クリーブランドシェール

クリーブランドシェール
地層範囲：ファメニアン期
～362.6～360.1 万年
オハイオ州ベッドフォード近郊のティンカーズ・クリークのグレートフォールズにあるベッドフォード層のクリーブランド頁岩（下）とベリア砂岩
タイプメンバー
単位オハイオシェール
下層ベッドフォード頁岩
オーバーレイチャグリン頁岩
岩石学
主要なシェール
他の黄鉄鉱
位置
座標北緯39度24分 西経83度36分 / 北緯39.4度 西経83.6度 / 39.4; -83.6
おおよその古座標南緯31度18分 西経32度12分 / 南緯31.3度 西経32.2度 / -31.3; -32.2
地域オハイオ州
国アメリカ合衆国
タイプセクション
名前の由来オハイオ州クリーブランド
命名者ジョン・ストロング・ニューベリー
年の定義1870
クリーブランドシェールはアメリカ合衆国にあります
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランド・シェール（アメリカ合衆国）
クリーブランドシェールはオハイオ州にあります
クリーブランドシェール
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クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
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クリーブランドシェール
クリーブランドシェール
クリーブランドシェール（オハイオ州）

クリーブランド頁岩は、オハイオ頁岩のクリーブランド層とも呼ばれ、米国東部の後期デボン紀（ファメニアン）の頁岩地質層です。

識別と名前

クリーブランド頁岩は1870年に発見され、オハイオ州クリーブランド市にちなんで命名されました。オハイオ州地質調査所長のジョン・ストロング・ニューベリーは、1870年にこの層を初めて発見しました。[1]彼はこれを「クリーブランド頁岩」と呼び、クリーブランド近郊のドアン・ブルック[2]を模式地としました。[1]米国地質調査所が使用しているこの層の模式地と地層命名法の詳細は、国立地質図データベース[3]でオンラインで閲覧できます。

説明

クリーブランド頁岩の主な鉱物は緑泥石、イライト、黄鉄鉱、石英である。[4] [a]地下では、クリーブランド頁岩は黒色[5] [6] [7] [8]、鈍い灰黒色[9] 、青黒色、または茶黒色[4]である。露出した露頭では、風化により赤色[9] 、赤褐色[2] 、または中程度の茶色[4]に変化する。風化が激しい岩石は灰色に変わる。[2] [4]クリーブランド頁岩は非常に分裂しやすく[6] [5] [7]、薄く不規則な形状のシート状[10]または薄片状[4]に砕け、ピカリング輝石の結晶が見られることがある。[2]露出すると応力が解放され、クリーブランド頁岩は非塑性[4]となり、節理によりブロック状に砕けたように見えることがある。[5]

黄鉄鉱基底境界

クリーブランド頁岩とその下のチャグリン頁岩の間には、はっきりとした区別がある。[2] [10]クリーブランド頁岩の最下部には、薄く不連続な黄鉄鉱層がある。[5] [b]この黄鉄鉱層が不連続なのは、この岩石が堆積した後に侵食されたためである。カイヤホガ川の渓谷に沿って南へ、グランド川の東へ行くにつれて、侵食は激しくなる。[7]スキナーズラン層として知られる黄鉄鉱層の一部には、[7]水の影響で磨り減った石化や魚の骨の化石の破片が含まれている。 [5]黄鉄鉱層の上には、オハイオ州中西部（東部ではない）で石灰岩層が見られる。 [9]

クリーブランド頁岩の残りの部分は、一般的に比較的硬く、[9] [c]有機物が豊富な[12] オイルシェール[4] [8]で構成されています。[9]上部と下部の両方があります。

下部

粘土頁岩[9]は、青みがかった、あるいは青みがかった灰色[9]、あるいはオリーブ黒から茶褐色[13]と表現され、下部を形成しています。下部の厚さは数インチから数フィートまであります。この層はオルムステッド頁岩と呼ばれることもあります。この層は、コノドント生物帯（Bispathodus aculeatus aculeatus帯からBispathodus ultimus ultimus帯）に基づいて、3億6260万年から3億6100万年前のものと年代測定されています。[14] [15]下部には、灰色または茶色のシルト岩の薄い層、黄鉄鉱の塊、そして円錐状構造を持つシリカを多く含む石灰岩の層が見られます。オハイオ州東部では、シルト岩の細い灰色の脈（「ストリンガー」）が見られます。[9]オハイオ州西部では、[8]クリーブランド頁岩がその下のチャグリン頁岩と重なり合っているようで、2つの岩石ユニット間の明確な境界は消えている。[9]

上部

クリーブランド頁岩の上部は、黒色から褐色がかった黒色のシルト質頁岩[ 9]で、灰色頁岩とシルト岩の薄い層が散在している[5] 。上部は石油[16]とケロジェン[4]に非常に富んでいる。 [ d]割ってみると、新鮮なサンプルは原油のような臭いがする[4] 。上部が厚い部分[7]、特にオハイオ州北東部[10]では、頁岩は独特の「波紋」を呈する[7] 。クリーブランド頁岩の上部10フィート（3.0メートル）には、リン酸ノジュール、黄鉄鉱ノジュールと帯状（極めて薄い層）、石灰シルタイトの帯状、そしてラミネーション[13]が豊富に含まれる。上部にはコンクリーションはほとんど見られない[4]。

地理的範囲

オハイオ州ノース・オルムステッドのロッキー川北岸に露出したクリーブランド頁岩の厚い層。大きさの目安として、崖の麓の中央やや右寄りに古生物学者が写っているのがわかる。

クリーブランド頁岩は、アメリカ合衆国オハイオ州にある頁岩 層です。クリーブランド頁岩は、オハイオ州北東部の大部分の地層に、様々な厚さの層として分布しています。

オハイオ州北東部では、グランド川の東側には層は見られません。[7]オハイオ州北東部で行われた測定によると、クリーブランド頁岩の厚さは7フィート（2.1メートル）[7]から100フィート（30メートル）[9]です。オハイオ州ベリアの北にあるロッキー川周辺で最も厚く、東、西、南に向かって薄くなっています。[9]

クリーブランド頁岩はケンタッキー州東中部に分布しています。ケンタッキー州東中部では、クリーブランド頁岩の厚さは41.4～50.1フィート（12.6～15.3メートル）と均一で、東に向かうにつれて厚くなります。[13]

このユニットはウェストバージニア州[17]とバージニア州南西部[18]にも存在し、そこではオハイオ頁岩のクリーブランド層として地図上に示されています。

地層設定

クリーブランド頁岩（またはクリーブランド部層）はオハイオ頁岩層のサブユニットである。[7] [19]チャグリン頁岩はクリーブランド頁岩の下にある。[20]ベッドフォード頁岩は一般にクリーブランド頁岩の上にあり、両者は明確な区別がある。オハイオ州中西部では、クリーブランド頁岩の上に 150 フィート (46 メートル) 以上のベッドフォード頁岩が横たわることがある。場所によっては、赤色頁岩および灰色頁岩がクリーブランド頁岩と広範囲にわたって絡み合っていることがある。オハイオ州極東部では、ベッドフォード頁岩は 125 フィート (38 メートル) 以上薄くなる。カスワゴ頁岩も存在する場所では、ベッドフォード頁岩は通常 25 フィート (7.6 メートル) 未満であり、場所によっては存在しないこともある。いくつかの地域では、クリーブランド頁岩はベレアシルト岩によって段階的に、またベレア砂岩によって鋭く覆われている[7]、あるいは不整合に覆われていると説明されている。[10]

これはハンゲンベルグ黒色頁岩やバッケン頁岩の地域的同等物である。[21]

古生物群

この層では例外的な海洋動物の化石が発見されている。クリーブランド頁岩は一般に化石に乏しいと考えられているが、例外もある。基底黄鉄鉱層には木化石や魚の骨の化石が含まれている。[5]下部は、広範囲かつ保存状態の良い軟骨魚類（クラドセラケを含む）、コノドント、板皮類、[7] [5]および古条鰭類 の化石で有名である。[22]巨大な捕食性板皮類のダンクルオステウス・テレリ、ゴルゴニクティス・クラーキ、ギムノトラケラス・ハイデイ、ハインツヒュッテス・グールディ、およびタイタニクティスの5亜種（タイプ標本を含む）は、すべてクリーブランド頁岩で発見されている。[23]クリーブランド頁岩は、しばしば完全な体躯の化石が保存されていることを意味する、保存状態の良い（konservatte-lagerstatten）岩石に分類されます。初期のサメの典型的な保存状態としては、軟組織の輪郭と印象、鰭条、鰓筋、軟骨、胃の内容物などが挙げられます。[24]クリーブランド頁岩の板皮類は、一般的に軟組織の保存状態が良好ではありません。[25]

動物相リストはCarr and Jackson (2008) [26]およびCarr (2018) [27]に従っています。

板皮

クリーブランド頁岩のすべての板皮類は節足動物である。[28]

属種注記画像
ブンガルティウス[29]B.ペリッソス[29]中型のミロストマ類で、頭蓋骨は比較的低く狭い。おそらく硬骨食の動物だったと思われる。[30]
カログナトゥスC. レギュラリス小さな顎板に基づくと、セレノスティッド科の可能性のある珍しい種。 [28]
「コッコステウス」「C.」 カイヤホガエ単一の顎板に基づく類縁関係が不明瞭な、稀少なコッコステオモルフ。より完全でよりよく記載されているコッコステウス属の種と必ずしも近縁ではない。[28]
ディプログナトゥスD.ミラビリスやや大型の無棘胸類で、狭い鋸歯状の顎を持つ。
ダンクルオステウスD. テレリ非常に大型のダンクルオステイド科魚類で、強力な咬合力と頂点捕食者としての地位を持つ。板皮類全般の中でも最も有名な魚類であり、クリーブランド頁岩層に生息する最大かつ最も一般的な魚類の一つでもある。以前はディニクティス属の一種と考えられていた。
グリプタスピスG. verrucosaいくつかのざらざらした質感の腹板から、類縁関係が不明な珍しい節足動物として知られる。
ゴルゴニクティスG. クラーキ非常に大型の無胸類で、大きさと生態はダンクルオステウスに類似。以前はディニクティス属の一種と考えられていた。
ギムノトラケロスG. hydei低く幅広い頭骨と顎に沿って小さな歯のような歯状突起を持つセレノスティッド。[31]
ハインツィヒティスH. gouldii箱型の頭骨を持つ無棘胸類。[32]以前はDinichthys属の一種と考えられていた。
フラヴィニクティス[27]H. jacksoni [27]無脊椎動物の一種。[27]
ホルデニウスH. ホールデニハインツヒュティスに似た無胸類だが、顎が深い。[28]
フッサコフィアH.マイナー非常に短く深い顎を持つ小型のダンクルオステイド科魚類。
ミロストーマM. eurhinus非常に幅広い頭蓋骨を持つミロストマ類。
M. ニューベリー
M. variabile
パラミロストーマP. アルクアリス頭蓋骨が細い小型のセレノステイド。
セレノステウスS.ブレビス幅広い頭蓋骨を持つ小型のセレノスティッド。
ステノステウスS. angustopectus [33]セレノステウスに似た小型のセレノステイドで、幅広い頭骨を持つ。[33]
S. グラバー
タイタニクティスT.アガシジ複数の種に基づく非常に大型の濾過摂食性ミロストーマ類で、その一部はシノニムである可能性がある。[28] [34] [30]クリーブランド頁岩では、ダンクルオステウス・テレリに次いで2番目に一般的な板皮類である。Titanicthys hussakofiは以前はBrontichthys clarkiとして知られていた。[28]
T.アテヌアトゥス
T. clarkii
T. フッサコフィ
T.直筋
トラコステウスT. クラーキいくつかの鎧の破片から、セレノステイドの可能性がある珍しい生物であることがわかっています。

軟骨魚類

クリーブランド頁岩産の未記載軟骨魚類（軟骨魚類）には、枝分かれしたクラドセラチア類、コクリオドン類、ユーゲネドン類、ヒボドン類、ステタカンサス類（ステタカンサス属の新種を含む）、スフェナカンサス、および独特な頭部と鰭の棘を持ついくつかの追加の形態が含まれる。[26] Hlavin（1972）による会議要旨では、関連する歯（Orodus sp.）と鰭の棘（Ctenacanthus vetustus）の集合体について簡単に触れられている。[35] Zangerl（1981）は、各集合体がOrodusのような歯とクテナカンサスのような棘を持つ初期のヒボドン類を表すと示唆した。 [36]

属種注記画像
クラドセラケC. acanthopterygius一般的なサメに似た捕食動物で、大きな目、クラドドン類の歯、頭の前部の幅広い口、頑丈な背びれ棘、流線型の体、尾柄に幅広いキールを持つ長い尾びれを持つ。生態的にはアオザメに類似するが、現代のサメとは近縁ではない。シンモリフォーム類（ステタカントゥス類に近い）および/または初期全頭類（現代のギンザメ類と遠縁）の可能性がある。[37]クラドセラケ属の多くの種は、主に鰭の構造の微妙な変異に基づいて命名されているが、[38]再調査により無効または同義であることが判明する可能性のある種もいくつかある。[36]最も頻繁に言及される2種は、C. fyleri（タイプ種、やや小型）とC. kepleri（大型種）である。[38] [39]
C. ブラキプテリギウス
C. クラーキ
C.デスモプテリギウス
C. イーストマニ
C. フィレリ
C.ケプレリ
C. マグニフィカス
C. ニューベリー
C. パキプテリギウス
クテナカントゥスC.コンシナスクテナカンス目のサメで、多くの種が命名されており、そのうちのいくつかは他の種と同義のようです。クリーブランド頁岩から命名されたクテナカンス類には鰭棘に基づき（C. compressus、 C. clarki、 C. vetustus）、また、クラドドン類の歯に基づき（ C. concinnus、 C. terrelli、 C. tumidus ）、その他はクラドドン類の歯に基づきます。歯と鰭棘の両方が保存されている標本から、 C. concinnus、C. compressus、C. clarkiはおそらくすべて同一種であり、C. concinnus が優先されることが示されています。[39]結果として、C. concinnusは標本の保存状態が最も良いクリーブランド頁岩のクテナカンス（以前は棘に基づく種と呼ばれていました）とされています。[38] [40] [39] C. tumidus は歯の大きさから、この層で最大のサメである可能性があります。[39]
C. terrelli [41]
C. トゥミドゥス[41]
C. vetustus ?
ディアデモドゥス[42]D. hydei [42]明確な吻、小さな鰭、微細な多数の尖った歯を持つ、おそらくフォエボドン類[39] 。 [42]
モノクラドドゥス[43]M. クラーキクラドセラケに非常に類似するクラドセラキス科の魚類。クラドドン類の歯の一部が単頭歯であることで主に区別されるが、顎には多頭歯も存在する。本属として扱うべきかどうかについては意見が分かれている[43] [36]。[38] [39]
オロドゥスO. spp. (x3)幅広い粉砕歯を持つオロドゥス科の未記載種が少なくとも3種知られている。[39]後期石炭紀のインディアナ州で発見されたオロドゥスの完全な標本は長い体と小さな鰭を持っている。[36]
フォエボドゥスP. ポリトゥス[41]3つの主要な尖頭を持つ小さな歯で知られるフォエボドゥス科の魚。[41] [39]後期デボン紀のモロッコから発見された完全なフォエボドゥスの標本は、現代のラブカザメとプロポーションが似ている。[44]
ステタカンサスS.アルトネンシスステタカンティス科のシンモリフォーム亜綱で、枝分かれした歯、頭部の広範な歯状突起、そして珍しい「棘-ブラシ複合体」を持つ。[45] [39]
S. carinatus
タミオバティスT. vetustus頭蓋軟骨と枝歯類の歯を保存したクテナカンティフォームのサメ。[46]

硬骨魚類

クリーブランド頁岩から発見された他の未記載硬骨魚類には、ケンタッキア属の新種と、名前の付いていないメソポマ類に似たパレオニスコイド類が含まれる。[47] [26]

属種注記
ケンタッキーK. hlavini条鰭類 （条鰭綱の魚類）の古魚類。
プロケラトドゥスP. ワグネリ肺魚。現在クリーブランド層で記録されている唯一の肉鰭綱（肉鰭類）魚類。
テゲオレピスT. クラーキ古魚類条鰭類。

年

クリーブランド頁岩は、コノドント[15]と植物胞子[48]の生層序に基づくと、約3億6260万年から3億6010万年前のもので、デボン紀の最後期であるファメニアン[ 14 ]に遡ります。クリーブランド頁岩は、デボン紀を終焉させたハンゲンベルク大量絶滅まで遡りますが、デボン紀の終わりには達しません。ペルム紀-三畳紀絶滅や白亜紀-古第三紀絶滅とは異なり、デボン紀-石炭紀境界は、この時代末期の大量絶滅とは相関しません。ベッドフォード頁岩とベリア砂岩は、デボン紀-石炭紀絶滅後のデボン紀の地層を代表するもので、クリーブランド頁岩の上に堆積しており、ハンゲンベルグ事件の余波で石炭紀に典型的な回復動物相の一部を包含している。[49]

クリーブランド頁岩の上部2.5メートルは、ハンゲンベルク事件およびドイツの基準地層と化学層序学的に相関しており、クリーブランド頁岩がデボン紀後期の絶滅を構成する2つの大量絶滅イベントのうち2番目のイベントを保存していることを示唆している[50]

堆積環境の解釈

クリーブランド頁岩は、デボン紀末期に起きた大絶滅イベントであるダスバーグ・イベントの地域的な発現である可能性が高い。クリーブランド頁岩は嫌気性環境で堆積したものと解釈されている。[6]クリーブランド頁岩は、陸上植物相と海洋動物相を壊滅させた後期ファメニアン絶滅イベントであるダスバーグ・イベント中に堆積したことを示す証拠が存在する。このイベントにより、海洋酸素（無酸素イベント）と大気中の二酸化炭素が大幅に減少し、その後、短期間の氷河期が訪れた。地球環境は回復したが、デボン紀-石炭紀境界付近でハンゲンバーグ・イベントという別の絶滅に見舞われた。[51]クリーブランド頁岩が堆積している間に、陸上の有機物が大量に海に流され、当時オハイオ州上空にあった。[52]この海の深さについては異論があるものの、ダスバーグ・イベントによって、海は底生生物をほとんど、あるいは全く生息できない状態になった。これが、クリーブランド頁岩に底生生物の化石がほとんど存在しない理由であり[53]、また、炭素含有量が高いため、頁岩が非常に濃い灰色から黒色を帯びている理由でもある[5] [54] 。

チャグリン頁岩とクリーブランド頁岩の接触は、インターベディング（層状構造）と表現されてきました。この特徴は、2つの異なる堆積環境（チャグリン頁岩を堆積させた酸素に富んだ海と、クリーブランド頁岩を堆積させた有機物に富んだ嫌気性の海）が、同じ地域を繰り返し行き来したことによって生じたと解釈されています。[9]地質学者ホレス・R・コリンズは、この境界領域をインターカレーション（層状構造）と呼びましたが[8]、彼がどのような意味を意図していたのかは不明です。[e]

クリーブランド頁岩とベッドフォード層が地域的に不規則に接触している原因については、様々な仮説が提唱されている。チャールズ・E・B・コニーベアは、クリーブランド頁岩は東部ではシルトが多く、西部では石灰質が多いことを指摘した。彼は、これはシルトが東から西へ海に流れ込んだことを示しているという仮説を立てた。海流がクリーブランド頁岩を侵食し、その後、新たな堆積物を溝に堆積させてベッドフォード層を形成した。[54]ジャック・C・パシンとフランク・R・エッテンソンはこの仮説のバリエーションを提唱している。彼らは、ベッドフォード層が堆積していた当時、クリーブランド頁岩を含む地域は隆起を受けていたと指摘している。この隆起によりクリーブランド頁岩が露出して侵食され、ベッドフォード層を形成した堆積物がこれらの溝を埋めた可能性が高い。彼らはまた、ダイアピリズム（変形しやすいクリーブランド頁岩がより脆いベッドフォード層に上向きに貫入すること）とインタータンギングの証拠があることも指摘している。 [57]ベアードらは、クリーブランド頁岩が南下していることにも言及している。彼らは、これがインタータンギングではなく、オーバーステップを引き起こしたと示唆している。[7]

経済地質学

クリーブランド頁岩は有機物含有量が高いため、化石燃料の生成に非常に適しています。1981年のある研究では、クリーブランド頁岩は1ショートトン（0.91トン）の岩石から平均14米ガロン（53リットル、12英ガロン）の石油を産出できることが明らかになりました。[58]クリーブランド頁岩には、炭鉱炭と「純炭」も含まれていますが、どちらも量は多くありません。[4]

参照

参考文献

注記
  1. ^ 頁岩中の石英粒子の大きさは2～7マイクロメートル（7.9 × 10 -5～ 0.000276インチ）の範囲です。[4]
  2. ^黄鉄鉱は、嫌気性で底流が少なく、 シルトや堆積物が大量に堆積した海底に有機物が沈降すると形成されます。[7]
  3. ^ 「硬い」とは、圧縮強度が1平方インチあたり10,000～13,000ポンド（69,000～90,000 kPa）と定義される。[11]
  4. ^ 1981年にケンタッキー州中東部で行われたクリーブランド頁岩のサンプルの研究では、頁岩の上部には11％の炭素と1.3％の水素が含まれていた。[16]
  5. ^ インターカレーションはインターベディング（interbedding）の同義語として使われる。[55]この用語は、既存の2つの層の間に新しい層が導入されることを意味する場合もある。[56]
引用
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