La Formación Tambach es una formación geológica del Pérmico Temprano en el centro de Alemania . Está formada por rocas sedimentarias de color rojo a marrón ( capas rojas ), como conglomerados , areniscas y lutitas , y es la parte más antigua del Alto Rotliegend dentro de la Cuenca Forestal de Turingia . [1] [2]
La geología general registra una historia con tres etapas distintas de sedimentación dentro de un entorno montañoso. Primero, la actividad tectónica forma una cuenca (la cuenca de Tambach) dominada por flujos de escombros de alta energía , inundaciones laminares y ríos trenzados . Estos inciden en la roca riolítica subyacente , depositando un conglomerado grueso conocido como el conglomerado de Bielstein. En segundo lugar, las condiciones más tranquilas permiten que la cuenca se ensanche, y el conglomerado es marginado por sedimentos más finos que anteriormente solo eran comunes en el centro de la cuenca, como la característica arenisca de Tambach. Estos sedimentos más finos se depositaron a través de secuencias repetidas de inundaciones, seguidas de aguas tranquilas, seguidas de exposición al aire. El clima general habría sido similar a las sabanas tropicales modernas , con períodos cálidos y secos interrumpidos por fuertes lluvias, probablemente varias veces en un año. La tercera etapa implica un regreso de las condiciones tectónicas, esta vez induciendo amplios depósitos de conglomerado polimíctico (heterogéneo) conocido como el conglomerado de Finsterbergen. [1] [3] [2]
La Formación Tambach también incluye una de las localidades fósiles del Pérmico más importantes de Europa: la localidad de Bromacker. Esta antigua cantera de arenisca y los yacimientos circundantes conservan varios tipos de facies diferentes , con diferentes componentes fósiles. Los gruesos rellenos de canales de arenisca en la sección inferior de Bromacker están cubiertos de lutita de lagos efímeros . Un conjunto diverso de fósiles traza, como huellas, están impresos en los drapeados de lutita. La sección superior de Bromacker contiene limolita depositada a través de inundaciones laminares, en las que se han descubierto esqueletos articulados bien conservados de tetrápodos terrestres. Estos incluyen anfibios tempranos como Rotaryus y Tambaroter , y reptiles tempranos como Eudibamus y Thuringothyris . A diferencia de la mayoría de los lechos rojos del Pérmico que preservan fósiles, los vertebrados acuáticos están ausentes en Bromacker, mientras que los sinápsidos carnívoros (como Dimetrodon ) son raros y los diadéctidos herbívoros son abundantes. También se han encontrado fósiles de plantas y artrópodos en las pizarras de Bromacker. [1] [4]
A partir de la década de 1840, se habían descrito huellas de cinco dedos en varias canteras de arenisca y cortes de carreteras en el distrito de Gotha , en Alemania. La estratigrafía de las rocas cerca de Tambach-Dietharz fue cartografiada en 1876, [5] y denominada como "Tambacher Schichten" (estratos de Tambach) en 1895, aunque en ese momento se creía que incluía varias capas de roca adicionales (ahora denominadas Formaciones Elgersberg y Eisenach) que desde entonces se han separado de ella. [2] En 1887, un coleccionista de fósiles local llamado Heinrich Friedrich Schäfer descubrió las primeras huellas fosilizadas de Bromacker. El hallazgo fue donado al Museo Ducal de la ciudad de Gotha , después de lo cual varios paleontólogos alemanes informaron de forma independiente sobre él que habían recibido evidencia fotográfica. [6] Wilhelm Pabst, conservador del departamento de historia natural del Museo Ducal, recopiló y describió 140 losas de arenisca de la Formación Tambach desde 1890 hasta su muerte en 1908. La colección fue redescubierta en la década de 1950 y posteriormente reestudiada por paleontólogos de la RDA como Hermann Schmidt, Arno Hermann Müller, [7] y Hartmut Haubold . [8]
En 1974, Thomas Martens descubrió huesos fosilizados de tetrápodos en los estratos superiores de Bromacker, lo que atrajo la atención de los paleontólogos de Gotha, entre ellos Harald Lutzner, que definió formalmente la Formación Tambach como una secuencia que incluye dos capas de conglomerado separadas por una capa de arenisca. [2] En los años siguientes, se establecieron contactos de investigación con paleontólogos occidentales como Jürgen Boy ( Universidad de Maguncia ) y David Berman ( Museo Carnegie de Historia Natural ). Esto permitió que la excavación se acelerara y que la Formación Tambach alcanzara fama mundial. Una expedición conjunta germano-estadounidense de 1993 recuperó fósiles de tetrápodos articulados, y la recolección de fósiles traza se reanudó después de más de 80 años gracias a la excavación de una nueva cantera de arenisca en Bromacker en 1995. Los primeros fósiles de cuerpos de Tambach fuera de Bromacker se descubrieron en 2008, en un sitio de construcción en el centro de Tambach-Dietharz. En 2010, las exposiciones que componen el Museo de la Naturaleza de Gotha comenzaron el proceso de traslado desde el Museo Ducal (que se estaba convirtiendo en un museo de arte) al Castillo Friedenstein . Debido a problemas de financiación, la colección de Bromacker ha sido limitada y la colección de Tambach se está archivando en el complejo histórico Perthesforum antes de la construcción de una nueva exposición sobre el Pérmico. [8]
La Formación Tambach se encuentra principalmente dentro de una cuenca actualmente ocupada por el Bosque de Turingia , y es estratigráficamente más joven que la Formación Rotterode y más antigua que la Formación Eisenach. Es la parte más antigua de la sucesión Rotliegend Superior de la Cuenca del Bosque de Turingia , un nombre que hace referencia a una secuencia de rocas puramente sedimentarias en el Pérmico Inferior de Alemania. Los sedimentos de la Formación Tambach se depositaron en un pequeño foso pérmico (denominado Cuenca Tambach), que estaba orientado en dirección noreste a suroeste e inciso en las rocas ígneas y sedimentarias de la Formación Rotterode. La Cuenca Tambach tendría unos 250 km cuadrados durante el Pérmico, aunque los afloramientos modernos solo ocupan unos 50 km cuadrados, sin contar la parte noreste de la cuenca que ha tenido sus depósitos borrados por procesos geológicos posteriores. [1] [2]
Tradicionalmente, se considera que la Formación Tambach está dividida en tres capas discretas: una capa de conglomerado inferior y una superior (Bielstein y Finsterbergen Konglomerate, respectivamente), separadas por una capa algo más estrecha de sedimentos más finos como arenisca , el miembro Tambach-Sandstein (arenisca de Tambach). [9] [3] [2] Sin embargo, los límites entre estas capas son a menudo imprecisos, y algunos geólogos han ofrecido una imagen deposicional más compleja con tres etapas estratigráficas definidas por cambios en la sedimentología de toda la cuenca, en lugar de tipos de roca específicos. [1]
La etapa más baja (etapa I) experimentó un período de alta actividad tectónica (parte de la orogenia varisca ) al sureste, el levantamiento de Oberhof. La formación de la cuenca entre este telón de fondo tectónico inicialmente condujo a poderosos flujos de escombros e inundaciones laminares , y luego ríos trenzados activos que fluyeron a lo largo de su borde con ríos de menor energía, llanuras aluviales y lagos en su centro. El conglomerado Bielstein grueso ( escala de cantos rodados / rocas ) y riolítico se depositó entre los ambientes marginales de alta energía, mientras que las primeras porciones de la arenisca Tambach se depositaron más lejos del borde de la cuenca. La dirección de flujo más prominente en la parte oriental bien conservada de la cuenca es el noroeste, hacia el centro de la cuenca. [1] [2] [10]
La disminución de la actividad tectónica en la etapa intermedia (etapa II) conduce a un aumento de la erosión , lo que reduce el relieve a lo largo del borde de la cuenca. Como resultado, los ríos trenzados en el borde se ralentizaron, lo que redujo el tamaño de los clastos a conglomerado de guijarros/ cantos rodados . El centro de la cuenca se graduó en pequeños arroyos y pantanos, depositando arenisca, limolita , esquisto y lutita en lechos rojos fosilíferos . Aunque la cuenca de Tambach puede haber estado aislada hidrológicamente durante este período, con sus vías fluviales drenando internamente, [1] algunos paleontólogos consideran en cambio que sus aguas fluyen hacia otra cuenca en el noreste, que no se preservó. [2] La última etapa (etapa III) experimentó un retorno de la actividad tectónica (el levantamiento cristalino de Ruhla) hacia el noroeste, aunque el relieve todavía era bastante plano. Los abanicos aluviales y las llanuras trenzadas de origen Ruhla se volvieron más comunes, lo que gradualmente permitió que un conglomerado polimíctico del tamaño de guijarros y rico en minerales se acumulara y se expandiera hacia el centro de la cuenca, formando el conglomerado Finsterbergen. [1] [2] [10]
La localidad fosilífera más famosa dentro de la Formación Tambach es la localidad de Bromacker, un grupo de pequeñas canteras abandonadas cerca de la ciudad de Tambach-Dietharz . Los estratos expuestos a la superficie en Bromacker corresponden al centro de la Cuenca Tambach, durante el tiempo de la parte superior de la etapa I y la parte inferior de la etapa II. Los sedimentos de la etapa I en Bromacker se denominan "capas inferiores" [1] o "arenisca de Bromacker" [3] y los sedimentos de la etapa II son las "capas superiores" [1] u "horizonte de Bromacker". [3]
Los estratos inferiores están dominados por gruesas láminas de arenisca de grano fino, a menudo con estratificación cruzada que indica que la paleocorriente estaba orientada hacia el noreste. Estas capas de arenisca suelen estar cubiertas por lutitas homogéneas , que a veces conservan grietas de lodo , fósiles de plantas, madrigueras de invertebrados y huellas de tetrápodos . Las gruesas capas de arenisca (y sus drapeados de lutitas) no son continuas, interrumpidas por una sucesión de sedimentos micáceos más finos y oscuros como pizarra , limolita y (raramente) arenisca muy fina. Esto reconstruye una secuencia de repetidos eventos de inundación, que involucran ríos fuertes y rectos que erosionan canales a través de la llanura de inundación limosa en el centro de la cuenca, dejando atrás rellenos de canales arenosos (arenisca) y depósitos de desbordamiento de grano fino (esquisto y otros sedimentos). Los drapeados de lutitas se pueden explicar como precipitados de extensos lagos efímeros que se evaporaron en las semanas posteriores a las inundaciones, después de lo cual se convirtieron en marismas. Muchos de los fragmentos de grietas de lodo fueron arrancados por la siguiente inundación y se incorporaron a las capas de arenisca subsiguientes como intraclastos . [1]
Los estratos superiores más estrechos también representan condiciones de inundación y de aguas estancadas alternadas, aunque con clastos más finos y topografía inferior. Los rellenos de canales de arenisca están reemplazados en su mayoría por capas homogéneas de limolita roja, que eran propensas a romperse a lo largo de los bordes afilados. Esta limolita contenía fragmentos de grietas de lodo, raíces revestidas de calcita y esqueletos parciales o articulados bien conservados de tetrápodos terrestres. Estos sedimentos indican que el relieve reducido en la etapa II de la Formación Tambach había hecho que las inundaciones laminares fueran la fuerza erosiva dominante, en lugar de canales individuales. El depósito de inundaciones laminares más bajo era particularmente rico en fósiles de diadectídeos . Las sucesiones de sedimentos finos también se alteraron, pasando a estar dominadas por esquisto finamente laminado (y solo ocasionalmente micáceo) en el que se fosilizaron restos de conchostracanos y artrópodos . Esto indica una transición a lagos más permanentes y condiciones de llanura aluvial amplia en el centro de la cuenca de Tambach, en lugar del entorno fluvial efímero de los estratos inferiores. [1]
En 2004 se descubrió una secuencia más antigua y extensa, la "Tambach-Wechsellagerung" ( intercalación de Tambach), a través de datos de sondeos . Esta secuencia se parecía un poco a las capas inferiores, con depósitos micáceos finos alternados y capas gruesas de arenisca rellenas con una brecha de intraclastos de lutita. Sin embargo, las capas de arenisca no presentaban evidencia de estratificación cruzada y los drapeados de lodo responsables de la mayoría de los fósiles traza de Tambach también estaban ausentes. Se encontraron fragmentos raros de fósiles de vertebrados, junto con estructuras de calcita. [3]
La datación por uranio-plomo no es posible para la Formación Tambach, que carece de rocas volcánicas frescas. La Formación Elgersburg similar [2] al sureste contiene riolita datada en 274 ± 4,9 millones de años atrás. [11] Sin embargo, no está claro si los estratos en Elgersburg son más jóvenes, más antiguos o equivalentes en edad a la Formación Tambach. [3] La bioestratigrafía es más informativa pero aún imprecisa. La bioestratigrafía de insectos y conchostracan la ubica en las biozonas Sakmariana - Artinskiana Moravamylacris kukalovae [12] y Artinskiana tardía Lioestheria monticula/andreevi [13] , respectivamente. La única especie de tetrápodo que se sabe que existe tanto en la Formación Tambach como en las faunas de América del Norte es Seymouria sanjuanensis , que persistió durante aproximadamente 15 millones de años entre el Asseliano y el Kungurian temprano . Dado que las especies de Dimetrodon presentes en Tambach son más pequeñas que las presentes en los lechos rojos de Texas , la Formación Tambach probablemente era más antigua que esas formaciones. [14] La Formación Tambach se colocó dentro del Seymouran LVF (Land Vertebrate Faunachron) de Lucas (2006), una biozona que se estimó que incluía el límite Artinskian-Kungurian. [15] Combinando la bioestratigrafía de invertebrados y tetrápodos, se consideró que la edad de la Formación Tambach era probablemente Artinskian. [12] En un estudio publicado en 2022, Menning y sus colegas consideran que la edad de la formación Tambach probablemente esté entre 294 y 292 Ma, correspondiente al Sakmariano. [16] Esta estimación se basa principalmente en la edad radiométrica de 295,8 ± 0,4 Ma ( Asseliano tardío ) de la Formación Rotterode que subyace discordantemente a la Formación Tambach, y en la estimación de que el intervalo de tiempo geológico no representado entre las dos formaciones es inferior a 2 millones de años. [16] [17] Además, la comparación del conjunto de huellas de la Formación Tambach con conjuntos de huellas pérmicas datadas radiométricamente de Francia e Italia también sugiere una edad Sakmariana. [16] [18]
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Las porciones ricas en arena y limo de la Formación Tambach probablemente se depositaron en un clima cálido con partes cálidas y secas del año y eventos periódicos de fuertes lluvias. Los tiempos secos fueron lo suficientemente severos como para evaporar los lagos efímeros inducidos por inundaciones de la cuenca de Tambach en cuestión de días, lo que restringió la capacidad de una fauna acuática permanente para colonizar la cuenca. Sin embargo, la mayoría de los fósiles de raíces de plantas están orientados horizontalmente (en lugar de verticalmente), lo que indica que el clima era generalmente lo suficientemente húmedo como para que las plantas nativas no necesitaran desarrollar raíces profundas u otras adaptaciones xerofíticas . Debido a esto, la Formación Tambach probablemente caería bajo el clima de sabana tropical moderno , a pesar de su falta de pasto. Los equivalentes climáticos modernos incluyen la sabana del norte de África y los Llanos de Venezuela y Colombia . [1] Sin embargo, a partir de la geoquímica de sedimentos del Miembro de Arenisca Tambach, Scholze y Pint propusieron una temperatura media anual de solo 10,9 a 15 °C (12,7 °C en promedio). [19] Hay evidencia de que pueden haber ocurrido temperaturas bajo cero en algunas noches durante la estación seca, probablemente como resultado de la gran elevación de la cuenca. [20] [2] [19] El clima puede haber sido más seco durante los períodos ricos en conglomerados de la Formación Tambach. [1] [2]
El ecosistema de la Formación Tambach es inusual por su falta de animales acuáticos como tiburones xenacanthid , Eryops o Diplocaulus , que son comunes en los lechos rojos del Pérmico Temprano. Esto se explica mejor por su entorno montañoso, aislado de las llanuras aluviales monzónicas de las tierras bajas que depositaron la mayoría de los lechos rojos. Además, la naturaleza efímera de los lagos y ríos de la cuenca de Tambach significa que solo los animales acuáticos adaptados a tales condiciones, como los conchostracans , pudieron prosperar. La cuenca de Tambach sostuvo una fauna anfibia diversa , pero solo tipos adaptados terrestres, incluidos dissorophoids y seymouriamorphs . Los grandes tetrápodos herbívoros como caseids y especialmente diadectids son los fósiles corporales más comunes recuperados de la formación, mientras que los sinápsidos carnívoros son relativamente raros. Esto contrasta con los entornos de América del Norte, donde los fósiles de carnívoros como Dimetrodon superan en número a los fósiles de herbívoros. Las condiciones ambientales de Tambach probablemente crearon una red alimentaria muy diferente a la de las tierras bajas. Las plantas más comunes eran tipos resistentes y adaptados a la sequía, como las coníferas , mientras que los helechos con semillas y otras plantas de las tierras bajas eran mucho más raras. Las plantas terrestres fibrosas fomentaron la colonización de la cuenca por animales terrestres herbívoros, pero el clima seco impide el desarrollo de una cadena alimentaria acuática, inhibiendo a animales como las grandes especies de Dimetrodon , que obtienen una gran parte de su alimento de los cursos de agua. [1] [4]
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