The lower and middle Cambrian of Sweden: trilobites, biostratigraphy and intercontinental correlation

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Kambrium är ett tidsavsnitt av jordens historia som spänner från ca 542 till 488 miljoner år sedan. Under denna tid utvecklades livet, främst djur, i en rasande takt genom något som brukar kallas den kambriska explosionen, en ekologisk förändring utan dess like. Bland de nya livsformer som fick de kambriska haven att koka av liv märks skalbärande djur som små armfotingar (brachiopoder), primitiva blötdjur (mollusker) och trilobiter som tillhör leddjuren. Under tidens gång har sediment avsatta på de kambriska havsbottnarna och dess inkapslade djurrester omvandlats till bergarter samt fossil. I Sverige finns en mängd olika lokaler, allt från diken och vägskärningar till nerlagda eller aktiva stenbrott, där sådana kambriska bergarter är tillgängliga. Framförallt i Skåne, Västergötland, Närke och på Öland finns viktiga lokaler som innehåller rikligt med välbevarade fossil. Även i andra områden som Jämtland, Norrland och Östergötland kan kambriska bergarter och fossil påträffas. Lagerföljderna utgörs främst av sandstenar, vilka överlagras av skiffer med horisonter av kalksten. Sandstenarna avsattes i tidig kambrium då havet steg över land, skiffern avsattes på större vattendjup medan kalkstenslagren i regel motsvarar tider av havsytesänkningar. I Västergötland och Skåne, två viktiga lokaler på den geologiska världskartan, är den sk. alunskiffern vanligt förekommande. Den har studerats intensivt under drygt 300 år och har fått sitt namn efter alun, ett salt som förr utvanns genom bränning och lakning av skiffern och därefter användes bland annat för garvning av läder, färgning av garn eller som blodstillande medel. Under 1700-talet och första halvan av 1800-talet var brytningen av alunskiffer en storskalig industri som resulterade i en mängd stenbrott runtom i Sverige. Mest omfattande var kanske verksamheten vid Andrarum i Skåne och på Kinnekulle i Västergötland. Skiffern är svart på grund av sin höga halt av organiskt material, och bildades under syrefattiga förhållanden i kambrium och början av ordovicium. Karakteristiska kalkstenslinser, även kallade orstenar, som ligger insprängda i skiffern innehåller ibland mycket välbevarade fossil. Orstenarna skapades efter att det skifferbildande materialet avsatts på havsbottnen, kanske genom upplösning och utfällning av karbonater i det ursprungliga sedimentet. Kambrium kan delas in i tre enheter (eller serier): underkambrium, mellankambrium och furong (överkambrium). Denna doktorsavhandling fokuserar huvudsakligen på den mellersta delen av kambrium. I Sverige är den artrika och varierade trilobitfauna som finns representerad i mellankambriska avlagringar anmärkningsvärd. Denna ersätts i furong av en betydligt magrare fauna bestående av endast ett fåtal släkten och familjer. I underkambrium är fossil relativt ovanliga och representerade framför allt av spår efter grävande organismer samt en del trilobiter, armfotingar och blötdjur. Trilobiterna var en mycket framgångsrik djurgrupp som kom att spela en viktig roll i haven under kambrium och ordovicium, för omkring 542 till 444 miljoner år sedan. Under tidig ordovicium började trilobiterna att avta i antal och artrikedom, till fördel för andra organismer. Knappt 200 miljoner år senare, i slutet av perm, försvann de för alltid från jordens yta. Trots detta kan vi studera dom än idag, till synes omärkbart förändrade efter att bevarats inneslutna i sedimentära bergarter under hundratals miljoner år. Trilobiterna är en klass leddjur som uteslutande levde i havet och var mycket mångformiga och framgångsrika. I dagsläget har det beskrivits mer än 5000 släkten och, uppskattningsvis, 20 000 arter i flertalet olika former och storlekar, och fortfarande beskrivs många nya arter årligen. Trilobiter är inte bara fascinerande på grund av sin vackra form, de är också användbara inom en rad olika geologiska och paleontologiska forskningsområden, främst kanske biostratigrafi. Biostratigrafi är ett verktyg för att göra relativa åldersbestämningar och skiljer sig således från absoluta dateringar, där man med hjälp av radioaktiva isotoper kan få fram en mer eller mindre exakt ålder i antal år hos, låt säga, en bit ben eller en bergart. Biostratigrafi bygger på att dokumentera förekomst av fossil i en serie bergarter. Med hjälp av fossilen (både vad avser olika arter samt antalet individer) kan man dela in bergarterna (lagerföljden) i olika enheter, så kallade biozoner. Generellt kan sägas att en biozon uppvisar ett fossilinnehåll som skiljer sig från under- och överliggande zoner. Biozonerna i den studerade lagerföljden kan därefter jämföras med andra fossilförekomster jorden över. Hittar man samma arter på olika platser kan man anta att lagerföljderna vid de olika lokalerna bildades ungefär samtidigt. På så sätt kan man påvisa relativ ålder med hjälp av fossil, trots att lagren man hittar dom i kan variera stort både vad gäller tjocklek och bergartstyp. Ofta har varje biozon ett unikt namn, uppkallat efter ett inom zonen vanligt förekommande eller karakteristiskt fossil. Detta fossil kallas ledfossil och för att kunna klassas som ett sådant ställs det vissa krav. Fossilet ska helst finnas i rikliga mängder och ha en global geografisk spridning. Det ska inte vara faciesbundet (man ska kunna hitta det i olika typer av sedimentära bergarter), ha en snabb evolutionär utveckling (hittas inom ett så kort tidsintervall som möjligt) och vara lätt att identifiera (även om man endast hittar delar av det). Många trilobiter uppfyller dessa kriterier och klassas därför som goda ledfossil. Den internationella subkommissionen för kambrisk stratigrafi (ISCS) är en internationell organisation vars mål är att indela kambrium i underavdelningar, vilkas gränser i största möjliga mån ska kunna identifieras i så många områden som möjligt på olika kontinenter, något som är ett svårt och tidskrävande arbete. Den biostratigrafiska indelningen av mellankambrium i Sverige grundades framför allt av paleontologen Anton H. Westergård i ett arbete från 1946. Westergård indelade mellankambrium i nio biozoner och samlade dessa inom tre s.k. etager och hans arbete har varit av mycket stor betydelse för den moderna kambriska forskningen, inte bara i Sverige. Även om Westergårds arbete står sig väl än idag har forskningsresultat de senaste 60 åren medfört ett behov av att förnya hans indelning för att på bästa möjliga sätt kunna knyta de svenska lagerföljderna till den globala indelning ISCS arbetar med. Lejonparten av denna doktorsavhandling omfattar arbeten som behandlar den biostratigrafiska indelningen av mellankambrium där noggranna undersökningar av faunan har gjorts för att studera om den globala indelningen kan appliceras även under de förutsättningar som råder i Sverige. Materialet som har undersökts kommer från Jämtland, Lappland, Västergötland och Öland samt två borrkärnor från Skåne. Resultaten visar att den globala indelningen mycket väl kan appliceras på våra svenska mellankambriska lagerföljder. Vidare har specifika trilobitarter, användbara för att länka samman Sveriges under- och mellankambrium till likåldriga lagerserier utomlands, studerats mer ingående. Det har även gjorts en studie där kolisotoper har använts. Kolisotoper som 12C, 13C och 14C är naturligt förekommande varianter av grundämnet kol och det som skiljer dom åt är uppbyggnaden av deras atomkärna. Isotoperna kan bevaras i de sediment som avsätts på havsbottnen och som sedan förvandlas till bergart. Detta innebär att vi kan mäta halten av en viss isotop i t.ex. en 500 miljoner år gammal bergart och få reda på vilken isotopsammansättning havet hade vid denna tid. Eftersom denna sammansättning påverkas av omfattande biologiska och fysiska händelser som istider, massutdöenden och skiftningar i havskemin kan isotoperna användas för att spåra förändringar i miljön. En sådan isotopförändring hittades i en av borrkärnorna från Skåne och kunde användas som ett viktigt komplement till den biostratigrafiska indelningen.