Skład minerałów ilastych w osadach triasu i jury basenu polskiego – zapis zmian paleoklimatu i paleośrodowiska

• Autorzy: Brański P.

Warianty tytułu

EN

Clay mineral composition in the Triassic and Jurassic deposits from the Polish Basin – a record of palaeoclimatic and palaeoenvironmental changes

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule podsumowano wyniki ponad 220 badań dyfraktometrycznych, wykonanych we frakcji o śr mniejszej 0,002 mm triasowych i jurajskich kompleksów ilastych w basenie polskim. W przypadku niektórych próbek przeprowadzono także obserwacje w mikroskopie elektronowym. Skład detrytycznych minerałów ilastych warstw zbąszyneckich (noryk), warstw wielichowskich (retyk dolny–środkowy), formacji zagajskiej (retyk górny i hetang dolny), przysuskiej formacji rudonośnej (hetang górny), formacji ciechocińskiej (toark dolny) i częstochowskiej formacji iłów rudonośnych (bajos górny–baton) był przeważnie kontrolowany przez reżim wietrzenia i pośrednio warunki klimatyczne. Przerabianie i resedymentacja osadów starszych (spowodowana przez procesy tektoniczne i/lub wahania poziomu morza), jak również sortowanie hydrauliczne, mogły modyfikować skład mineralny i nieco zacierać sygnał paleoklimatyczny. Zmiany składu minerałów ilastych we frakcji <0,002 mm potwierdziły długookresową ewolucję od klimatu suchego lub półsuchego do wilgotnego. Główna zmiana paleoklimatyczna zachodziła w retyku. Chlorytowo-illitowa asocjacja noryku została zastąpiona we wczesnym–środkowym retyku przez zespół illitowo-smektytowy (lub kaolinitowo-smektytowy). W późnym retyku dominowała już asocjacja illitowo-kaolinitowa. W trakcie jury ustaliła się asocjacja chlorytowo-illitowo-kaolinitowa, odpowiadająca warunkom klimatu umiarkowanego, ciepłego. Wahania temperatury, a zwłaszcza wielkości opadów, zapisywały się tylko w zmianach proporcji kaolinitu i illitu. Odcinki profilu zubożone w kaolinit występowały w późnym pliensbachu, najwcześniejszym toarku oraz w bajosie i batonie, odpowiadając fazom klimatu chłodniejszego i mniej wilgotnego. Mniejsze, cykliczne zmiany składu minerałów ilastych były najprawdopodobniej kontrolowane astronomicznie, głównie przez cykle ekscentryczności orbity ziemskiej. Niektóre warstwy z retyku górnego, początku hetangu i toarku dolnego, wykazujące bardzo wysoki stosunek kaolinit/illit, sugerują ekstremalne wietrzenie chemiczne w klimacie tropikalnym lub subtropikalnym wilgotnym, w następstwie silnego efektu cieplarnianego.

EN

This paper summarizes over 220 results of XRD research carried out on <0.002 mm fraction of Triassic and Jurassic clay successions from the Polish Basin. SEM observations of some samples were also performed. The composition of detrital clay minerals of the Zbąszynek Beds (Norian), Wielichowo Beds (Lower–Middle Rhaetian), Zagaje Fm. (Upper Rhaetian and Lower Hettangian), Przysucha Ore bearing Fm. (Upper Hettangian), Ciechocinek Fm. (Lower Toarcian) and Częstochowa Ore-bearing Clay Fm. (Upper Bajocian and Bathonian) was controlled mostly by a weathering regime and, indirectly, by climatic conditions. Reworking and redeposition of ancient sediments (caused by tectonic processes and /or sea-level changes) and differential settling might have modified the mineral composition and partly erased the palaeoclimatic signal. A long-term evolution from arid or semi-arid to humid climatic conditions was confirmed by changes in the clay mineral composition of the <0.002 mm fraction. The major change of palaeoclimate took place during the Rhaetian. The Norian chlorite-illite association was replaced by the Early–Middle Rhaetian illite-smectite (and kaolinite-smectite) assemblage. Next, in the Late Rhaetian the illite-kaolinite association predominated. In the Jurassic, the chlorite-illite-kaolinite association was established due to a warm-temperate climate. Only changes in the kaolinite/illite ratio recorded the fluctuations in temperature and especially rainfall. Kaolinite-depleted intervals occurred in the Late Pliensbachian, Earliest Toarcian and Bajocian–Bathonian, due to cooler and less humid climatic phases. Minor cyclic variations in the clay mineral composition were most probably astronomically controlled, mainly due to the orbital eccentricity cycles. Some levels of the very high kaolinite/illite ratio in the Upper Rhaetian, at the beginning of Hettangian and in the Lower Toarcian suggest extreme chemical weathering in a humid-subtropical to tropical climate in the aftermath of a powerful greenhouse effect.

Słowa kluczowe

PL

minerały ilaste; paleowietrzenie; paleoklimat; paleośrodowisko; trias górny; jura środkowa i dolna; basen polski

EN

clay minerals; palaeoweathering; palaeoclimate; palaeoenvironment; Upper Triassic; Lower and Middle Jurassic; Polish Basin

• Wydawca: Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 444
• Strony: 15--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 69 poz., rys., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Brański P.

• Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa

Bibliografia

• [1] ADATTE T., KELLER G., STINNESBECK W., 2002 — Late Cretaceous to early Paleocene climate and sea-level fluctuations; the Tunisian record. Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol., 178: 165-196.
• [2] AHLBERG A., OLSSON I., SIMKEVICIUS P., 2003 — Triassic-Jurassic weathering and clay mineral dispersal in basement areas and sedimentary basins of southern Sweden. Sed. Geol., 161, 1/2: 15-29.
• [3] ARNDORFF L.,1993 — Lateral relations of deltaic palaeosols from the Lower Jurassic Ronne formation on the island of Bornholm, Denmark. Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol., 100, 3: 235-250.
• [4] BISCAYE P.E., 1965 — Mineralogy and sedimentation of recent deep-sea clay in the Atlantic Ocean and adjacent seas and oceans. Geol. Soc. Amer. Bull., 76: 803-832.
• [5] BRAŃSKI P., 2006 — Lower Hettangian in the Holy Cross Mountains region – an example of tectonically-controlled sedimentation in the epicontinental basin of Poland. Vol. Jurassica, 4: 80-81.
• [6] BRAŃSKI P., 2007 — Zespoły minerałów ilastych jury dolnej z południowej części epikontynentalnego basenu polskiego – wpływ paleoklimatu a inne czynniki. Tomy Jurajskie, 4: 5-18.
• [7] BRAŃSKI P., 2009a — Influence of palaeoclimate conditions and greenhouse effect on the Hettangian clay mineral assemblages (Holy Cross Mts. area, Polish Basin). Geol. Quart., 53, 3: 363-368.
• [8] BRAŃSKI P., 2009b — Epizody intensywnego wietrzenia chemicznego zapisane w profilach hetangu z obrzeżenia Gór Świętokrzyskich (wyniki nowych badań). Kwart. AGH, Geologia, 35, 3/1: 21-30.
• [9] BRAŃSKI P., 2010 — Kaolinite peaks in early Toarcian profiles from the Polish Basin – an inferred record of global warming. Geol. Quart., 54, 1: 15-24.
• [10] BRAŃSKI P., 2011 — Formacja zagajska i przysuska formacja rudonośna jury dolnej w regionie świętokrzyskim: paleotektoniczno-paleogeograficzne uwarunkowania genezy surowców ceramicznych [materiały niepublikowane – praca doktorska w przygotowaniu].
• [11] CHAMLEY H.,1989 — Clay sedimentology. Springer-Verlag, Berlin.
• [12] CHANDLER M.A., RIND D., RUEDY R.,1992 — Pangean climate during the Early Jurassic: GCM simulations and the sedimentary record of palaeoclimate. Geol. Soc. Am. Bull., 104: 543-559.
• [13] COHEN A.S., COE A.L., HARDING S.M., SCHWARK L., 2004 — Osmium isotope evidence for the regulation of atmospheric CO2 by continental weathering. Geology, 32: 157-160.
• [14] COHEN A.S., COE A.L., 2007 — The impact of the Central Atlantic Magmatic Province on climate and on the Sr- and Os-isotope evolution of seawater. Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol., 244: 374-39.
• [15] DADLEZ R., KOPIK J., 1963 — Problemy retyku w zachodniej Polsce na tle profilu w Książu Wielkopolskim. Kwart. Geol., 7, 1: 131-157.
• [16] DADLEZ R., NARKIEWICZ M., STEPHENSON R.A., VISSER M.T.M., VAN WEES J.D., 1995 — Tectonic evolution of the Mid-Polish Trough: modelling implications and significance for central European geology. Tectonophysics, 252: 179-195.
• [17] DADLEZ R., MAREK S., POKORSKI J. (red.), 2000 — Mapa geologiczna Polski bez utworów kenozoiku, w skali 1:1 000 000. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
• [18] DAYCZAK-CALIKOWSKA K., KOPIK J., MARCINKIEWICZ T., 1997 - Jura środkowa. W: Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce (red. S. Marek, M. Pajchlowa). Pr. Państ. Inst. Geol., 153: 236-282.
• [19] DECONINCK J.-F., HESSELBO S.P., DEBUISSER N., AVERBUCH O., BAUDIN F., BESSA J., 2003 - Environmental controls on clay mineralogy of an Early Jurassic mudrock (Blue Lias Formation, southern England). Int. J. Earth Sci., 92, 2: 255-266.
• [20] DECZKOWSKI Z., 1997 - Noryk i retyk. Sedymentacja, paleogeografia i paleotektonika. W: Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce. (red. S. Marek, M. Pajchlowa). Pr. Państw. Inst. Geol., 153: 187-194.
• [21] DERA G., PELLENARD P., NEIGE P., DECONINCK J-F., PUCEAT E., DOMMERGUES J-L., 2009 - Distribution of clay minerals in Early Jurassic Peritethyan seas: Palaeoclimatic significance inferred from multiproxy comparisons. Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol., 271: 39-51.
• [22] EHRENBERG S.N., AAGAARD P., WILSON M.J., FRASER A.R., DUTHIE D.M.IL., 1993- Depth-dependent transformation of kaolinite to dickite in sandstones of the Norwegian Continental Shelf. Clay Miner., 28, 3: 325-352.
• [23] FEIST-BURKHARDT S., GOTZ A.E., SZULC J., BORKHATARIA R., GELUK M., HAAS J., HORNUNG J., JORDAN P., KEMPF O., MICHALIK J., NAWROCKI J., REINHARDT L., RICKEN W., RUHLING H. G., RUFFER T., TOROK A., ZUHLKE R., 2008 - Triassia W: The Geology of Central Europe, t. 2: Mesozoic and Cenozoic (red. T. Mc Cann), 749- 822. Geol. Soc., London.
• [24] FELDMAN-OLSZEWSKA A., 1997 - Depositional architecture of the Polish epicontinental Middle Jurassic basin. Geol. Quart., 41, 4: 491-508.
• [25] GIBBS R.J., 1977 - Clay-mineral segregation in the marine environment. J. Sedim. Petrol., 47: 237-243.
• [26] HAKENBERG M., ŚWIDROWSKA J., 1998 - Rozwój południowo-wschodniego segmentu bruzdy polskiej i jego związek ze strefami uskoków ograniczających (od permu do późnej jury). Prz. Geol., 46, 6: 503-508.
• [27] HESSELBO S.P., GROCKE D.R., JENKYNS H.C., BJERRUM C. J., FARRIMOND P., BELL H.S.M, GREEN O.R., 2000 - Massive dissociation of gas hydrate during a Jurassic oceanic anoxic event. Nature, 406: 392-395.
• [28] HESSELBO S.P., ROBINSON S.A., SURLYK F., PIASECKI S., 2002 - Terrestrial and marine extinction at the Triassic-Jurassic boundary synchronized with major carbon-cycle perturbation: a link to initiation of massive volcanism? Geology, 30: 251-254.
• [29] HESSELBO S. P., JENKYNS H. C., DUARTE L.V., OLIVEIRA L.C.V., 2007 - Carbon-isotope record of the Early Jurassic (Toarcian) Oceanic Anoxic Event from fossil wood and marine carbonate (Lusitanian Basin, Portugal). Earth Planet. Sci. Lett., 253: 455-470.
• [30] HESSELBO S.P., DECONINCK J-F., HUGGETT J.M., MORGANS-BELL H.S., 2009 - Late Jurassic palaeoclimatic change from clay mineralogy and gamma-ray spectrometry of the Kimmeridge Clay, Dorset, UK. J. Geol. Soc., 166: 1-11.
• [31] HESSELBO S.P., PIEŃKOWSKI G., 2011- Stepwise atmospheric carbon-isotope excursion during the Toarcian Oceanic Anoxic Event (Early Jurassic, Polish Basin). EarthPlanet. Sci. Lett., 301, 365-372.
• [32] JENKYNS H.C., 1988 - The Early Toarcian (Jurassic) Anoxic Event: stratigraphic, sedimentary, and geochemical evidence. Am. J. Sci., 288: 101-151.
• [33] KARASZEWSKI W., 1962 - Stratygrafia liasu na północnym obrzeżeniu Gór Śwętokrzyskich. Pr. Inst. Geol., 30, 3: 333-416.
• [34] KEMP D.B., COE A.L., COHEN A.S., SCHWARK L., 2005 - Astronomical pacing of methane release in the Early Jurassic period. Nature, 437: 396-399.
• [35] KOPIK J, 1998 - Jura dolna i środkowa północno-wschodniego obrzeżenia Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. Biul. Państw. Inst. Geol., 378: 67-120.
• [36] KORTE, C., HESSELBO, S.P., JENKYNS, H.C., RICKABY R.E.M., SPOTL C., 2009 - Palaeoenvironmental significance of carbon- and oxygen-isotope stratigraphy of marine Triassic-Jurassic boundary sections in S W Britain. J. Geol. Soc.,166: 431-445.
• [37] KOZŁOWSKA A., 2004 -Diageneza piaskowców karbonu górnego występujących na pograniczu rowu lubelskiego i bloku warszawskiego. Biul. Państw. Inst. Geol., 411: 5-86.
• [38] KOZYDRA Z., 1968 - Złoża dolnojurajskich iłów ogniotrwałych na tle budowy geologicznej północnego obrzeżenia Gór Świętokrzyskich. Biul. Inst. Geol., 216: 5-94.
• [39] LEONOWICZ P., 2005 - The Ciechocinek Formation (Lower Jurassic) of SW Poland: petrology of green clastic rocks. Geol. Quart., 49, 3: 317-330.
• [40] LEONOWICZ P, 2007 - Origin of siderites from the Lower Jurassic Ciechocinek Formation from S W Poland. Geol. Quart., 51, 1: 67-78.
• [41] LINDGREEN H., SURLYK F., 2000 - Upper Permian-Lower Cretaceous clay mineralogy of East Greenland: provenance, palaeoclimate and volcanicity. Clay Minerals, 35, 5: 791-806.
• [42] MALISZEWSKA A, 1997 - Noryk i retyk. Charakterystyka petrograficzna. W: Epikontynentalny perm i mezozoik w Polsce. (red. S. Marek, M. Pajchlowa). Pr. Państw. Inst. Geol., 153: 184-186.
• [43] MARYNOWSKI L., ZATOŃ M., SIMONEIT B.R.T., 2007 - Compositions, sources and depositional environments of organic matter from the Middle Jurassic clays of Poland. Appl. Geochem., 22: 2456-2485.
• [44] MARYNOWSKI, L., SIMONEIT, B.R.T., 2009 - Widespread Late Triassic to Early Jurassic wildfire records from Poland: evidence from charcoal and pyrolytic polycyclic aromatic hydrocarbons. Palaios, 24: 785-798.
• [45] MATYJA B.A., WIERZBOWSKI A., 2000 - Ammonites and stratigraphy of the uppermost Bajocian and Lower Bathonian between Częstochowa and Wieluń, Central Poland. Acta. Geol. Pol., 50: 191-209.
• [46] MATYJA B.A., WIERZBOWSKI A., GEDL P., 2006 - Stop B 1.7 - Gnaszyn clay pit (Middle Bathonian-lowermost Upper Bathonian). W: Jurassic of Poland and adjacent Slovakian Carpathians. (red. A. Wierzbowski i in.). Field trip guidebook of 7th International Congress on the Jurassic System Poland, Kraków, 6-18 września: 154-157.
• [47] MC ELWAIN J.C., BEERLING D.J., WOODWARD F.I., 1999 - Fossil plants and global warming at the Triassic-Jurassic boundary. Science, 285: 1386-1390.
• [48] MILLOT G., 1970 - Geology of clays. Springer-Verlag, Nowy Jork.
• [49] MORK M.B.E, VIGRAN J.O., SMELROR M., FJERDINGSTADT V., BOE R., 2003 - Mesozoic mudstone compositions and the role of kaolinite weathering - shallow cores in the Norwegian Sea (More to Troms). Norv. J. Geol, 83: 61-78.
• [50] PIEŃKOWSKI G.. 1991 - Eustatically-controlled sedimentation in the Hettangian-Sinemurian (Early Jurassic) of Poland and Sweden. Sedimentol.. 38: 503-518.
• [51] PIEŃKOWSKI G., 2004 - The epicontinental Lower Jurassic of Poland. Sp. Papers. 12: 1-154.
• [52] PIEŃKOWSKI G., SCHUDACK M.E., BOSAK P., ENAY R., FELDMAN-OLSZEWSKA A., GOLONKA J., GUTOWSKI J., HERNGREEN G.F.W, JORDAN P., KROBICKI M., LATHUILIERE B., LEINFELDER R.R., MICHALIK J., MONNING E., NOE-NYGAARD N., PALFY J., PINT A., RASSER W., REISDORF A.G., SCHMID D.U., SCHWEIGERT G., SURLYK F., WETZEL A., WONG T.E., 2008 — Jurassic. W The Geology of Central Europe. T. 2 (red. T. McCann). Mesozoic and Cenozoic: 823-922. Geol. Soc., London.
• [53] PIEŃKOWSKI, G., WAKSMUNDZKA M., 2009 — Palynofacies in Lower Jurassic epicontinental deposits of Poland: tool to interpret sedimentary environments. Episodes, 32: 21-32.
• [54] PIEŃKOWSKI G., NIEDŹWIEDZKI G., WAKSMUNDZKA M., 2011 — Sedimentological, palynological, and geochemical studies of the terrestrial Triassic–Jurassic boundary in north-western Poland. Geol. Magaz. [w druku].
• [55] POPRAWA P., 1997 – Late Permian to Tertiary dynamics of the Polish Trough. EUROPROBE TESZ-Meeting, Potsdam, Terra Nostra, 97, 11: 104-109.
• [56] PRICE G.D, 1999 — The evidence and implications of the polar ice during the Mesozoic. Earth Sci. Rev., 48: 183-210.
• [57] RAUCSIK B., VARGA A., 2008 — Climato-environmental controls on clay mineralogy of the Hettangian–Bajocian successions of the Mecsek Mountains, Hungary: an evidence for extreme continental weathering during the early Toarcian oceanic anoxic event. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 265: 1-13.
• [58] REES P. M., ZIEGLER A.M., VALDES P.J., 2000 — Jurassic phytogeography and climates: new data and model comparisons. W: Warm Climates in Earth History (red. B.T. Hubert i in.): 297-318. Cambridge University Press, Cambridge.
• [59] RUHL M., DEENEN M.H.L., ABELS H.A., BONIS N.R., KRIJGSMAN W., KURSCHNER W.M., 2010 — Astronomical constraints on the duration of the Early Jurassic Hettangian stage and recovery rates following the end-Triassic mass extinction (St. Audrie's Bay/East Quantoxhead, UK). Earth Planet. Sci. Lett., 295: 262-276.
• [60] SIMKEVICIUS P., AHLBERG A., GRIGELIS A., 2003 —Jurassic smectite and kaolinite trends of the East European Platform: implications for palaeobathymetry and palaeoclimate. Terra Nova, 15, 4: 225-229.
• [61] SINGER A., 1984 — The palaeoclimatic interpretation of clay minerals in sediments – a review. Earth Sci. Rev., 21: 251-293.
• [62] SUAN G., MATTIOLI E., PITTET B., MAILLIOT S., LECUYER C., 2008a — Evidence for majorenvironmental perturbation prior to and during the Toarcian (Early Jurassic) oceanic anoxic event from the Lusitanian Basin, Portugal. Paleoceanography, 23.
• [63] SUAN G., PITTET B., BOUR I., MATTIOLI E., DUARTE L.V., MAILLIOT S., 2008b — Duration of the Early Toarcian carbon isotope excursion deduced from spectra] analysis: consequence for its possible causes. Earth Planet. Sci. Lett., 267: 666-679.
• [64] ŚRODOŃ J., 1996 — Minerały ilaste w procesach diagenezy. Prz. Geol., 44, 6: 604-607.
• [65] ŚWIDROWSKA J., HAKENBERG M., POLUHTOVIC B., SEGHEDI A., VISNAKOV I., 2008 — Evolution of the Mesozoic basins on the southwestern edge of the East European Craton (Poland, Ukraine, Moldova, Romania). Studia Geol. Pol., 130: 3-130.
• [66] THIRY M., 2000 — Palaeoclimatic interpretation of clay minerals in marine deposits: an outlook from the continental origin. Earth Sci. Rev., 49: 201-221.
• [67] WAGNER R. (red.), 2008 — Tabela stratygraficzna Polski. Polska Pozakarpacka. Państw. Inst. Geol., Warszawa.
• [68] WIERZBOWSKI H., JOACHIMSKI M., 2007 — Reconstruction of late Bajocian–Bathonian marine palaeoenvironments using carbon and oxygen isotope ratios of calcareous fossils from the Polish Jura Chain (central Poland). Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 254: 523-540.
• [69] ZATOŃ M., 2011—Diversity dynamics of ammonoids during the latest Bajocian and Bathonian (Middle Jurassic) in the epicratonic Polish Basin. Palaeobiodiversity, Palaeoertvironments [w druku].