Fazies und Lithologie des Mitteldevons im Küstenraum Vorpommerns

Im Mitteldevon wurde im heutigen Gebiet von Rügen-Hiddensee und der östlich angrenzenden Ostsee eine über 1500 m mächtige Abfolge kontinentaler und rand- bis flachmariner Sedimente abgelagert, die durch 10 Bohrungen einer Untersuchung zugänglich geworden sind. Unterdevon fehlt; die Abfolge lagert mit großer Lücke und diskordant kaledonisch deformierten ordovizischen Schichten auf. Sie geht kontinuierlich in Oberdevon über. Geröll-, Lithoklasten und Quarzkorn-Analysen belegen die Herkunft der Sedimente von einem sedimentär-metamorphen Liefergebiet - den Mitteleuropäischen Kaledoniden im SW bis W des devonischen Rügen-Beckens. Geochemische und petrographische Ergebnisse unterstreichen ihre Ablagerung im Übergang eines aufgearbeiteten Orogens zu einem Kontinentalgebiet im Vorfeld der kaledonischen Hochlage. Faziesanalysen führen zu dem Schluss, dass Sedimentfazies und -zyklizität durch eine materialliefernde Hochlage im SW, variierende Subsidenz, klimatische Variationen (saisonale bis episodische Niederschläge, Austrocknung) sowie durch Transgressionen aus einem marinen Gebiet im SE bestimmt waren. So ergeben sich zwei große Faziesbereiche: (1) terrigene Red-Beds mit Molasse-Charakter – die Old Red-Fazies (ORF) im eigentlichen Sinn; (2) eine rand- bis flachmarine Fazies – die so bezeichnete Litoral-Marine Fazies (LMF). Zwischen beiden existieren Verzahnungen und Übergänge mit transgressivem bzw. regressivem Charakter. Aufgrund einer generellen „Absenkung“ veränderte sich Sedimentationsraum von einer vorwiegend kontinentalen Ebene im tieferen Mitteldevon über einen sandigen Flachschelf am Ende des Mitteldevons zu einem Karbonatschelf im Oberdevon. Diese Entwicklung korreliert gut mit den Phasen des globalen Meeresspiegelanstiegs in diesem Zeitraum. Die sedimentologischen, petrographischen, geochemischen und mineralogischen Analysen erlauben eine detaillierte Rekonstruktion der Ablagerungsmilieus. Das Material der terrigenen Red Beds (ORF) wurde durch ephemere Ströme und Schichtfluten auf eine weite flache Alluvialebene gebracht und auf ephemeren Überschwemmungsebenen sowie distal auf terrigenen Mud Flats und in ephemeren Tümpeln abgelagert. Dabei unterlagen die oberflächennahen Sedimente saisonaler Austrocknung und Evaporation (Bildung von Trockenriss-Feldern, Calcretes, teils Spuren von Gips/Anhydrit). Demgegenüber bezeugen lokal verbreitet auftretende grüne und graue Horizonte mit gehäuften Pflanzenresten und Sporen zeitweilig wasserbedeckte Gebiete und Bedingungen erhöhter Humidität und bevorzugten Pflanzenwuchses (Küstenniederungen). Zahlreiche marine Einschübe, die den SE-Teil des Arbeitsgebietes bereits im Eifel erreichten, und mit der Zeit im zunehmenden Maße auch den Westteil beeinflussten, signalisieren die marginale Lage des Rügen-Beckens zu einem sich im SE anschließenden marinen Ablagerungsraum. Sie führten zu einer zunehmenden Marinität der mitteldevonischen Abfolgen und zur Bildung des zweiten Faziesbereiches (LMF) aus tidal-lagunären und litoralen bis flachmarinen Sedimenten. Phasenweise ansteigende fluviatile Transportkraft führte zur Schüttung gröberer, vorrangig sandiger, seltener konglomeratischer Sedimente und zur Kompensation der Beckensubsidenz, was sich in Abfolgen progradierender Küstenlinien und deltaischen Küstenvorbaus widerspiegelt. Des weiteren führt die intraformationelle Aufarbeitung der Sedimente zur Bildung zahlreicher Intraklasten-Horizonten. Die Klimaproxies signalisieren semiaride Bedingungen in Übereinstimmung mit der paläogeographischen Lage Vorpommerns und Balticas im Devon im südlichen Trockengürtel bis äquatorialen Feuchtgürtel. Mittels der Faziesverteilung, der Sediment- und base level-Zyklizität und der Milieuentwicklung ist es möglich, ein zeitlich-räumliches Faziesmodell zu konstruieren mit Rückschlüssen auf die generelle Entwicklung des vorpommerschen Mitteldevons. Paläogeographisch existieren enge Verbindungen zu den polnischen Devonvorkommen; vorrangig zur Koszalin-Chojnice-Zone (NW-Polen), darüber hinaus in SE’ Fortsetzung vermutlich bis zur Radom-Lublin-Region und dem Heilig-Kreuz-Gebirge. Sie sind an den Südrand des Old Red-Kontinents einzuordnen und wurden in einem perikratonalen, sich nach SE vertiefenden Becken entlang dessen Peripherie abgelagert. Variierende Subsidenz und Mobilität kaledonischer Grundgebirgsblöcke modifiziert die Faziesmuster in diesem Becken. Während die Sedimentation in Südpolen bereits im Unterdevon begann bzw. sich teils kontinuierlich an das Silur anschließt, wurde der vorpommersche Ablagerungsraum erst ab der Wende Ems/Eifel in das Sedimentationsgeschehen einbezogen. So bildete die Rügen-Senke den nordwestlichsten Ausläufer des polnischen Perikratonalraumes. Ihre ursprüngliche Ausbreitung nach Südwesten, Nordwesten und Nordosten ist aufgrund post-devonischer Denudation nicht rekonstruierbar, jedoch wahrscheinlich begrenzt durch das Fennoskandische Hoch im N und einer materialliefernden kaledonischen Grundgebirgshochlage im SW.In the present Rügen area and adjacent Baltic Sea (Western Pomerania) about 1500 m thick beds of continental and marginal to shallow marine origin were deposited during the Middle Devonian. They are known from ten deep boreholes. Lower Devonian is lacking. The sediments overlie discordantly and with a regional gap Caledonian deformed Ordovician strata; they pass continuously in Upper Devonian deposits. Analysis of pepples and sand grains indicate their derivation from a sedimentary-metamorphic source area, identified as Mid-European Caledonides South to West of the Devonian Rügen Basin. Geochemical and petrographical results support deposition in a recycled to cratonic setting in front of an uplift of the Caledonian Orogene. Facies investigations lead to the conclusion that sedimentary facies and cyclicity is controlled by varying basin subsidence, climatic variations (seasonal and episodical rainfall, drying) and transgressions from a marine area. Two distinct facies are detectable: (1) terrigene red beds with molasse character – the Old Red facies (ORF) in a narrower sense; (2) a marginal to shallow marine facies – the Littoral-Marine facies (LMF). There exist interfingerings and transitions with regressive and transgressive character between both facies. As a result of a general subsidence and a global sea level rise the basin developed from a lower Middle Devonian near coastal continental plain to a sand-dominated littoral area at the end of Middle Devonian, and finally to a marine carbonate shelf during the Upper Devonian. Sedimentological, petrographical, geochemical, and mineralogical analyses allow detailed reconstructions of facies and environment. The material of terrigene red beds (ORF) were transported by ephemeral streams and sheet flows and deposited on broad flat alluvial plains, and in the end on floodbasin mud flats and in ephemeral ponds. Near-surface sediments indicate seasonal drying and evaporation (formation of sub-aerial desiccation cracks, calcretes, traces of gypsum/anhydrite). On the other side, locally abundant greenish to greyish beds with fragmental plant remains and miospores indicate areas temporarily covered by water and conditions of higher humidity and preferred plant growth (coastal lowlands). Several transgressions reached and influenced the south-eastern part of the area at first already in Eifelian times indicating the position of the Rügen basin marginally to a southeasterly adjacent marine environment. In the course of time they affected also the western part. They lead to an increasing marinity of the succession and the formation of the second facies (LMF) composed of tidal to lagoonal and littoral to shallow marine sediments. Rising fluvial activities induced episodically the supply of coarser sediment materials, mainly coarser sands, and rarely pepples. They temporarily compensated the basin subsidence reflected in prograding shoreline and deltaic successions at certain intervals. Furthermore, intrastratal reworking led to the formation of numerous intraclast horizons. In conformity with the palaeogeographic position of the Pomeranian area (together with Baltica) in the southern dry belt relative to the equatorial wet belt climatic features indicate semiarid conditions. Against the background of lithofacies, sediment and base level cyclicity, and environmental development it is possible to establish a facies model throughout basin and time with implications for the general history and evolution during the Middle Devonian of Western Pomerania. In palaeogeographic context there are distinct and strong relations to the Polish Devonian as part of the same sedimentary basin, primarily to the Koszalin-Chojnice area in northwestern Poland, presumably in southeastern direction up to the Radom-Lublin area and the Holy Cross Mts. All are parts of the external facies zone at the southern margin of the Old Red Continent. Sediments were deposited in a pericratonal basin along its periphery, deepening in southeastern direction and modified by varying subsidence and mobility of Caledonian basement blocks. While sedimentation in southeastern Poland started at the base of the Devonian, deposition in Western Pomerania earliest began at the Emsian-Eifelian transition. The Rügen basin was situated in the most northeastern part of the pericratonal basin. Its primary distribution to South-West, North-West, and North-East is not detectable due to post-Devonian denudation. Surely, it was bordered by the Fennoscandian High in the North and a Caledonian uplift southwest of it