Perm: uløste klimagåter og massedød

De permiske bergartene på Svalbard er i all hovedsak av biologisk opprinnelse, og noen kiselholdige slamsteiner forteller om ganske spesielle forhold helt i slutten av perm.

Sten-Andreas Grundvåg (UNIS) og Lars Stemmerik (UNIS/KU)

 

For oss som jobber på UNIS merkes suksessen fra leteboringene i Barentshavet godt. Optimismen smitter, og stadig flere vil besøke Svalbards usedvanlig fine blotninger for å lære mer om kontinentalsokkelens muligheter og utfordringer. Vi er derfor, i samarbeid med GEO, godt i gang med å dele vår geologiske kunnskap om denne provinsen. Her følger den femte artikkelen som forteller hvorfor så mange geologer som jobber med Barentshavet vil dra til “landet med de kalde kyster” for å se på stein.

 

Interessen for den permiske lagrekken på Svalbard har økt kraftig de siste årene. Grunnen til dette er hovedsakelig den globale masseutslettelsen i slutten av perm og den dramatiske klimaforverringen ved perm-trias overgangen. I tillegg har oljeselskapene fått øynene opp for mulige permiske kilde- og reservoarbergarter i Barentshavet.

 

En stor karbonatplattform

I perm var alle kontinentalplatene samlet i ett superkontinent kalt Pangea. Svalbard var en del av et vidstrakt sokkelområde langs Pangeas nordvestlige kystlinje som strakte seg fra Novaja Zemlja i øst til Alaska i vest. Selv om det fantes adskilte bassenger inne på sokkelen, er den geologiske utviklingen i perm slående lik for flere av disse områdene.

Til sammenligning med midtre karbon, som var en tektonisk urolig periode med aktiv oppsprekking og dannelse av riftbassenger på Svalbard, representerer sen karbon og tidlig perm en rolig periode med regional innsynkning og dannelsen av en karbonatplattform som dekket store deler av Barentshavet.

I løpet av den midtre del av perm startet en ny tektonisk fase som følge av dannelsen av Uralfjellene i sørøst. I den forbindelse ble bassengmarginene og flere høydedrag løftet opp og erodert, mens det ble avsatt tykke lag med fossilrik kalkstein i de synkende bassengene på Barentssokkelen. Disse avsetningene tilhører Bjarmelandsgruppen og er ikke representert på land på Svalbard (med unntak av en tynn lagpakke på Bjørnøya).

Kontinentaldrift gir klimaendringer

På Svalbard består den øvre karbonske og permiske lagrekken av Wordiekam-, Gipshuk– og Kapp Starostinformasjonene.

Noe av det mest påfallende med denne lagrekken er storskala endringer i avsetningsmiljøer. Dette skyldes at Svalbard i karbon og perm drev nordover gjennom flere ulike klimasoner, fra den tropiske, gjennom den tørre til den nordlige tempererte. Dette resulterte i gradvise klimaendringer som ga opphav til ulike avsetningsmiljøer.

Faunaelementene i tidlig perm er for eksempel typisk for relativt varme saltvannsforhold. De inkluderer ulike typer koraller, mosdyr (bryozoer), snegler og alger. Et annet eksempel er oolitter, en type små runde kalsittkorn som i dag er å finne i store, migrerende dyner på de grunne bankene utenfor Bahamas.

Dette er i sterk kontrast til den senpermiske faunaen som er dominert av ulike kaldtvannsarter som kiselsvamper, sjøliljer, mosdyr og armføttinger (brachiopoder).

 

Varmt og grunt sokkelhav

Wordiekamformasjonen (moskov-tidlig sakmar) består av vekslende lag med finkornet kalkstein og dolomitt, og ble avsatt i et varmt og grunt sokkelhav som dekket det meste av Svalbard og høydedragene i Barentshavet.

På Svalbard ligger disse avsetningene som et teppe over de midtkarbonske riftbassengene. De kalles post-rift avsetninger, siden de ble avsatt etter at oppsprekkingen og strekkingen fant sted. Lokalt, ofte langs forkastningssoner, finner vi mindre revstrukturer som ble dannet av en utdødd, svampliknende organisme kalt Palaeoplysina. Liknende, men større revstrukturer, er godt synlig på seismiske data fra de tidsekvivalente Falke– og Ørneformasjonene (moskov-tidlig sakmar) i Barentshavet, og utgjør mulige reservoarer fordi de har høy primær porøsitet.

Gipshukformasjonen (sakmar-artinsk) består av kalkstein, dolomitt og CaSO4-evaporitter (gips og anhydritt) som ble avsatt i grunne laguner og på vidstrakte kystsletter. Dolomitt er et sekundert mineral som under de rette forholdene erstatter kalkstein, og kan derfor brukes som en indikator på tørt og varmt klima.

Evaporitter er mineraler som blir dannet ved utfelling fra en konsentrert saltlake som følge av avdamping, og inkluderer blant annet gips og steinsalt. Moderne laguner hvor det utfelles gips er kjent fra sørkysten av Australia, mens kystsletter som inneholder disse mineraltypene kalles sabkha, og er i dag vanlig i områdene rundt for eksempel Persiabukta.

Formasjonen inneholder også tydelige jordprofiler og algematter, og er karakterisert av rytmiske avsetninger bestående av vekslende lag av fossilrik kalkstein (ofte omgjort til dolomitt), evaporitter og jordprofiler. Dette tyder på at lagunene og kystslettene ofte ble oversvømt og tørrlagt på grunn av høyfrekvente havnivåendringer. De hyppige havnivåendringene kan tilskrives lokal forkastningsaktivitet og globale havnivåendringer i forbindelse med nedisingen av Gondwana ( landområdene på den sørlige halvkule i tidlig perm).

 

Havet stiger – kaldere vannmasser

Den senpermiske Kapp Starostinformasjonen (sen artinsk-kazan) består av en kalksteins-dominert nedre del som er rik på brachiopoder (Vøringleddet), og en øvre del som hovedsakelig består av kiselholdige slamsteiner og mindre sandsteinsforekomster i nærheten av lokale høydedrag. Fossilene i kalksteinene tyder på dypere og kaldere vann enn da de underliggende formasjonene ble avsatt.

Det mest påfallende med øvre perm-avsetningene er likevel det høye kiselinnholdet, noe som skyldtes høy biologisk kiselproduksjon i sen perm. Store deler av Kapp Starostinformasjonen består av en kiselbergart, kalt spikulitt, som hovedsakelig er dannet av nålene til oppløste kiselsvamper.

Lignende avsetninger av samme alder finnes på Grønland, i arktisk Canada og i Alaska, så vel som i Kina og andre deler av verden. Med andre ord må det har vært enorme mengder med oppløst kisel i vannmassene rundt Pangea. Dette skyldtes mest sannsynlig stor vulkansk aktivitet langs undersjøiske spredningsrygger. I tillegg må det ha vært sterke undersjøiske strømmer som brakte det næringsrike vannet fra dyphavet og opp på den grunne sokkelen.

Lag med fosfatavsetninger er også vanlig i Kapp Starostinformasjonen. I dag finner vi slike fosfatavsetninger langs kontinentalsokkelkanter hvor oppstrømning fører kaldt, næringsrikt vann opp langs kontinentalskråningen, som for eksempel utenfor kysten av Chile og Peru. Moderne avsetningsmiljøer som kan sammenlignes med de kiselholdige avsetningene i Kapp Starostinformasjonen er få, men det finnes liknende, men mindre utbredte svampefaunaer på sokkelen sør for Australia.

 

Dødelig farvann

Geokjemiske studier i kombinasjon med sporfossilstudier viser at vannmassene periodevis var svært oksygenfattige i sen perm. Den samme konklusjonen kan også dras fra studier av formen på mineralet pyritt i organisk-rike slamsteiner. Kantete pyrittkrystaller dannes typisk i oksygenfattige sedimenter og forteller lite om oksygenforholdene i vannmassene.

Runde pyrittaggregater derimot, dannes kun i oksygenfattige vannmasser, og er påvist i senpermiske slamsteiner både på Svalbard og på Grønland. Dette er svært interessant for oljeselskapene siden oksygenfattige bunnvannsforhold er en av forutsetningene for å få bevart organisk materiale og dermed få dannet gode kildebergarter.

Overgangen fra perm til trias representerer ikke bare et skift fra Jordas oldtid (paleozoikum) til middeltid (mesozoikum), men også en global masseutslettelse hvor så mye som 80-90 prosent av alt liv på Jorda ble utslettet. Grunnen til masseutslettelsen er ennå ikke kjent, men det spekuleres i at det var en kombinasjon av flere faktorer som til syvende og sist resulterte i en dramatisk og brå klimaforverring. Blant noen av årsakene kan det nevnes enorme vulkanutbrudd i Sibir som frigjorde giftige gasser, global nedkjøling med påfølgende oppvarming, et mulig meteornedslag utenfor Australia og endringer i sirkulasjonsmønsteret til både atmosfæriske og oseanografiske strømmer. Flere studier har også påvist at masseutslettelsen ikke var en enkelthendelse, men foregikk stegvis over flere titalls tusen år. (GEO 05/2012: «Giftige gasser kan forklare eldgammel gåte»).

Høyt innhold av ulike metaller og sporelementer, samt anrikninger av runde pyrittaggregater i intervallet som utgjør perm-trias overgangen, tyder på at vannmassene på denne tiden hadde et dødelig, lavt oksygeninnhold. Dette skyldtes mest sannsynlig økt havtemperatur som gjorde at sirkulasjonen i havet stoppet opp, slik at det oppstod en lagdelt vannmasse med oksygenfattig vann nært havbunnen. For dagens klimaforskere er dette interessant fordi vi i dag ser at temperaturen i verdenshavene øker. Med andre ord er masseutslettelsen i sen perm et slags skrekkscenario på hva som kan skje når klimaet brått forverres og blir varmere.

 

En regional grense

På Svalbard sees perm-trias grensen ganske tydelig i terrenget: de steilstående klippene som utgjør Kapp Starostinformasjonen blir brått erstattet med skifrige bergarter som danner slakere skråninger. De skifrige bergartene tilhører Vardebuktformasjonen, og representerer tidlig trias.

Selv om denne formasjonsgrensen tradisjonelt har blitt kalt perm-trias grensen, ligger den egentlige overgangen gjemt i den nedre skifrige delen av Vardebuktformasjonen og er kun mulig å påvise gjennom detaljerte geokjemiske undersøkelser. Det er også påfallende hvor mange flere sporfossiler som opptrer i Kapp Starostinformasjonen sammenlignet med de overliggende triasavsetningene som tilsynelatende virker helt «livløse».

I Barentshavet utgjør toppen av øvre perm en av de mest markante seismiske reflektorene. Dette skyldes at de permiske, kiselholdige bergartene er harde, mens de overliggende triasavsetningene hovedsakelig består av mykere slamstein.

 

Det viktigste fra de siste dagene

Uviten(het)skam

Vil stikke kjepper i hjulene

Mer olje i basement


geo365 Nyhetsbrev

* = required field

0 Comments