Advanced

The lower and middle Cambrian of Sweden: trilobites, biostratigraphy and intercontinental correlation

Axheimer, Niklas LU (2006) In Litholund theses
Abstract
This thesis is based on studies of Cambrian successions in Sweden, with particular focus on the middle Cambrian biostratigraphy and its correlative relationship to the proposed global agnostoid zonation. The investigated material, mainly trilobites, was collected from both outcrops and drill cores from five provinces in Sweden: Skåne (Scania), Öland, Västergötland, Jämtland and Lapland.



The Almbacken drill core penetrated c. 30 m of Cambrian strata, constituting one of the stratigraphically most complete successions of this age in Scania. Thirty-two trilobites were identified to species level and used to subdivide the core into seven biozones; from the Ptychagnostus gibbus Zone of the lower middle Cambrian to the... (More)
This thesis is based on studies of Cambrian successions in Sweden, with particular focus on the middle Cambrian biostratigraphy and its correlative relationship to the proposed global agnostoid zonation. The investigated material, mainly trilobites, was collected from both outcrops and drill cores from five provinces in Sweden: Skåne (Scania), Öland, Västergötland, Jämtland and Lapland.



The Almbacken drill core penetrated c. 30 m of Cambrian strata, constituting one of the stratigraphically most complete successions of this age in Scania. Thirty-two trilobites were identified to species level and used to subdivide the core into seven biozones; from the Ptychagnostus gibbus Zone of the lower middle Cambrian to the Lejopyge laevigata Zone of the upper middle Cambrian. Another drill core (Andrarum-3) was taken at Andrarum, south-eastern Scania. It covers c. 29 m of middle Cambrian to Furongian (upper Cambrian) strata. Based on the fossil content, the core was subdivided into eight biozones; from the middle Cambrian P. atavus Zone to the Furongian Parabolina spinulosa Zone. A series of alum shale samples yielded a positive ?13C excursion corresponding to the globally recognisable Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion (SPICE). This is the first time SPICE is documented in Baltica, and based on organic matter from an alum shale setting.



New material collected from Västergötland showed that the P. punctuosus and Goniagnostus nathorsti zones are considerably more extensively developed in this area than previously thought. Trilobites collected from eight localities show that the two zones are represented in a 15 cm thick and impersistent conglomeratic limestone at both Mount Kinnekulle and in the larger area of Falbygden-Billingen. Moreover, the classical locality of Gudhem yielded a trilobite fauna including several widespread key agnostoid species. In particular, L. laevigata (Dalman, 1828) was studied as its first appearance datum (FAD) currently is proposed to define the base of the uppermost stage in the Cambrian Series 3. We suggested that the base of the L. laevigata Zone of Scandinavia should be defined by the FAD of the eponymous species. Of similar global stratigraphical importance is P. atavus (Tullberg, 1880). Its FAD is proposed to define the base of the middle stage of the Cambrian Series 3. A syntype series collected from the Forsemölla-Andrarum area of Scania of both this species and the closely similar P. intermedius (Tullberg, 1880) were studied. It was concluded that they are conspecific, and that P. intermedius is the junior synonym of P. atavus.



A revision of the conspicuous eodiscoid Dawsonia oelandica (Westergård, 1936) was made, based on well preserved material from Mon, Jämtland. Reconstructions of this species were presented, and its functional morphology and relationship to closely related taxa were discussed. Associated trilobites placed the material stratigraphically within the lower middle Cambrian P. praecurrens Zone. Another eodiscoid fauna, including the first reported occurrence from Scandinavia of Neocobboldia aff. dentata (Lermontova, 1940) and Chelediscus acifer Rushton, 1966, was also studied. These eodiscoids, recovered from the Luobákti section, Lapland, offered a tentative correlation between the uppermost lower Cambrian strata of Baltica and eastern and western Avalonia.



From the studies included in this thesis it has been shown that the proposed global zonation can be applied to Swedish middle Cambrian successions, substituting the traditional zonation in our overall strive for a common global zonation. Accordingly, eight biozones can be recognised (in ascending order): the Eccaparadoxides insularis, P. praecurrens, P. gibbus, P. atavus, P. punctuosus, G. nathorsti, L. laevigata and Agnostus pisiformis zones. (Less)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Kambrium är ett tidsavsnitt av jordens historia som spänner från ca 542 till 488 miljoner år sedan. Under denna tid utvecklades livet, främst djur, i en rasande takt genom något som brukar kallas den kambriska explosionen, en ekologisk förändring utan dess like. Bland de nya livsformer som fick de kambriska haven att koka av liv märks skalbärande djur som små armfotingar (brachiopoder), primitiva blötdjur (mollusker) och trilobiter som tillhör leddjuren. Under tidens gång har sediment avsatta på de kambriska havsbottnarna och dess inkapslade djurrester omvandlats till bergarter samt fossil. I Sverige finns en mängd olika lokaler, allt från diken och vägskärningar till nerlagda eller aktiva... (More)
Popular Abstract in Swedish

Kambrium är ett tidsavsnitt av jordens historia som spänner från ca 542 till 488 miljoner år sedan. Under denna tid utvecklades livet, främst djur, i en rasande takt genom något som brukar kallas den kambriska explosionen, en ekologisk förändring utan dess like. Bland de nya livsformer som fick de kambriska haven att koka av liv märks skalbärande djur som små armfotingar (brachiopoder), primitiva blötdjur (mollusker) och trilobiter som tillhör leddjuren. Under tidens gång har sediment avsatta på de kambriska havsbottnarna och dess inkapslade djurrester omvandlats till bergarter samt fossil. I Sverige finns en mängd olika lokaler, allt från diken och vägskärningar till nerlagda eller aktiva stenbrott, där sådana kambriska bergarter är tillgängliga. Framförallt i Skåne, Västergötland, Närke och på Öland finns viktiga lokaler som innehåller rikligt med välbevarade fossil. Även i andra områden som Jämtland, Norrland och Östergötland kan kambriska bergarter och fossil påträffas.



Lagerföljderna utgörs främst av sandstenar, vilka överlagras av skiffer med horisonter av kalksten. Sandstenarna avsattes i tidig kambrium då havet steg över land, skiffern avsattes på större vattendjup medan kalkstenslagren i regel motsvarar tider av havsytesänkningar. I Västergötland och Skåne, två viktiga lokaler på den geologiska världskartan, är den sk. alunskiffern vanligt förekommande. Den har studerats intensivt under drygt 300 år och har fått sitt namn efter alun, ett salt som förr utvanns genom bränning och lakning av skiffern och därefter användes bland annat för garvning av läder, färgning av garn eller som blodstillande medel. Under 1700-talet och första halvan av 1800-talet var brytningen av alunskiffer en storskalig industri som resulterade i en mängd stenbrott runtom i Sverige. Mest omfattande var kanske verksamheten vid Andrarum i Skåne och på Kinnekulle i Västergötland. Skiffern är svart på grund av sin höga halt av organiskt material, och bildades under syrefattiga förhållanden i kambrium och början av ordovicium. Karakteristiska kalkstenslinser, även kallade orstenar, som ligger insprängda i skiffern innehåller ibland mycket välbevarade fossil. Orstenarna skapades efter att det skifferbildande materialet avsatts på havsbottnen, kanske genom upplösning och utfällning av karbonater i det ursprungliga sedimentet.



Kambrium kan delas in i tre enheter (eller serier): underkambrium, mellankambrium och furong (överkambrium). Denna doktorsavhandling fokuserar huvudsakligen på den mellersta delen av kambrium. I Sverige är den artrika och varierade trilobitfauna som finns representerad i mellankambriska avlagringar anmärkningsvärd. Denna ersätts i furong av en betydligt magrare fauna bestående av endast ett fåtal släkten och familjer. I underkambrium är fossil relativt ovanliga och representerade framför allt av spår efter grävande organismer samt en del trilobiter, armfotingar och blötdjur.



Trilobiterna var en mycket framgångsrik djurgrupp som kom att spela en viktig roll i haven under kambrium och ordovicium, för omkring 542 till 444 miljoner år sedan. Under tidig ordovicium började trilobiterna att avta i antal och artrikedom, till fördel för andra organismer. Knappt 200 miljoner år senare, i slutet av perm, försvann de för alltid från jordens yta. Trots detta kan vi studera dom än idag, till synes omärkbart förändrade efter att bevarats inneslutna i sedimentära bergarter under hundratals miljoner år.



Trilobiterna är en klass leddjur som uteslutande levde i havet och var mycket mångformiga och framgångsrika. I dagsläget har det beskrivits mer än 5000 släkten och, uppskattningsvis, 20 000 arter i flertalet olika former och storlekar, och fortfarande beskrivs många nya arter årligen. Trilobiter är inte bara fascinerande på grund av sin vackra form, de är också användbara inom en rad olika geologiska och paleontologiska forskningsområden, främst kanske biostratigrafi. Biostratigrafi är ett verktyg för att göra relativa åldersbestämningar och skiljer sig således från absoluta dateringar, där man med hjälp av radioaktiva isotoper kan få fram en mer eller mindre exakt ålder i antal år hos, låt säga, en bit ben eller en bergart. Biostratigrafi bygger på att dokumentera förekomst av fossil i en serie bergarter. Med hjälp av fossilen (både vad avser olika arter samt antalet individer) kan man dela in bergarterna (lagerföljden) i olika enheter, så kallade biozoner. Generellt kan sägas att en biozon uppvisar ett fossilinnehåll som skiljer sig från under- och överliggande zoner. Biozonerna i den studerade lagerföljden kan därefter jämföras med andra fossilförekomster jorden över. Hittar man samma arter på olika platser kan man anta att lagerföljderna vid de olika lokalerna bildades ungefär samtidigt. På så sätt kan man påvisa relativ ålder med hjälp av fossil, trots att lagren man hittar dom i kan variera stort både vad gäller tjocklek och bergartstyp. Ofta har varje biozon ett unikt namn, uppkallat efter ett inom zonen vanligt förekommande eller karakteristiskt fossil. Detta fossil kallas ledfossil och för att kunna klassas som ett sådant ställs det vissa krav. Fossilet ska helst finnas i rikliga mängder och ha en global geografisk spridning. Det ska inte vara faciesbundet (man ska kunna hitta det i olika typer av sedimentära bergarter), ha en snabb evolutionär utveckling (hittas inom ett så kort tidsintervall som möjligt) och vara lätt att identifiera (även om man endast hittar delar av det). Många trilobiter uppfyller dessa kriterier och klassas därför som goda ledfossil.



Den internationella subkommissionen för kambrisk stratigrafi (ISCS) är en internationell organisation vars mål är att indela kambrium i underavdelningar, vilkas gränser i största möjliga mån ska kunna identifieras i så många områden som möjligt på olika kontinenter, något som är ett svårt och tidskrävande arbete. Den biostratigrafiska indelningen av mellankambrium i Sverige grundades framför allt av paleontologen Anton H. Westergård i ett arbete från 1946. Westergård indelade mellankambrium i nio biozoner och samlade dessa inom tre s.k. etager och hans arbete har varit av mycket stor betydelse för den moderna kambriska forskningen, inte bara i Sverige. Även om Westergårds arbete står sig väl än idag har forskningsresultat de senaste 60 åren medfört ett behov av att förnya hans indelning för att på bästa möjliga sätt kunna knyta de svenska lagerföljderna till den globala indelning ISCS arbetar med.



Lejonparten av denna doktorsavhandling omfattar arbeten som behandlar den biostratigrafiska indelningen av mellankambrium där noggranna undersökningar av faunan har gjorts för att studera om den globala indelningen kan appliceras även under de förutsättningar som råder i Sverige. Materialet som har undersökts kommer från Jämtland, Lappland, Västergötland och Öland samt två borrkärnor från Skåne. Resultaten visar att den globala indelningen mycket väl kan appliceras på våra svenska mellankambriska lagerföljder. Vidare har specifika trilobitarter, användbara för att länka samman Sveriges under- och mellankambrium till likåldriga lagerserier utomlands, studerats mer ingående. Det har även gjorts en studie där kolisotoper har använts. Kolisotoper som 12C, 13C och 14C är naturligt förekommande varianter av grundämnet kol och det som skiljer dom åt är uppbyggnaden av deras atomkärna. Isotoperna kan bevaras i de sediment som avsätts på havsbottnen och som sedan förvandlas till bergart. Detta innebär att vi kan mäta halten av en viss isotop i t.ex. en 500 miljoner år gammal bergart och få reda på vilken isotopsammansättning havet hade vid denna tid. Eftersom denna sammansättning påverkas av omfattande biologiska och fysiska händelser som istider, massutdöenden och skiftningar i havskemin kan isotoperna användas för att spåra förändringar i miljön. En sådan isotopförändring hittades i en av borrkärnorna från Skåne och kunde användas som ett viktigt komplement till den biostratigrafiska indelningen. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Bruton, David, Universitetet i Oslo
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Sedimentologi, Paleontologi, Palaeontology, fysisk geografi, Geologi, physical geography, Geology, Sweden, correlation, trilobites, biostratigraphy, Cambrian, Sedimentology
in
Litholund theses
issue
10
pages
90 pages
publisher
Department of Geology, Lund University
defense location
Department of Geology Solvegatan 12 223 62 Lund
defense date
2006-10-27 13:15:00
ISSN
1651-6648
1651-6648
ISBN
91-86746-78-2
language
English
LU publication?
yes
id
9f3bc081-f583-4351-821d-992c081ca778 (old id 547265)
date added to LUP
2016-04-01 16:47:29
date last changed
2019-05-21 15:06:23
@phdthesis{9f3bc081-f583-4351-821d-992c081ca778,
  abstract     = {This thesis is based on studies of Cambrian successions in Sweden, with particular focus on the middle Cambrian biostratigraphy and its correlative relationship to the proposed global agnostoid zonation. The investigated material, mainly trilobites, was collected from both outcrops and drill cores from five provinces in Sweden: Skåne (Scania), Öland, Västergötland, Jämtland and Lapland.<br/><br>
<br/><br>
The Almbacken drill core penetrated c. 30 m of Cambrian strata, constituting one of the stratigraphically most complete successions of this age in Scania. Thirty-two trilobites were identified to species level and used to subdivide the core into seven biozones; from the Ptychagnostus gibbus Zone of the lower middle Cambrian to the Lejopyge laevigata Zone of the upper middle Cambrian. Another drill core (Andrarum-3) was taken at Andrarum, south-eastern Scania. It covers c. 29 m of middle Cambrian to Furongian (upper Cambrian) strata. Based on the fossil content, the core was subdivided into eight biozones; from the middle Cambrian P. atavus Zone to the Furongian Parabolina spinulosa Zone. A series of alum shale samples yielded a positive ?13C excursion corresponding to the globally recognisable Steptoean Positive Carbon Isotope Excursion (SPICE). This is the first time SPICE is documented in Baltica, and based on organic matter from an alum shale setting.<br/><br>
<br/><br>
New material collected from Västergötland showed that the P. punctuosus and Goniagnostus nathorsti zones are considerably more extensively developed in this area than previously thought. Trilobites collected from eight localities show that the two zones are represented in a 15 cm thick and impersistent conglomeratic limestone at both Mount Kinnekulle and in the larger area of Falbygden-Billingen. Moreover, the classical locality of Gudhem yielded a trilobite fauna including several widespread key agnostoid species. In particular, L. laevigata (Dalman, 1828) was studied as its first appearance datum (FAD) currently is proposed to define the base of the uppermost stage in the Cambrian Series 3. We suggested that the base of the L. laevigata Zone of Scandinavia should be defined by the FAD of the eponymous species. Of similar global stratigraphical importance is P. atavus (Tullberg, 1880). Its FAD is proposed to define the base of the middle stage of the Cambrian Series 3. A syntype series collected from the Forsemölla-Andrarum area of Scania of both this species and the closely similar P. intermedius (Tullberg, 1880) were studied. It was concluded that they are conspecific, and that P. intermedius is the junior synonym of P. atavus.<br/><br>
<br/><br>
A revision of the conspicuous eodiscoid Dawsonia oelandica (Westergård, 1936) was made, based on well preserved material from Mon, Jämtland. Reconstructions of this species were presented, and its functional morphology and relationship to closely related taxa were discussed. Associated trilobites placed the material stratigraphically within the lower middle Cambrian P. praecurrens Zone. Another eodiscoid fauna, including the first reported occurrence from Scandinavia of Neocobboldia aff. dentata (Lermontova, 1940) and Chelediscus acifer Rushton, 1966, was also studied. These eodiscoids, recovered from the Luobákti section, Lapland, offered a tentative correlation between the uppermost lower Cambrian strata of Baltica and eastern and western Avalonia.<br/><br>
<br/><br>
From the studies included in this thesis it has been shown that the proposed global zonation can be applied to Swedish middle Cambrian successions, substituting the traditional zonation in our overall strive for a common global zonation. Accordingly, eight biozones can be recognised (in ascending order): the Eccaparadoxides insularis, P. praecurrens, P. gibbus, P. atavus, P. punctuosus, G. nathorsti, L. laevigata and Agnostus pisiformis zones.},
  author       = {Axheimer, Niklas},
  isbn         = {91-86746-78-2},
  issn         = {1651-6648},
  language     = {eng},
  number       = {10},
  publisher    = {Department of Geology, Lund University},
  school       = {Lund University},
  series       = {Litholund theses},
  title        = {The lower and middle Cambrian of Sweden: trilobites, biostratigraphy and intercontinental correlation},
  url          = {https://lup.lub.lu.se/search/ws/files/4781769/547267.pdf},
  year         = {2006},
}