background image
























Faculty of Forestry, Technical University Zvolen, Masarykova 24, 960 53 Zvolen, Slovak Republic


Geological Survey of Slovak Republic, Mlynská dolina 1, 817 04 Bratislava, Slovak Republic


Geophysical Institute of  the Slovak Academy of Sciences, Dúbravská  cesta 9, 842 28 Bratislava, Slovak Republic


Geomagnetic Observatory GPI SAS Hurbanovo, Komáròanská 107,  947 01 Hurbanovo, Slovak Republic


Institute of Nuclear Research of the Hungarian Academy of Sciences, H-4026 Debrecen, Bem tér 18/c, Hungary


Faculty of Science, Commenius University, Mlynská dolina, 842 15 Bratislava, Slovak Republic

(Manuscript received May 3, 1999; accepted in revised form December 8, 1999)

Abstract: The accumulation of vertebrate mostly mammal skeleton fragments in the “Bone Valley”  at Hajnáèka — a

type locality of the European Neogene Mammal time-scale, zone MN 16 and/or subzone MN 16a came into existence

in  a  lake  with  water  influx  and  outlet.  After  cessation  of  the  phreatomagmatic  eruptions  responsible  for  the  maar

creation, the maar was filled by the finely laminated sediments. The domatic rise of the Cerová vrchovina Upland

motivated the erosional destruction of any relatively soft relief protuberance. The ring of the maar was partly de-

stroyed  and  the  sedimentary  maar  fill  was  swept  out.  Later  on  the  emptied  maar  was  filled  by  water.  In  the  lake

originated  in  this  way  sandy  sediments  and  tuff  were  deposited  together  with  the  bones  of  mammals,  killed  by

postvolcanic gas emanations, or tephra fall, when the animals drank the water of the lake. The age of the subzone MN

16a is 2.8–3.3 Ma BP (Fejfar & Heinrich 1987). The subzone corresponds to the middle part of the chron C2An. The

maar originated earlier in the early period of the same chron, because the tuff has a normal magnetic polarity. It could

not be generated before 3.55 Ma BP — that is the numerical age of the chron C2An/C2Ar, because the chron C2Ar

lasting 0.6 Ma (3.55–4.15 Ma BP) was a period of the reverse polarity of the Earth’s magnetic field. From the com-

parison of the age of the bone accumulation in the Hajnáèka maar and the basalt lava flows of the Cerová Basalt Fm.

it follows that effusive activity acted before both phases of the maar creation and its filling as well as after it.

Key words: Villafranchian, Southern Slovakia, Cerová Basalt Fm., Hajnáèka, subzone MN 16a, maar, remanent magnetism,

Neogene Mammalia.


The  Hajnáèka  Site  —  the  finding  place  of  the  vertebrate

mostly mammal bones in the so-called “Bone Gorge” is one

of the type localities of the European Neogene Mammal time

scale  zone MN 16 (Mein 1975). The bones or skeleton frag-

ments are inside a small basalt maar. The maar originated by

the volcanic activity of the Cerová Basalt Formation (Vass &

Kraus 1985). The Formation extends over the Cerová vrcho-

vina Upland of Southern Slovakia (Fig. 1) and the Cserhát

Upland of Northern Hungary. In Hungary the Formation is

known  under  the  name  Salgóvár  Basalt  Formation.  The

Cerová vrchovina Upland and the Cserhát Upland represent

one geographical unit divided by the Hungarian/Slovak Re-

public  state  boundary.  The  Cerová  Basalt  Formation  is

Pliocene–Quaternary in age. The radiometric ages of the ba-

salts vary from 5.03 to 1.16 Ma (Table 1). The Formation is

built  up  of  cinder  cones,  lava  flows,  necks,  diatrems  and

maars. In consequence of young updoming of the Cerová vr-

chovina Upland (Vass et al. 1986) and intensive erosive de-

struction  of  the  basalt  volcanics  particularly  the  volcanic

chimneys, necks and dykes have been exhumed. As a conse-

quence of erosional relief inversion, lava flows originally sit-

uated in river valleys are now on top of flat hills. The maars

have been partly destroyed and their soft sedimentary fill has

been swept out by erosion.

As a result of finds of mammalian skeleton fragments the

“Bone Gorge” at  Hajnáèka attracted the attention of scien-

tists from the mid 19th century. The first mentions of the site

in scientific literature are in the papers of Szabó (1861, 1865)

and Krenner (1867). Schafarzik (1899) speculated about the

site’s origin. In 1915, Kormos collected bones at the site and

published his findings in 1917. New systematic collections

of bones at the site continued after the Second World War.

Špinár & Hokø (fide Fejfar 1964) were the first, but intensive

excavations in the “Bone Gorge” were realized by Fejfar in

1956–1957 and the results published in a comprehensive pa-

per (1964). He came back to the site several times publishing

some  new  data,  which  resulted  from  reexamination  of  the

bone findings or data concerning the biostratigraphic correla-

tion and zonation. Fejfar described his excavations very pre-

cisely, and we also use his description of the maar fill in this

paper.  The  latest  campaign  of  bone  collection  and  excava-

tions started in 1996 in framework of the project: “Expedi-

tion Hajnáèka 1996–2000”, with continuation in the project

“HAJNÁÈKA  1998–2000”  Hajnáèka  1998–2000,  realized

by the Faculty of Natural Sciences of the Comenius Univer-

sity,  Bratislava  (Sabol,  responsible  scientist).  Convenor  of

background image

70                                                                                             VASS  et  al.

the project is the Gemer-Malohont Museum in Rimavská So-

bota. New pits were excavated at the site in the summer of

1998. These pits have been visited by the authors of this paper.

Fig. 1. Relicts of the Cerová Basalt Formation in Southern Slovakia. 1 — lava flow, 2 — scoria cone, 3 — agglomerate, 4 — lapilli tuff, 5

— maar, 6 — eruptive centres: a — diatreme, b — lava neck, c — extrusion, d — dyke, 7 — Belina Member: fluviatile deposits (gravel,

sand, clay) immediately beneath the lava flows, 8 — pre-basalt rocks undivided, 9 — contour of updoming, 10 — local elevation (intru-

sions of andesite with garnet), 11 — lava flow direction, 12 — state boundary, 13 — “Bone Gorge” maar at Hajnáèka.

Table  1:  Radiometric  ages  of  some  lava  flows  and/or  dykes—

Cerová Basalt Formation, Southern Slovakia.






Dunivá Hora Hill


1.32 ± 0.1;


lava flow

1.42 ± 0.31 – 1.46 ± 0.15


lava flow

1.22 ± 0.36

Konrádovce Quarry

lava flow

1.51 ± 0.2; 1.02 ± 0.2

Ve¾ké Dravce Quarry

- " -

1.27 ± 0.15


- " -

1.29 ± 0.34; 1.16 ± 0.3


- " -

1.73 ± 0.1

Bulhary Quarry

- " -

1.47 ± 0.31

Fi¾akovské Kováèe Quarry

- " -

2.15 ± 0.13; 2.30 ± 0.47

Trebe¾ovce Quarry

- " -

2.59 ± 0.12

Rátka Quarry

- " -

1.93 ± 0.23

Šid Quarry

- " -

1.94 ± 0.16

Maèacia Quarry

- " -

1.87 ± 0.1

Hajnáèka, Castle Hill


2.60 ± 0.23; 2.87 ± 0.33

"Bone Gorge" at Hajnáèka

2.80 – 3.30 (indirect dating)

Steblová skala Hill

lava flow

4.63 ± 0.2

Belinský vrch Hill

- " -

4.76 ± 0.4

Somoška, Castle Hill

- " -

4.08 ± 0.03

Pohanský vrch Hill

lava plateau

5.03 ± 0.26; 4.7 ± 0.31

The excavation pits were numbered by their excavators and

the numbers are expressed as fractions. The denominator in

fractions indicates the year when the pit was excavated. We re-

fer to these numbers in some figures as well as in the text.

Methods of investigation

Searching  for  the  environment  and  the  conditions  of  the

mammal bone accumulation at the “Bone Gorge” site near the

village of Hajnáèka (the name was given to the gorge because

of  plentiful  bones  findings),  we  have  reinterpreted  data  ob-

tained by Fejfar when he collected bones in the 50-ties, ex-

ploiting his precise graphical documentation and the explana-

tory text in his monograph (Fejfar 1964). We have also carried

out a lithological study of the outcrops and new pits. New pits

have been dug in the framework of the “Hajnáèka 1998–2000”

project. We have reevaluated the shallow well HJ-1 sunk in

the 80-ties during geological mapping in the area. Palinologi-

cal methods have been used to make clear what kind of paleo-

microorganisms are found in a fine laminated rock fragment

from  the  secondary  maar  fill,  and  to  explain  its  origin.  The

rock was macerated in HF and the pollen grains were separat-

ed in heavy liquid of 2



background image

   ORIGIN  OF  THE  VERTEBRATE  BONE  ACCUMULATION  AT  HAJNÁÈKA                                    71

The basalt  tuff of the maar  ring relict outcropping in the

field  road  cut  (Fig.  2)  underwent  paleomagnetic  investiga-

tion.  Four  samples  were  taken  numbered  from  1H  to  4H.

For  the  laboratory  measurements  only  two  of  them  were

suitable (2H and 3H). The measured samples were divided

into 12 pieces. They underwent  the thermal magnetic clean-

ing in the Paleomagnetic Laboratory of the Slovak Acade-

my of Sciences, Geophysical Institute (GPI SAS), using the

MAVACS  equipment  for  the  demagnetization  and  spinner

magnetometer JR 5 to measure the remanent magnetic po-

larization. After each step of demagnetization the magnetic

volume susceptibility was measured on 


-bridge KL 4. All

equipment used was produced by Geofyzika Brno. For de-

magnetization the thermal step of 30 °C was used.

In the area of the maar “Bone Gorge” and its near vicinity

four  geomagnetic  sections  have  been  measured.  Two  of

them (PF 1, PF 2) were measured by the proton magnetome-

ter  PMG  1,  operated  by  Geospektrum  Bratislava  (Vrubel

1998). Four other section (1–1', 2–2', 3–3', 4–4') have been

measured by proton magnetometer  EDA and measurements

were carried out by GPI SAS, branch in Hurbanovo.

For  making  clear  the  age  relationship  between  the  maar

studied and other volcanic products of the Cerová Basalt For-

mation,  especially  the  basalt  lava  flows,  the  older,  already

published as well as some new previously unpublished radio-

metric K/Ar ages were used.

Lithological and sedimentological characteristics

of the “Bone Gorge” maar  at Hajnáèka

The “Bone Gorge” maar  is situated SE of the village of

Hajnáèka. The maar centre is 1200 m SE of  Hajnáèka Cas-

Fig. 2. Geological scheme (partly reconstruction) of “Bone Gorge”

maar at Hajnáèka. 1 — alluvial deposits (Quarternary), 2 — relict of

lava flow on the top of Matraè Hill, 3 — diatreme of Castle Hill in

Hajnáèka with ruins of a castle on the top, 4 — relicts of the “Bone

Gorge” maar: a — tuffaceous sand  at the maar margin, b — second-

ary maar filling — sand with mammal skeleton fragments, 5 — fria-

ble sandstone of the Fi¾akovo Formation (Eggenburgian), 6 — well

HJ-1,  7  —  geomagnetic  cross-sections,  8  —  geological  cross-sec-

tion, 9 — sampling site for paleomagnetism.

Fig.  3.  Sketch  showing  the  situation  of  the  pits  in  the  “Bone

Gorge” mentioned in the paper.

Fig. 4. Northern margin of the maar outcroping in the field road cut.

1 — blocks of Fi¾akovo Formation sandstones (a) and of tuffaceous

sandstones (b) chaotically distributed in sandy matrix, 2 — bedded

tuffaceous sandstone and siltstone.

background image

72                                                                                             VASS  et  al.

tle Hill with ruins of a medieval castle on the top (Fig. 2).

The hill is a basalt volcanic chimney, a diatreme exhumed

by erosion. The maar itself is not expressed in the relief of

the country. Its original form has been wiped out by the ero-

sional  processes  and  it  is  almost  completely  covered  by

young Quaternary  deposits and weathering  products.

The lithology of maar ring was described in some pits and

outcrops. In the field road-cut at the northern margin of the

maar  there  is  a  layer  of  tuff  with  fragments  and  blocks  of

sandstone  of  diverse  grain-size  including  Eggenburgian

sandstone chaotically distributed in a sandy matrix (Fig. 4).

The layer has signs of explosive disturbance and it is a transi-

tion to the diatreme. The layer is covered by the  brown, bed-

ded tuffaceous sandstone and siltstone inclining 35°–40° to

the SE, that is to the centre of the maar (Fig. 4). The rocks

are disturbed by slumps, synsedimentary faults and by water

escape  structures.  These  sedimentary  features  testify  to

phreatomagmatics  eruptions.  The  tephra  and  volcanic  ash

saturated by water after their deposition were unstable and

on the slope of the maar ring they slid down.

More complete sections were available in two pits excavat-

ed in the years 1956 and 1957  (pits 14/57 and 15/56, Fig. 3).

In one of them (pit 15/56, Fig. 5) at the depth of 10.4 m the

pre-volcanic  basement  rock  a  friable  sandstone  of  the

Fi¾akovo Formation (Eggenburgian in age) was reached. Both

pits  well  have  shown  that  the  lower  part  of  the  ring  is  pre-

dominantly  formed  by  blocks  of  basement  sandstone

drowned in a sandy matrix. This rock stuff was disintegrated,

shot  up  and  again  deposited  by  the  first  phreatomagmatic

eruptions. Layers of tuffaceous sand with basaltic lapilli and/

or silty basalt tuff are present sporadically. Some sedimentary

structures and bedding disturbances are synsedimentary slid-

ing features. The upper part of the ring is built up of bedded

lapilli  tuff.  Finer  and  coarser  layers  alternate  (Fig.  5).  The

lower portion of the ring crops out in a small outcrop at the

western maar margin, at the entrance to the “Bone Gorge”.

The recent inner filling of the maar was studied in the pits

dug in the “Bone Gorge” itself. The deepest portion of maar

Fig.  5.  Section  through  the  ring  of  the  “Bone  Gorge”  maar  at

Hajnáèka. In the upper half of the ring section volcanic material is

dominant. In the lower half sandy material desintegrated by the ex-

plosion  and  blocks  of  Eggenburgian  sandstone  (maar  basement)

prevail. Pit No. 15/56 (situation see Fig. 2). 1 — loam, 2 — grey,

grey-brown bedded lapilli tuff alternating with layers of tuffaceous

siltstone  and  sandstone,  3  —  light  grey  bedded  lapilli  tuff  with

coarser  layers  containing  rusty  limonitic  intercalation,  4  —  coarse

greenish, dark-grey lapilli tuff with xenoliths of Fi¾akovo Formation

(Eggenburgian) sandstone, note sharp base against the underlaying

rocks, 5 — rusty-brown sands, in the upper part with lences of grey

lapilli tuff, 6 — rusty-brown, fine tuffaceous sand with small limo-

nitic  concretions,  7  —  sand,  8  —  light,  greyish-brown  fine  sand,

9— rusty-brown fine sand with numerous lapilli, 10 — light rusty-

brown, rusty banded (Liesegang circles?) friable sandstone, a block

resting unconformably on the basement, 11 — the basement of the

ring:  light  yellowish-brown  slightly  calcareous  micaceous  friable

sandstone  of  the  Fi¾akovo  Formation  (Eggenburgian).  Lithological

description and drawing according to Fejfar (1964).

background image

   ORIGIN  OF  THE  VERTEBRATE  BONE  ACCUMULATION  AT  HAJNÁÈKA                                    73

Fig.  6.  The  secondary  chaotic  fill  of  the  “Bone  Gorge”  maar  at

Hajnáèka with mammal bones. Note the slump bodies. Pit No. 3/56

(situation see Fig. 2). 1 — loam, 2 — rusty-brown clayey sand, 3

— the same as 2 with basalt boulders, 4 — light-brown fine sand,

5  —  light  brownish-grey  bedded  slightly  calcareous  tuffaceous

sand,  6  —  dark-grey  coarse  lapilli  tuff  with  xenoliths  of  baked

sandstone,  7  —  light  brownish-grey  bedded  fine  sand,  the  lower

part is unbedded rusty-brown sand with the mammal skeleton frag-

ments and with blocks of friable sandstone of Fi¾akovo Formation

(Eggenburgian), 8 —  light-grey fine sand with small fragments of

sandstones as in 7, 9 — rusty-brown bedded fine tuffaceous friable

sandstone/siltstone. According to Fejfar (1964).

Fig. 7. Secondary chaotic fill of the “Bone Gorge” maar at Hajnáè-

ka  with  a block  of  laminated  rock  —  a fragment  of  the  primary

maar fill. Pit No. 5/98, situation see Fig. 2.

Fig. 8. Slumpballs and lenses of tuffaceous sandstone (2) in fine-

grained re-deposited sand (1).

Fig.  9.  Diluvial-proluvial  deposit  with  fragments  of  basalt  (2)

formed by erosional activity during the destruction of the original

maar. They are laying on the prevolcanic basement (1), i.e. on the

Fi¾akovo  Fm.  sandstone  (Eggenburgian).  Outcrop  on  the  western

margin of the maar.

fill is the bedded, undisturbed basalt tuff. Certainly the erosion

did not sweep out the basal portion of the original maar filling.

The  upper  portion  of  the  fill  has  a  chaotic  structure.  Loose

sand  and/or  clayey  sand  of  disintegrated  sandstone  of  the

Fi¾akovo Formation prevails. There were sporadical findings

of shark teeth also redeposited from the Fi¾akovo Formation

(Fejfar 1964). In the loose sandy rock there is some admixture

of  basalt  volcanic  material.  The  sand  is  poorly  bedded.  It

forms lenticular bodies. The textural features testify to deposi-

tion by water currents in a drained lake. In the sand there are

layers, lenses and/or blocks of the lapilli tuff, basalt fragments,

fragments of Eggenburgian sandstone with a rim of thermal al-

ternation. The chaotic structure of maar fill is the result of epi-

genetic sliding. Fejfar (1964) described several sliding bodies

in the pits during his excavation in “Bone Gorge” (Fig. 6). The

chaotic maar fill contains abundant autochthonous findings of

mammal bones. Isolated bone fragments in allochthonous po-

sition were found in sandy loam covering the chaotic maar fill

(layer 2 in the pit 3/56, Fig. 6).

Similar lithology was found in the middle of the maar in

the pits trenched in 1998. There is fine-grained, friable gray-

green, sorted and bedded tuffaceous sandstone and/or sand

inclined 20° to SE. Blocks of calcified laminated sediment

are  frequent.  A  50


50  cm  block  of  this  kind  of  rock  was

found in the pit 5/98 (Fig. 7). Fragments and blocks of lami-

background image

74                                                                                             VASS  et  al.

nated sediment are redeposited remnants of the primary maar

filling  originated  in  eutrophic  lake  conditions.  The  slump

balls  and  lenses  of  tuffaceous  sandstone  are  occasionally

present. They come from the inner ring slope and underwent

erosional  destruction  (Fig.  8).  Tuffaceous  sand  and  friable

sandstone come from the slopes of the cauldron-like depres-

sion  incised  in  pre-volcanic  sandstone.  Sedimentary  struc-

tures  are  of  fluvial  and/or  drained  lake  origin.  These  sedi-

ments  are  younger  than  the  primary  maar  filling.  They

represent  the  secondary  fill  and  they  contain  the  mammal

bones and skeleton fragments.

At the western outer margin of the maar the deluvial-pro-

luvial deposit with fragments of basalt plates crops out (Fig.

9). It shows the depth of the erosion.

The geological structure of the maar was made clear by re-

examination of a well HJ-1 drilled in the 1980s at the eastern

maar margin (see Fig. 2). The upper portion of the well core is

formed by fine-grained sandy tuffaceous rock (Fig. 10) inter-

bedded by gray to white-gray siltstone with fine sandy lami-

nae  1  mm  thick.  Siltstone  is  often  deformed  by  the  load  of

sandy layer (Fig. 11). The well core contains bodies of  mas-

sive friable sandstone with fragments of siltstone and porous

basalt (till 0.8 cm). These rocks prove that slumping move-

ments  occurred.  Locally  the  sandy  rock  is  surrounded  by

whirled and sludged siltstone (Fig. 12). In some intervals the

well  core  is  penetrated  by  the  basalt  breccia  with  strongly

and/or  extremely  foamy  cinder  fragments  of  irregular  shape

(Fig. 13). At the contact of the breccia with the deposits, they

are destroyed, crushed and/or surrounded by the breccia.

The basalt breccia in the well belongs to the feeding sys-

tem of the diatreme below the maar structure. Beneath the

depth 31.50 m the well penetrated the marginal part of the

maar filling into the pre-volcanic rocks — sandstone of the

Fi¾akovo Formation Eggenburgian in age (Fig. 10).

Fig. 10. Schematic section of the well HJ-1. a — loam, b — tuf-

faceous deposits with interbedded siltstone and fragments of fine-

grained deposit, c — breccia with fragments of porous basalt, d —

friable sandstone of Fi¾akovo Fm. (Eggenburgian).

Fig. 11. Load cast structures: tuffaceous sandstone (1) loaded onto

tuffaceous siltstone (2).

Fig. 12. Inclusion of the tuffaceous sandstone (1) and sandstones

(2) in tuffaceous matrix (3).

Fig. 13. Interfingering of the basalt breccia (2) into the maar fill-

ing (1). Detail from the well HJ-1 core.

background image

   ORIGIN  OF  THE  VERTEBRATE  BONE  ACCUMULATION  AT  HAJNÁÈKA                                    75

The establishment of the maar’s shape and its geological

structure was enabled by the magnetometric lines. The maar

filling  is  magnetically  harder  than  the  surrounding  Eggen-

burgian deposits. The higest intensity of the magnetic field

measured at lines 1–1', 2–2', 3–3' and 4–4' (Fig. 1,  Fig. 14),

represents  the maar’s center. In the line 1–1' it is the section

from 50 to 350 m. The elevated magnetic curve reflects the

buried magnetic rocks of the diatreme. To both ends of this

line the magnetic effect decreases.

The remnants of the maar ring are formed by magnetically

harder rock, such as basalt tuff. In such rocks the measured

magnetic effect is again higher and in the magnetic curve is

represented  by  the  local  maximum  on  the  line  1–1’at  the

point 370 m. From this point the magnetic curve is defini-

tively flattened. The line 2–2' is perpendicular, or oblique to

the line 1–1'. The measurements started in the sedimentary

environment and magnetic curve up to points 80–100 m is

flat. The latter line crosses the ring remnants, the presence of

which was verified by pit 14/57 (Fig. 2). Line 2–2' ends im-

mediately after the crossing with the line 1–1'. Rising of the

magnetic  field  corresponds  to  the  growth  of  magnetically

harder rocks in the basalt tuff. The major part of  the line 2–

2' crosses in an oblique direction the marginal portion of the

maar. The profiles 3–3' and  4–4' start in the maar and cross

the maar ring in the 250–300 m and 175–225 m  respectively

(Fig. 2, Fig. 14).

Magnetic  measurements  on  the  maar  were  also  done  by

Geospektrum  Co.  (Vrubel  1998)  along  two  lines  PF-1  and

PF-2 (Fig. 15). The results are conformable with the results

of  the  1–1',  2–2'  lines.  The  line  PF-2  passes  through  the

maar and the elevated part of the magnetic curve reflects in-

ner structure of the maar  with diatreme in its centre (section

from 260 to 610 m). The line PF-1 follows the maar margin.

The magnetic intensity of the first half of the line is lower. At

the point 130 m the line enters the maar filling and the mag-

netic intensity rises.

The results of the magnetic measurements have been used

for the geological reconstructions of the maar as it is shown on

Fig. 2.

Reconstruction of maar’s shape and its evolution

On  the  basis  of  natural  outcrops,  the  HJ-1  well  and  the

magnetic measurements it is possible to summarize the evo-

lution at the “Bone Gorge” maar as follows:

At the beginning a dishlike or funnellike depression was cre-

ated by resolute phreatic explosions. Its base was approx. 150

Fig. 14. Geomagnetic cross-sections 1–1’, 2–2’, 3–3’ and  4–4’ (the positions see Fig. 2). The values are corrected  according to the Geo-

magnetic Observatory GPI SAS Hurbanovo.

background image

76                                                                                             VASS  et  al.

m below the surrounding relief. The base of lava flow erosional

remnant on the top of the Matraè Hill is 380 m above sea level.

The phreatic explosions (predominantly gaseous and steam ex-

plosions)  brought  to  the  surface  sandy  material  coming  from

disintegrated Eggenburgian sandstone. This material was depos-

ited on the bottom of the depression as sand, unconsolidated or

consolidated by calcification (CO


 emanation). A deposit of this

kind was described by Fejfar (1964) from the trenched pits. It

directly overlays the Eggenburgian sandstone of the pre-volca-

nic basement. Later on the ring surrounding the maar was built

up by phreatomagmatic eruptions (explosions with pyroclastic

material). The transition to the phreatomagmatic activity is indi-

cated by the presence of breccia in well HJ-1 disintegrated dur-

ing its rise to the surface. The tephra loaded during the explo-

sions  on  the  inner  side  of  the  ring  saturated  by  water  was

unstable,  underwent  gravitational  sliding  and  was  replaced

down  the  slope.  The  sliding  could  be  initiated  by  the  earth-

quakes  associated  with  the  repeated  eruptions.  During  the

breaks in volcanic activity in the centre of the maar the fine-

grained maar lake deposits originated.

In the pit 5/98 a block of fine laminated rock was found.

Thin (0.1–0.3 mm) pelitic laminae alternate with sandy ones

(0.5 mm thick). The pelitic laminae are often rich in palynor-

ests (pollen, spores and algae). The scarcely identified one-

cell algae show dominant abundance (75–80 %) in the whole

palyno-assemblage. We can propose that they belong to the

heterotrophic cysts of the peridinioid dinoflagellates like Pe-

ridiniopsis borelinense (Lemmernann) Bourrely, Peridiniop-

sis spp., Selenopempyx sp. The  Halodinium sp. rarely, and

incerte sedis algae — Leiosphaera sp. and Cyclopsiella sp.

are observed in the algae association too. Similar algae in-

habit eutrophic lakes and pools and live in similar environ-

ments in recent Europe (Popovský & Pfiester 1990). In ac-

cordance with the data mentioned above we can suppose that

the rocks which have been found in the secondary maar fill

originated in the primary maar lake, with a eutrophic charac-

ter, like many other maar pools.

A lot of arctotertiary geofloral elements, such as Abiespolle-

nites sp., Piceapollis sp., Sciadopytispollenites sp., Tsugaepol-

lenites sp., Pinuspollenites sp., less Caryapollenites simplex,

and Acer type have been identified in the palinospectrum of

the sample. They belong to the coniferous with bisacate (Pi-

nus, Picea, Abies) or monosacate (Tsuga) pollen. Saccate pol-

len are characterized by long fly distance from their place of

Fig. 15. Geomagnetic cross-sections PF-1,  PF-2 (Vrubel 1998).

background image

   ORIGIN  OF  THE  VERTEBRATE  BONE  ACCUMULATION  AT  HAJNÁÈKA                                    77

origin.  Because  saccate  pollen  highly  prevail  in  the  studied

material (90 %), with angiosperms occurring only sporadical-

ly, we can suppose that the original flora was placed at a long

distance from the lake shore. After dividing the flora into two

groups to A1-group Sciadopytispollenites sp., Tsugaepollenites

sp., Pinuspollenites sp., Caryapollenites simplex, Acer type and

to A2-group Abiespollenites sp. and Piceapollis sp. the climatic

character of the outpost is clearly visible. Dominance of the A1-

group members documents a  temperate climate. A dry substra-

tum with mostly coniferous vesture in the long distance from the

pool shore is documented by the high amount of saccate pollen.

After cessation  of basalt maar volcanic activity the ero-

sional  destruction  and  denudation  of  the  maar  began.  The

maar ring was strongly eroded. Only remnants of the inner

ring  slopes  at  the  margin  of  the  maar  depression  are  pre-

served (Fig. 20). The western part of the maar was opened by

erosion and the primary soft maar filling, that is the laminat-

ed deposit of the eutrophic lake, was swept out. In the deep-

ened maar depression a drained lake originated and its de-

posits are recent maar filling.

The age of maar and of its secondary filling

The age of the actual fill of “Bone Gorge” maar at Hajnáèka

is well proved by the skeleton remnants of mammals. The site

is the type locality of the European Mammal time-scale, zone

MN 16 together with localities such as Villafranca, Villaroya,

Midas,  Seynes  Belaruc  2,  Vialett,  Stanzendorf,  Rembielice

Krolewskie, Bezimjane, Gülyazi a.v. (Mein 1975). According

to biostratigraphic zonation on the basis of rodents (Rodentia,

Mammalia)  the  Hajnáèka  site  belongs  to  subzone  MN  16a

with Mimomys hajnackensis. The subzone corresponds to the

early Borsodia–Dolomys Stage and to the early Villafranchian

Stage of the Mammal scale (Fejfar & Heinrich 1987). The nu-

merical age of the subzone MN 16a is 2.8–3.3 Ma (Fejfar &

Heinrich l.c.). This time interval in the magnetostratigraphic

time scale corresponds to the middle part of the C2An chron

(normal  polarity  prevailed).  The  whole  zone  MN  16  corre-

sponds in the chronostratigraphic scale of the Paratethys Neo-

gene  to  the  Romanian  Stage  and  in  Mediterranean  chronos-

tratigraphy to the Piacenzian stage (Fig. 16).

Fig. 16. The cross-correlation of the Pliocene magnetostratigraphic the Mediterranean Paratethys and the European mammal chronostrati-

graphic time-scales and the position of the Hajnáèka site in the framework of the Pliocene.

background image

78                                                                                             VASS  et  al.

Fig.  17.  Thermal  demagnetization  of  the  basalt  tuff  (samples  2HA,  2HB,  2HC1,

2HC2, 2HE1 and 2HE2). The dotted lines — volume magnetic susceptibility; the

broken  lines  —  remanent  magnetic  polarization;  demagnetization  of  the  XY  and

XZ  components;  stereographic  projections  of  the  paleodirections  after  each  steps

of demagnetization. Capitals — normal paleodirections.

The  position  of  the  Hajnáèka  site  in  the

framework of the magnetostratigraphic Neo-

gene scale is supported by the paleomagnetic

measurements of the site.

The  remanent  magnetization  of  the  basalt

tuff samples in the field road-cut at the maar

northern margin, where a remnant of the maar

ring outcrops (see Fig. 2),  has been studied.

According  to  the  laboratory  measurements

the  basalt  tuff  has  a  high  magnetic  stability

and the course of the demagnetization curves

is smooth up to a high temperature (Figs. 17,

18). The rock contains one carrier of magne-

tism.  It  is  probably  some  mineral  from  the

group of titanomagnetite. From the graphs on

Figs. 17 and 18, the values at the temperature

210 °C and 240 °C are missing. For technical

reasons the measurements have not been tak-

en, but their absence does not harm the final

result, because the samples were mostly de-

magnetized at the temperature 180 °C.

The  stereoprojection  in  Fig.  19  shows  the

direction of the remanent magnetic polariza-

tion,  computed  as  the  mean  direction  of  12

samples  by  the  Fischer’s  statistics  (Fisher

1953).    Because  there  is  no  deep  of    burial

rocks, the paleodirections represent the in situ

position of the samples. The direction conver-

gence is very good as shown by Fig. 19. The

polarity of the remanent magnetization is nor-

mal.  The  mean  direction  is  almost  identical

with the present-day one. It is proof of the un-

rotated position of measured tuff.

As paleomagnetic measurements show, the

maar “Bone Gorge” originated during a peri-

od of normal polarity of the Earth’s magnetic

field. This is in agreement with the lithostrati-

graphic proofs of the secondary origin of the

maar  filling  containing  mammal  bones.  The

accumulation of bones originated during the

middle  part  of  the  chron  C2An.  The  chron

was a  time interval when the normal polarity

of  the  Earth’s  magnetic  field  prevailed.  The

original maar and its ring most probably orig-

inated during a normal magnetic event of the

chron C2An lower part (Fig. 16).


The  accumulation  of  mammal  skeleton

fragments of the Hajnáèka site must have tak-

en place in a shallow fresh water lake (Scha-

farzik 1899; Kormos 1917; Fejfar 1964; Fej-

far & Heinrich 1985).

Deposition in the lake is supported by finds

of fresh water molluscs — Anodonta sp. (Kor-

mos  1917).  Detailed  investigation  of  basalt

volcanic  activity  of  the  Cerová  Formation  in

background image

   ORIGIN  OF  THE  VERTEBRATE  BONE  ACCUMULATION  AT  HAJNÁÈKA                                    79

Fig.  18.  Demagnetization  of  the  basalt  tuff  (samples  2HE3,  3HB,  3HC1,  3HC2,

3HD1 and 3HD2; expl. see Fig. 17).

the Cerová vrchovina Upland leads to the con-

clusion  that  the  fossiliferous  deposits  in  the

“Bone  Gorge”  belong  to  the  basalt  maar  fill

(Koneèný  &  Lexa  in  Vass  &  Eleèko  et  al.


As a result of the quiet sedimentary condi-

tions in the maar lake, generated after  cessa-

tion of the maar explosions, the maars are usu-

ally  filled  up  by  fine  laminated  deposits.  In

southern  Slovakia  two  basalt  maars  filled  up

by laminated oil shale have been  described —

alginite (maar at Pinciná, Vass et al. 1997) or

laminated diatomite (maar at Jelšovec, Vass et

al. 1998). The basalt maars in Hungary on the

slopes of the Bakony Mts. and in Transdanubia

are  filled  up  by  laminated  alginite  (Solti  in

Russell 1990).

The  “Gorge  of  Bones”  maar  at  Hajnáèka,

like the above mentioned maars, has a roughly

circular shape (Fig. 2). Due to a phreatomag-

matic activity a maar depression surrounded by

a tuff ring was formed (Fig. 20-I). The central

part of the maar depression was filled by pre-

cipitation water and a small maar lake came up

into  existence.  The  lake  was  progressively

filled up by fine laminated lake sediments (tuf-

fitic silt and clay). This is shown by a block of

fine laminated tuffitic sediment found in the pit

5/98 (Fig. 5).

A basalt lava flow probably of younger age

(dated  to  1.35  ±  0.32  Ma  by  K/Ar  method)

was  emplaced  on  the  southern  slope  of  the

tuff ring.

As the Cerová vrchovina Upland was grad-

ually  uplifted  during  volcanic  activity  and

transformed  into  dome-like  structure,  the

maar  was  affected  by  deep  erosion.  The

ephemeral  streams  partly  destroyed  the  tuff

ring  around  the  maar  depression  and  then

swept  out  the  soft  laminated  sedimentary

maar fill (Fig. 20-II).

In  the  newly  deepened  maar  depression  a

lake  with  inflow  and  outfow  originated.  In

such a lake the sandy sediments accumulated

forming the present day-secondary fill of the

maar. Because of continuing basalt volcanic

activity in the maar surroundings some tephra

fell into the lake forming lapilli tuffs and tuf-

faceous  sand  layers  inside  the    redeposited

sandy  maar  fill.  The  rocks  generated  in  this

way  contain  autochthonous  fragments  of

mammal skeletons. It is possible that the ani-

mals descended to the lake to drink the water

and  some  of  them  there  were  killed  by  poi-

sonous volcanic gas emanation, or by abrupt

fall of tephra from distal volcanic explosions.

The latter case of animal death is supported

by rich bone findings in lapilli tuffs of various

grain-size excavated in one of the pits on the

background image

80                                                                                             VASS  et  al.

eastern  margin of the maar (pit No. 9/56, Fejfar 1964). Due

to the stream and current interference in the lake the skele-

tons of killed animals were desintegrated and consequently

the findings are usually fragments of mammal skeletons.

The secondary filling of the maar was much more dynamic

than the original filling of the maar. The sedimentation was

accompanied  by  sliding  and  slumping  of  already  deposited

material  from  the  maar  margins  to  its  centre.  This  is  well

proved by numerous slump bodies described by Fejfar (l.c.).

Up to the end of the secondary maar filling, the new fill was

partly disintegrated, as a consequence of continuing updom-

ing of the Cerová vrchovina Upland, and the mammal bones

were  resedimented.  Rare  findings  of  resedimented  bones

were found by Fejfar in sandy loam lying discomformably on

secondary chaotic maar fill (pit 3/56, Fejfar 1964).

As a result of reconstruction of the “Bone Gorge” maar, the

assemblage  of  mammals,  particularly  of  rodents,  enables  us

to  correlate  the  secondary  maar  fill  with  the  Villafranchian,

more precisely with the zone MN 16a — Mimomys hajnack-

ensis in the numerical time scale corresponding to 2.8–3.3 Ma.

Of course, the origin of the maar ring and of the primary maar

fill preceded the origin of the secondary fill.

Fig.  19.  Stereographic  projection  of  the  paleodirections.  Asterisc

— the mean direction.

Fig. 20.  Evolution of the “Bone Gorge“ maar at Hajnáèka (I, II). I-st stage — formation of the maar with tuff ring and sedimentary filling

in central depression. II-nd stage — partial erosion of tuff ring and maar filling replaced by sands with fragments of mammal skeletons.

(1) filling of the diatreme: a) palagonitized tuff breccia, b) younger basaltic breccia intruding through tuff-breccia. (2) tuff ring, (3) pri-

mary maar filling (tuffitic siltstones and sandstones), (4) secondary maar filling (resedimented sand with fragments of mammal  skele-

tons), (5) basaltic lava flow, (6) friable sandstones of Fi¾akovo Fm. (Eggenburgian), (7) reconstruction of the tuff-ring removed by ero-


Fig. 21. Geological cross-sections through the  “Bone Gorge“ maar at Hajnáèka. A–A’, B–B’ cross-sections, HJ-1 well, explanations 1–7

the same as in Fig. 20.

background image

   ORIGIN  OF  THE  VERTEBRATE  BONE  ACCUMULATION  AT  HAJNÁÈKA                                    81

The paleomagnetic properties of the tuff of ring, as the nor-

mal  polarity  of    remanent    magnetic  polarization,  indicates

the time of the maar’s formation at the beginning of the chron

C2An,  when  the  polarity  of  the  Earth’s  magnetic  field  was

normal.  The  maar  ring  could  not  originate  earlier  than  3.55

Ma  B.P.,  because  during  the  preceding  time  interval  of  the

chron C2Ar, the polarity was reversed and its time span was

from 3.55 to 4.15 Ma (Fig. 16).

In the past the time relation between deposition of the fos-

siliferous secondary maar fill and the effusive volcanic ac-

tivity  producing  the  dominant  forms  of  the  basalt  volcanic

area, the lava flows, was discussed. Koch (1904) presumed

that the explosions producing the lapilli tuffs including the

fossiliferous tuff at Hajnáèka preceded the lava flows effu-

sion. Schafarzik (1899) supposed that sedimentation in the

lake at Hajnáèka and basalt extrusions and effusions acted si-

multaneously. Fejfar (1964) considered a close time relation

between the effusion of lava flows and sedimentation of the

fossiliferous  deposits  in  the  lake  at  Hajnáèka.

The volcanological studies of the Cerová Basalt Formation

by Koneèný & Lexa (in Vass & Eleèko et al. 1992) and the ra-

diometic ages of several lava flows and dykes (Balogh et al.

1981, 1994 in: Koneèný et al. 1995) show that the lava flows

of the Cerová Basalt Formation originated before, but also af-

ter  the  deposition  of  the  fossiliferous  beds  in  the  maar  at

Hajnáèka.  The  Pohanský  vrch  basalt  plateau  —  (approx.  5

Ma), the short lava flow of Somoška Castle Hill (4.08 Ma) and

Steblová skala Hill (4.63 Ma) are older. The lava flows of Bl-

hovce-Buda,  Maèacia,  Rátka-Trebe¾ovce,  Bulhary  (2.59–

1.73 Ma) are younger than the Hajnáèka fauna. The youngest

are the lava flows of Konradovce, Ve¾ké Dravce, Šávo¾ (1.9–

1.27 Ma).


The  “Bone  Gorge”  at  Hajnáèka,  southern  Slovakia,  is  a

type locality of the European Neogene Mammal Time-Scale

zone  MN  16  and  MN  16a  (Mein  1975;  Fejfar  &  Heinrich

1987). The mammal bones are inside a maar of the Cerová

Basalt Formation. The maar originated by phreatomagmatic

explosions. Those ceased after deepening the crater and after

building up the ring. The maar crater was filled by precipita-

tion water. A small maar lake with a calm water table origi-

nated. The lake was progressively filled by laminated sedi-

ment. Later erosion, caused by the updoming of the Cerová

vrchovina Upland, partially destroyed the ring and swept out

the laminated maar fill with the exception of some isolated

blocks. In the renewed maar depression, a lake with water in-

flux and outlet came  into existence. In this lake, sand rede-

posited from the Fi¾akovo Formation of Eggenburgian age,

was deposited together with basaltic tephra, ash and bombs

coming from distal volcanic explosions and bones and skele-

ton fragments of mammals killed by postvolcanic gas emana-

tions and by tephra fall. This new secondary maar fill is dis-

turbed  by  slumping  and  sliding.  So  firstly  the  maar  was

formed and later on after sweeping out the original fill, it was

filled  again  by  sandy  sediments  and  tuff  rich  in  mammal

bones. The mammal assemblage dated the age of secondary

fill as early  as Villafranchian and/or subzone MN 16a: 2.8–

3.3 Ma B.P. This time interval, according to the cross-corre-

lation with the magnetostratigraphic time-scale corresponds

to the middle part of the chron C2An. The maar itself was

deepened earlier. The normal remanent magnetic polarization

of the ring supports the time correlation.

Acknowledgements: The paper was published with help of

the Grant Agency VEGA Projects No. 1/4032/97, 2/5136/98

and 1/5222/98. K/Ar dating was sponsored partly by the Hun-

garian Science Foundation (OTKA) No. T 014961.


Balogh K., Mihaliková A. &  Vass D. 1981: Radiometric dating of

basalts in Southern and Central Slovakia. Západ. Karpaty, Sér.

Geol. 7,  113–126.

Balogh K., Vass D. & Ravasz-Baranyai L. 1994: K/Ar ages in the

case  of  correlated  K  and  excess  Ar  concentrations:  A  case

study for the alkaline olivine basalt of Somoška, Slovak-Hun-

garian boundary. Geol. Carpathica 45, 2, 97–102.

Berggren W.A., Kent D.V., Aubry M.P. & Hardenbol J. 1995: Geo-

chronology,  time  scales  and  global  stratigraphic  correlation.

Soc. Sed. Geol. Spec. Publ. 54, 1–386.

Fejfar O. 1964: The Lower, Villafranchian Vertebrates from Hajnáè-

ka near Fi¾akovo in Southern Slovakia. Ústø. Úst. Geol., Nakl.

ÈSAV, Praha, 1–115.

Fejfar  O.  &    Heinrich  W.D.  1987:  Zur  biostratigraphischen

Gliederung des jngeren Känozoikums in Europa an Hand von

Muriden und Cricetiden (Rodentia, Mammalia). Èas. Mineral.

Geol. 32, 1, 1–16.

Fisher  R.  1953:  Dispersion  on  a  sphere.  Proc.  Roy.  Soc.,  A  217,


Koch A. 1904: Basalt lakkolith of Castle-hill at Hajnáèka.  Földrajzi

Közlem. 34, 242–244 (in Hungarian).

Koneèný V., Balogh K., Orlický O., Lexa J. &  Vass D. 1995: Evolu-

tion of the Neogene-Quaternary alkali basalt volcanism in Cen-

tral  and  Southern  Slovakia  (W.  Carpathians).  Proccedings  of

the  XVth  Congress  of  the  Carpato-Balkan  Geol.  Ass.,  Sept.

1995, Athens. Geol. Soc. Spec. Publ. 4, 2, 535–538.

Kormos Th. 1917: Die pliozänen Schichten von Ajnácskó und ihre

Fauna.  Jber. Ung. Geol. R. Anst. 1915,  564–582.

Krenner  J.S.  1867:  Observation  in  Hajnáèka.  Magy.  Földt.  Társ.

Munkál. 3, 113–132 (in Hungarian).

Mein  P.  1975:  Biozonation  du  néogene  mediterraneen  á  partir  des

Mammiferes. Proceedings of the VIth Congress RCMNS, Brat-

islava, Sept. 4–7th, vol. 2, enclosure.

Popovský  J.  &  Pfiester  L.A.  1990:  Dinophyceae  (Dinoflagellida):

In: Pascher A. (Ed.): Sûswasserflora von Mitteleuropa. Band 6,

Jena, Stuttgart, 1–270.

Russell P.L. 1990: Oil shales of the world, their origin, occurrence

and exploitation. Pergamon Press, Oxford, Toronto, 1–753.

Schafarzik F. 1899: Daten zur Geologie der Knochenfundstätte von

Ajnácskó.  Földt. Közlön. 29, 363–366 (in Hungarian).

Szabó J. 1861: Geology of Hajnáèka.  Magy. kir. term. tudom. And.

Közlem., Budapest (in Hungarian).

Szabó  J.  1865:  Pogányvár  hill  of  Gemer  county  as  a  basalt  crater.

Math. Term. Közlem. 3,  334–335 (in Hungarian).

Vass D., Bezák V., Eleèko M., Koneèný V., Lexa J., Pristaš J., Straka

P. &  Vozár J. 1992: Geological map of  Luèenská kotlina De-

pression and Cerová vrchovina Upland. GÚDŠ, Bratislava.

Vass  D.  &  Eleèko  M.  et  al.  1992:  Explanatory  notes  to  Luèenská

background image

82                                                                                             VASS  et  al.

kotlina  Depression  and  Cerová  vrchovina  Upland  geological

maps 1:50,000. GÚDŠ, Bratislava, 1–196 (in Slovak).

Vass D., Eleèko M. &  Pristaš J. 1986: Dome of Cerová vrchovina

Upland  —  a  young  structure  of  Southern  Slovakia.  Geol.

Práce, Spr. 84, 135–140 (in Slovak).

Vass D., Koneèný V., Eleèko M., Kozaè J., Molnár A. &  Zakoviè

M. 1998: Diatomite deposit in basalt maar near the village of

Jelšovec (S. Slovakia) and its possibility of utilization. Miner.

Slovaca 30, 333–356 (in Slovak, English summary).

Vass D., Koneèný V., Eleèko M., Milièka J., Snopková P., Šucha V.,

Kozaè J. &  Škraban R. 1997: Alginite — a new resource of the

Slovak  industrial  minerals  potential,  Pinciná  deposit.  Miner.

Slovaca 29, 1–39 (in Slovak).

Vass D. & Kraus I. 1985: Two-fold age of basalts in Southern Slova-

kia and their relation to Poltár Formation. Miner. Slovaca 17, 5,

435–440 (in Slovak).

Vrubel  J.  1998:  Final  report  of  geophysical  measurements  in  the

frame  of  Geological  investigation  of  the  bituminose  rocks  in

investigation  area  of  Hajnáèka  —    Geophysics.  Manuscript,

Archives GAMART s.r.o. Luèenec, (in Slovak).