Формация Тамбах — геологическая формация раннего пермского периода в центральной Германии . Она состоит из осадочных пород красного и коричневого цвета ( красные слои ), таких как конгломерат , песчаник и аргиллит , и является старейшей частью верхнего Ротлигенда в пределах Тюрингенского лесного бассейна . [1] [2]
Общая геология фиксирует историю с тремя отчетливыми этапами седиментации в горной среде. Во-первых, тектоническая активность формирует бассейн (бассейн Тамбах), в котором доминируют высокоэнергетические обломочные потоки , ливневые потоки и разветвленные реки . Они врезаются в подстилающую риолитовую породу, откладывая грубый конгломерат, известный как конгломерат Бильштейн. Во-вторых, более спокойные условия позволяют бассейну расширяться, и конгломерат отграничивается более мелкими осадками, которые ранее были распространены только в центре бассейна, такими как характерный песчаник Тамбах. Эти более мелкие осадки откладывались в результате повторяющихся последовательностей наводнений, за которыми следовали спокойная вода, а затем воздействие воздуха. Общий климат был бы похож на климат современных тропических саванн , с жаркими и сухими периодами, прерываемыми сильными дождями, вероятно, несколько раз в год. Третий этап включает в себя возвращение тектонических условий, на этот раз вызывающих обширные отложения полимиктовых (гетерогенных) конгломератов, известных как конгломераты Финстербергена. [1] [3] [2]
Формация Тамбах также включает одно из важнейших мест нахождения ископаемых пермского периода в Европе: местонахождение Бромаккер. Этот бывший карьер песчаника и окружающие его места сохраняют несколько различных типов фаций с различными ископаемыми компонентами. Толстые заполнения каналов песчаника в нижней части в Бромаккере перекрыты аргиллитом из эфемерных озер. Разнообразная совокупность следов ископаемых, таких как отпечатки ног, отпечатана на аргиллитовом покрытии. Верхняя часть Бромаккера содержит алеврит, отложенный через пластовые наводнения, в котором были обнаружены хорошо сохранившиеся сочлененные скелеты наземных четвероногих . К ним относятся ранние амфибии, такие как Rotaryus и Tambaroter , и ранние рептилии, такие как Eudibamus и Thuringothyris . В отличие от большинства пермских красноцветных пластов, сохраняющих ископаемые, водные позвоночные отсутствуют в Бромакере, плотоядные синапсиды (например, диметродон ) редки, а травоядные диадектиды многочисленны. В сланцах Бромакера также были найдены ископаемые остатки растений и членистоногих. [1] [4]
Начиная с 1840-х годов, пятипалые следы были описаны в различных карьерах песчаника и дорожных выемках в районе Гота в Германии. Стратиграфия пород около Тамбах-Дитарца была нанесена на карту в 1876 году [5] и названа «Tambacher Schichten» (слой Тамбаха) в 1895 году, хотя в то время считалось, что она включает несколько дополнительных слоев породы (теперь называемых формациями Эльгерсберг и Айзенах), которые с тех пор были отделены от нее. [2] В 1887 году первые окаменелые следы из Бромакера были обнаружены местным коллекционером ископаемых по имени Генрих Фридрих Шефер. Находка была передана в дар Герцогскому музею в городе Гота , после чего о ней независимо сообщили различные немецкие палеонтологи, получившие фотографические доказательства. [6] Вильгельм Пабст, куратор отдела естественной истории Герцогского музея, собрал и описал 140 плит песчаника из формации Тамбах с 1890 года до своей смерти в 1908 году. Коллекция была вновь обнаружена в 1950-х годах и впоследствии повторно изучена палеонтологами ГДР, такими как Герман Шмидт, Арно Герман Мюллер [7] и Хартмут Хаубольд . [8]
Окаменелые кости четвероногих были обнаружены в верхних слоях Бромакера Томасом Мартенсом в 1974 году, что вызвало дальнейшее внимание палеонтологов Готы. Среди них был Харальд Лутцнер, который формально очертил формацию Тамбах как последовательность, включающую два слоя конгломератов, разделенных слоем песчаника. [2] В последующие годы были установлены исследовательские контакты с западными палеонтологами, такими как Юрген Бой ( Университет Майнца ) и Дэвид Берман ( Музей естественной истории Карнеги ). Это позволило расширить раскопки, а формация Тамбах обрела всемирную известность. Совместная немецко-американская экспедиция 1993 года обнаружила сочлененные окаменелости четвероногих, и сбор следов ископаемых был возобновлен спустя более 80 лет благодаря раскопкам нового карьера песчаника в Бромакере в 1995 году. Первые окаменелости тела Тамбаха за пределами Бромакера были обнаружены в 2008 году на строительной площадке в центре города Тамбах-Дитарц. В 2010 году начался процесс перемещения экспонатов Музея природы Готы из Герцогского музея (который был преобразован в художественный музей) в замок Фриденштайн . Из-за проблем с финансированием сбор у Бромакера был ограничен, а коллекция Тамбаха была архивирована в историческом комплексе Пертесфорум до строительства новой пермской экспозиции. [8]
Формация Тамбах в основном лежит в бассейне, который в настоящее время занимает Тюрингенский лес , и она стратиграфически моложе формации Роттероде и старше формации Айзенах. Это самая старая часть последовательности верхнего Ротлигенда Тюрингенского лесного бассейна , название, относящееся к последовательности чисто осадочных пород в нижней перми Германии. Осадки формации Тамбах отлагались в небольшом пермском грабене (называемым бассейном Тамбах), который был ориентирован в направлении с северо-востока на юго-запад и врезан в магматические и осадочные породы формации Роттероде. Бассейн Тамбах имел площадь около 250 кв. км во время пермского периода, хотя современные выходы занимают только около 50 кв. км, не считая северо-восточной части бассейна, отложения которой были стерты более поздними геологическими процессами. [1] [2]
Традиционно считается, что формация Тамбах разделена на три отдельных слоя: нижний и верхний конгломератный слой (Бильштейнский и Финстербергенский конгломерат соответственно), разделенные несколько более узким слоем более тонких осадков, таких как песчаник , Тамбах-Сандштейн (песчаник Тамбах). [9] [3] [2] Однако границы между этими слоями часто неточны, и некоторые геологи предлагают более сложную картину осадконакопления с тремя стратиграфическими стадиями, определяемыми изменениями в седиментологии всего бассейна, а не конкретными типами пород. [1]
Самая низкая стадия (стадия I) испытала период высокой тектонической активности (часть варисского орогенеза ) на юго-востоке, поднятие Оберхоф. Формирование бассейна среди этого тектонического фона изначально привело к мощным грязевым потокам и пластовым наводнениям , а затем активным разветвленным рекам, текущим вдоль его края с реками с более низкой энергией, поймами и озерами в его центре. Грубый ( валунно - чешуйчатый ) и риолитовый конгломерат Бильштейн откладывался среди высокоэнергетических пограничных сред, в то время как ранние части песчаника Тамбах откладывались дальше от края бассейна. Наиболее заметное направление потока в хорошо сохранившейся восточной части бассейна — северо-запад, к центру бассейна. [1] [2] [10]
Снижение тектонической активности на среднем этапе (этап II) приводит к увеличению эрозии , что снижает рельеф вдоль края бассейна. В результате разветвленные реки на краю замедлились, уменьшив размер обломков до конгломерата булыжника/ гальки . Центр бассейна перешел в небольшие ручьи и болота, отлагая песчаник, алеврит , сланец и аргиллит в ископаемых красных слоях . Хотя бассейн Тамбаха мог быть гидрологически изолирован в этот период, а его водные пути дренировались изнутри, [1] некоторые палеонтологи вместо этого считают, что его воды впадали в другой бассейн на северо-востоке, который не сохранился. [2] Последний этап (этап III) испытал возвращение тектонической активности (кристаллическое поднятие Рухла) на северо-западе, хотя рельеф все еще был довольно ровным. Более распространенными стали аллювиальные конусы выноса и косые равнины , источником которых является Рула , что постепенно позволило богатым минералами и полимиктовым конгломератам размером с гальку накапливаться и расширяться в центр бассейна, образуя конгломерат Финстерберген. [1] [2] [10]
Наиболее известным и богатым ископаемыми останками местонахождением в формации Тамбах является местонахождение Бромаккер, группа небольших заброшенных карьеров около города Тамбах-Дитарц . Слои, выходящие на поверхность в Бромаккере, соответствуют центру бассейна Тамбаха, во время верхней части стадии I и нижней части стадии II. Осадки стадии I в Бромаккере называются «нижними слоями» [1] или «песчаником Бромаккера» [3] , а осадки стадии II — «верхними слоями» [1] или «горизонтом Бромаккера». [3]
Нижние слои доминируют толстыми пластами мелкозернистого песчаника, часто с косой слоистостью, указывающей на то, что палеоток был ориентирован на северо-восток. Эти слои песчаника обычно покрыты однородным аргиллитом , который иногда сохранил грязевые трещины , растительные окаменелости, норы беспозвоночных и следы четвероногих . Толстые слои песчаника (и их аргиллиты) не являются непрерывными, прерываются последовательностью более мелких и темных слюдистых осадков, таких как сланец , алеврит и (редко) очень мелкий песчаник. Это реконструирует последовательность повторяющихся событий наводнений, включающих сильные прямые реки, размывающие каналы через илистую пойму в центре бассейна, оставляя после себя песчаные заполнения каналов (песчаник) и мелкозернистые отложения берега (сланец и другие отложения). Аргиллитовые обкладки можно объяснить как осадок из обширных эфемерных озер, которые испарились в течение недель после наводнений, после чего они стали илистыми отмелями. Многие из фрагментов грязевых трещин были вырваны следующим наводнением, будучи включенными в последующие песчаниковые пласты как интракласты . [1]
Более узкие верхние слои также представляют собой чередующиеся условия затопления и неподвижной воды, хотя с более мелкими обломками и более низким рельефом. Заполнение каналов песчаником в основном заменено однородными слоями красного алеврита, который был склонен к разрушению по острым краям. Этот алеврит содержал фрагменты грязевых трещин, корни, покрытые кальцитом , и хорошо сохранившиеся частичные или сочлененные скелеты наземных четвероногих. Эти отложения указывают на то, что уменьшение рельефа на этапе II формации Тамбах сделало доминирующей эрозионной силой покровные затопления , а не отдельные каналы. Самый нижний слой покровного затопления был особенно богат окаменелостями диадектид . Тонкие осадочные последовательности также были изменены, став преобладающими из тонкослоистых (и лишь изредка слюдистых) сланцев, в которых окаменели конхостраки и останки членистоногих . Это указывает на переход к более постоянным озерам и условиям широкой поймы в центре бассейна Тамбах, а не к эфемерной речной среде нижних слоев. [1]
Обширная более старая последовательность, "Tambach-Wechsellagerung" ( переслаивание Тамбаха ), была обнаружена в 2004 году с помощью данных бурения скважин . Эта последовательность несколько напоминала нижние слои, с чередующимися тонкими слюдистыми отложениями и толстыми слоями песчаника, заполненными брекчией интракластов аргиллита. Однако слои песчаника не имели никаких признаков перекрестной слоистости, а также отсутствовали грязевые покровы, ответственные за большинство следов ископаемых Тамбаха. Присутствовали редкие фрагменты ископаемых позвоночных, а также кальцитовые структуры. [3]
Датирование по урану и свинцу невозможно для формации Тамбах, в которой отсутствуют свежие вулканические породы. Похожая [2] формация Эльгерсбург на юго-востоке содержит риолит, датируемый 274 ± 4,9 млн лет назад. [11] Однако неясно, являются ли слои в Эльгерсбурге моложе, старше или эквивалентны по возрасту формации Тамбах. [3] Биостратиграфия более информативна, но все еще неточна. Биостратиграфия по насекомым и конхостракам помещает ее в биозоны сакмарско - артинского яруса Moravamylacris kukalovae [12] и позднеартинского яруса Lioestheria monticula/andreevi [13] соответственно. Единственный вид тетрапод, который, как известно, существует как в фауне Тамбах, так и в североамериканской фауне, — это Seymouria sanjuanensis , который сохранялся в течение приблизительно 15 миллионов лет между асселем и ранним кунгуром . Поскольку виды Dimetrodon , присутствующие в Тамбахе, меньше тех, что присутствуют в красноцветных слоях Техаса , формация Тамбах, вероятно, была старше этих формаций. [14] Формация Тамбах была помещена в Сеймуранскую фауну LVF (наземная фауна позвоночных) Лукаса (2006), биозону, которая, по оценкам, включала границу артинского и кунгурского ярусов. [15] Объединив биостратиграфию беспозвоночных и тетрапод, возраст формации Тамбах был признан, вероятно, артинским. [12] В исследовании, опубликованном в 2022 году, Меннинг и его коллеги считают, что возраст формации Тамбах, вероятно, составляет от 294 до 292 млн лет, что соответствует сакмарскому ярусу. [16] Эта оценка основана в первую очередь на радиометрическом возрасте 295,8 ± 0,4 млн лет (поздний ассель ) формации Роттероде, которая несогласно подстилает формацию Тамбах, и на оценке того, что интервал геологического времени, не представленный между двумя формациями, составляет менее 2 миллионов лет. [16] [17] Кроме того, сравнение комплекса следов формации Тамбах с радиометрически датированными пермскими комплексами следов из Франции и Италии также предполагает сакмарский возраст. [16] [18]
Песчаные и илистые части формации Тамбах, вероятно, отложились в теплом климате с жаркими, сухими периодами года и периодическими сильными ливнями. Засушливые времена были достаточно суровыми, чтобы испарить вызванные наводнениями эфемерные озера бассейна Тамбах в течение нескольких дней, что ограничило возможность постоянной водной фауны колонизировать бассейн. Однако большинство окаменелостей корней растений ориентированы горизонтально (а не вертикально), что указывает на то, что климат был в целом достаточно влажным, чтобы местным растениям не нужно было развивать глубокие корни или другие ксерофитные адаптации. Из-за этого формация Тамбах, вероятно, подпадала под современный климат тропической саванны , несмотря на отсутствие травы. Современные климатические эквиваленты включают североафриканскую саванну и льяносы Венесуэлы и Колумбии . [1] Однако, исходя из геохимии осадков песчаника Тамбах, Шольце и Пинт предположили , что средняя годовая температура составляла всего 10,9–15 °C (в среднем 12,7 °C). [19] Имеются данные о том, что в некоторые ночи в сухой сезон могли наблюдаться отрицательные температуры, вероятно, из-за большой высоты бассейна. [20] [2] [19] Климат мог быть более сухим в периоды богатства конгломератами формации Тамбах. [1] [2]
Экосистема формации Тамбах необычна отсутствием водных животных, таких как акулы ксенакантиды , эриопсы или диплокаулусы , которые в остальном обычны в красноцветных пластах раннего перми. Это лучше всего объясняется ее горной средой, изолированной от муссонных низменных пойм, которые отложили большую часть красноцветных пластов. Кроме того, эфемерная природа озер и рек бассейна Тамбах означает, что только водные животные, приспособленные к таким условиям, такие как конхостраки , могли процветать. Бассейн Тамбах действительно поддерживал разнообразную фауну амфибий , но только адаптированные к наземным условиям типы, включая диссорофоидов и сеймуриаморфов . Крупные травоядные четвероногие, такие как казеиды и особенно диадектиды, являются наиболее распространенными окаменелостями тела, извлеченными из формации, в то время как плотоядные синапсиды встречаются относительно редко. Это контрастирует с североамериканской средой, где окаменелости плотоядных, таких как Dimetrodon, превосходят по численности окаменелости травоядных. Экологические условия Тамбаха, вероятно, создали пищевую сеть, которая сильно отличалась от таковой в низинах. Наиболее распространенными растениями были жесткие, приспособленные к засухе типы, такие как хвойные , в то время как семенные папоротники и другие растения низин встречались гораздо реже. Волокнистые наземные растения способствовали колонизации бассейна травоядными наземными животными, но сухой климат препятствует развитию водной пищевой цепи, сдерживая животных, таких как крупные виды Dimetrodon , которые получают большую часть своей пищи из водных путей. [1] [4]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )