Βιοστρωματογραφία και περιβάλλοντα απόθεσης των πλειοκαινικών και πλειστοκαινικών σχηματισμών της Κύπρου

• Κύριος συγγραφέας: Τσιολάκης, Ευθύμιος
• Άλλοι συγγραφείς: Φερεντίνος, Γεώργιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Πλαγκτονικά τρηματοφόρα; Βενθονικά τρηματοφόρα; Βιοστρωματογραφία; Παλαιοπεριβάλλον; Παλαιοβαθυμετρία; Ανύψωση; Κύπρος; Planktonic foraminifera; Benthic foraminifera; Biostratigraphy; Paleoenvironment; Paleobathymetry; Uplift; Cyprus; 561.994

Κύριοι στόχοι της παρούσας μελέτης είναι ο σχεδιασμός των βιοστρωματογραφικών ζωνών και η εκτίμηση των παλαιοκλιματολογικών - παλαιοωκεανογραφικών συνθηκών, που επικρατούσαν στην περιοχή της Κύπρου κατά την περίοδο του Πλειοκαίνου-Πλειστοκαίνου, καθώς και των διεργασιών, που τις προκάλεσαν.Eπιλέχθηκαν η τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες και η πυρηνοληπτική γεώτρηση ΜΠ7 εκατέρωθεν της οροσειράς του Τροόδους. Τα ιζήματα της τομής, πάχους 90 μέτρων περίπου, αποτελούνται από συμπαγείς μάργες, επαναλαμβανόμενους ρυθμικούς ιζηματογενείς κύκλους από ομοιογενείς και ελασματοειδείς μάργες, αμμώδεις μάργες και μαργαϊκούς άμμους πλούσιους σε μακροαπολιθώματα και στην κορυφή συμπαγής λεπτόκοκκος έως χονδρόκοκκος βιοκλαστικός ασβεστιτικός ψαμμίτης. Ο πυρήνας ΜΠ7 έχει διατρυπήσει ιζήματα πάχους 130 m περίπου, που αποτελούνται από συμπαγείς μάργες, μεγάλου πάχους ομοιογενείς μάργες και μεσόκοκκο έως χονδρόκοκκο βιοκλαστικό ασβεστιτικό ψαμμίτη στην κορυφή.Για τη διεξαγωγή των μικροπαλαιοντολογικών αναλύσεων συλλέχθηκαν συνολικά 111 δείγματα από την τομή και 235 δείγματα από τον πυρήνα. Κατά την ανάλυση αναγνωρίστηκαν 50 περίπου διαφορετικά είδη πλαγκτονικών τρηματοφόρων και 300 είδη περίπου βενθονικών τρηματοφόρων, τα οποία μας βοήθησαν στην αναγνώριση μίας σειράς βιοσυμβάντων για τη βιοστρωματογραφική-χρονοστρωματογραφική διάρθρωση και στην εκτίμηση του παλαιοπεριβάλλοντος, των δύο υπό μελέτη ιζηματογενών ακολουθιών.Για την αποκωδικοποίηση των παλαιοπεριβαλλοντικών παραγόντων, που επηρέαζαν τις δύο περιοχές, προχωρήσαμε στη διεξαγωγή στατιστικών αναλύσεων τόσο στα πλαγκτονικά (Ανάλυσης Κυρίων Συνιστωσών) όσο και στα βενθονικά τρηματοφόρα (Ανάλυσης κατά Συστάδες Τύπου R), στην κατασκευή της κλιματικής καμπύλης και καμπύλης θαλάσσιας επιφανειακής παραγωγικότητας, σε αναλύσεις σταθερών ισοτόπων οξυγόνου (δ18Ο) και άνθρακα (δ13C) και αναλύσεις οργανικού άνθρακα (Corg).Η ποσοτική και ποιοτική ανάλυση των πλαγκτονικών τρηματοφόρων για την τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες καθόρισε δεκατρία βιοσυμβάντα: (1) η οροφή της ζώνης ακμής των Sphaeroidinellopsis (Sphaeroidinellopsis acme zone), (2) η πρώτη κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (3) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia puncticulata, (4) η τελευταία κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (5) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (6) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (7) η εξαφάνιση της Globorotalia puncticulata, (8) η επανεμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (9) η επανεμφάνιση της Globorotalia puncticulata/Globorotalia bononiensis, (10) η τελευταία εμφάνιση των Sphaeroidinellopsis, (11) η είσοδος της Neogloboquadrina atlantica atlantica στη Μεσόγειο, (12) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia bononiensis και (13) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia inflata, τα οποία καλύπτουν το χρονικό διάστημα από τα 5,21 μέχρι 2-1,8 Ma. Στον πυρήνα ΜΠ7 αναγνωρίστηκαν δεκαοχτώ βιοσυμβάντα: (1) μία αφθονία των αριστερόστροφων περιελιγμένων μορφών της N. acostaensis, (2) η βάση και η οροφή της ζώνης ακμής των Sphaeroidinellopsis (Sphaeroidinellopsis acme zone), (3) η πρώτη κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (4) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia puncticulata, (5) η τελευταία κοινή εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (6) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia margaritae, (7) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (8) η εξαφάνιση της Globorotalia puncticulata, (9) η επανεμφάνιση της Globorotalia crassaformis, (10) η επανεμφάνιση της Globorotalia puncticulata/Globorotalia bononiensis, (11) η τελευταία εμφάνιση των Sphaeroidinellopsis, (12) η είσοδος της Neogloboquadrina atlantica atlantica στη Μεσόγειο, (13) η τελευταία εμφάνιση της Globorotalia bononiensis, (14) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia inflata, (15) η πρώτη εμφάνιση της Globorotalia truncatulinoides, (16) η πρώτη κοινή εμφάνιση των αριστερόστροφων Neogloboquadrina, (17) η βάση και η οροφή της παρακμής των αριστερόστροφων Neogloboquadrina και (18) η πρώτη κοινή εμφάνιση της Globorotalia truncatulinoides excelsa, τα οποία καλύπτουν το χρονικό διάστημα από τα 5,33 - 0,899 Ma.Η στατιστική επεξεργασία των βενθονικών τρηματοφόρων της τομής Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες έχει αναδείξει έξι συναθροίσεις: Uvigerina peregrina-U. auberiana, Cibicidoides ungerianus, Cibicidoides kullenbergi, Brizalina spathulata, Bulimina elongata-B. exilis και Asterigerinata planorbis, οι οποίες κατέδειξαν από τους κατώτερους προς τους ανώτερους στρωματογραφικούς ορίζοντες μείωση του βάθους του θαλάσσιου περιβάλλοντος από την ανώτερη κατωφέρεια, 200-500 m, στην εσωτερική κρηπίδα σε βάθος ύδατος μεταξύ 50-100 m περίπου. Η στατιστική επεξεργασία των βενθονικών τρηματοφόρων του πυρήνα ΜΠ7 ανάδειξε επτά συναθροίσεις βενθονικών τρηματοφόρων: Globocassidulina subglobosa, Siphonina reticulata, Bolivina pseudoplicata, Asterigerinata planorbis, Cibicidoides kullenbergi-pseudoungerianus, Cassidulina carinata και Brizalina spathulata, οι οποίες κατέδειξαν συνεχείς μεταβολές του βάθους του θαλάσσιου περιβάλλοντος. Αναμφίβολα παρά τις συνεχείς μεταβολές της στάθμης της θάλασσας, λόγω των κλιματικών αλλαγών γενικά παρατηρείται και μία σταδιακή μείωση του βάθους της θάλασσας από την κατωφέρεια, 300-700 m περίπου,προς την κρηπίδα, μέχρι βάθος νερού τουλάχιστον 100 m, πριν την απόθεση του ασβεστιτικού ψαμμίτη, καταδεικνύοντας έτσι τη σταδιακή ανύψωση της περιοχής. Η στατιστική επεξεργασία των πλαγκτονικών τρηματοφόρων με τη μέθοδος της «Ανάλυσης Κυρίων Συνιστωσών», για την τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες και τον πυρήνα ΜΠ7, ανέδειξε τρεις κύριους παράγοντες τους PCA-1, PCA-2 και PCA-3, οι οποίοι κατέδειξαν, ότι η πρωτογενής επιφανειακή παραγωγικότητα και η επιφανειακή θαλάσσια θερμοκρασία αντίστοιχα, διαδραμάτιζαν τους σημαντικότερους παράγοντες, που επηρέαζαν το θαλάσσιο περιβάλλον. Στην τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες από την καμπύλη των ισοτόπων του οξυγόνου και την κλιματική καμπύλη, για το διάστημα μεταξύ 3, 92 - 2,75 Ma περίπου, έχουν αναγνωριστεί τρεις θερμές περίοδοι μεταξύ 3,92-3,64 Ma, 3,61-3,38 Ma και 3,23-2,75 Ma, οι οποίες διακόπτονται από δύο ψυχρά διαστήματα γύρω στα 3,63 Ma και 3,36-3,25 Ma περίπου. Η θερμή περίοδος μεταξύ 3,23 και 2,75 Ma της τομής ταυτίζεται πλήρως με τα αποτελέσματα ερευνών από τον Ατλαντικό Ωκεανό, που κατέδειξαν μία θερμή περίοδο μεταξύ 3,3 και 3,0 Ma περίπου (Dowsett et al., 2005; Williams et al., 2009; Fedorov et al., 2013).Από την καμπύλη των ισοτόπων του οξυγόνου της πυρηνοληπτικής γεώτρησης ΜΠ7 φαίνεται, ότι μεταξύ 5,245 – 0,899 Ma αναγνωρίστηκαν συνολικά δεκατρείς θερμές και δεκατρείς ψυχρές περίοδοι. Για το διάστημα μεταξύ 4,218 – 3,19 Ma, επικράτησε μία θερμή-εύκρατη περίοδος με μία γενική τάση χαμηλότερων θερμοκρασιών σε σχέση με το κατώτερο τμήμα του πυρήνα, η οποία καταλήγει σε μία ψυχρή περίοδο στα 3,158 Ma. Επίσης, στο διάστημα αυτό δεν είναι εμφανής η ψυχρή περίοδος, η οποία έλαβε χώρα στα 3,6 Ma και που εντοπίστηκε στην τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες. Η θερμή φάση του Πλειοκαίνου, που έλαβε χώρα γενικά μεταξύ 3,3 και 3,0 Ma περίπου (Dowsett et al., 2005; Williams et al., 2009; Fedorov et al., 2013) αναγνωρίστηκε στον πυρήνα, στο διάστημα μεταξύ 3,143 έως 3,03 Ma, η οποία είναι μικρότερης διάρκειας σε σχέση με την αντίστοιχη της τομής Εσσοβούγιες - Εξωβούγιες.Στην τομή Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες οι υψηλές κορυφώσεις των ισοτόπων του οξυγόνου συσχετίζονται με τα αποτελέσματα του ολικού οργανικού άνθρακα (TOC),των ισοτόπων άνθρακα, καθώς και με την κλιματική καμπύλη και τις μικροπαλαιοντολογικές αναλύσεις, που καταδεικνύουν την παρουσία ιζηματογενών κύκλων με καστανόχρωμα ελασματοειδή σαπροπηλιτικά στρώματα. Το κλίμα την περίοδο σχηματισμού των σαπροπηλιτικών στρωμάτων χαρακτηρίζεται από ζεστές / εύκρατες και υγρές συνθήκες, που αντιστοιχούν σε περιόδους των ελαχίστων τιμών της μετάπτωσης των ισημεριών (precession). Οι συνθήκες αυτές συνέβαλαν στον ευτροφισμό των θαλάσσιων υδάτων, ο οποίος έφθανε σε πολύ υψηλά επίπεδα, με αποτέλεσμα την αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας και την εισροή μεγάλων ποσοτήτων οργανικής ύλης στον θαλάσσιο πυθμένα, που οδήγησαν στον σχηματισμό των σαπροπηλιτικών στρωμάτων κάτω από ανοξικές συνθήκες. Αντίθετα στον πυρήνα από την καμπύλη των ισοτόπων του οξυγόνου φαίνεται, ότι για το διάστημα μεταξύ 5,245 – 0,899 Ma οι υψηλές κορυφώσεις των ισοτόπων του οξυγόνου δε συσχετίζονται πλήρως με την κλιματική καμπύλη καταδεικνύοντας, ότι ο παράγοντας που επηρεάζει το θαλάσσιο περιβάλλον της ευρύτερης περιοχής του πυρήνα δεν είναι μόνο η θερμοκρασία. Η θερμοκρασία των θαλάσσιων υδάτων μαζί με μικρές διακυμάνσεις στην ποσότητα και το είδος των θρεπτικών συστατικών διαδραμάτιζαν τους σημαντικότερους παράγοντες, που επηρέαζαν το θαλάσσιο περιβάλλον του πυρήνα ΜΠ7.Η απουσία ελασματοειδών στρωμάτων και μαργαϊκών άμμων με απολιθωματοφόρους ορίζοντες στον πυρήνα σίγουρα οφείλεται στις διαφορετικές θαλάσσιες συνθήκες, που επικρατούσαν στην ευρύτερη περιοχή σε σχέση με εκείνες της τομής. Τα ιζήματα του πυρήνα αποτέθηκαν πάνω στα νοτιότερα κράσπεδα της οροσειράς του Τροόδους σε μία βαθιά λεκάνη, η οποία οροθετείτο από το Τρόοδος προς βορρά και το υποθαλάσσιο βουνό Ερατοσθένης προς νότο. Επίσης, η περιοχή επηρεάζεται τόσο από την παρουσία μεγάλων ρηξιγενών ζωνών, οι οποίες έλεγχαν την ιζηματογένεση από την Ολιγοκαινική Περίοδο όσο και από τη δράση θαλάσσιων ρευμάτων, όπως ακριβώς συμβαίνει και σήμερα στην περιοχή της νοτιοδυτικής Κύπρου. Η επίδραση των θαλάσσιων ρευμάτων, είχε ως αποτέλεσμα την επικράτηση καλά οξυγονωμένων θαλάσσιων συνθηκών, που δεν επέτρεψαν την ανάπτυξη ανοξικών συνθηκών και την απόθεση σαπροπηλιτικών στρωμάτων. Αντίθετα με τον πυρήνα, τα ιζήματα της τομής Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες αποτέθηκαν σε μία μικρή, στενή λεκάνη, της Μεσαορίας, η οποία οριοθετείται από το Πλειόκαινο ακόμη, από δύο ορεινούς όγκους, του Τροόδους προς νότο και του Πενταδακτύλου προς βορρά. Συνεπώς, η λεκάνη της Μεσαορίας επικοινωνούσε με την ανοιχτή θάλασσα μόνο από ανατολικά και δυτικά, με αποτέλεσμα να επηρεάζεται γρηγορότερα από τις κλιματικές μεταβολές, ιδιαίτερα σε περιόδους έντονων βροχοπτώσεων σε σχέση με την περιοχή του πυρήνα, που βρίσκεται σε καλή επικοινωνία με την ανοιχτή θάλασσα. Επομένως, σε περιόδους έντονων βροχοπτώσεων όταν η λεκάνη ήταν σχετικά βαθιά 200-500 m, στο Μέσο Πλειόκαινο, αποτέθηκαν ρυθμικά επαναλαμβανόμενοι ιζηματογενείς κύκλοι με ελασματοειδή στρώματα, ενώ από το Μέσο Πλειόκαινο έως το Κατώτερο Πλειστόκαινο, αποτέθηκαν μέσα σε μία ρηχή λεκάνη (50-100 m) απολιθωματοφόροι ορίζοντες, οι οποίοι περιέχουν ολόκληρες θανατοκοινωνίες οργανισμών, που πέθαναν και καλύφθηκαν επί τόπου από νεότερα ιζήματα, λόγω της αλλαγής της αλατότητας των θαλάσσιων υδάτων (σε περιόδους έντονων βροχοπτώσεων).Από την παλαιογεωγραφική ανάλυση της περιοχής της Κύπρου για τα 5 Ma, 2Ma και 0,9 Ma, φαίνεται ότι οι Πλειο-Πλειστοκαινικές αποθέσεις του Σχηματισμού Λευκωσίας αποτέθηκαν σε ποικίλα μεγέθη και βάθη, θαλάσσιων λεκανών, γύρω από το Τρόοδος. Οι λεκάνες δημιουργήθηκαν από τη δράση μεγάλων ρηξιγενών ζωνών κατά την Μειοκαινική περίοδο και επηρεάστηκαν πολύ λιγότερο το Πλειο-Πλειστόκαινο, όπως φαίνεται από τα ιζήματα της περιόδου αυτής, τα οποία δεν καταδεικνύουν έντονη τεκτονική παραμόρφωση σε καμία από τις μελετηθείσες τομές, όπως Εσσοβούγιες, Πυρήνα ΜΠ7, Πισσουρίου και Λάρνακας. Αυτό καταδεικνύει, ότι από το Κατώτερο Πλειόκαινο η ευρύτερη περιοχή της Κύπρου είχε αρχίσει να συμπεριφέρεται σαν ένα ενιαίο κομμάτι.Από τους κατώτερους προς τους ανώτερους στρωματογραφικούς ορίζοντες παρατηρείται, τόσο νότια όσο και βόρεια της οροσειράς του Τροόδους, μία σταδιακή αύξηση του ρυθμού ιζηματογένεσης και του κλαστικού υλικού μέσα στο ίζημα, του ποσοστού των βενθονικών τρηματοφόρων, που διαβιούν σε ρηχά θαλάσσια περιβάλλοντα, την αύξηση του αριθμού των μακροαπολιθωμάτων, με αποκορύφωμα τους απολιθωματοφόρους ορίζοντες στα ανώτερα στρωματογραφικά επίπεδα του Σχηματισμού Λευκωσίας και τη μείωση των πλαγκτονικών τρηματοφόρων. Επιπρόσθετα, ο ρυθμός ανύψωσης των ιζημάτων των δύο υπό μελέτη περιοχών (Εσσοβούγιες-Εξωβούγιες, Πυρήνα ΜΠ7) είναι μεγαλύτερος κατά τη διάρκεια του Πλειστοκαίνου σε σχέση με τον αντίστοιχο του Πλειοκαίνου. Αυτό ταυτίζεται πλήρως και με άλλες έρευνες, οι οποίες αναφέρουν την δραστική απότομη ανύψωση της Κύπρου κατά την Πλειστοκαινική Περίοδο (McCallum & Robertson, 1990; Harrison et al., 2013), λόγω της σύγκρουσης του υποθαλάσσιου όρους του Ερατοσθένη, με το νότιο περιθώριο της Κύπρου στο Κατώτερο Πλειστόκαινο (Robertson, 2000). Επομένως, τα πιο πάνω, καταδεικνύουν τη σταδιακή ανύψωση του Τροόδους και του Πενταδακτύλου κατά το Πλειο-Πλειστόκαινο σαν ένα ενιαίο τέμαχος, τη σταδιακή μείωση του βάθους των θαλάσσιων λεκανών γύρω από αυτά, σε συνάρτηση πάντοτε και με τις θαλάσσιες ευστατικές κινήσεις και τη σταδιακή μετάβαση από τις θαλάσσιες φάσεις ιζηματογένεσης της ανώτερης ηπειρωτικής κατωφέρειας του Κατώτερου Πλειοκαίνου, στις παράκτιες φάσεις του Κατώτερου-Μέσου Πλειστοκαίνου.Από τα Πλειο-Πλειστοκαινικά ιζήματα και των δύο θέσεων φαίνεται ξεκάθαρα η σταδιακή ανύψωση της Κύπρου, από την ανώτερη κατωφέρεια μέχρι την υποπαράλια ζώνη (infralittoral), μέσα στην οποία αποτέθηκαν οι ασβεστιτικοί ψαμμίτες, για το χρονικό διάστημα μεταξύ 5,21 και 2-1,8 Ma για την τομή και μεταξύ 5,33 και 0,899 Ma για τον πυρήνα.