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Piedra caliza de Bear Gulch

La piedra caliza Bear Gulch es una lente geológica rica en piedra caliza en el centro de Montana , famosa por la calidad de sus fósiles de finales del Misisipi . Está expuesto sobre una serie de afloramientos al noreste de las Grandes Montañas Nevadas y, a menudo, se considera un componente de la Formación Heath, más extendida . La piedra caliza Bear Gulch reconstruye un ecosistema marino diverso, aunque aislado, que se desarrolló cerca del final de la era Serpujoviana . Se trata de una lagerstätte , un tipo particular de unidad rocosa con una preservación fósil excepcional tanto de esqueletos articulados como de tejidos blandos . Los fósiles de Bear Gulch incluyen una variedad de peces, invertebrados y algas que ocupan varios hábitats diferentes dentro de una bahía poco profunda preservada. [1] [2]

Los peces incluyen una gran diversidad de condrictios (peces cartilaginosos) inusuales [3] [4] y una de las lampreas más antiguas conocidas , [5] junto con otros vertebrados . [6] Los invertebrados incluyen numerosos fósiles de crustáceos , gusanos , cefalópodos y esponjas marinas , que se concentran en diferentes puntos de la cuenca de la bahía. Los cefalópodos sin cáscara son abundantes y Bear Gulch Limestone también conserva algunos de los mejores fósiles antiguos de cefalópodos coleoides . [7] [8] Los fósiles de organismos bentónicos típicos (adheridos al fondo marino) son raros, y los que se encuentran están restringidos a parches de esponjas similares a arrecifes en las exposiciones orientales. Esto indica que las condiciones de la bahía responsable de la piedra caliza Bear Gulch estaban en desacuerdo con otras áreas marinas cercanas. [2]

Algunos fósiles de Bear Gulch se conservaron con tanta rapidez y eficiencia que los comportamientos de apareamiento, [9] [10] órganos internos, [11] patrones de coloración, [12] contenido intestinal, [9] [13] e incluso el patrón de los vasos sanguíneos [11] ] se pudo observar en fósiles. Esta preservación excepcional puede ser una consecuencia del clima cálido monzónico predominante , ya que las tormentas podrían cubrir frecuente y rápidamente el lecho marino con escorrentía orgánica pobre en oxígeno de áreas menos profundas. [2] Aunque se encuentran hasta 40 metros de sedimento en la piedra caliza Bear Gulch, los datos bioestratigráficos sugieren que la lente se colocó en sólo 1000 años, un instante geológico. [6]

Geología

Entorno geológico

La piedra caliza Bear Gulch se considera comúnmente parte de la Formación Heath , la formación más joven del Big Snowy Group del centro de Montana . [1] [14] [2] [15] En cambio, algunos autores consideran que la piedra caliza Bear Gulch es un miembro temprano de la Formación Tyler, una unidad irregular pero extendida de piedra caliza carbonífera y sedimentos terrestres. [16] [17] La ​​mayor parte de la Formación Heath está representada por lutitas y margas negras , indicativas de ambientes litorales salobres y salados . Se desarrolló a lo largo de una secuencia transgresora en una estrecha vía marítima de agua salada, conocida como Central Montana Trough [3] [2] [4] o Big Snowy Trough. [1] [15] Esta vía marítima desembocaba en la cuenca Williston , un mar interior poco profundo más al este. La depresión de Central Montana también habría estado vinculada a cuencas totalmente marinas en la costa occidental de Laurussia , [1] [14] [15] pero esta conexión puede haberse roto en el momento de la deposición de Bear Gulch Limestone. [3] [4]

En la Formación Heath se desarrollan muchas lentes de piedra caliza distintas (paquetes de sedimentos localizados). Se superponen entre sí en una secuencia de este a oeste que se extiende a una distancia de 160 km en la depresión central de Montana. Las únicas partes expuestas de la secuencia se encuentran en Potter Creek Dome , una pequeña zona elevada al noreste de las Grandes Montañas Nevadas . [1] [2] Las últimas lentes de piedra caliza forman una gran parte de la Formación Upper Heath, [14] que a veces se denomina Miembro Bear Gulch en reconocimiento a la lente fosilífera mejor expuesta de la secuencia. [1] [18] [4] Esta lente, Bear Gulch Limestone, también fue una de las últimas en la secuencia, solo reemplazada por Surenough Beds inmediatamente al oeste de ella. [1] [2] La piedra caliza Bear Gulch se puede observar en numerosos afloramientos, repartidos en un área de más de 50 km2 en el condado de Fergus, Montana . [2] [6] [4]

La creación de lentes de piedra caliza en la Formación Heath se ha relacionado con la actividad tectónica que extiende la vía marítima mediante la excavación de bahías en el terreno circundante. A medida que las antiguas bahías se llenan y entierran con sedimentos, las fallas y los eventos sísmicos forman nuevas bahías en una larga sucesión de este a oeste. [1] [14] [2] Es posible que hayan sido necesarios apenas 1000 años para que la bahía responsable de la lente Bear Gulch Limestone se llenara por completo, después de solo 25 000 años para que toda la secuencia de formación de la bahía siguiera su curso a través de Montana. [6] [4] Los depósitos finales de piedra caliza en el área fueron sucedidos por sedimentos de lagos de agua dulce de la Formación Cameron Creek , la unidad más antigua del Grupo Amsden de principios de la edad de Pensilvania. [1] [2]

Edad

Una amplia variedad de evidencia bioestratigráfica ubica a la Formación Heath en la parte superior de la etapa Chesteriana , cerca del final del subperíodo del Mississippi ( período Carbonífero temprano ). El Chesteriano superior es el equivalente regional norteamericano de la etapa Serpujoviana global, así como la parte inferior de la etapa Namuriana europea . La piedra caliza Bear Gulch en particular se correlaciona con la zona amonoide E2b (Arnsbergiense medio) del Namuriano, [18] no lejos de la cima del Serpujoviense. Los estratos de la zona E2b en Inglaterra y la República Checa datan de hace unos 324 millones de años. [19] [20]

Clima

Durante el momento de la deposición, el área estaba entre 10 y 12 grados al norte del ecuador , en el límite entre los subtrópicos áridos y la región ecuatorial tropical. La deposición cíclica respalda un modelo climático que sostiene que el clima general era cálido y monzónico , con estaciones secas y lluviosas pronunciadas. Durante la tranquila estación seca , la sedimentación fue baja y la cuenca habría sido influenciada por los vientos alisios del noreste , las corrientes de marea y la evaporación . A principios de la temporada de lluvias , las temperaturas más cálidas y la reducción de los vientos alisios habrían aislado la cuenca y aumentado su salinidad general . A medida que avanzaba la temporada de lluvias, las fuertes lluvias realzan el gradiente de salinidad horizontal de la bahía, desde la bahía superior con influencia de agua dulce hasta la bahía inferior con influencia marina. Las tormentas también producirían una capa poco profunda de agua dulce, arrastrando sedimentos y material orgánico desde los márgenes de la cuenca hacia áreas más profundas. [2]

Sedimentología y ecosistemas

La piedra caliza litográfica de grano fino ( plattenkalk ) es predominante en la lente Bear Gulch, aunque el material siliclástico del tamaño de arcilla a limo también forma una porción significativa de roca en algunas áreas. Varias facies (asociaciones de sedimentos) se desarrollan en diferentes puntos de la bahía. [1] [2]

Las facies espesas y fosilíferas de la cuenca central se desarrollan a lo largo del eje principal de noroeste a sureste de la bahía, que está delimitado por pequeñas microfallas de deshidratación . Los peces y otros animales nectónicos (que nadan libremente) bien conservados son comunes, pero las algas y los animales bentónicos típicos (que viven en el fondo marino) son muy raros. La sedimentación de la cuenca central fue cíclica, con delgados lechos de esquisto pálido intercalados entre capas más gruesas de piedra caliza oscura, rica en materia orgánica y con un distintivo olor aceitoso. [1] [15] [2] Cada capa oscura contiene una secuencia de sedimentos: lechos densos y masivos ( homogéneos ) seguidos de láminas con lechos graduados , que pueden estar bioturbados en la parte superior de la capa. Estas pequeñas secuencias, a veces denominadas microturbiditas, hacen comparaciones con las secuencias de Bouma de depósitos de turbiditas marinas profundas . Las capas pálidas de esquisto de la cuenca central probablemente se acumularon lentamente durante la estación seca, mientras que las capas más oscuras corresponden a sedimentos del margen de la bahía que fueron arrastrados hacia la cuenca durante la temporada de lluvias. [2] Los derrumbes sedimentarios a lo largo del eje central de la cuenca se han utilizado para reconstruir el flujo dentro de la cuenca, lo que indica que se profundizó y drenaba hacia el noreste. [1] [14] [15] [2] La piedra caliza Bear Gulch alcanzó un espesor de 30 metros en su salida oriental, [14] [2] y la profundidad total de la cuenca fue de aproximadamente 40 metros. [1] [15] [6]

En su desembocadura oriental y en los nichos protegidos cercanos, la cuenca central pasa a los sedimentos laminados de colores claros de Arborispongia , facies productidas . Se caracterizan por arrecifes y parches de la esponja arborescente (ramificada) Arborispongia , que comúnmente está cubierta de braquiópodos productidos espinosos . Los organismos marinos bentónicos, como algas, bivalvos , briozoos y crinoideos , constituyen una parte importante del ecosistema en estas pocas áreas. [15] [2] En el borde noroeste tranquilo y poco profundo de la cuenca, se pueden observar arrecifes de Arborispongia , grandes estromatolitos y restos de plantas. Los cristales de sal son abundantes, lo que indica hipersalinidad y altas tasas de evaporación en esta área. [6] A medida que la bahía se llenó de sedimentos, condiciones similares se extendieron hasta el centro de la cuenca. Esto da como resultado la deposición de facies "superficiales" o "margosas", una colección de micritas muy pálidas con muy poco material orgánico o siliciclástico. Conservan diversas laminaciones de algas , diversos arrecifes de Arborispongia y concentraciones locales de pedernal y nódulos de yeso . [1] [14] [2] El final de la vida útil de la bahía estuvo indicado por una secuencia de capas con fragmentos de hojas, conglomerados de piedra caliza, [17] margas y, finalmente, sedimentos de agua dulce. [2]

Cuando la bahía estaba en su apogeo, el borde sur del eje central de la cuenca vio el desarrollo de facies de algas filamentosas. Se trata en su mayoría de calizas y lutitas oscuras y ricas en materia orgánica, similares a las facies de la cuenca central, aunque con más limo siliciclástico y menos microturbiditas. Como su nombre indica, abundan las hebras de algas filamentosas. [15] [2] Más allá del eje principal de la cuenca, las rocas son aún más limosas, no están claramente estratificadas y tienen una coloración muy oscura. Estos sedimentos, las facies marginales, tienen un alto contenido de peloides , restos vegetales y otro material orgánico. Probablemente correspondan a zonas poco profundas y salobres con afluencia de agua dulce. Los fósiles de taxones totalmente de agua salada son raros y están mal conservados en comparación con otros ambientes, aunque los organismos con un rango más amplio de tolerancia a la salinidad ( Acanthodes , gasterópodos , algas filamentosas) son bastante comunes. [1] [15] [2]

Preservación de fósiles

La piedra caliza de Bear Gulch es un konservat lagerstätte , lo que significa que sus fósiles están excepcionalmente bien conservados, incluidos detalles de tejidos blandos que ofrecen información poco común sobre la biología de los organismos del Carbonífero. [2] Los sedimentos de grano fino comunes en la formación permiten que las estructuras fosilizadas conserven una resolución fina, como se ve en lagerstätten equivalentes a base de plattenkalk a lo largo de la historia geológica. La mayoría de los fósiles están aislados y aplanados en películas muy delgadas entre capas en forma de láminas. Los conjuntos de arborispongia , caparazones de cefalópodos y huesos de grandes vertebrados ocasionalmente se proyectan a través de varias capas delgadas, acercándose a la preservación tridimensional. [14] [15]

Los vertebrados suelen presentarse en forma de esqueletos completos y sus fósiles suelen conservar pigmentos orgánicos internos y externos . Los pigmentos de la piel pueden indicar patrones de color y la extensión de las aletas y otras estructuras externas, mientras que los pigmentos internos se utilizan para delinear el hígado , el bazo , los ojos y otros órganos. En casos raros, incluso la estructura de los vasos sanguíneos frágiles puede reconocerse a partir de los pigmentos sanguíneos conservados. [21] [11] Los contenidos intestinales poco comunes indican la dieta de algunos animales de Bear Gulch, [11] [22] y se han encontrado músculos fosfatados en situaciones muy raras. [15] Los invertebrados blandos están indicados por una variedad de mohos, moldes y decoloraciones orgánicas en las rocas. [14] [15] En la cuenca central, los fósiles de invertebrados con conchas calcáreas están en su mayoría disueltos, dejando sólo mohos en la roca circundante. Por otro lado, en la cuenca central se vuelven más comunes los invertebrados con conchas quitinosas o ricas en fosfatos . Esto puede haber sido una consecuencia de la acidez en los fluidos de los poros de los sedimentos, donde los fluidos menos ácidos favorecían la preservación de los fósiles calcáreos y los fluidos más ácidos favorecían los fósiles fosfatizados. [1] [15]

Existe cierta incertidumbre sobre cómo se logró esta preservación excepcional. La mayoría de los fósiles son animales completos y sin descomponer, sin signos de perturbación por parte de carroñeros o fuertes corrientes. Para evitar la descomposición del frágil tejido blando en un ambiente cálido, la muerte y el entierro tuvieron que haber sido muy rápidos para la gran mayoría de los esqueletos articulados. Los fragmentos desarticulados raros pueden corresponder a cadáveres grandes o flotantes que suben a la superficie del agua para descomponerse gradualmente y desmoronarse en un proceso tafonómico de "hinchazón y flotación" . [14] [2] Los fósiles están dispersos por toda la lente de Bear Gulch, en lugar de concentrarse en lechos específicos ricos en fósiles (lo que se esperaría si los organismos murieran por la proliferación de algas ). [1]

El fondo marino depositado cíclicamente de la cuenca central, aunque fosilífero, está desprovisto de invertebrados bentónicos. Algunos autores han sugerido que las aguas más profundas de la cuenca eran demasiado saladas o pobres en oxígeno para la mayor parte de la vida. [1] Sin embargo, los peces que habitan en el fondo son comunes en la cuenca central, lo que sugiere que la anoxia (falta de oxígeno) no era una cualidad persistente de las aguas del fondo. [14] [2] Sin embargo, muchos fósiles de peces se encuentran con branquias distendidas, lo que favorece la asfixia como causa de muerte. [11] [15] [2] Una posible explicación de la rápida asfixia y entierro atribuye la culpa a la escorrentía de agua dulce durante las tormentas en la temporada de lluvias. Las fuertes lluvias traerían una cascada de sedimentos marginales ricos en materia orgánica a la cuenca central. A medida que los sedimentos se hunden, absorben rápidamente oxígeno del agua de mar, matando y enterrando a los organismos de la cuenca en sólo cuestión de horas. [2]

paleobiota

El ecosistema representado por Bear Gulch Limestone era vibrante y estaba bien representado por fósiles, con muchas especies descritas y no descritas de vertebrados e invertebrados entre sus filas. Los animales muestran una amplia gama de tipos de cuerpo y muestran preferencias por ciertas áreas de la bahía, lo que indica que la bahía ofrecía una amplia gama de hábitats y nichos para llenar. [4] Se han conservado muchos indicadores de paleoecología y paleobiología , desde asociaciones entre organismos con caparazón incrustados y algas, [23] hasta contenidos intestinales y otros rastros de alimentación, [13] e incluso algunos animales fosilizados durante el apareamiento. [9] [10] Los peces son diversos y abundantes, con miles de especímenes que representan aproximadamente 150 especies (a partir de 2015). [4] Muchas de estas especies no están descritas ni nombradas, sólo se mencionan a través de "nombres en clave"; Las especies sin nombre no están incluidas aquí en las listas de paleobiota.

Condrictios

La piedra caliza Bear Gulch es famosa por sus condrictios inusuales y ecológicamente diversos , el grupo de peces cartilaginosos que contiene tiburones , rayas y quimeras modernos . Se conocen más de 80 especies de condrictios (a partir de 2012), lo que representa cerca del 60% de la diversidad de peces (por recuento de especies) en la bahía. Esto está muy lejos de los ecosistemas modernos, donde los condrictios representan sólo alrededor del 3% de las especies de peces. [6] En Bear Gulch Limestone, los condrictios poseen una amplia gama de ecologías y tipos de cuerpos, incluidas formas parecidas a anguilas (" Thrinacoselache "), durofagos de cuerpo profundo ( petalodontiformes ), pequeños nadadores activos (la mayoría holocéfalos ), similares a rayas formas bentónicas ( Squatinactis ) y depredadores más típicos parecidos a tiburones ( simmoriiformes y elasmobranquios ). [4] Los patrones de diversidad y abundancia de condrictios están correlacionados, con el mayor número de especies y fósiles encontrados en las facies de la cuenca central y el más bajo en las facies marginales. Los grandes condrictios depredadores como Listracanthus y los simmoriiformes (excepto Falcatus ) constituyen una mayor porción de fósiles en la bahía superior hipersalina, mientras que Falcatus y los holocéfalos son los fósiles más comunes en las facies de la cuenca central y marginal. Un hábitat de arrecife protegido en el borde oriental de las exposiciones ha producido una gran cantidad de fósiles de Heteropetalus . Independientemente, cada hábitat observa una importante superposición de especies con otros hábitats, y los condrictios "comunes" (>3 especímenes) no son abundantes hasta el punto de que superan en número a las especies más raras (<3 especímenes), en términos del recuento total de especímenes. [6]

Actinopterigios

Los actinopterigios (peces óseos con aletas radiadas) también son bastante diversos, con alrededor de 50 especies descritas y no descritas (a partir de 2012) que representan más de un tercio de la diversidad de peces de Bear Gulch. En términos de recuento de especímenes, son los fósiles de peces más abundantes en Bear Gulch Limestone y representan aproximadamente el 80% de todos los vertebrados fósiles. [6] Sin embargo, son más restringidos que los condrictios en términos de ecomorfología . La mayoría tiene una forma corporal pequeña y generalizada fusiforme (suavemente ahusada), con sólo unas pocas desviaciones hacia formas más alargadas o de cuerpo profundo. [4] Los actinopterigios más abundantes incluyen Wendyichthys y tres especies sin nombre estrechamente relacionadas (nombres en clave "Yogo", "Fub" y "Cop"). La relativa abundancia de actinopterigios disminuye en la bahía superior, aunque siguen siendo bastante comunes. Se han encontrado bancos de larvas recién nacidas en hábitats de arrecifes aislados cerca de la cuenca central. [6]

Otros peces

Los peces no actinopterigios y no condrictios constituyen un componente bastante pequeño de la diversidad general, aunque sus fósiles todavía son comunes en algunos hábitats. Los sarcopterigios (peces con aletas lobuladas) conservados incluyen actinistas ( celacantos ) y el rizodonte Strepsodus , que tienen preferencias de hábitat muy diferentes. Los celacantos, particularmente fósiles del género Caridosuctor , son abundantes en la cuenca central y sus márgenes, pero están prácticamente ausentes en la bahía superior. Strepsodus , por el contrario, es moderadamente común en la bahía superior y muy raro en otros lugares. Ninguno de los dos es común en el hábitat protegido del arrecife oriental. Acanthodes , el único acantodio conocido de Bear Gulch Limestone, tiene un patrón de distribución similar al de Strepsodus : común en la bahía superior y en ningún otro lugar. Las lampreas , representadas por Hardistiella , son demasiado raras para estimar su preferencia de hábitat. [6] [4]

artrópodos

Los artrópodos son diversos, siendo los más abundantes y especiosos varios hoplocaridos primitivos , parientes de los estomatópodos modernos ( camarones mantis ). [59] [60] Otros artrópodos incluyen una variedad de crustáceos típicos del Carbonífero , [61] [59] xifosuranos raros (cangrejos herradura), [62] y una sola " sinzifosurina " ( Anderella ). [63] Los trilobites , aunque comunes en formaciones adyacentes, están prácticamente ausentes en la piedra caliza Bear Gulch.


moluscos


gusanos

Otros invertebrados

Ver también

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la piedra caliza Bear Gulch .

enlaces externos

Referencias

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