Wheeler Shale

Der Wheeler Shale, oft auch als Wheeler-Formation bezeichnet, ist eine Gesteinsformation im US-amerikanischen Bundesstaat Utah. Sie entstand im mittleren Kambrium vor zirka 507 Millionen Jahren und enthält eine Konzentratlagerstätte mit außergewöhnlich gut erhaltenen Fossilien.

Weltberühmtheit[1][2] erlangte der Wheeler Shale durch Funde hervorragend erhaltener Trilobiten, beispielsweise Elrathia kingii (Staatsfossil von Utah), sowie verschiedener Vertreter der Agnostiden. Auch Organismen ohne mineralisches Skelett, etwa Naraoia (Familie Naraoiidae), Wiwaxia und Hallucigenia, sind im Wheeler Shale erhalten. Der Erhaltungsmodus (kohlenstoffreicher, filmartiger Überzug) dieser „Weichkörperfauna“ erinnert an die Konservatlagerstätten[3] des Burgess-Schiefer-Typus.[2]

Namensgebung

Der Wheeler Shale wurde 1908 von Charles Walcott nach seiner Typlokalität benannt, dem Wheeler-Amphitheater, einer halbkreisförmigen Geländevertiefung in der nordöstlichen House Range. Das Wheeler-Amphitheater hatte seinerseits wie viele andere Örtlichkeiten des US-amerikanischen Südwestens seinen Namen zu Ehren des Offiziers und Landvermessers George Montague Wheeler erhalten.

Vorkommen und geologischer Rahmen

Die Wheeler-Formation in West-Utah erstreckt sich vom Höhenzug der House Range (im Millard County) rund 40 Kilometer nach Nordosten bis hin zu den Drum Mountains (im Juab County). Auch die Drum Mountains führen ähnliche Versteinerungen mit vergleichbarem Erhaltungszustand.[4] Ein kleineres Vorkommen befindet sich noch in den Canyon Mountains Zentralutahs. Bei den genannten Höhenzügen handelt es sich um herausgehobene Horste, die geologisch zur östlichen Basin and Range gehören. In ihnen treten jetzt die sonst überdeckten kambrischen Sedimentfolgen weitgehend zu Tage. Durch die neogene Dehnungstektonik wurde der Schichtenverband zum Teil verkippt – in der House Range z. B. streichen die Sedimente daher meist Nordnordost bis Nordost und fallen flach (10 bis 20°) nach Osten ein.

Fazies

Die Sedimente des Wheeler Shales sind tropisch-marinen Ursprungs und wurden am rund 300 Kilometer breiten, passiven Kontinentalrand Laurentias in einer Meeresbucht, der House Range Embayment (HRE)[5] abgelagert. Der durch das Einsinken des Kontinentalrandes allmählich ansteigende Meeresspiegel wird durch absinkende δ13C-Werte dokumentiert. Das relativ sauerstoffarme Becken der House Range Embayment war sehr wahrscheinlich von Verwerfungen vorgezeichnet und lag in unmittelbarer Nähe des breiten laurentischen Karbonatschelfs. Im Wheeler Shale sind daher gleichzeitig mehrere sedimentäre Fazies anzutreffen: In den Drum Mountains, deren Ablagerungsbereich relativ nahe am Schelfrand lag, kam eine karbonatreiche Schelf- und Schelfrandfazies zur Ablagerung, wohingegen im Bereich der House Range die Beckenfazies dominiert.

Lithologie und Stratigraphie

Der meist oliv- bis dunkelfarbene Wheeler Shale besteht überwiegend aus homogenen, feinkörnigen Schiefertonen (Schwarzschiefersedimente mit Korngrößen unter 50 μm und einem Karbonatgehalt von 17 bis 47 Gewichtsprozent), in die dünnbankige Karbonatlagen eingeschaltet sein können. Er kam unterhalb der Wellenbasis als niedrigenergetisches Sediment unter anoxischen Bedingungen zur Ablagerung. Die Karbonatkomponente lässt sich durch den nahegelegenen Schelfrand erklären.

Das Profil an der Typlokalität in der House Range besteht aus heterogenen Ablagerungen von Kalkmergeln, Mergelkalken, Tonsteinen und dünnbankigen Plattenkalken.[4] In den Drum Mountains finden sich als Schelfbeckensedimente fleckige, dünnschichtige Sparite, im offenen Schelfbereich Rhythmite und in anschließenden tieferen Hanglagen Tonsteine.

Am Marjum Pass in der House Range erreicht der Wheeler Shale eine Mächtigkeit von 190 Meter, in den 40 Kilometer weiter nordostwärts gelegenen Drum Mountains steigt die Mächtigkeit bis auf 306 Meter an.[6] Stratigraphisch folgt er auf die resistente Kalkformation des Swasey Limestones, von der er sich mit seinen weitaus sanfteren Geländeformen deutlich absetzt. Zusammen mit der überlagernden Marjum-Formation und der darauf folgenden unteren Weeks-Formation stellt er eine der mächtigsten, bestens aufgeschlossenen und fossilreichsten mittelkambrischen Abfolgen Nordamerikas dar.[7]

Biostratigraphisch liegt der Wheeler Shale innerhalb der laurentischen Trilobitenzone Bolaspidella. In ihm dokumentiert sich außerdem 62 Meter über seiner Basis das erstmalige Auftreten des Trilobiten Acidusus atavus (Ptychagnostus atavus), der Ptychagnostus gibbus ablöst (Beginn des Drumiums).[8] Zehn Meter höher liegt eine negative Kohlenstoffisotopenanomalie, die mit einem Transgressionshöchststand einhergeht.

Fauna

Die aufgefundene Fauna setzt sich zusammen aus Algen, Ringelwürmern, diversen Gliederfüßern (z. B. Anomalocariden, Emeraldella, Phyllocariden), Brachiopoden, Carpoiden, Chancelloriden, Eocrinoideen, Priapuliden, Quallen, Schwämmen, primitiven Stachelhäutern, Trilobiten und Trilobitenähnlichen.[9][4][10][11][12][13]

Seltene Mikrofossilien sind Acritarchen, Conodonten und Radiolarien.

Taphonomie und Biofazies

Eigenartigerweise treten Hartschaler wie Trilobiten und Organismen mit Weichkörpererhaltung nie miteinander in der gleichen Schicht auf.[14] Gaines und Droser (2005)[15] erklären diesen Sachverhalt mit dem Sauerstoffgehalt des Meerwassers in Bodennähe sowie mit dem Grad der Bioturbation. So fand die Weichkörpererhaltung in tieferen, anaeroben Beckenabschnitten unter minimaler Bioturbation statt. Die Hartschaler hingegen finden sich in höher gelegenen dysaeroben Bereichen, die stärker durchwühlt wurden. Das Auftreten von Elrathia kingi(i) kennzeichnet den Übergang. Eine Ausnahme in diesem Schema stellen die Agnostiden dar, die als planktonisch lebende Organismen überall vorkommen können.

Im Einzelnen lassen sich folgende Biofazies unterscheiden (geordnet nach zunehmender Wassertiefe bzw. sinkendem Sauerstoffgehalt oder geringerer Durchwühlung):

BiofaziesSauerstoffgehaltBioturbationTaphozönose
Bolaspidelladysaerobischeinheitlich gut durchwühltverarmt – Bolaspidella
Asaphiscusdysaerobischschwach durchwühltdiverse Trilobiten – Asaphiscus, Alokistocare, Olenoides
Elrathiaexaerobischeinsetzende Bioturbationmonospezifisch – Elrathia kingii
Proximale Weichkörperfaziesanaerobischnicht vorhandenMetazoa
Distale Weichkörperfaziesanaerobischnicht vorhandenpelagische Algen – Marpolia spissa
pelagische Trilobiten – Brachyaspidion microps

Algen und Cyanobakterien („Blaualgen“)
  • Margaretia dorus
  • Marpolia spissa – Cyanobakterie
  • Morania fragmenta – Cyanobakterie
  • Yuknessia simplex – Grünalge?

Stamm Arthropoda (Gliederfüßer)
  • Branchiocaris pretiosa – Crustacea
  • Branchiocaris sp.
  • Canadaspis cf. perfecta
  • Dicerocaris opisthoeces
  • Pahvantia hastata
  • Perspicaris dilatus
  • Proboscicaris agnosta
  • Pseudoarctolepis sharpi – Phyllocarida
  • Tuzoia? peterseni
  • Cambropodus gracilis – möglicherweise Stammgruppenvertreter der Myriapoda[16]

Stamm Arthropoda – Arachnomorpha

Stamm Arthropoda – Klasse Trilobita
Asaphiscus wheeleri, Mittelkambrium, Wheeler Shale, Utah
Elrathia kingii, Mittelkambrium, Wheeler Shale, Utah
  • Baltagnostus eurypyx – Ordnung Agnostida
  • Hypagnostus parvifrans
  • Peronopsis amplaxis
  • Peronopsis bidens
  • Peronopsis fallax
  • Peronopsis gaspensis
  • Peronopsis intermedius
  • Peronopsis interstrictus
  • Peronopsis montis
  • Peronopsis segmentis
  • Ptychagnostus atavus = Acidusus atavus
  • Ptychagnostus germanus
  • Ptychagnostus gibbus
  • Ptychagnostus intermedius
  • Ptychagnostus michaeli
  • Ptychagnostus occultatus
  • Ptychagnostus seminula
  • Glyphaspis concavus – Ordnung Asaphida
  • Bathyuriscus fimbriatus – Ordnung Corynexochida
  • Kootenia species – sehr selten!
  • Olenoides expansus
  • Olenoides nevadensis
  • Olenoides serratus
  • Tonkinella breviceps
  • Zacanthoides divergens
  • Zacanthoides sp.
  • Altiocculus harrisi – Ordnung Ptychopariida
  • Alokistocare sp.
  • Asaphiscus wheeleri
  • Bathyocos housensis
  • Bathyuriscus sp.
  • Bolaspidella drumensis
  • Bolaspidella housensis
  • Bolaspidella sp.
  • Bolaspidella wellsvillensis
  • Brachyaspidion microps
  • Brachyaspidion sulcatum
  • Cedaria minor
  • Elrathia kingi(i)
  • Elrathia sp.
  • Elrathina wheeleri = Ptychoparella wheeleri
  • Jenkinsonia varga
  • Modocia brevispina
  • Modocia laevinucha
  • Modocia typicalis
  • Ptychoparella sp.
  • Ptychoparella wheeleri
  • Spencella sp.

Stamm Brachiopoda (Armfüßer)
  • Acrothele subsidua

Stamm Chordata (Chordatiere)

Stamm Cnidaria (Nesseltiere)
  • Cambromedusa

Stamm Lobopodia (Lobopoden)

Stamm Mollusca (Weichtiere)
  • Pelagiella

Stamm Echinodermata (Stachelhäuter)
  • Castericystis sp. – Carpoidea
  • Castericystis sprinklei
  • Cothurnocystis sp.
  • Ctenocystis sp. – Ctenocystoidea
  • Gogia spiralis – Eocrinoidea

Stamm Porifera (Schwämme)

Stamm Priapulida (Priapswürmer)
  • Selkirkia sp.
  • Selkirkia willoughbyi

Taxa mit unsicherer Zuordnung

Galerie
  • Alalcomenaeus
    Alalcomenaeus
  • Model von Anomalocaris
    Model von Anomalocaris
  • Aysheaia
    Aysheaia
  • Branchiocaris
    Branchiocaris
  • Hallucigenia
    Hallucigenia
  • Ottoia
    Ottoia
  • Wiwaxia
    Wiwaxia

Siehe auch

Einzelnachweise
  1. Kirk Johnson & Ray Troll: Cruising the fossil freeway: An epoch tale of a scientist and an artist on the ultimate 5,000-Mile paleo road trip. Fulcrum Publishing, Golden, Colorado 2007, ISBN 978-1-55591-451-6.
  2. Robert R. Gaines, Derek E. G. Briggs, Zhao Yuanlong: Cambrian Burgess Shale–type deposits share a common mode of fossilization. In: Geology. 36. Jahrgang, 2008, S. 755–758, doi:10.1130/G24961A.1.
  3. Robert R. Gaines: A New Hypothesis for Organic Preservation of Burgess Shale Taxa in the Middle Cambrian Wheeler Formation, House Range, Utah. In: Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology. 220. Jahrgang, 2005, S. 193–205, doi:10.1016/j.palaeo.2004.07.034.
  4. L.F. Gunther & V.G. Gunther: Some Middle Cambrian Fossils of Utah. In: Brigham Young University Geology Studies. 28. Jahrgang, 1981, S. 1–81.
  5. Rees, M.N.: A fault-controlled trough through a carbonate platform: the middle Cambrian House Range embayment. In: GSA Bulletin. 97. Jahrgang, 1986, S. 1054–1069.
  6. Langenburg, E.S. and Liddell, W.D. and Dehler, C.M. 2002. Geochemistry And Sequence Stratigraphy of the Middle Cambrian Wheeler Formation: Support for Trilobite Chronostratigraphy. Geol. Soc. Am. Abstr. w/ Prog. 33
  7. R.A. Robison: Late Middle Cambrian faunas from western Utah. In: Journal of Paleontology. 38. Jahrgang, 1964, S. 510–566 (geoscienceworld.org).
  8. Loren E. Babcock, Richard A. Robison, Margaret N. Rees, Shanchi Peng, Matthew R. Saltzman (2007): The Global boundary Stratotype Section and Point (GSSP) of the Drumian Stage (Cambrian) in the Drum Mountains, Utah, USA. Episodes 30 (2): 85–95. PDF bei stratigraphy.org
  9. D.E.G. Briggs & R.A. Robison: Exceptionally preserved nontrilobite arthropods and Anomalocaris from the Middle Cambrian of Utah. The Paleontological Institute, The University of Kansas, 1984 (Online).
  10. Photos of Wheeler Shale fossils from UC Berkeley
  11. J.K. Rigby: Porifera of the Middle Cambrian Wheeler Shale, from the Wheeler Amphitheater, House Range, in western Utah. In: Journal of Paleontology. 52. Jahrgang, Nr. 6, 1978, S. 1325–1345.
  12. Utah's Cambrian Life from University of Kansas Natural History Museum
  13. Comprehensive treatment from The Virtual Fossil Museum
  14. Gaines u. a.: Taphonomy of soft-bodied preservation and ptychopariid Lagerstätte in the Wheeler Shale (Middle Cambrian), House Range, USA; controls and implications. In: PaleoBios. 21 (Suppl.2). Jahrgang, 2001, S. 1–55 (berkeley.edu).
  15. Robert R.Gaines, Mary L.Droser: New Approaches to Understanding the Mechanics of Burgess Shale-type Preservation: From the Micron Scale to the Global Picture. In: The Sedimentary Record. 3 N°2. Jahrgang, 2005, S. 4–8 (claremont.edu).
  16. Foto des Holotyps (und bisher einzigen Exemplars) von Cambropodus gracilis
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