Ciclotemas

En geología , los ciclotemas son secuencias estratigráficas alternas de sedimentos marinos y continentales , a veces intercaladas con capas de carbón . Los ciclotemas consisten en secuencias repetidas, cada una típicamente de varios metros de espesor, de arenisca que descansa sobre una superficie de erosión , pasando hacia arriba a pelitas (de grano más fino que la arenisca) y coronadas por carbón.

Históricamente, el término fue definido por los geólogos europeos del carbón ^{[ 2 ]} que trabajaron en cuencas carboníferas formadas durante el Carbonífero y el Pérmico temprano . Las secuencias deposicionales han sido estudiadas exhaustivamente por geólogos petroleros mediante perfiles geofísicos de cuencas continentales y marinas. Una teoría general de la deposición a escala de cuenca se ha formalizado bajo el nombre de estratigrafía secuencial . ^{[ 3 ]}

Algunos ciclotemas pueden haberse formado como resultado de regresiones y transgresiones marinas relacionadas con el crecimiento y la desaparición de los mantos de hielo , respectivamente, ya que el Carbonífero fue una época de glaciación generalizada en el hemisferio sur. ^{[ 4 ]} Una interpretación más general de las secuencias invoca los ciclos de Milankovitch . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Los estratos del Pensilvánico Superior , en una amplia franja que se extiende por el este de Kansas, el noroeste de Misuri y el suroeste de Iowa, forman una serie de ciclotemas y megaciclotemas.

El geólogo Philip Heckel ha caracterizado estos megaciclotemas, de forma simplificada, como si tuvieran cuatro etapas:

1. En la zona de esquisto , al nivel del mar más bajo, el área era un entorno no marino adyacente al mar. Es posible que fuera una zona baja y pantanosa, que recibía detritos y, a veces, arena de arroyos y de la escorrentía de las tierras colindantes. El resultado es un esquisto arenoso de color gris a marrón con depósitos locales de carbón y arenisca. A medida que el nivel del mar comienza a subir ligeramente, este esquisto se transforma en esquisto arenoso con biota marina.
2. Caliza media. El nivel del mar comienza a subir, generalmente debido al derretimiento de los casquetes polares. Dado que el proceso de derretimiento y el consiguiente aumento del nivel del mar suelen ser bastante rápidos, esta fase es más corta que la posterior fase regresiva del nivel del mar, lo que crea una capa de caliza más delgada, densa y uniforme . Esta fase comienza cuando el nivel del mar es lo suficientemente profundo como para que la capa se encuentre por debajo de la base de las olas, lo que permite que los depósitos de carbonato de calcio se acumulen de forma constante, sin ser perturbados por la acción de las olas. Se encuentran fósiles de invertebrados marinos, así como algas preservadas, el principal impulsor biológico de los depósitos de carbonato de calcio. A menudo se encuentran capas delgadas de lutita entre secciones más gruesas de caliza, que pueden representar una capa de detritos de inundaciones u otro evento de salida importante o algún otro cambio relativamente breve en las condiciones.
3. Esquisto marino. A medida que el nivel del mar continúa subiendo, la profundidad alcanza un límite a partir del cual las algas ya no pueden producir carbonato de calcio. La acumulación de carbonato de calcio —y, por lo tanto, de piedra caliza— cesa. Las condiciones de aguas profundas crean una fina capa gris de esquisto marino —típicamente de 0,3 a 2 metros de espesor— sin arena y que contiene únicamente fósiles de organismos que frecuentan zonas de aguas profundas. Estas capas se formaron mediante un proceso muy lento de sedimentación en aguas profundas bajo condiciones anóxicas (con muy poco oxígeno). Los depósitos son ricos en metales pesados ​​y fosfato, producto de la lenta descomposición de enormes floraciones de plancton que se depositaron lentamente en el fondo marino.
4. Caliza superior. A medida que las capas de hielo vuelven a crecer lentamente, el nivel del mar desciende gradualmente. Tan pronto como la profundidad del mar en esta zona es lo suficientemente baja como para que las algas puedan reanudar la producción de carbonato de calcio, comienza de nuevo la acumulación de formaciones calizas. Debido a que el descenso del nivel del mar es mucho más lento que su ascenso —generalmente tarda alrededor de tres veces más—, esta capa de caliza es mucho más gruesa y, por lo general, más variada que la caliza media. Esta capa puede tener entre 3 y 9 metros de espesor. De nuevo, se encuentran presentes algas conservadas, invertebrados marinos y conodontos como Ozarkodina —criaturas marinas parecidas a anguilas que carecen de mandíbulas pero poseen numerosos dientes afilados—. La parte inferior de esta caliza suele consistir en caliza con estratificación ondulada y una gran cantidad de fósiles de muchas especies marinas. Delgadas capas de lutita suelen separar las capas de caliza con estratificación ondulada. La sección superior de la formación de Caliza Superior suele presentar mayor variabilidad entre lugares, lo que refleja el efecto desproporcionado que pueden tener las pequeñas diferencias topográficas en aguas poco profundas y, en algunos casos, los arrecifes o bajíos que se acumularon sobre las demás capas. La caliza formada en aguas menos profundas refleja la mayor agitación debida a la acción de las olas y la penetración de la luz propia de esas profundidades.
5. Fuera de la pizarra, de nuevo. A medida que el nivel del mar continúa descendiendo, finalmente llegamos a la etapa en la que la pizarra se acumula en mares muy poco profundos, a lo largo de la costa y luego en áreas más secas justo por encima del nivel del mar, como al principio (Etapa 1). Algunas áreas eran antiguos deltas de arroyos o ríos, con depósitos de material erosionado de rocas en lo que hoy es Oklahoma. En estas áreas podemos ver depósitos de pizarra intercalados con lentes de arenisca, limolita u otra roca sedimentaria . Y, de nuevo, podemos encontrar depósitos locales de carbón creados en pantanos o zonas pantanosas más extensas. ^{[ 7 ]}

RC Moore identificó tres tipos de ciclotemas en esta área: el ciclotema Cherokee, el ciclotema Wabaunsee y el megaciclotema Shawnee, cada uno caracterizado por variaciones de este patrón básico dependiendo de la variación individual en la profundidad del agua y otros factores. Por ejemplo, el megaciclotema Shawnee tiene dos capas adicionales de piedra caliza —que Moore denomina Super Caliza y Quinta Caliza— con una capa de lutita entre cada par de capas de piedra caliza. ^{[ 7 ]}

• Jacobson, RJ (2000) Historia deposicional de las rocas del Pensilvánico en Illinois. Geonote 2. Servicio Geológico Estatal de Illinois, Champaign, Illinois.
• "Guía de campo de las facies de caliza ciclotémica del Pensilvánico superior en el este de Kansas" https://www.kgs.ku.edu/Publications/Bulletins/GB2/index.html