Zyklothem-Geologie

Zyklothem, komplexe, sich wiederholende stratigraphische Abfolge von marinen und nichtmarinen Schichten, die auf zyklische Ablagerungsregime hinweisen. Ideale Zyklothemfolgen sind selten, und Rekonstruktionen verallgemeinerter Sequenzen ergeben sich aus der Untersuchung von Beispielen, in denen typische Kalksteinbetten, klastische Sedimente oder Kohleflöze fehlen können.

Karbonperiode: Zyklotheme, Tillite und Trübungen aus Pennsylvania

Zyklotheme treten weltweit in allen Schichten Pennsylvanias auf. Sie wurden jedoch am häufigsten im Norden untersucht

Verschiedene Sedimentgesteine ​​sind oft in erkennbaren Mustern übereinander gestapelt, was auf eine geordnete Formation hindeutet. Insbesondere zeigen kohlehaltige Sequenzen nicht nur eine Wiederholung von Kohleflözen über manchmal Hunderte von Metern, sondern auch von anderen Gesteinen in mehr oder weniger regelmäßiger Reihenfolge. Das Kohleflöz wird von einer Sitzerde (Untergrund) unterlegt. Über der Kohle befindet sich häufig ein Kalkstein oder ein Tonstein (Schiefer oder Schlammstein) mit Muscheln. Die Meeresmuscheln verschwinden in den nachfolgenden Schiefern und werden gelegentlich durch nichtmarine Muscheln ersetzt. Bevor ein anderer Sitz Erde und Kohle erscheint, kann ein Schlickstein oder ein Sandstein oder beides vorhanden sein.

In Großbritannien wurde diese Art von Zyklus in den 1830er Jahren beschrieben, und einige kohlenstoffhaltige Sequenzen (die etwa 359 bis 299 Millionen Jahre alt sind) können zweckmäßigerweise als aus Wiederholungen des Zyklus Kalkstein-Schiefer-Schlickstein-Sandstein-Sitz-Erde zusammengesetzt beschrieben werden –Kohle, in der die Kohle verwendet wird, um den Punkt zu definieren, an dem die Sequenz wiederholt wird. Eine ähnliche Sequenz wurde in den Vereinigten Staaten erkannt, in der ein Erosionsbruch unterhalb des Sandsteins identifiziert wurde und der Sandstein als das signifikante wiederholte Merkmal erkannt wurde, das den neuen Zyklus initiierte.

In beiden Fällen wird der Zyklus anhand wiederkehrender Gesteinsarten definiert. Die Felsen und Fossilien lassen auf abwechselndes offenes Meer (Kalkstein und Schiefer mit Meeresmuscheln) und terrestrische Bedingungen (Kohle) schließen. Prozesse, die die Sedimente bildeten, waren oszillierend oder zyklisch. Darüber hinaus fand diese Schwingung im Laufe der Zeit statt. In vielen Diskussionen über das Thema wurde der Begriff Zyklus unterschiedslos für die Prozesse, die Zeit (wie die Periodizität der Schwingungen) und die Sedimente verwendet. Die mögliche Verwirrung in dieser losen Nomenklatur veranlasste den amerikanischen Geologen JM Weller, den Begriff Zyklothem zu prägen, um eine Reihe von Betten zu beschreiben, die während eines einzelnen Sedimentzyklus abgelagert wurden, wie z Vor 299 Millionen Jahren). Cyclothem bezieht sich auf die Felsen selbst; Der Begriff Zyklus kann dann für die Prozesse oder die Zeit reserviert werden, die für die Bildung eines Zyklothems erforderlich ist, oder für beide.

Weller hatte die oben beschriebene Art der Sequenz im Auge. Es scheint daher gültig zu sein, den Begriff Zyklothem zu verwenden, um ähnliche Sequenzen in der Karbonperiode in Europa und anderswo zu bezeichnen. Es wird anerkannt, dass nordamerikanische und europäische Zyklotheme aufeinanderfolgende Phasen des Delta-Nebengebäudes darstellen, die mit marinen Einfällen durchsetzt sind. Vor diesem Hintergrund kann der Begriff Zyklothem nun auf eine beliebige Folge von Sedimentgesteinen ausgedehnt werden, die in vertikaler Reihenfolge wiederholt wird. Zum Beispiel bestehen devonische Gesteine ​​in Großbritannien häufig aus der wiederholten Sequenz Konglomerat-Sandstein-Schlickstein-Schlammschlammstein mit knotigem Karbonat. Diese werden so interpretiert, dass sie von einem Fluss gebildet wurden, der sich durch seine Auen schlängelt. Jede Sequenz wurde als Zyklothem bezeichnet, ebenso wie eine sehr unterschiedliche Sequenz von Schiefer oder Mergel und Kalksteinen in der Jurazeit (vor 200 bis 146 Millionen Jahren) in Europa.

In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts war die Identifizierung der sich wiederholenden Sequenz weitgehend eine Frage der subjektiven Beurteilung. Seit den 1960er Jahren hat die statistische Behandlung der Daten zu einer genaueren Definition der Wahrscheinlichkeit geführt, dass eine Gesteinseinheit an ihrer Stelle in der Sequenz auftritt.

Pennsylvanianische Zyklotheme variieren erheblich in der Dicke, sind jedoch in der Regel etwa 10 m dick. Der Begriff wurde, wenn er auf dünnere, einfache Änderungen von Schieferkalkstein oder Sandsteinschlickstein angewendet wird, als geringfügig bezeichnet. Andererseits wurden dickere Sequenzen als Megacyclothems bezeichnet. Manchmal bezeichnet dies einfach ein Zyklothem in einer Größenordnung, die dicker als normal ist. Einige Autoren verwenden den Begriff, um eine Gruppe von Zyklothemen zu beschreiben, die einen besonderen Charakter aufweisen, gefolgt von einer anderen Gruppe mit anderen Merkmalen - dh einer Gruppe von Zyklothemen mit vielen Kalksteinbändern kann eine andere mit wenigen Kalksteinen folgen. Zusammen bilden diese einen Zyklus von Zyklothemen oder ein Megazyklothem. Gruppen von Megacyclothems mit einigen charakteristischen Merkmalen wurden als Hypercyclothem bezeichnet. Gesteinseinheiten mit einer Dicke von mehreren Kilometern, die sich über ganze geologische Systeme erstrecken, wurden als Magnacycles bezeichnet. Diese größeren Einheiten sind von zweifelhafter Gültigkeit und eingeschränktem Nutzen.

Das Hauptproblem in Bezug auf Zyklotheme aus Pennsylvania und Karbon besteht darin, die Ausdehnung (Überschreitung) des Meeres über einer Deltaebene in einem Gebiet zu erklären, in dem eine fortschreitende Absenkung stattfindet. Ein tektonischer Mechanismus ruft ein ruckartiges Absinken des Sedimentationsbeckens hervor. Marine Einfälle würden nach plötzlichem Untergang stattfinden. Ein Anstieg des Meeresspiegels und ein Eindringen könnten auch durch das Wachstum von Ozeankämmen verursacht werden. Ebenso können Überschreitungen des Meeres auf Klimaveränderungen zurückzuführen sein, die beispielsweise das periodische Schmelzen der polaren Eiskappen verursachen können. oder Delta-Nebengebäude können während klimatischer Perioden mit schneller Trümmerversorgung des Beckens aktiv sein, gefolgt von Meeresüberschreitungen während Trockenperioden mit geringer Sedimentversorgung. Die Mechanismen, die zuletzt unterstützt wurden, sind sedimentologisch. In diesen Fällen wird angenommen, dass das Delta-Nebengebäude durch einen Wechsel des Ablagerungsortes beendet wird, wenn der Fluss einen kürzeren Weg zum Meer findet. Der ausgehungerte Delta-Lappen, der immer noch einer kontinuierlichen regionalen Absenkung unterliegt, wird dann vom Meer überflutet, um ein neues Zyklothem zu beginnen. Später wechselt der Ort der Ablagerung zurück in das frühere Gebiet, die Sedimentation kehrt zurück und ein Zyklothem wird durch ein erneutes Nebengebäude vervollständigt.