The Pennsylvanian Joggins Formation of Nova Scotia: sedimentological log and stratigraphic framework of the historic fossil cliffs

S. J. Davies, M. R. Gibling, M. C. Rygel, J. H. Calder, D. M. Skilliter

Abstract


Carboniferous strata of the famous Joggins fossil cliffs hold a unique place in the history of geology. Made famous by the fossil discoveries of Lyell and Dawson in the mid 1800s, the cliffs continue to yield important information about paleobiology. The Joggins Formation (of probable Langsettian age) has been completely remeasured for the first time since Logan and Dawson’s pioneering studies, and a visual log and a map of the foreshore illustrate the 915.5 m of strata along Chignecto Bay. Formation boundaries are formally described, and two informal members are abandoned. The formation is divided into 14 cycles, most of which commence with major transgressions represented by the openwater facies assemblage, some faunal elements of which show a restricted-marine affinity. Higher in the cycles, the re-advance of coastal and alluvial systems yielded poorly and well drained facies assemblages, respectively. The main levels of standing trees, dominated by lycopsids, were entombed where distributary channels brought sand into coastal wetlands. Some trees contain tetrapods and invertebrates, which may have sought refuge or become trapped in hollow trees. Cordaitalean (gymnosperm) forests covered the alluvial plains and basin-margin uplands, and were periodically swept by wildfires. The predominance of flooding surfaces and the apparent absence of lowstand exposure surfaces reflect the rapid subsidence of the Cumberland Basin controlled by active basin-margin faults and salt withdrawal. The cycles may reflect tectonic vents, glacioeustatic sea-level fluctuations, and/or variations in sediment flux.

Resumé

Les strates carbonifères des célèbres falaises fossilifères de Joggins occupent une place unique au sein de l’histoire de la géologie. Devenues célèbres à la suite des découvertes de fossiles de Lyell et Dawson vers le milieu du 19e siècle, les falaises continuent à fournir des données précieuses au sujet de la paléobiologie. La Formation de Joggins (qui remonte vraisemblablement au Langsettien) a été entièrement remesurée pour la première fois depuis les premières études importantes du secteur réalisées par Logan et Dawson; une description visuelle et une carte de l’estran illustrent les 915,5 mètres de strates le long de la baie Chignectou. L’étude décrit officiellement les limites de la formation et abandonne deux membres officieux. La formation est subdivisée en 14 cycles dont la majorité commencent avec des transgressions importantes représentées par l’assemblage de faciès en eaux libres, dont certains éléments fauniques présentent une affinité marine restreinte. À des niveaux supérieurs des cycles, la récurrence des systèmes côtiers et alluviaux fournit des assemblages de faciès mal drainés et bien drainés, respectivement. Les principaux niveaux d’arbres sur pieds, à prédominance de lycopsides, ont été enfouis dans des secteurs où des canaux tertiaires ont apporté du sable à l’intérieur des terres humides côtières. Certains arbres renferment des tétrapodes et des invertébrés, lesquels pourraient avoir cherché refuge ou s’être retrouvés prisonniers dans des arbres creux. Des forêts cordaitaléennes (gymnospermes) ont couvert les plaines alluviales et les terres hautes de marge de bassin, et ont périodiquement été balayées par des incendies de forêt. La prédominance de surfaces d’inondation et l’absence apparente de surfaces d’affleurement de bas niveau témoignent de la subsidence rapide du bassin de Cumberland, contrôlée par des failles de marge de bassin actives et un retrait du sel. Les cycles pourraient correspondre à des événements tectoniques, à des fluctuations glacio-eustatiques du niveau de la mer ou à des variations du débit de sédiments.

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DOI: https://doi.org/10.4138/182