Cyclothem, complexe, repetitieve stratigrafische opeenvolging van mariene en niet-mariene lagen die indicatief zijn voor cyclische afzettingsregimes. Ideale successies van cyclothemen zijn zeldzaam en reconstructies van gegeneraliseerde sequenties zijn het resultaat van de studie van voorbeelden waarin typische bedden van kalksteen, clastic sedimenten of steenkoollagen mogelijk ontbreken.
Carboonperiode: Pennsylvania cyclothems, tillites en turbidites
Cyclothems komen wereldwijd voor in Pennsylvania-lagen; in Noord zijn ze echter het meest bestudeerd
Verschillende sedimentaire gesteenten worden vaak op elkaar gestapeld in herkenbare patronen die een ordelijke formatie suggereren. Met name steenkooldragende reeksen vertonen niet alleen een herhaling van steenkoollagen, soms wel honderden meters, maar ook andere gesteenten in een min of meer regelmatige volgorde. De steenkoollaag is bedekt met een zitaarde (onderlaag). Boven de kolen wordt vaak een kalksteen of een kleisteen (leisteen of moddersteen) met zeeschelpen gevonden. De zeeschelpen verdwijnen in de volgende schalen en worden af en toe vervangen door niet-mariene tweekleppigen. Voordat er weer een stoelaarde en kolen verschijnen, kan er een siltstone of een zandsteen of beide aanwezig zijn.
In Groot-Brittannië werd dit type cyclus beschreven in de jaren 1830, en sommige Carboon-sequenties (die ongeveer 359 miljoen tot 299 miljoen jaar oud zijn) kunnen gemakkelijk worden beschreven als samengesteld uit herhalingen van de cyclus kalksteen-leisteen-siltsteen-zandsteen-zetel-aarde –Kool, waarin de steenkool wordt genomen om het punt te definiëren waarop de reeks wordt herhaald. Een vergelijkbare sequentie werd herkend in de Verenigde Staten, waarbij een erosiebreuk onder de zandsteen werd geïdentificeerd en de zandsteen werd herkend als het significante herhaalde kenmerk dat de nieuwe cyclus initieerde.
In beide gevallen wordt de cyclus gedefinieerd in termen van terugkerende gesteentesoorten. De rotsen en fossielen suggereren afwisselend open zee (de kalksteen en schalie met zeeschelpen) en terrestrische omstandigheden (de steenkool). Processen die de sedimenten vormden, waren oscillerend of cyclisch. Bovendien vond deze oscillatie door de tijd plaats. In veel discussies over het onderwerp werd de term cyclus zonder onderscheid gebruikt voor de processen, de tijd die ermee gemoeid was (zoals de periodiciteit van oscillaties) en de sedimenten. De potentiële verwarring in deze losse nomenclatuur bracht de Amerikaanse geoloog JM Weller ertoe de term cyclothem te gebruiken om een reeks bedden te beschrijven die tijdens een enkele sedimentaire cyclus zijn afgezet, zoals de afzettingen van lagen tijdens de Pennsylvania-periode (of Late Carboon-periode, ongeveer 318 miljoen tot 299 miljoen jaar geleden). Cyclothem verwijst naar de rotsen zelf; de term cyclus kan dan worden gereserveerd voor de processen of de tijd die nodig is voor het vormen van een cyclothem, of beide.
Weller dacht aan het type sequentie dat hierboven is beschreven. Het lijkt daarom terecht om de term cyclothem te gebruiken om te verwijzen naar soortgelijke sequenties in het Carboon in Europa en elders. Noord-Amerikaanse en Europese cyclothems worden erkend als opeenvolgende fasen van delta-bijgebouwen afgewisseld met mariene invallen. Daarom kan de term cyclothem nu worden uitgebreid tot elke reeks sedimentaire gesteenten die in verticale volgorde wordt herhaald. Zo zijn Devoon-rotsen in Groot-Brittannië vaak samengesteld uit de opeenvolgende opeenvolging van conglomeraat-zandsteen-siltstone-modderige siltstone met nodulair carbonaat. Deze worden geïnterpreteerd als zijnde gevormd door een rivier die over de uiterwaarden slingert. Elke reeks wordt een cyclothem genoemd, net als een heel andere reeks schalie of mergel en kalkstenen in de Juraperiode (200 miljoen tot 146 miljoen jaar geleden) van Europa.
Tijdens de eerste helft van de 20e eeuw was de identificatie van de repetitieve reeks grotendeels een kwestie van subjectief oordeel. Sinds de jaren zestig heeft statistische verwerking van de gegevens geleid tot een grotere precisie bij het definiëren van de waarschijnlijkheid dat een steeneenheid op zijn plaats in de reeks zal voorkomen.
Pennsylvanian cyclothems variëren aanzienlijk in dikte, maar zijn meestal ongeveer 10 m (32 voet) dik. De term, wanneer toegepast op dunnere, eenvoudige veranderingen van leisteenkalksteen of zandsteen-siltsteen, wordt klein genoemd. Aan de andere kant worden dikkere sequenties megacyclothems genoemd. Soms duidt dit eenvoudigweg op een cyclothem van een orde van grootte die dikker is dan normaal. Sommige auteurs gebruiken de term om een groep cyclothems te beschrijven die enig onderscheidend vermogen vertonen, gevolgd door een andere groep die enkele andere kenmerken heeft - dat wil zeggen, een groep cyclothems met veel kalksteenbanden kan worden gevolgd door een andere met weinig kalksteen. Samen vormen deze een cyclus van cyclothems of een megacyclothem. Groepen megacyclothems met enkele onderscheidende kenmerken worden hypercyclothem genoemd. Rotseenheden, die enkele kilometers dik zijn en hele geologische systemen omspannen, worden magnacycli genoemd. Deze grotere eenheden zijn twijfelachtig geldig en beperkt bruikbaar.
Het belangrijkste probleem met betrekking tot Pennsylvanian en Carboon cyclothems is het verklaren van zee-uitbreidingen (transgressies) over een deltavlakte in een gebied dat progressieve bodemdaling ondergaat. Een tektonisch mechanisme roept schokkerige verzakking van het bezinkingsbekken op. Maritieme invallen zouden plaatsvinden na plotselinge zinken. Een stijging van de zeespiegel en inval kan ook worden veroorzaakt door de groei van oceanische ruggen. Evenzo kunnen transgressies van de zee het gevolg zijn van klimaatveranderingen, die bijvoorbeeld het periodiek smelten van poolkappen kunnen veroorzaken; of delta-bijgebouwen kunnen actief zijn tijdens klimatologische periodes van snelle aanvoer van puin naar het bekken, gevolgd door mariene transgressies in droge perioden met weinig sedimentaanvoer. De mechanismen die de meest recente ondersteuning hebben gekregen, zijn sedimentologisch. Hierbij wordt gedacht dat het bijgebouw van de delta wordt beëindigd door een verandering in de plaats van afzetting wanneer de rivier een kortere route naar de zee vindt. De uitgehongerde deltakwab, nog steeds onderhevig aan voortdurende regionale bodemdaling, wordt vervolgens overspoeld door de zee om een nieuwe cyclothem te beginnen. Later schakelt de plaats van afzetting terug naar het voormalige gebied, keert sedimentatie terug en wordt een cyclothem voltooid door vernieuwd bijgebouw.
