GEOLOGICA CARPATHICA, 49, 4, BRATISLAVA, AUGUST 1998

297–300

MAIN FEATURES OF THE PRE-GOSAU PALEOKARST

IN THE BREZOVSKÉ KARPATY MTS.

(WESTERN CARPATHIANS, SLOVAKIA)

JURAJ ÈINÈURA

Geological Institute, Slovak Academy of Sciences, Dúbravská cesta 9, 842 26 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received March 17, 1998; accepted in revised form June 16, 1998)

Abstract: The considerable areal extent and great thickness of Middle/Upper Triassic carbonate sequences favourably

influenced the development of paleokarst during the Paleoalpine karst period in the Brezovské Karpaty Mts. Carbon-

ate formations provide data concerning the first-pre-Gosau-phase of the Paleoalpine karst period. Freshwater lime-

stones, bauxites, reddish ferrugineous silty clays, Valchov Conglomerate, shallow doline-like depressions and deeper

canyon-like forms represent the most important pre-Gosau karst sediments and forms.

Key words: Cretaceous, pre-Gosau paleokarst, doline- and canyon-like depressions, red clays, bauxites.

Introduction

The fundamental features of the nappe structure in the Cen-

tral  Western  Carpathians  originated  during  the  Cretaceous

(Plašienka 1997). The Paleoalpine (Uppermost Albian/Cen-

omanian-Senonian;  Roth  1970)  and  Mesoalpine  (Trümpy

1960)  or  Epipaleoalpine  development  (Èinèura  1990)

caused  subaerial  development  of  extensive  parts  of  the

Western  Carpathians  (Èinèura  1990;  Michalík  &  Èinèura

1992;  Èinèura  &  Köhler  1995).  Contributions  which  also

deal with older karst periods of the Alpine epoch started to

appear only during the last decade. Systematic research on

karst  phenomena  older  than  Neoalpine  features  (Miocene,

Pliocene) was initiated. The Paleoalpine karst period (karst

period and karst phase are used here in the sense of Bosák et

al. 1989) was defined as the longest and most important pa-

leokarst  period  in  the  Western  Carpathians  (Èinèura  1990;

Èinèura & Köhler 1995).

Relics  of  forms  and  sediments  belonging  to  Paleoalpine

karst  can  be  found  in  practically  all  Slovak  mountains  in

which Middle/Upper Triassic limestones and dolomites occur.

The karst of the Brezovské Karpaty Mts. (Fig. 1) has been

studied  for  more  than  five  decades.  The  Pannonian  (Upper-

most Miocene) and younger karstification was thought to be

the oldest karst phenomena until a short time ago. A summary

of previous contributions describing Pannonian and younger

karst forms was collected by Stankoviansky (1982).

A brief outline of geology with regard to paleokarst

The region of the Brezovské Karpaty Mts. is mostly com-

posed of Mesozoic units belonging to two individual cycles:

1. pre-Gosau (Triassic to Lower Cretaceous), and 2. Gosau

(Upper  Cretaceous).  The  marginal  parts  and  embayments

into the mountain consist of Neogene sediments.

Pre-Gosau  paleokarst  developed  on  Middle/Upper  Trias-

sic carbonate complexes of the Nedzov Nappe. Wetterstein

Dolomite (Ladinian to Kordevolian, 300 to 500 m thick) and

Hauptdolomite  (Carnian  to  Norian,  400  to  600  m  thick)

dominate  in  the  structure  of  the  mountain.  Owing  to  the

thickness and large extent of both dolomitic units in subsur-

face  and  nearsurface  of  the  mountains,  a  large  number  of

karst forms developed in them.

The Valchov conglomerates (Coniacian) as a basal unit of

the Brezová Group (Senonian; Samuel et al. 1980; Salaj et

al. 1987) represent the most important factor to distinguish

the pre-Gosau karst from other karst forms. The conglomer-

ates transgressively overlay karstified Upper Triassic lime-

stones and dolomites.

Pre-Gosau paleokarst

Sediments belonging to the Gosau cycle unconformably over-

lay the Hauptdolomite, Wetterstein Dolomite and other Middle

Triassic limestones. Therefore, it can be expected, that Jurassic

and  Lower  Cretaceous  carbonate  sequences  destroyed  by  the

pre-Gosau karst solution before the Senonian in numerous plac-

es were only several metres to several tens of metres thick (Fig.

2). This idea is supported, for example, by the occurrence of spi-

cules of sponges and radiolarians in red clayey or silty matrix of

Fig. 1. Orientation map.

298                                                                                                  ÈINÈURA

the Valchov conglomerates. Such occurrences can be interpreted

as insoluble residua of Jurassic radiolarian limestones and spong-

olites (Borza 1962; Èinèura 1997a). The first phases of the Pale-

oalpine karst period are recorded by this way in carbonate forma-

tions of the Brezovské Karpaty Mts.

The  following  karst  sediments  and  morphological  forms

belonging to pre-Gosau paleokarst can be distinguished: 1.

Freshwater limestones, 2. Boehmite-kaolinite bauxite, 3. Red

ferrugineous silty clays, 4. Valchov Conglomerate, 5. Shal-

low  doline-like  depression,  and  6.  Deeper  canyon-like  de-

pressions.

1. Occurrences of freshwater limestones have been known

in  the  Brezovské  Karpaty  Mts.  (Pustá  Ves  Formation,

Michalík  et  al.  1993).  Relatively  extensive  outcrops  N  of

Koèín village represent the most important site (Peržel 1964),

consisting  of  brown  to  chocolate  brown  thickly  bedded  to

massive limestones with abundant organic remnants (especial-

ly of algae). They overlay the Wetterstein Dolomite and can be

Fig. 2. Lithostratigraphic section of the Nedzov Nappe and the Senonian Gosau facies, A — modified after Salaj et al. (1987), and B —

present interpretation: 1—sandy shale, sandstones (Scythian), 2—Gutenstein Limestone (Anisian), 3—Steinalm Limestone (Anisian), 4—

Reifling Limestone (Ladinian), 5—Ramin Limestone (Ladinian), 6—Wetterstein Limestone (Anisian to Ladinian), 7—Wetterstein Dolo-

mite (Carnian), 8—Lunz Formation (Carnian), 9—Hauptolomite (Norian), 10—Dachtein Limestone (Rhaetian), 11—crinoidal limestones

(Liassic), 12—Oberalm and Barmstein Limestones (Malmian), 13—marls and clayey limestones (Lower Cretaceous), 14—gap (Barremi-

an  to  Turonian,  about  20  Ma),  15—freshwater  limestones  (?Turonian),  16—Valchov  Conglomerate  (Coniacian),  17—marls  and  sand-

stones (Santonian), 18—marls and sandstones (Campanian), 19—limestones and conglomerates (Maastrichtian), 20—boehmite-kaolinite

bauxite (Lower to ?middle Cretaceous).

MAIN FEATURES OF THE PRE-GOSAU PALEOKARST                                                        299

dated, most probably, to middle, or basal Upper Cretaceous

(?Turonian to Lower Coniacian; Salaj et al. 1987).

We  regard  them  (together  with  bauxites)  as  the  oldest

known karst sediments of the pre-Gosau paleokarst deposited

in  lacustrine  basins  developed  especially  on  the  surface  of

karstified  carbonate  complexes  (uvala-like  depressions?),

mostly on the Wetterstein Dolomite. Pebbles of such fresh-

water limestones were found in the Valchov conglomerates

in the nearby Myjavská pahorkatina Upland.

2. Red (probably lens-shaped?) boehmite-kaolinite bauxite

is relatively rare. It represents a new find of bauxite in Slova-

kia. Minerals (boehmite, kaolinite, chlorite) were detected by

X-ray analysis (Èinèura 1997b; Šucha, pers. comm). Bauxite

occurs in the bottoms of deeper canyon-like depressions un-

derlying the Valchov conglomerates, and represents the old-

est Paleoalpine karst sediments.

3.  Red  ferrugineous  silty  clays  often  fill  different  karst

cavities; sometimes they also compose the matrix of the Val-

chov conglomerates. The clay fraction consists of chlorite,

kaolinite, illite and illite/smectite (Šucha, pers. comm.), and

it  does  not  differ  substantially  from  the  materials  known

from adjacent areas (Èinèura 1997a).

4.  The  coarse-  and  medium-grained  Valchov  conglomer-

ates sometimes pass into breccias. The clasts are unsorted to

poorly-sorted, angular to semi-ovate, composed of different

limestones and dolomites of Triassic (60 to 75 %) and Juras-

sic age (25 to 30 %), and of some eruptive rocks (Salaj et al.

1987).  The  variable  matrix  is  formed  by  red  ferrugineous

clay and/or silty clay, or fine clasts of limestone, dolomite

and quartz.

5. Shallow, only several metres deep and 2 to 3 m wide do-

line-like  depressions  are  relatively  common  feature  in  the

Brezovské  Karpaty  Mts.  Such  depressions  and  different

kinds of fissures developed in dolomites and limestones are

sometimes  filled  with  red  ferrugineous  clays.  The  Valchov

conglomerates  represent  a  more  frequent  fill  (Fig.  3).  Their

matrix consists of red clay or other materials. It can be stated

without any doubt that such shallow doline-like depressions

are  older  than  the  basal  conglomerates  and  they  originated

during  the  pre-Gosau  paleokarst  phase  before  the  Senonian,

i.e. within the first phase of the Paleoalpine karst period.

6.  Deeper  depressions,  most  probably  of  canyon-like

shape, occur mostly in the NW part of the Brezovský Karst.

They are more or less, linear, but not strictly straight-lined.

They occur mostly on Hauptodolomites, less frequently on

Dachstein  limestones.  Their  width  on  the  surface  does  not

exceed a few tens of metres. The fill (bauxite, red ferrugine-

ous  silty  clays  and  Valchov  conglomerates)  indicates  their

pre-Gosau age.

Pre-Gosau paleogeography

Marine  deposition  in  the  region  of  the  present  Nedzov

Nappe ended with a 20 to 30 m thick sequence of Lower Cre-

taceous marls and clayey limestones, about 120 Ma (Salaj et

al. 1987).

Extensive  areas  of  the  Slovak  Western  Carpathians,  as

well as of the Austrian Northern Calcareous Alps and Hun-

Fig.  3.  Small  doline-like  depression  W  of  Brezová  pod  Bradlom

village: 1—Hauptdolomite, 2—Valchov Conglomerate, 3—debris.

garian Transdanubian Mid-Mountains were exposed to sub-

aerial  destruction  during  the  Turonian  to  Coniacian  before

the  transgression  of  the  Gosau  sea  (Bárdossy  &  Kordos

1989; Leiss 1989; Èinèura 1990).

Deeper,  probably  canyon-like  depressions  developed  be-

fore the Gosau transgression during the middle Cretaceous

indicating  intensive  entrenchment  of  karst  streams.  „Pre-

bauxitic  material“—ferrugineous  silty  clay—successively

accumulated on the bottom of depressions. The material was

derived from weathering crusts on crystalline basements and

transported  by  wind  during  the  dry  climatic  season  or  by

floods during the wet period. Deep karst depressions repre-

sented traps with the physico-chemical conditions necessary

for the bauxitization of ferrugineous silty clays and the origin

of boehmite-kaolinite bauxites (cf. Èinèura 1997b).

Karst solution in the pre-Gosau phase destroyed thickness-

es of several metres to several tens of metres of limestones,

especially of Jurassic age, in some places. Different shallow

doline- or uvala-like depressions were later formed on Wet-

terstein dolomites. Their bottoms were flooded during heavy

precipitation.  Intermittent  lakes  originated  with  the  growth

of  freshwater  algae  which  contributed  to  the  deposition  of

freshwater limestones.

The character of the pre-Gosau karstification reflected the

position of theWest-Carpathian realm encircled by tropical or

subequatorial waters of the Tethys Ocean during the middle

Cretaceous (Èinèura 1987). The pre-Gosau karstification in

the  Brezovské  Karpaty  Mts.  probably,  represents  the  first

manifestation of the Paleoalpine karst period; in other seg-

ments of the Western Carpathians it started later. The phase

was interrupted by the transgression of the Gosau sea after

about 20 Ma. The basal transgressive units (Valchov Con-

300                                                                                                  ÈINÈURA

glomerate) unconformably covered and buried paleokarst mor-

phology and sediments.

Post-Gosau karst evolution

Sediments of the gradually deepening and differentiating

Gosau  sea  buried  and  conserved  morphological  forms  and

sediments of the pre-Gosau karst of the Brezovské Karpaty

Mts. Paleokarst features were buried under a thick sequence

of marine sediments at the end of Paleogene.

The  fact  that  Upper  Cretaceous  sandstones  also  occur  in

Eggenburgian basal conglomerates indicates, that substantial

parts  of  the  pre-Gosau  paleokarst  were  covered  by  Gosau

sediments  at  the  beginning  of  the  Miocene.  A  significant

karstification phase probably developed only during the Ott-

nangian before the deposition of the Jablonica conglomerates

(Karpatian).  Some  parts  of  the  pre-Gosau  karst  were  ex-

humed at this time and exposed to a new karstification. Nev-

ertheless, clasts of Cretaceous sandstones are still present in

the  Jablonica  Conglomerate  (Kováè  1985).  The  Brezovské

Karpaty Mts. have been a part of the West-Carpathian main-

land since the Karpatian. The exhumation of pre-Gosau karst

was  probably  completed  and  new  forms  and  sediments  be-

longing to the Neoalpine karst period developed.

Conclusions

1. Freshwater limestones (?Turonian to Coniacian), togeth-

er with bauxites, are thought to be the oldest known karst sed-

iments of the pre-Gosau paleokarst. They were deposited in

lacustrine basins developed especially on the surface of car-

bonate complexes. Limestone fragments occur in the Conia-

cian Valchov conglomerates.

2. Shallow paleokarst depressions filled with the Valchov

conglomerates, are older than their fill and originated during

the Paleoalpine karst period.

3.  Deep  karst  depressions  with  occurrences  of  boehmite-

kaolinite bauxite represent the oldest morphological forms of

the pre-Gosau age.

4.  The  Brezovské  Karpaty  Mts.  have  been  a  part  of  the

West-Carpathian mainland since the Karpatian. The exhuma-

tion of pre-Gosau paleokarst practically finished at that time,

and new karst forms and sediments of the Neoalpine karst pe-

riods started to develop.

Acknowledgements: The contribution was supported by the

Common Scientific Grant Agency of the Ministry of Educa-

tion of the Slovak Republic and the Slovak Academy of Sci-

ences (Project No. 4079). The composition of the clay miner-

als  (boehmite,  kaolinite,  chlorite)  was  analysed  by  Dr.  V.

Šucha from Comenius University (Mineralogy) and by Dr. L.

Puškelová from the Geological Institute of the Slovak Acad.

Sci., Bratislava (X-ray diffraction). The author would like to

give special thanks to Dr. Bosák for critical reading and valu-

able comment on this paper.

References

Bárdossy A. & Kordos L., 1989: Paleokarst of Hungary. In: Bosák

P. (Ed.): Paleokarst. A systematic and regional review, Aca-

demia-Elsevier, Prague-Amsterdam, 137–153.

Borza K., 1962: Petrographical research of pebbles of sedimentary

rocks  in  Cretaceous  and  Paleogene  conglomerates  in  Br-

ezovské pohorie Mts. and Myjavská pahorkatina. Geol. Sbor.

Slov. Akad. Vied, 13, 2, 241–256 (in Slovak).

Bosák P., Ford D.C. & Glazek J., 1989: Terminology. In: Bosák P.,

Ford D.C., Glazek J. & Horáèek I.(Eds.): Paleokarst.  A sys-

tematic and regional review, Academia-Elsevier, Prague-Am-

sterdam, 25–32.

Èinèura J., 1987: Climate dynamics in the beginning of neoid geo-

morphologic stage in the West Carpathians. Geol. Zbor. Geol.

Carpath., 38, 5, 601–614.

Èinèura J., 1990: Characteristic features of Paleoalpine and Epipa-

leoalpine  landmass  of  the  West  Carpathians.  Geol.  Zbor.

Geol. Carpath., 41, 1, 29–38.

Èinèura J., 1997a: Herkunft und Entstehung vorgosauischer Rotle-

hme im Nordteil der Kleinen Karpaten (Slowakei). Zbl. Geol.

Paläont. I, 5/6, 387–395.

Èinèura J., 1997b: A new bauxite occurrence in Slovakia — north-

ern part of the Malé Karpaty Mts., preliminary report. Abstr.

Pap., ALEWECA.

Èinèura  J.  &  Köhler  E.,  1995:  Paleoalpine  karstification  —  the

longest paleokarst period in the Western Carpathians, Slova-

kia. Geol. Carpathica, 46, 6, 343–347.

Kováè  M.,  1985:  Origin  of  Jablonica  formation  conglomerates  in  the

light of pebble analysis. Geol. Zbor. Geol. Carpath., 36, 1, 95–105.

Leiss  O.,  1989:  Der  Bauxit  und  die  lateritisch-bauxitischen

Ablagerungen  der  Tiefen  Gosau  (Turon/Coniac)  in  den

Nördlichen Kalkalpen. Z. Dtsch. Geol. Gesell., 140, 137–150.

Michalík J., Mišík M., Jablonský J., Pivko D., Reháková D., Soták

J. & Sýkora M., 1993: Cretaceous and Paleogene paleogeog-

raphy  and  geodynamics  of  the  Alpine-Carpathian-Pannonian

region.  Late  Cretaceous  in  the  western  part  of  West  Car-

pathians.  Guide  to  fiel  workshop,  2nd  meeting,  October  6-

10th, 1993 Bratislava, 1–79.

Peržel  M.,  1964:  New  knowledge  about  the  stratigraphy  of  Choè

nappe in Malé Karpaty Mts. Geol. Práce, Spr., 38, 87–97.

Plašienka  D.,  1997:  Cretaceous  tectonochronology  of  the  Central

Western Carpathians, Slovakia. Geol. Carpathica, 48, 99–111.

Roth Z., 1980: Western Carpathians — Tertiary structure of Mid-

dle Europe. ÚÚG, Prague, 1–28 (in Czech).

Salaj J., Began A., Hanáèek J., Mello J., Kullmann E., Èechová A.

& Šucha P., 1987: Explanations to the geological map of My-

javská  pahorkatina,  Brezovské  and  Èachtické  Karpaty  Mts.

GÚDŠ, 1–181 (in Slovak).

Samuel O., Salaj J. & Began A., 1980: Litostratigraphy of Upper

Cretaceous and Paleogene sediments of Myjavská pahorkati-

na. Západ. Karpaty, Sér. Geol., 6, 81–111 (in Slovak).

Stankoviansky M., 1982: Geomorphology of karst terrains in Malé

Karpaty  Mts.  Geomorfol.  konference,  Univerzita  Karlova,

233–242 (in Slovak).

 Trümpy R., 1960: Paleotectonic evolution of Central and Western

Alps. Geol. Soc. Amer. Bull., 71, 843–908.