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«3D Modellierung eines Karnischen Ammoniten‐ Massenvorkommens   (Taurus, Türkei; FWF P22109‐B17)    Susanne MAYRHOFER, Alexander ...»

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R. Marschallinger, W. Wanker, F. Zobl: Beiträge zur COGeo 2010. doi:10.5242/cogeo.2010.0000

3D Modellierung eines Karnischen Ammoniten‐

Massenvorkommens  

(Taurus, Türkei; FWF P22109‐B17) 

 

Susanne MAYRHOFER, Alexander LUKENEDER

Peer-reviewed COGeo 2010 contribution

doi:10.5242/cogeo.2010.0006

Zusammenfassung

Die Ober-Trias im Gesamten und die Karnische Stufe im Speziellen wurden von einer der umfangreichsten ökologischen Krisen des Mesozoikums heimgesucht, der Karnischen Krise (= Carnian Pluvial Event), wobei die karbonatischen Plattformen abstarben und mit ihnen die meisten Riffbildner verschwanden (SIMMS & RUFFEL 1989; HORNUNG 2008). Die zu untersuchende Orthoceltites Vergesellschaftung (Ammoniten, Cephalopoden) wurde während der Karnischen Krise an der Grenze der Kartoz und Kasimlar Formation (Anatolien, Türkei) abgelagert (KRYSTYN et al. 2002; GALLET & al. 2007) und kann als Mandat für die Umweltbedingungen dieser Zeit und der biologischen Krise im Karnium fungieren. Zu erwähnen ist, dass bis heute die genaue Ursache der Karnischen Krise unter heftiger Diskussion steht. Die Hauptthematiken dieser Studie sind die paläoökologische, paläobiogeographische, litho-, zyklo- und magnetostratigraphische Entwicklung des Ober-Trias (Karnium) Ammoniten Massenvorkommens an der Lokalität Asagiyaylabel (Türkei), gebildet zur Zeit der Karnischen Krise. Dieses Gebiet ist eine Schlüssel-Lokalität im Taurus Gebirge und hat eine verbindende und zwischengelagerte Position. Zur Zeit der Ober-Trias lag das Gebiet an der Westspitze des Kimmerischen Systems und wies Verbindungen zum Neo-Tethys und zum Paläo-Tethys Ozean auf. Neue Einsichten in die Taxonomie und die Paläoökologie der zu untersuchenden Ammoniten und den dazugehörigen Makro- und Mikrofossilien werden erwartet. Die massenhaften Ammoniten Orthoceltites, mindestens 200 Millionen Exemplare, werden als Vertreter einer neuen Art angesehen. Weitere Themen der Untersuchungen sind die ursprüngliche Position und die Umweltbedingungen des Ablagerungsraumes bei Asagiyaylabel im Taurus Gebirge. Die Bildung der Ammoniten Lagen ist entweder autochthon oder allochthon (transportiert) begründet. Resultate der 3D Modellierungen sind grundlegend für die geodynamischen, paläoozeanographischen und paläobiologischen Schlussfolgerungen. Das führt weiter zur Fragestellung der ursprünglichen Wassertiefen während der Bildung des Ammoniten Massenvorkommens. Ein Ziel dieses ‘multitasking’ Projektes ist es, die Zusammenarbeit mit verschiedenen Wissenschaftsparten wie der ‚Structural Processes Group’ und der ‚Geometric Modelling Group’, zu unterstreichen. Interdisziplinäre Zusammenarbeit mit anderen Wissenschaften ist in modernen Zeiten essenziell. Statistische Analysen der Orientierung (z.B. Imbrikation) der Ammoniten Schalen kann auf Strömungen oder Transport Richtungen hinweisen. 3D Modellierung von Kalzit-Zementen (fossile Wasserwaagen) und diagenetisch gebildeten Kalzit-Adern, welche die Ammoniten durchbrechen, komplettieren die geometrischen Rekonstruktionen und werfen Licht auf biostratinomische (vor Susanne Mayrhofer und Alexander Lukeneder der Einbettung) und folgende diagenetische (nach der Einbettung) Prozesse. Die Kombination von Analysen verschiedener Fossilgruppen, in Verbindung mit Isotopen, der Magneto- und Zyklostratigraphie, geochemischen Daten, sowie der 3D Rekonstruktionen wird helfen Details der Ober-Trias und der Krisen des Mesozoikums zu lösen. Meeresspiegelschwankungen und Klimaänderungen können deutlicher erscheinen und der ‘Motor’ hinter einem solchen Niedergang besser verstanden werden. Untersuchungen an Lokalitäten wie Asagiyaylabel können als Lösungsansatz für die Karnische Krise dienen.

1 Einführung

1.1. Geographie und Geologie Das paläogeographische Arbeitsgebiet des Anatolischen Systems (Taurus, Türkei) war in der Trias durch Mikroplatten inmitten der West-Tethys charakterisiert (Abb. 1). Die westliche Grenze der Neo-Tethys wurde durch einen Teil der so genannten Kimmerischen Blöcke gebildet (DECOURT 1993, 2000; SCOTESE et al. 1989; SCOTESE 1998, 2001; STAMPFLI & BOREL 2002;

STAMPFLi et al. 2002). Durch die Ausdehnung der Paläo-Tethys bildete sich zwischen dem Afrikanischen Kontinent und den nördlichen Kimmerischen Superterrains die neu entstandene NeoTethys. Diese Kimmerischen Blöcke inkludierten die heutige Türkei, den Iran, Afghanistan, Tibet und Malaysia. Nördlich dieser Kimmerischen Blöcke hatte die „alte“ Paläo-Tethys weiterhin offene Verbindungen nach Norden. Das Gebiet um Asagiyaylabel war höchstwahrscheinlich Teil dieser Blöcke. Das Orthoceltites Massenvorkommen der Obertrias (Karnische Stufe) wurde innerhalb eines Intraschelfbeckens in diesem Bereich gebildet. Dieses außergewöhnliche Ammoniten Massenvorkommen (Orthoceltites sp.) befindet sich direkt über den grauen Plattformkarbonaten der Kartoz Formation (Abb. 1). Riffe und Plattformen erlebten innerhalb des Karniums einen enormen Rückgang (= Karnische Krise bzw. Carnian Pluvial Event). Schwarze Kalke der Orthoceltites Schichten zeigen einen drastischen Wechsel der Umweltbedingungen zur Zeit der Bildung an. Diese Schichten sind überlagert von mergeligen Kalken welche wiederum von hunderten Metern von schiefrig verwitternden Mergeln überlagert werden.

1.2. Der Schlüsselaufschluss Der Aufschluss Asagiyaylabel befindet sich im Südwesten der heutigen Türkei, 90 km nordöstlich von Antalya beim Golf von Adalia, und ca. 70 km südöstlich von Isparta (Abb. 1), zwischen den Seen Egirdir (NW) und Beysehir (NE). Die steil aufgeschlossenen Kalkbänke liegen ca. 300 m westlich der kleinen Ortschaft Asagiyaylabel. Die Neigung der fossilreichen Orthoceltites Schichten beträgt ca. 45° gegen NE. Tektonisch zählt das Gebiet um Asagiyaylabel zum Anamas Autochthon welches sich innerhalb der so genannten Taurus Plattform Einheiten befindet (ROBERTSON 1993, SENEL 1997). Das Anamas Autochthon, welches auch KaracahasirAutochthon genannt wird, beinhaltet Mittel- bis Obertriassische Kalke sowie mergelige Kalke und „Schiefer“ bis zu einer Mächtigkeit von 500 m. Die Hauptformationen innerhalb der untersuchten Lokalität sind die Mittel- bis Obertriassische (Ladinische bis Karnische) Kartoz Formation sowie die Obertriassische (Karnische) Kasimlar Formation. Während die Kartoz Formation aus Flachwasserkarbonaten besteht, beginnt die Kasimlar Formation nach einer stratigraphischen Lücke, mit den bereits erwähnten Orthoceltites Schichten (schwarze Ammoniten-Kalke). Darüber lagern hemipelagische Kalke gefolgt von hunderten Metern von mergeligen „Schiefern“ mit Schill-Lagen von Bivalven (Halobia sp.) und selten Ammoniten. Die Stratigraphie dieses AufD Modellierung eines Karnischen Ammoniten-Massenvorkommens schlusses beruht auf Untersuchungen von Conodonten, Ammoniten sowie halobiiden Bivalven (KRYSTYN et al. 2002, GALLET et al. 2007).





Die Besonderheit dieses Aufschlusses stellt ein bereits erwähntes Ammoniten Massenvorkommen (Orthoceltites Schichten) an der Basis der Kasimlar Formation dar (Abb. 1 & 2). Dieses Vorkommen wird stratigraphisch in das Karnium (Jul) gestellt welches dem weltweiten Interval (innerhalb der Tethys) der so genannten Karnischen Krise (HORNUNG 2008) oder Carnian Pluvial Event (SIMMS & RUFFEL 1989) entspricht. Ein Abschnitt der vom Jul 1/IIc bis and die Jul/Tuval Grenze reicht. Die Orthoceltites Schichten gehören aufgrund biostratigraphischer Untersuchungen der Austrotrachyceras austriacum Ammoniten Biozone an, welche laut GRADSTEIN et al.

(2004) von ca. 226 Ma bis 223 Ma andauerte.

Susanne Mayrhofer und Alexander Lukeneder

Abb. 1: Stratigraphische Zeitskala (links) mit der Karnischen Stufe als Teil der Ober-Trias. Die paläogeographische Position des Fundgebietes ist durch einen weißen Kreis markiert (zusammengestellt nach SCOTESE 2001 und STAMPFLI et al. 2002). Lage der Lokalität an der Grenze Kartoz Formation vs. Kasimlar Formation bei Asagiyaylabel (Bildmitte). Der Aufschluss mit angedeuteter Position der Orthoceltites Schichten (rechts).

2 Ausgangssituation und Problemstellung

–  –  –

Bis heute fehlt es an detaillierten Untersuchungen und Publikationen mesozoischer Daten der Lokalität Asagiyaylabel (Anatolien, Türkei; Abb. 1). Die känozoischen Becken, sowie Material aus der Umgebung, wurden von KELLING et al. (2005) und DEYNOUX et al. (2005) zusammengefasst und beschrieben. Während der 1970er Jahre konnte eine reiche Brachiopodenfauna aus triassischen bis jurassischen Sedimenten des Gebietes zwischen den beiden Seen Egidir und Beysehir aufgesammelt werden (AGER et al. 1978). Die Geologie der Südwest Türkei, im Speziellen des Anamas Dag, wurde weitgehend von GUTNIC et al. (1979), ROBERTSON (1993) und SENEL (1997) aufgenommen. Die Lokalität befindet sich zwischen der Antalya Sutur im Süden und der Izmir-Ankara Sutur im Norden (ANDREWS & ROBERTSON 2002). Am westlichen Ende des kimmerischen Kontinents gelegen, zeigte es zur Zeit der Trias Verbindungen sowohl zur Neo- als auch zur Paläo-Tethys (DECOURT 1993, 2000; SCOTESE 1998, 2001; SCOTESE et al.

1989; STAMPFLI & BOREL 2002; STAMPFLI et al. 2002). Bis heute fehlen präzise paläontologische Studien aus dem Gebiet um Asagiyaylabel. Solche „Fossillagerstätten“ (SEILACHER et al.

1985) deuten auf bestimmte Umweltbedingungen hin, spiegeln Paläodynamische Systeme wieder und sind ein bedeutendes Hilfsmittel für Faziesanalysen und Marker-Schicht Korrelationen (ERNST et al. 1983; BRETT & BAIRD 1996; BRETT et al. 1996; SEILACHER et al. 1985; KIDWELL et al. 1986). Ammoniten sind innerhalb mariner Sequenzen der Trias bedeutende biostratigraphische Indikatoren. Zu ihren Habitaten zählen der Schelf und das Pelagikum der obertriassischen Neo-Tethys, dennoch ist deren Lebensweise bislang immer noch sehr umstritten (WESTERMANN 1990, 1996). Studien vergleichbarer Ammoniten Massenvorkommen zeigen die Bedeutung von Ammoniten in der Paläoökologie (LUKENEDER 2001; LUKENEDER 2003 a, b; LUKENEDER 2004 a, b, c, d; LUKENEDER 2005; LUKENEDER 2007; LUKENEDER & SMRECKOVÁ 2006). Die massenhaft auftretenden Ammoniten der Gattung Orthoceltites werden als Vertreter einer neuen Art angesehen. Eine weitere Fragestellung, ob die Ammoniten Lagen als autochthon (= an Ort und Stelle entstanden) oder allochthon (= transportiert) anzusehen sind, soll gelöst werden. 3D Modellierungen sind Voraussetzung für geodynamische, paläoozeanographische und paläobiologische Schlussfolgerungen. 3D Analysen der Orientierung von Ammoniten Schalen können auf Strömungen oder Transport Richtungen hinweisen. Dadurch können Meeresspiegelschwankungen und Klimaänderungen verdeutlicht werden und der „Motor“ hinter einem solchen Niedergang besser verstanden werden.

3 Methodik Neben Methoden wie Mikrofossil-Analyse, Magnetostratigraphie, Zyklostratigraphie, stabile Isotopen Untersuchungen, Gamma-log Spektren, Suzeptibilitäts-Messungen, Lithostratigraphie, Fazies-Analysen und geochemischen-Analysen soll hier auf Methoden der 3D Modellierung näher eingegangen werden. Der Versuch einer zerstörungsfreien 3D Modellierung mittels eines Röntgen-CT´s (KETCHAM & CARLSEN 2001) schlug aufgrund der zu ähnlichen Dichte zwischen Kalk (2,73 g/cm3) und der durch Kalzit ersetzten Ammonitenschalen (2,715 g/cm3) fehl. Aus diesem Grund mussten wir bei der 3D Modellierung zu komplexeren Methoden greifen (Abb. 2 & 3).

3.1 3D Modellierung durch 2D Schnittbilder Mit Hilfe des Softwareprogramms GoCAD soll eine 3D Rekonstruktion von Ammoniten (Orthocelites sp.), von Kalzit-Zement, Kalzit-Klüften und Kalzit-Adern aus digitalisierten Schnittbildern durchgeführt werden (Abb. 2). Durch die Kombination von „matching line features“ können individuelle Objekte aus importierten 2D Schnitten zu einem 3D Modell zusammengerechnet werden. Statistische Analysen der Orientierung und der relativen Position (z.B.



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