Ciclicitatea in sedimentologie

Ciclicitatea in sedimentologie

Termeni specifici

Deseori in depozitele sedimentare poate fi observata o alternare ritmica a unor litoni (unitati cu o anumita compozitie petrografica) diferiti prin compozitie sau caracter texto-structural, iar alteori chiar repetarea unor unitati depozitionale mult mai largi. In limbajul sedimentologic, aceste repetari au fost denumite cicluri depozitionale, secvente ciclice, periodite sau ritmite, in functie de scara la care are loc repetarea.

Unitatea depozitionala de baza in sedimentologie, este 'stratul'; avand drept caracteristici: uniformitate compozitionala, grosime aproximativ constanta si extindere laterala apreciabila. Intr-o succesiune repetitiva, stratele sunt separate intre ele printr-o intercalatie cu compozitie diferita si grosime mult subordonata, denumita interstrat, formand astfel impreuna un cuplet. Daca interstratul este foarte subtire, el se va demarca doar ca o discontinuitate = suprafata de strat. Daca interstratul apare din loc in loc mai gros, cupletele delimitate intre aceste nivele formeaza seturi.

O stratificatie ritmica (sau o secventa ritmica) compusa dintr-o succesiune de cuplete (secvente) poate rezulta prin doua tipuri de procese diferite:

prin schimbari bruste in procesul de sedimentare, datorita unor evenimente depozitionale intamplatoare, episodice caz in care poarta numele de stratificatie disciclica. Ca exemple pot fi date aici: turbiditele, tempestitele, inunditele, episoadele de explozii vulcanice.

prin schimbari repetate (periodice, ciclice) lente si gradate ale procesului de sedimentare, caz in care poarta numele de stratificatie ciclica. Exemplu: cuplurile rezultate prin sedimentare pelagica marna/calcar.

Cand se repeta trei sau mai multe unitati litologice diferite intr-o succesiune, putem vorbi despre secvente ciclice. In 1964, Weller a propus termenul de "cyclothem" pentru a desemna un ciclu de baza al unei secvente carbunoase care cuprinde o succesiune de unitati litologice diferite cu dezvoltare simetrica sau asimetrica. Mai tarziu, in stratigrafia seismica, acest termen a fost inlocuit prin secventa depozitionala sau prin parasecventa (van Wagoner et al. 1987; Vail 1987; Vail et al. 1991).

Cauza acestor produse ciclice sau ritmice trebuie cautata intre factorii care guverneaza procesul depozitional. Factorii care conditioneaza sedimentarea pot fi situati:

- in afara sistemului sedimentar (de exemplu schimbarile climatice, miscarile tectonice, variatiile globale ale nivelului marii) caz in care acesti factori sunt denumiti alociclici, iar produsele (cu o buna continuitate in timp si in spatiu, chiar si in bazine separate) sunt denumite secvente alociclice sau alogenetice.

- in interiorul bazinului de sedimentare (de exemplu furtunile, curentii de turbiditate, bioconstructia, schimbarile de chimism ale apelor, etc) caz in care factorii sunt denumiti alociclici iar produsele acestora au continuitate limitata si sunt denumite secvente autociclice sau autogenetice.

Clasificarea fenomenelor ciclice

Un prim criteriu de clasificare a proceselor si respectiv a produselor ritmice si ciclice este bazat pe grosimea unitatilor depozitionale, rezultand patru grupari:

- ritmite la scara laminatiilor = varve

- ritmite la scara stratelor

- cicluri sedimentare la scara aflorimentului

- secvente ciclice la scara bazinului

Cu exceptia secventelor ciclice la scara mare, aceasta clasificare poate fi usor aplicata in teren sau pe carote, fara a fi necesare informatii suplimentare despre geneza sedimentelor, rata de sedimentare si extinderea in timp a sedimentelor.

Intervalele de timp (perioadele) in care un anumit proces redevine activ sunt foarte diferite: milioane de ani, sute de mii, zeci de mii, mii, sute de ani. In consecinta, ierarhizarea proceselor si a produselor in cicluri de diverse ordine (I-VI) este posibila si necesara: se vorbeste de cicluri de 'termen lung' (I,II,III) si cicluri de 'termen scurt' (IV, V, VI) (tabelul 3.1).

In 1987 Haq si colaboratorii sai si apoi in 1991, Vail a propus divizarea secventelor depozitionale in sase ordine de ciclicitate, dupa durata in timp a unui ciclu:

Ciclurile galactice si Superciclurile sunt determinate de: variatii in campul gravific la nivel galactic, provenite din explozii stelare, modificarea pozitiei unor 'gsuri negre', precum si de apropierea sau departarea sistemului nostru solar fata de centrul galaxiei. Efectele acestor fenomene nu pot fi vazute in afloriment, ci doar in urma corelarilor globale, ca modificari la nivelul astenosferei care pot genera divizari sau coliziuni ale continentelor sau ca modificari climatice pe termen lung determinand oscilatii glacio-eustatice. Concentrarea maselor continentale are ca efect ajungerea la un volum maxim al oceanelor, cresterea procesului de subsidenta termica, micsorarea ratei de expansiune a oceanelor, toate ducand la o scadere accentuata a nivelului oceanului planetar. Situatia este inversa in cazul divizarii supercontinentelor: rata de expansiune mare si cresterea nivelului oceanului.

Ca exemplu poate fi dat aici supercontinentul Pangeea format prin agradare la sfarsitul Permianului si inceputul Triasicului. In urma acestei coliziuni a avut loc o schimbare drastica atat a climei cat si a volumului oceanului planetar. S-a trecut astfel de la o perioada dominata de calote glaciare polare si gradienti de temperatura latitudinali la o perioada cu efect de sera. In Triasic, nivelul de baza a inceput sa creasca, dar aportul de sedimente a depasit spatiul de acumulare creat de aceasta crestere dand nastere unei regresiuni (dupa Vail et al. 1991). In acelasi timp zonele oceanice erau caracterizate de o suprasaturare accentuata in carbonat de calciu si un raport mare intre Mg/Ca, favorizand formarea platformelor carbonatice precum si dolomitizarea calcarelor.

Un produs al unui ciclu de ordin superior (ord. III ‑ 'o secventa') poate include unitati depozitionale (ritmuri) care la randul lor au caracter ciclic (de ordin inferior: IV, V) si sunt deci, periodite. Regula de compunere a unor cicluri cu amplitudini si perioade cunoscute este relativ simpla, dar efectul combinat al unor astfel de procese ciclice nu este intotdeauna usor de decelat.

Eustatism = variatia globala a nivelului marii masurata in raport cu centrul Pamantului. Variatiile eustatice combinate cu rata de subsidenta si cu rata de sedimentare sunt factorii care controleaza formarea secventelor depozitionale si caracteristicile acestora. Asfel se pot identifica secvente de nivel scazut al marii, secvente transgresive si secvente de nivel ridicat al marii.

Ciclurile Milankovitch

Indiferent de scara la care apar, perioditele sunt produse relativ usor corelabile si de aceea, mult utilizate in orizontarile stratigrafice si reconstituirile de paleomediu.

Atunci cand perioditele sunt produsele unor cauze globale, servesc si la reconstituiri paleoclimatice. Ciclurile Milankovitch reprezinta un excelent exemplu in acest sens, prin faptul ca schimbarile climatice determinate de ciclurile orbitale, cunoscute sub numele de cicluri Milankovitch, isi pun amprenta asupra sedimentarii la nivel global. Aceste cicluri sunt de fapt quasi-periodice, toate fiind generate de efectul insumat (rezultant) al perturbarilor gravitationale induse de diferite corpuri din sistemul solar asupra orbitei terestre.

Efectul combinat al ciclurilor orbitale cu diferite periodicitati poate fi observat in diverse zone pe glob si este inregistrat in diverse moduri. Astfel carotarea calotelor glaciare a permis observarea variatiilor climatice din zonele polare: rate variabile de acumulare a ghetii, cantitati diferite de particule sedimentare inglobate in gheata, compozitii izotopice (izotopii oxigenului) variabile date de procesele de fractionare. In zonele continentale din zona temperata, depozitele de loess cu paleosoluri intercalate au inregistrat schimbarile climatice din perioadele glaciare si interglaciare Cuaternare. In zonele marine, fauna planctonica din sedimentele este utilizata pentru extragerea variatiilor climatice inregistrate sub forma de compozitie izotopica (izotopii oxigenului) a cochiliilor. Aceast tip de curbe au devenit curbe de referinta pentru variatiile climatice generate de oscilatiile orbitei terestre.

Spectrele de ritmicitate ale microciclurilor

Spectrul Solar = cicluri datorate fenomenelor solare (eruptii), atmosferice (ENSO) sau magnetosferice (Gleisberg)

Spectrul calendaristic = cicluri datorate interactiunii orbitale intre Soare, Pamant si Luna (cicluri mareice, sezoniere).

Perioadele mareelor:

Semidiurne (12h30' in zona ecuatoriala)

Diurne (24h50' in zona tropicala)

Semilunare sau de sizigii (14,7 zile)

Lunare sau de perigeu si apogeu (27,5 zile)