reprints o f each paper will be supplied to the authors free of charge.

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