Original paper
Stromatolite Zechstein reefs (Upper Permian, Germany): an overview
Paul, Josef; Buczko, Uwe; Pretzer, Carsten; Stadler, Dirk
Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften Band 175 Heft 4 (2025), p. 557 - 596
113 references
published: Feb 3, 2025
published online: Aug 19, 2024
manuscript accepted: Jun 20, 2024
manuscript revision received: Jun 4, 2024
manuscript revision requested: Apr 11, 2024
manuscript received: Feb 29, 2024
ArtNo. ESP171017504004, Price: 29.00 €
Abstract
Stromatolitic reefs, carbonate build-ups, or bioherms are present in various shallow-water regions of the Zechstein Basin from England, Denmark, Poland, the Netherlands and Germany. They range from 10 to 20 m in height near the coast and up to 120 m in deeper waters. The builders of these reefs were micro-organisms, most likely cyanobacteria. Stromatolites and laminated microbial mats are characteristic features of these structures. Early cementation near the water level resulted in rigid frames, providing resistance against wave action and later erosion. Diagenetic processes such as pervasive dolomitisation, recrystallisation and leaching have destroyed all fine organic structures like filaments but have left the macro-structure intact. The microbial Zechstein reefs exhibit similar structures like recent coral reefs, including plane reef flats, crests, steep upper slopes and less inclined lower slopes. Various reef types such as barrier, patch and pinnacle reefs are observed. It seems that shape and structure of these reefs were controlled by the hydrodynamics of the sea. The extensive reef flat, situated just below the sea level, consists of horizontally roughly bedded pack- to wackestone, and bindstone alternating with laminar microbial mats containing a limited number of gastropods and bivalves. A distinct reef crest separates the flat from the fore-reef front. Typical features for the crest and the upper slope are slumping and sliding, forming unrounded and unsorted blocks of various sizes. The lower fore slope and talus aprons consist of well-sorted carbonate sand, which borders the reefs and forms spits at lee sides and is found up to one km away from producing reefs. Perpendicular passages to the shoreline acted as current channels, transporting coarse siliciclastics from the hinterland through the reef belt to the open sea. The growth forms of stromatolites vary depending on the level of wave energy, with plane mats growing in calm waters, columnar stromatolites in intermediate conditions and domal forms at high-energy levels. Oncoids and thrombolites formed mainly on the reef flat. Bryozoans, brachiopods, bivalves, gastropods, echinoderms, ostracods, encrusting foraminifera and calcareous algae are described from various reef localities. Towards the top of the reefs, stenohaline crinoids, bryozoans, brachiopods and the other fauna declined progressively and finally dropped out one after the other. This may be the result of increasing salinity. A new, second generation of reef-building microbes settled on the top of some reefs, producing small patch reefs. Most likely, reef growth lasted between 100 and 140 ka. The growth of the reefs reached more than 1 mm/a and productivity reaching about 1 kg/a∙m2, quantities comparable to modern coral reefs. The most important factors controlling reef growth were fluctuations of the sea level, changing salinities and the supply of clay by rivers or currents. After the termination of the reef growth, a thin layer of microbial mats and stromatolites covered large parts of the seafloor between Poland and England.
Kurzfassung
Stromatolitische Riffe oder Bioherme kommen in Flachwasser-Gebieten des Zechstein-Beckens in England, Dänemark, den Niederlanden, Polen und Deutschland vor. Sie werden in Küstennähe 10–20 m und in tieferen Wasser bis 120 m hoch. Die Erbauer dieser Riffe sind Mikroorganismen, sehr wahrscheinlich Cyanobakterien. Stromatolithen und laminierte Mikrobenmatten sind charakteristisch für diese Strukturen. Eine frühe Zementation in der Nähe des Wasserspiegels schützten sie gegen Wellenschlag und spätere Erosion. Diagenetische Prozesse, wie durchdringende Dolomitisierung, Rekristallisierung und Lösung, zerstörten alle mikroorganischen Strukturen, wie Filamente, ließen aber die Makrostrukturen intakt. Die mikrobiellen Zechstein-Riffe weisen ähnliche Formen wie Korallenriffe auf: ebene Plattformen, Riffkanten und steile obere und flache untere Hänge. Verschiedene Rifftypen, wie Barriere-, Flecken- und Kuppelriffe werden beobachtet. Es scheint, dass Umriss und Struktur der Riffe von der Hydrodynamik des Meeres bestimmt wurden. Ausgedehnte Plattformen, knapp unterhalb des Wasserspiegels gelegen, bestehen alternierend aus horizontal geschichteten Pack-, Wacke- und Bindstones und laminierten mikrobiellen Matten. Es kommt eine begrenzte Zahl von Gastropoden und Bivalven vor. Eine deutliche Riffkante trennt die Plattform vom Vorriff. Besondere Merkmale der Riffkante und des oberen Riffhangs sind Rutschungen und Gleitungen, die ungerundete und unsortierte Blöcke verschiedener Größe bilden. Der untere Riffhang und seine Umgebung bestehen aus gut sortierten Karbonatsanden, die die Riffe säumen und auf der Leeseite Sporne bilden. Sie kommen bis zu einem Kilometer von den produzierenden Riffen entfernt vor. Rechtwinklig zur Küstenlinie streichende Passagen wirken als Strömungskanäle, die grobe Siliziklastika vom Hinterland durch den Riffgürtel in die offene See transportieren. Die Wuchsformen der Stromatolithen sind von der Wellenenergie abhängig, ebene Matten wuchsen in ruhigem Wasser, säulige Formen in einem mittleren Niveau und domale Formen in hochenergetischer Umgebung. Onkoide und Thrombolithe bildeten sich hauptsächlich auf den Riffplattformen. Von den verschiedenen Riff-Environments werden Bryozoen, Brachiopoden, Bivalven, Gastropoden, Echinodermen, Ostracoden, inkrustierende Foraminiferen und Kalkalgen beschrieben. Zum Top der Riffe hin werden stenohaline Organismen, wie Crinoiden, Bryozoen und Brachiopoden fortlaufend seltener und fallen schließlich ganz aus. Dies wird als Folge einer zunehmenden Salinität gedeutet. Eine neue zweite Generation von Riff-bauenden Mikroorganismen siedelte auf dem Top einzelner Riffe und produzierte kleine Fleckenriffe. Wahrscheinlich dauerte das Riff-Wachstum zwischen 100 und 140 ka. Das Wachstum erreichte mehr als 1 mm/a und die Produktivität etwa 1kg/a · m2, Mengen, die vergleichbar mit modernen Korallenriffen sind. Die wichtigsten Wachstums-Faktoren der Riffe sind Fluktuationen des Meeresspiegels, sich ändernde Salinität und die Zufuhr von Tonpartikeln durch Flüsse oder Strömungen. Nach Beendigung des Wachstums der Riffe bedeckte eine dünne Schicht mikrobieller Matten und Stromatolithen große Meeresteile zwischen England und Polen.
Keywords
reefs • stromatolites • microbialites • bryozoans • Zechstein • Permian • Germany • Riffe • Stromatolithen • Mikrobialithe • Bryozoen • Zechstein • Perm • Deutschland