Advanced

Silurian Carbonate Platforms of Gotland, Sweden - Archives of Local, Regional and Global Environmental Changes

Eriksson, Mårten LU (2007) In Litholund theses
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Denna doktorsavhandling syftar till att identifiera och tolka förändringar i den marina miljön, avspeglade i Gotlands siluriska berggrund. Silurperioden (ca 444-416 miljoner år sedan) har traditionellt beskrivits som ett tidsintervall med ett varmt växthusklimat och hög global havsnivå med små miljömässiga förändringar i den marina miljön. Under det senaste decenniet har denna bild börjat ifrågasättas; silur verkar snarare ha varit en klimatologiskt dynamisk period med stora förändringar i till exempel jordens kolcykel. Med utgångspunkt från berggrunden på Gotland beskrivs och tolkas här förändringar i de siluriska haven som ytterligare förstärker denna nya bild av silurperioden.

... (More)
Popular Abstract in Swedish

Denna doktorsavhandling syftar till att identifiera och tolka förändringar i den marina miljön, avspeglade i Gotlands siluriska berggrund. Silurperioden (ca 444-416 miljoner år sedan) har traditionellt beskrivits som ett tidsintervall med ett varmt växthusklimat och hög global havsnivå med små miljömässiga förändringar i den marina miljön. Under det senaste decenniet har denna bild börjat ifrågasättas; silur verkar snarare ha varit en klimatologiskt dynamisk period med stora förändringar i till exempel jordens kolcykel. Med utgångspunkt från berggrunden på Gotland beskrivs och tolkas här förändringar i de siluriska haven som ytterligare förstärker denna nya bild av silurperioden.



Under silurperioden såg världskartan annorlunda ut jämfört med idag. Den kontinent som nuvarande Gotland och Skandinavien tillhörde (Baltica) låg nära ekvatorn och genomgick kollisioner med två andra kontinenter (Laurentia och Avalonien), vilket resulterade i bergskedjebildning längs södra och västra randen av Baltica och bildandet av den störrre kontinenten Laurussia. Dåtidens Östersjön, den så kallade Östra Baltiska Bassängen, utgjorde ett tropiskt innanhav, relativt väl skyddat från effekter av kontinentkollisionerna. I det varma havet levde en mängd olika organismer som utsöndrade kalciumkarbonat (CaCO3) till sina hårddelar och skal, varav de viktigaste revbyggande organismerna var koraller och svampdjur. Den biologiska mångfalden var störst i de grunda, kustnära delarna av havet där det bildades så kallade karbonatplattformar, det vill säga marina ekosystem liknande grundhavsmiljöerna kring dagens Bahamas. Precis som idag var den tidens karbonatplattformar känsliga för förändringar i den omgivande marina miljön, t ex vad gäller havsnivå, temperatur, ljusinsläpp och näringstillgång. Om levnadsförhållandena försämrades kunde migration och/eller utdöenden bland faunagrupper resultera i att karbonatproduktionen på plattformen tillfälligt avtog, eller till och med upphörde. När förhållandena blev gynnsamma igen återupptogs karbonatproduktionen och en ny plattformsgeneration började bildas. Gotlands berggrund består av flera generationer karbonatplattformar och fokus under arbetet med denna avhandling har legat på vad som sker i övergångsintervallen mellan några olika generationer. Tonvikten har legat på att dokumentera och tolka depositionsmiljöer och deras förändring med tiden (faciesanalys) och att relatera dessa till förändringar i relativ havsnivå (sekvensstratigrafi). I en senare del av arbetet har även geokemiska (d13C och d18O) undersökningar varit ett viktigt instrument för att studera förändringar i havsvattnets kemiska sammansättning. Tre tidsintervall (sen wenlock, senaste wenlock ? tidigaste ludlow samt sen ludlow) har undersökts i detalj inom den här studien.



Tidsintervallet som omfattar sen wenlock var sedan tidigare väl beskrivet från västra Gotland, där sedimentbergarter bildade på relativt djupt vatten finns blottade, och sedan tidigare även relaterade till ett globalt faunautdöende (Mulde Event). Studien som ingår i denna avhandling syftade till att beskriva samma tidsintervall på östra Gotland, där sedimentbergarter bildade på grunt vatten finns blottade. Studien visade att samtidigt som vittringsmaterial från landområden tillfördes grundhavet och transporterades till djupare delar av plattformen missgynnades organismerna i de grundare delarna och faunan blev därför mer ensartad. Studien visade även att en global regression orsakade att den tidigare grundhavsbottnen hamnade ovanför havsnivån, och sålunda utgjorde land, under längre tid än vad som tidigare varit känt.



Berggrunden inom tidsintervallet som omfattar senaste wenlock - tidigaste ludlow har inte undersökts i detalj sedan 1920-talet och studien syftade därför till att utföra en modern, processinriktad, undersökning av dessa lager. Under fältarbete identifierades förändringar i sedimenten som tyder på att havet drog sig undan under en period, vilket resulterade i att delar av plattformen blev subaerilt exponerade och vittrade. Intervallet uppvisar även ett erosionsfenomen; en nedslipad yta som tolkas ha bildats i kustområden i samband med att havsnivån steg igen. Detta indikerar att, även om den tidigare havsbottnen redan hunnit förstenas (litifieras), kan en stor del av den sedimentära berggrunden försvinna genom erosion i kustområden. Detta kan i sin tur leda till problem för geologer vid miljörekonstruktioner.



Mest arbete har lagts ned på tidsintervallet som omfattar sen ludlow och förutom faciesanalys har även kalksedimentens kemiska sammansättning (med avseende på kolets och syrets stabila isotoper) undersökts inom detta intervall. Tidsintervallet är sedan tidigare är känt för att vara associerat med förändringar i havsnivån, djurlivet (vissa djurgrupper dog ut) och i jordens kolcykel. Anledningen till dessa förändringar är dock omdebatterad. Under arbetet med denna studie identifierades indikationer på ett omfattande havsnivåfall, vilket resulterade i att den dåtida kustlinjen på Gotland totalt förflyttades flera mil utåt havs. Studier av bergarternas kemiska sammansättning visar att syrets isotopsammansättning i haven förändrades samtidigt med denna havsnivåförändring. Tillsammans tolkas detta indikera att en global nedkylning och glaciation ägde rum vid denna tid, vilket såldes står i kontrast med den tidigare gängse uppfattningen att silurperioden till största delen utgjordes av ett varmt växthusklimat. De avspeglade förändringarna i kolcykeln tolkas till största delen vara en effekt av havsnivåfallet. Eftersom havsnivåfallet var orsakat av en glaciation så sjönk havsnivån över hela jordklotet, vilket resulterade i att kalksten som tidigare hade utgjort sediment på havsbottnen vittrade. Detta tolkas ha påverkat den kemiska sammansättningen i flodernas vatten, vilket i sin tur påverkade havens kemiska sammansättning och därmed den kemiska sammansättningen i karbonatsedimenten. (Less)
Abstract
This thesis treats the Silurian carbonate platforms of Gotland, Sweden, which formed close to the equator within the East Baltic Basin. Three different time intervals, all involving changes in facies composition and structure of the platforms, have been studied; Late Homerian, latest Homerian ? earliest Gorstian, and late Ludfordian, respectively. Two of the intervals, the Late Homerian and the late Ludfordian, are known globally as periods of substantial environmental change, including sea-level changes, faunal extinctions (the Mulde and Lau events, respectively) and perturbations in the global carbon cycle, whereas the latest Homerian-earliest Gorstian is not associated with such global environmental changes. The aim of the project has... (More)
This thesis treats the Silurian carbonate platforms of Gotland, Sweden, which formed close to the equator within the East Baltic Basin. Three different time intervals, all involving changes in facies composition and structure of the platforms, have been studied; Late Homerian, latest Homerian ? earliest Gorstian, and late Ludfordian, respectively. Two of the intervals, the Late Homerian and the late Ludfordian, are known globally as periods of substantial environmental change, including sea-level changes, faunal extinctions (the Mulde and Lau events, respectively) and perturbations in the global carbon cycle, whereas the latest Homerian-earliest Gorstian is not associated with such global environmental changes. The aim of the project has been to study and interpret causes and effects of the environmental changes as reflected by sedimentary facies from low latitude shallow shelf environments. Facies analysis of outcrops and drillcores has formed the basis of the study, but for the late Ludfordian time interval, geochemical data (d13C and d18O) have been used in addition.



The results of this study can be categorized into five main groups; 1) Stratigraphical improvements ? local refinement of the stratigraphy has been made in several different areas (e.g. the Ytterholmen islet and the Burgen and Lau outliers), and the knowledge about subsurface facies and geometries of stratigraphical units has been improved by recovery and study of several drillcores, 2) Increased understanding of depositional and erosional processes ? strata have been put into a context of depositional environments, and related to depositional and erosional processes. For example, the Burgsvik Sandstone has been re-interpreted as comprising reworked delta deposits, 3) Documentation of sea-level changes ? the studied strata have been put into a sequence stratigraphical context, revealing that sequence boundaries may not correspond with the traditional topostratigraphical boundaries. Evidence for forced regressions have been identified within all the three time intervals, of which the Late Homerian and the late Ludfordian are interpreted as glacio-eustatic, whereas the latest Homerian ? earliest Gorstian is interpreted as a relative sea-level fall affecting at least parts of the East Baltic Basin, 4) Relationships between sedimentary changes and faunal reorganisations ? This thesis has clarified relationships between faunal changes and environmental changes. The Mulde and Lau events are associated with the most rapid and substantial changes in facies composition and platform evolution within the entire Gotland succession. The significant decrease in biodiversity within the (post-event) Burgsvik Sandstone indicates that major faunal reorganisations also occurred on local scales due to autocyclic processes, 5) Silurian global climate ? based on the combined use of sedimentary facies and stable oxygen isotope (d18O) data, a glaciation is inferred to have occurred during the late Ludfordian. This hence challenges the common view of a prolonged Silurian greenhouse climate following the Late Ordovician-Early Silurian icehouse-period. The globally recognized, positive, carbon isotope excursion within the late Ludfordian has been closely linked to the glacio-eustatic sea-level fall. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Dr Munnecke, Axel, University of Erlangen, Germany
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Sedimentologi, Sedimentology, fysisk geografi, Geologi, physical geography, Geology, Gotland, Silurian, Facies, Carbonate platforms, Sequence stratigraphy, Stable isotopes, Palaeoclimate
in
Litholund theses
pages
79 pages
publisher
Department of Geology, Lund University
defense location
GeoBiosphere Science Centre Lund University Sölvegatan 12 223 62 Lund
defense date
2007-05-25 13:00
ISSN
1651-6648
ISBN
978-91-86746-88-9
language
English
LU publication?
yes
id
12998123-7c75-4d86-97a0-0b18721053dc (old id 548611)
date added to LUP
2007-09-04 11:12:40
date last changed
2016-09-19 08:44:55
@phdthesis{12998123-7c75-4d86-97a0-0b18721053dc,
  abstract     = {This thesis treats the Silurian carbonate platforms of Gotland, Sweden, which formed close to the equator within the East Baltic Basin. Three different time intervals, all involving changes in facies composition and structure of the platforms, have been studied; Late Homerian, latest Homerian ? earliest Gorstian, and late Ludfordian, respectively. Two of the intervals, the Late Homerian and the late Ludfordian, are known globally as periods of substantial environmental change, including sea-level changes, faunal extinctions (the Mulde and Lau events, respectively) and perturbations in the global carbon cycle, whereas the latest Homerian-earliest Gorstian is not associated with such global environmental changes. The aim of the project has been to study and interpret causes and effects of the environmental changes as reflected by sedimentary facies from low latitude shallow shelf environments. Facies analysis of outcrops and drillcores has formed the basis of the study, but for the late Ludfordian time interval, geochemical data (d13C and d18O) have been used in addition.<br/><br>
<br/><br>
The results of this study can be categorized into five main groups; 1) Stratigraphical improvements ? local refinement of the stratigraphy has been made in several different areas (e.g. the Ytterholmen islet and the Burgen and Lau outliers), and the knowledge about subsurface facies and geometries of stratigraphical units has been improved by recovery and study of several drillcores, 2) Increased understanding of depositional and erosional processes ? strata have been put into a context of depositional environments, and related to depositional and erosional processes. For example, the Burgsvik Sandstone has been re-interpreted as comprising reworked delta deposits, 3) Documentation of sea-level changes ? the studied strata have been put into a sequence stratigraphical context, revealing that sequence boundaries may not correspond with the traditional topostratigraphical boundaries. Evidence for forced regressions have been identified within all the three time intervals, of which the Late Homerian and the late Ludfordian are interpreted as glacio-eustatic, whereas the latest Homerian ? earliest Gorstian is interpreted as a relative sea-level fall affecting at least parts of the East Baltic Basin, 4) Relationships between sedimentary changes and faunal reorganisations ? This thesis has clarified relationships between faunal changes and environmental changes. The Mulde and Lau events are associated with the most rapid and substantial changes in facies composition and platform evolution within the entire Gotland succession. The significant decrease in biodiversity within the (post-event) Burgsvik Sandstone indicates that major faunal reorganisations also occurred on local scales due to autocyclic processes, 5) Silurian global climate ? based on the combined use of sedimentary facies and stable oxygen isotope (d18O) data, a glaciation is inferred to have occurred during the late Ludfordian. This hence challenges the common view of a prolonged Silurian greenhouse climate following the Late Ordovician-Early Silurian icehouse-period. The globally recognized, positive, carbon isotope excursion within the late Ludfordian has been closely linked to the glacio-eustatic sea-level fall.},
  author       = {Eriksson, Mårten},
  isbn         = {978-91-86746-88-9},
  issn         = {1651-6648},
  keyword      = {Sedimentologi,Sedimentology,fysisk geografi,Geologi,physical geography,Geology,Gotland,Silurian,Facies,Carbonate platforms,Sequence stratigraphy,Stable isotopes,Palaeoclimate},
  language     = {eng},
  pages        = {79},
  publisher    = {Department of Geology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  series       = {Litholund theses},
  title        = {Silurian Carbonate Platforms of Gotland, Sweden - Archives of Local, Regional and Global Environmental Changes},
  year         = {2007},
}