Sedimentological and GPR Studies of Subglacial Deposits in the Joux Valley (Vaud, Switzerland): Backset Accretion in an Esker Followed by an Erosive Jökulhlaup Études sédimentologique et géoradar des dépôts sous-glaciaires de la vallée de Joux (Vaud, Suisse) : accrétion en backsets dans un esker suivie d’un Jökulhlaup érosif Studio sedimentológico y georadar de los depósitos subglaciares del valle de Joux (Vaud, Suiza): acreción en backset en un esker seguido de un proceso erosivo de Jökulhlaup

Abstract

During the Würmian glaciation, the Jura ice sheet covered the Joux Valley (Vaud, Switzerland). A geomorphological study reveals many drumlins in this valley. Some are composed of gravels and sand, others of till. Outcrops show that the surface of the sandy-gravel drumlins is a major and sharp erosion surface. Given the lack of shearing structures in sediments below this erosion level, its origin cannot be linked to ice action of the glacier. Very high-energy subglacial meltwater floods (jökulhlaups), probably due to the drainage of subglacial or supra-glacial lakes, are the more likely cause of the erosion. Results of a ground penetrating radar (GPR) survey show the internal structure of one of these sandy-gravel drumlins to depth of 15 m. These GPR data, together with sedimentological observations, indicate that prior to erosion, subglacial sedimentation occurred in closed conduits (eskers) with strong and rapid flow variations. The sediments contain large chute-and-pool structures (high flow energy backset accretion) with dimensions comparable to the conduit width. Therefore, we interpret these sandy-gravel drumlins as portions of eskers, their present drumlin shape being the result of erosion by one or many jökulhlaups.The good preservation of the subglacial meltwater deposits is the result of the closed-basin geometry of the Joux Valley, which limited movement at the base of the glacier. This new contribution to the interpretation of the Joux Valley glacial features underlines the importance of meltwater in sedimentological processes under the Jura ice sheet.

Résumé

Durant la glaciation würmienne, la calotte glaciaire jurassienne recouvrait la vallée de Joux (Vaud, Suisse). Une étude géomorphologique du fond de cette vallée révèle la présence de nombreux drumlins composés de sables et de graviers stratifiés ou de till. Les affleurements montrent que la surface des drumlins gravelo-sableux correspond à une surface d’érosion importante. Étant donné l’absence de structures de cisaillement dans les sédiments sous-jacents, l’origine de cette érosion ne peut être liée au mouvement du glacier et serait due à un écoulement sous-glaciaire important (jökulhlaup) résultant du drainage rapide d’un ou plusieurs lacs supra-glaciaires ou sous-glaciaires. Une campagne géoradar sur un de ces drumlins gravelo-sableux montre sa structure interne jusqu’à 15 m de profondeur. Ces données géoradar, associées à des observations sédimentologiques, montrent qu’avant l’érosion, la sédimentation sous-glaciaire avait lieu dans des conduits fermés (eskers) avec de fortes et rapides variations de courant. Les sédiments présentent de grandes structures de chute-and-pool (accrétion en backsets liée à un fort courant) aux dimensions similaires à la largeur du conduit. Nous interprétons ces drumlins gravelo-sableux comme des portions d’eskers ayant acquis leur forme actuelle à la suite d’un ou plusieurs jökulhlaups. La bonne préservation des dépôts sous-glaciaires est attribuable à la géométrie de bassin fermé de la vallée de Joux, qui limitait le mouvement de la glace à la base du glacier. Cette nouvelle contribution à l’interprétation des dépôts glaciaires de la vallée de Joux met en évidence l’importance de l’eau de fonte dans les processus sédimentaires agissant à la base de la calotte jurassienne.

Resumen

Durante la glaciación de Würm, el manto glaciar del Jura cubría el valle de Joux (Vaud, Suiza). Un estudio geomorfológico revela muchos drumlins dispuestos en el valle, algunos compuestos de arena y grava otros de tillita. Los afloramiento rocosos muestran que la superficie en los drumlins de tipo grava-arena poseen una superficie marcadamente erosionada. Dada la ausencia de estructuras de cizallamiento en los sedimentos situados bajo el nivel de erosión, su origen no puede ser asociado a la acción del hielo proveniente del glaciar. Es probable que dicha erosión sea el resultado del flujo sublaciar (jökulhlaups), debido al drenaje sub o supraglaciar de los lagos. Los resultados del análisis con georadar muestran la estructura interna de uno de estos drumlins de arena y grava hasta una profundidad de 15 m. Los datos obtenidos con georadar junto con las observaciones sedimentológicas indican que anterior a la erosión una sedimentación subglaciar fue llevada a cabo en los conductos cerrados (eskers) con una fuerte y repentina variación de la corriente. Los sedimentos contienen estructuras grandes de acreción en backset de dimensiones comparables al grosor del conducto. Sin embargo, nuestra interpretación sitúa estos drumlins como parte de eskers, la forma actual de drumlin es el resultado de la erosión causada por uno o varios jökulhlaups. El buen estado de conservación en que se encuentran los depósitos subglaciares es el resultado de la geometría de la cuenca cerrada del valle de Joux, la cual limita el movimiento de la base del glaciar. Esta nueva contribución a la interpretación de las características del valle de Joux señala la importancia del agua de fusión en el proceso sedimentológico bajo el manto glaciar del Jura.