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Peter Rowe, Timothy Austin & Timothy C. Atkinson

The Quaternary evolution of the British South Pennines from uranium series and palaeomagnetic data

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Résumé

Evolution quaternaire du sud des Pennines britanniques à partir des données des familles de l'uranium et du paléomagnétisme. Le Calcaire Carbonifère qui affleure à l'extrémité sud du massif des Pennines en Angleterre centrale forme en partie un plateau accidenté qui est profondément disséqué par des vallées en forme de gorges (Dales). Des analyses des isotopes de l'uranium et du thorium, effectuées dans des échantillons de calcite d'épais planchers stalagmitiques situés dans une grotte de haut niveau (Elder Bush Cave), indiquent que ces formations dépassent la limite de datation de la méthode uranium-thorium (350 ka). Les rapports d'activité 234U/238U approchent l'unité, ce qui suggère que les planchers pourraient s'être formés bien avant 350 ka. L'étude du paléomagnétisme d'échantillons provenant de carottes forées à travers les planchers stalagmitiques montre la présence de calcite à magnétisme normal et inverse. Dans certains cas, les niveaux à magnétisme inverse surmontent les couches à magnétisme normal. On interprète cette évidence, en conjonction avec les données isotopiques de l'uranium, comme l'indication d'un âge Olduvai (1,66-1,87 Ma) pour certaines couches du plancher stalagmitique. Les auteurs suggèrent que la grotte est devenue vadose vers 2 Ma ou peu après. La position de la grotte sur le bord de la vallée permet de faire une estimation du taux maximum auquel la vallée actuelle s'est creusée. Le calcul fournit une valeur de 5,5 cm/ka. Les témoins du fond de l'ancienne vallée préservés dans la salle existante suggèrent que l'enfoncement n'a pas été un processus continu. Un plancher stalagmitique d'une grotte située à un niveau inférieur (Darfur Ridge Cave) a été daté à 284 +34/-27 ka, ce qui permet le calcul d'un taux maximum d'enfoncement depuis cette époque de 11.2 cm/ka. La proximité de l'Elder Bush Cave de la crête de la vallée suggère que son abandon a marqué le début de l'incision qui caractérise le système en gorges du Peak District, probablement engendré par un soulèvement ou un basculement épéirogé-nique.

Mots-clés : spéléothème, datation, speleothem, dating, paléomagnétisme, grotte, paleomagnetism, cave

Abstract

At the southern extremity of the Pennine Range in central England, Carboniferous Limestone is exposed and forms in part an uneven plateau deeply dissected by gorge-like river valleys (Dales). Analyses of uranium and thorium isotopes in calcite samples from thick flowstones within a high level relict cave remnant (Elder Bush Cave) indicated that the formations were beyond the range of the uranium-thorium dating technique (350 ka). 234U/238U isotope activity ratios approached unity, suggesting that the flowstones may have formed a considerable time before 350 ka. Palaeomagnetic samples taken from cores drilled through the flowstones showed the presence of both normally and reversely magnetized calcite. In some cases reversely magnetized layers overlie normally magnetized layers. This evidence, taken in conjunction with the uranium isotope data, is interpreted as indicating an Olduvai age (1.66-1.87 Ma) for some of the flowstone horizons. It is suggested that the cave became vadose by or soon after 2.0 Ma. The position of the cave near the valley rim enables an estimate to be made of the maximum rate at which the present valley has been excavated. This is calculated to be 5.5 cm/ka. Remnants of old valley floors preserved within the existing valley suggest that downcutting has not been a continuous process. Flowstone from a cave on one of the lower valley floor remnants (Darfur Ridge Cave) has been dated to 284 +34/-27 ka allowing a maximum downcutting rate since that time of 11.2 cm/ka. The proximity of Elder Bush Cave to the valley crest suggests that its abandonment marked the onset of the incision of the present system of dales that characterize the English Peak District, presumably initiated by epeirogenic uplift or tilting.

To cite this article

Peter Rowe, Timothy Austin & Timothy C. Atkinson, «The Quaternary evolution of the British South Pennines from uranium series and palaeomagnetic data», Annales de la Société géologique de Belgique [En ligne], Volume 111 (1988), Fascicule 1 (Sédimentologie karstique), 97-106 URL : https://popups.uliege.be:443/0037-9395/index.php?id=233.

About: Peter Rowe

School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich (U.K.)

About: Timothy Austin

School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich (U.K.)

About: Timothy C. Atkinson

School of Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich (U.K.)