Die Bass-Formation ist ein geologischer Schichtenverband im Grand Canyon. Sie bildet das Liegende der zur Grand Canyon Supergroup gehörenden Unkar Group und ist während des Mesoproterozoikums im Rodinium/Ectasium vor rund 1250 Millionen Jahren abgelagert worden.
Etymologie mini|300px|Die transgressive Bass-Formation oberhalb der Granite Gorge mit ihren dunklen Vishnu Basement Rocks, Grand Canyon
Benannt wurde die Formation nach dem Bass Canyon, einem rechten Seitental des Colorado Rivers. Der Name des Bass Canyons leitet sich vom Prospektor William Wallace Bass ab.
Erstbeschreibung und Forschungsgeschichte Die wissenschaftliche Erstbeschreibung der Formation und ihre Namenszuweisung erfolgte im Jahr 1914 durch Levi F. Noble. Weitere wissenschaftliche Arbeiten an der Bass-Formation erfolgten sodann im Jahr 1934 durch C. E. Van Gundy sowie im Jahr 1972 durch Russell O. Dalton. Im Jahr 1976 wurde die Bass-Formation von Donald P. Elston und G. R. Scott einer Revision unterzogen und zur Unkar Group gestellt. Neuere Arbeiten an der Bass-Formation stammen von J. Michael Timmons (2001 und 2004), von Timmons und Kollegen (2005 und 2012) und von J. A. Mulder und Kollegen (2017).
Vorkommen Die Bass-Formation, Englisch Bass Formation – vormals auch als Bass Limestone bezeichnet – beschränkt sich in ihrem Vorkommen auf den Zentralteil und Ostabschnitt des Grand Canyons im Coconino County im US-amerikanischen Bundesstaat Arizona. Erstmals erscheint die Formation an den Stromschnellen der Hance Rapids an der Flussmeile 77 und wird schließlich ein letztes Mal am Deer Creek an der Flussmeile 137 angetroffen. Die Formation folgt somit dem Colorado River über 60 Meilen bzw. 100 Kilometer. Besonders schön aufgeschlossen ist sie in der Granite Gorge am Colorado River, am Isis Temple und im südwestlichen Bright Angel Canyon.
Geologischer Überblick Die Bass-Formation enthält die ältesten Sedimente im Grand Canyon. Diese stellen die unterste Formation der Unkar Group und somit der Grand Canyon Supergroup. Sie wurden im Unkar Basin abgelagert – einem Backarc-Becken, das sich gut 500 Kilometer nordwestlich des Grenville-Orogens gebildet hatte. Die Formation stellt eine gemischte Einheit aus karbonatischen und siliziklastischen Sedimenten dar, welche dem polymetamorphen Grundgebirge – den 1842 bis 1650 Millionen Jahre alten Vishnu Basement Rocks (vormals Granite Gorge metamorphic suite) – auflagern.
Die Bass-Formation entstand im mittleren Mesoproterozoikum (Ectasium). Das vorangegangene frühe Mesoproterozoikum war noch ein biochemisch stabiler Zeitabschnitt mit warmen klimatischen Bedingungen, der aber dann durch die Verschweißung von Kontinentfragmenten zum Superkontinent Rodinia empfindlich gestört und unterbrochen wurde. In den Ozeanen kam es neben einer Umstellung der geochemischen Prozesse, insbesondere des Kohlenstoffkreislaufs, zu einer weltweiten Diversifizierung der Eukaryoten. Außerdem erreichten die Stromatolithen ihren Höhepunkt in Artenzahl und Verbreitung.
Stratigraphie mini|300px|Die Bass-Formation oberhalb der Granite Gorge, Grand Canyon. Darüber der leicht erodierbare, orangerote Hakatai Shale.
Die flach liegende oder schwach mit 10 bis 15° nach Nordost einfallende Bass-Formation folgt transgressiv mit einer ausgeprägten Winkeldiskordanz – der Greatest Unconformity – auf die metamorphen Grundgebirgsgesteine der Vishnu Basement Rocks. Sie wird ihrerseits konform vom Hakatai Shale überlagert.
Die Mächtigkeit der Formation schwankt zwkschen 37 und 104 Meter, wobei generell eine Mächtigkeitszunahme in Richtung Nordwesten erfolgt. Ihre durchschnittliche Mächtigkeit beträgt 80 Meter. Niedrige Mächtigkeiten wie beispielsweise am Crystal Creek mit 57 Meter geben eine Undulation der Transgressionsfläche zu erkennen (topographisches Hoch im Grundgebirge). Maximale Mächtigkeiten mit 100 Meter herrschen am Phantom Creek nördlich der Utah Flats.
Eine Typlokalität der Bass-Formation wurde bisher nicht ausgewiesen.
Stratigraphisch äquivalente Formationen der Bass-Formation sind die Allamore-Formation bei Van Horn und der Castner Marble der Franklin Mountains in Texas, der Mescal Limestone der Apache Group im Süden Arizonas und der Mittelabschnitt der Crystal-Spring-Formation der Pahrump Group des Death Valley im Südosten Kaliforniens.
Kontaktverhältnisse Die Untergrenze der Bass-Formation wird von einer bedeutenden Winkeldiskordanz gebildet – der Greatest Unconformity. Diese trennt das unterlagernde, stark erodierte, kristalline Grundgebirge – bestehend aus Gneisen, Schiefern, Graniten und Pegmatiten der Vishnu Basement Rocks – von den proterozoischen Sedimenten der Grand Canyon Supergroup.
Der Kontakt der Greatest Unconformity ist eine bemerkenswert glatte Oberfläche mit nur 6 Meter an Reliefunterschied im Shinumo Quadrangle und 15 Meter im Bright Angel Quadrangle und im Vishnu Quadrangle. Im Hotauta Canyon und in den Granite Narrows reduziert sich der Unterschied auf nur mehr 2 Meter. Flache, nur bis zu 6 Meter hohe Rundhöcker in den Vishnu Basement Rocks können gegenüber der Einmündung des Shinumo Creeks eingesehen werden.
Das Grundgebirge der Vishnu Basement Rocks ist unterhalb der Winkeldiskordanz bis zu maximal 3 Meter Tiefe sehr stark verwittert. Dieser Regolith kann auch fehlen, da er stellenweise vor und auch während der Sedimentation der Bass-Formation erosiv entfernt wurde. Typischerweise besteht der Regolith aus einem dunkelroten bis braunen, strukturlosen, eisenreichen Sediment von wenigen Zentimetern bis 30 Zentimetern Mächtigkeit. Die Winkeldiskordanz ist ein Paradebeispiel einer uralten Rumpffläche (Peneplain).
Der Hangendkontakt der Bass-Formation mit dem aufliegenden Hakatai Shale erfolgt im östlichen Grand Canyon über einen Meter hinweg graduell. Im Red Canyon beispielsweise besteht der Kontakt aus einem Intervall, in dem sich stromatolithische Kalke der Bass-Formation eng mit grobklastischen Sedimenten des Hakatai Shales verzahnen. Im westlichen Grand Canyon ist der Kontakt zwar scharf, erfolgt aber dennoch konform.
Bedingt durch die Winkeldiskordanz der Great Unconformity, die stellenweise sogar bis zur Bass-Formation herabgreift, ergibt sich eine diskordante Überlagerung der Formation durch den Tapeats Sandstone der Tonto Group. Dieser flache Kontakt kann aber durch erosionsresistente Härtlinge in der Unkar Group (wie den Shinumo Quartzite) unterbrochen werden.
Vereinfachtes Profil Die Bass-Formation kann intern vereinfachend in zwei Sedimentzyklen im Dekameter-Bereich gegliedert werden. Diese ins Hangende feinkörniger werdenden, 20 bis maximal 50 Meter mächtigen Zyklen ähneln zwar einander, zeigen aber dennoch Unterschiede. Beide Zyklen setzen mit einem Konglomerat aus Grundgebirgsklasten ein und lassen ein fluviatiles bzw. deltaisches Ablagerungsmilieu erahnen. Zu dem Konglomerat können sich stellenweise Diamiktite hinzugesellen, welche aus Massenströmen hervorgegangen waren. In beiden Zyklen wird das klastengestützte Konglomerat von zusehends feinkörnigeren Schichtkörpern überlagert. Im unteren Zyklus erfolgt ein Übergang zu mikrobiell-beeinflußten, karbonatischen Sedimenten, die bereits etwas tieferes Wasser indizieren. Hierüber legen sich unter wesentlich seichteren Bedingungen abgesetzte, feinkörnige, klastische Wattsedimente – zu erkennen an Tonüberzügen, Rippelmarken und Trockenrissen. Beim Hangendzyklus geht das klastengestützte Konglomerat ebenfalls in nach oben feiner werdende Sedimente über – in diesem Fall in Sand- und Siltsteine mit reichlichen Flachwasseranzeigern sowie Sedimentstrukturen des Trockenfallens. Im oberen Zyklus treten außerdem nur schlecht entwickelte Stromatolithen auf.
Im unteren Zyklus geben konische Stromatolithen innerhalb karbonatischer Fazies eine Vertiefung unterhalb der Schönwetter-Wellenbasis zu erkennen. Submarine Massenstromablagerungen mit eingebetteten Klasten konischer Stromatolithen deuten darauf hin, dass die Massenströme die unter der Wellenbasis liegenden Stromatolithen umflossen und schließlich unterhalb zur Ruhe kamen. Insgesamt demonstriert der untere Zyklus eine anfängliche Vertiefung gefolgt von einer Verflachung der Wassertiefe.
Der Kontakt zwischen dem unteren und oberen Zyklus ist scharf und wird vom zweiten Konglomerat abgedeckt. Zu bemerken ist somit eine Verlagerung der Faziesgürtel in Richtung Küste, wobei die Konglomeratlage Teil eines vorrückenden Deltas bildet, welches seine groberklastischen Sedimente in ein supratidales Karbonatmilieu einspeiste. Der obere Sedimentstapel ist wesentlich siliziklastischer als der Untere. Dies kann dahin gehend interpretiert werden, dass entweder eine Meeresspiegeländerung geringerer Amplitude oder aber eine Erhöhung des siliziklastischen Inputs stattgefunden hatte – beides womöglich in Zusammenhang mit tektonischen Bewegungen und/oder klimatischen Veränderungen.
Der untere Zyklus der Bass-Formation entspricht folglich einer marinen Transgression, der anfangs noch kleinere Regressionen bis hin zum Trockenfallen widerfuhren. Letzteres lässt sich beispielsweise an räumlich begrenzten und diskordanten Schichtpaketen im Hotauta Konglomerat erkennen. Die Transgression breitete sich aber dennoch rasch aus und ermöglichte sodann die Abscheidung von Karbonaten tieferen Wassers. Der obere Zyklus hingegen repräsentiert eine eindeutige Regression mit in Kollapsbrekzien vorkommenden Evaporiten, mit Gips-Pseudomorphosen und mit zerbrochenen Pisoiden sowie mit einem im Vergleich zum unteren Zyklus gehäuften Auftreten von Flachwasser-Sedimentstrukturen wie z. B. Trockenrissen und Rippelmarken.
Sequenzstratigraphie Die Unkar Group wird sequenzstratigraphisch gewöhnlich in vier Zyklen unterteilt, welche alle mit einer Meeresinkursion beginnen. Auf die anfänglich marinen Sedimente folgen Wattsedimente und schließlich subaerische Sedimente. Der erste Zyklus der Unkar Group setzte mit der Bass-Formation ein, der zweite mit Beginn des Hakatai Shales. Der dritte Zyklus begann mit dem Escalante-Creek-Member des Dox Sandstones und der vierte mit dem Comanche-Point-Member. Die Bass-Formation stellt somit den ersten Zyklus.
Lithologie mini|hochkant=1.6|Stromatolithenlage in der Bass-Formation
Lithologisch besteht die Formation vorwiegend aus Dolomiten und sandigen Dolomiten. Die dünn- bis mittellagigen Dolomite sind fein- bis grobkörnig. Zwischengeschaltet treten aber auch dünnlagige Sandsteine feiner bis grober Korngröße, Arkosen, siltige Sandsteine, hervorstechende Konglomeratlagen, intraformationelle Brekzienhorizonte, Tonsteine und Kalke auf. Die gewöhnlich grau gefärbten Dolomite und Kalke können auch rötlich-graue Farbtöne annehmen und enthalten gelegentlich biskuitartige oder biohermale Stromatolithenlagen. Die Konglomerate, Brekzien, Sandsteine und Tonsteine wechseln in ihrer Färbung von violettbraun über dunkelrot zu rotbraun. Dolomite und Kalke beherrschen die Formation im Zentralabschnitt des Grand Canyons, wohingegen Sandsteine, Konglomerate und Tonsteine im Ostabschnitt dominieren. Innerhalb der Formation lässt sich generell eine Abnahme der Korngröße zum Hangenden beobachten.
Die Bass-Formation bildet Steilwände oder eine Treppenstufenmorphologie im Gelände, wobei resistente Dolomitlagen für die Stufen verantwortlich sind, die Absätze wurden aus leicht erodierbaren Tonsteinen herauspräpariert.
Die Bass-Formation weist verschiedene Sedimentstrukturen auf, darunter Rippelmarken, Trockenrisse, Kegelstrukturen (Cone-in-cone-Struktur), intraformationelle Brekzien bzw. Konglomeratlagen, kleinmaßstabige gradierte Schichtung (normal wie invers) und örtlich verfüllte Strömungsrinnen.
Die karbonatischen Partien innerhalb der Formation unterlagen nach ihrer Sedimentation Alterationsprozessen wie Dolomitisierung, Rekristallisation, Stylolithbildung und Verkieselung.
Lithofazies