La formation de Tambach est une formation géologique du centre de l’Allemagne dont les strates remontent au Permien inférieur (Sakmarien), il y a entre 294 et 292 millions d’années environ. Elle se compose de roches sédimentaires rouges à brunes telles que des conglomérats, des grès et des mudstones. Elle constitue la partie la plus ancienne du Rotliegend supérieur dans le bassin forestier de Thuringe. La géologie globale enregistre une histoire avec trois étapes distinctes de sédimentation dans un environnement montagneux. Premièrement, l'activité tectonique forme un bassin (le bassin de Tambach) dominé par des coulées de débris à haute énergie, des inondations en nappe et des rivières tressées. Ceux-ci incisent la roche rhyolitique sous-jacente, déposant un conglomérat grossier appelé le conglomérat de Bielstein. Deuxièmement, des conditions plus calmes permettent au bassin de s'élargir et le conglomérat est marginalisé par des sédiments plus fins qui n'étaient auparavant communs qu'au centre du bassin, comme le grès de Tambach. Ces sédiments plus fins ont été déposés par des séquences répétées d'inondations, suivies d'eaux calmes, suivies d'une exposition aérienne. Le climat général aurait été similaire à celui des savanes tropicales modernes, avec des périodes chaudes et sèches interrompues par de fortes pluies, probablement plusieurs fois par an. La troisième étape implique un retour des conditions tectoniques, induisant cette fois de larges dépôts de conglomérats hétérogènes connus sous le nom de conglomérat de Finsterbergen.

La Formation de Tambach comprend également l'une des localités fossilifères du Permien les plus importantes d'Europe : la localité de Bromacker. Cette ancienne carrière de grès et les sites environnants conservent plusieurs faciès différents contenant différents types de fossiles. Les épais grès de chenaux de la partie inférieure de Bromacker sont recouverts de mudstones provenant de lacs éphémères. Un assemblage diversifié de traces fossiles, telles que des empreintes de pas, est imprimé sur les drapages de mudstone. La partie supérieure de Bromacker contient de la siltite déposée par des nappes d'inondation, dans lesquelles des squelettes articulés bien conservés de tétrapodes terrestres ont été découverts. Ceux-ci incluent des amphibiens terrestres comme Rotaryus et Tambaroter, et des reptiles comme Eudibamus et Thuringothyris. Contrairement à la plupart des lits rouges fossilifères du Permien, les vertébrés aquatiques sont absents à Bromacker tandis que les synapsides carnivores sont rares (comme Dimetrodon) et les Diadectidae herbivores sont abondants. Des fossiles de plantes et d'arthropodes ont également été trouvés dans les shales à Bromacker.

Histoire

À partir des années 1840, des empreintes de pas à cinq doigts ont été décrites dans diverses carrières de grès et tranchées de route dans l’arrondissement de Gotha en Allemagne. La stratigraphie des roches près de Tambach-Dietharz a été cartographiée en 1876 et nommée "Tambacher Schichten" (strates de Tambach) en 1895, bien qu'à l'époque on pensait qu'elles incluaient plusieurs couches rocheuses supplémentaires qui en ont depuis été séparées (formant aujourd’hui les formations d’Elgersberg et d’Eisenach). En 1887, les premières empreintes fossilisées de Bromacker furent découvertes par un collectionneur de fossiles local nommé Heinrich Friedrich Schäfer. Cette découverte fut donnée au musée ducal de la ville de Gotha et fut signalée de manière indépendante par divers paléontologues allemands. Wilhelm Pabst, conservateur du département d'histoire naturelle du Musée Ducal, a collecté et décrit 140 dalles de grès de la Formation de Tambach de 1890 jusqu'à sa mort en 1908. La collection a été redécouverte dans les années 1950, puis réétudiée par des paléontologues de la RDA tels que Arno Hermann Müller et Hartmut Haubold.

Des os fossilisés de tétrapodes ont été découverts dans les lits supérieurs de Bromacker par Thomas Martens en 1974, suscitant une attention accrue des paléontologues de Gotha. Ceux-ci incluent Harald Lützner, qui a formellement délimité la formation de Tambach comme une séquence comprenant deux couches de conglomérat séparées par une couche de grès. Par la suite, des contacts de recherche ont été établis avec des paléontologues occidentaux tels que Jürgen Boy de l’Université de Mayence et David Berman du Carnegie Museum of Natural History. Cela a permis aux fouilles de s'accélérer et à la formation de Tambach d'acquérir une renommée mondiale. Une expédition conjointe germano-américaine de 1993 a récupéré de nombreux fossiles de tétrapodes articulés, et la collecte de traces fossiles a repris après plus de 80 ans grâce à l'excavation d'une nouvelle carrière de grès à Bromacker en 1995. Les premiers fossiles corporels de la formation de Tambach trouvés à l'extérieur de Bromacker ont été découverts en 2008 sur le chantier de construction d'un supermarché dans le village de Tambach-Dietharz. En 2010, les collections paléontologiques du musée ducal (qui était en cours de conversion en musée d'art) ont été transférés au musée de la nature de Gotha situé dans la tour ouest du château de Friedenstein.

Géologie

La formation de Tambach se situe principalement dans un bassin sédimentaire actuellement occupé par la forêt de Thuringe. Elle repose en discordance sur la formation de Rotterode et est recouverte par la formation d’Eisenach. Elle atteint 200 à 250 m d’épaisseur (possiblement jusqu’à 280 m) et constitue la partie la plus ancienne de la succession du Rotliegend supérieur, un nom faisant référence à une séquence de roches purement sédimentaires du Permien inférieur d’Allemagne. Les sédiments de la formation de Tambach ont été déposés dans un petit graben permien (appelé le bassin de Tambach), qui était orienté dans une direction nord-est à sud-ouest et incisé dans les roches ignées et sédimentaires de la formation de Rotterode. Le bassin de Tambach occupait une superficie d’environ pendant le Permien alors que les affleurements modernes ne s’étendent que sur environ , sans compter la partie nord-est du bassin dont les dépôts ont été érodés par des processus géologiques ultérieurs.

Traditionnellement, la formation de Tambach est considérée comme étant divisée en trois couches distinctes : une couche inférieure et une couche supérieure conglomératique constituant respectivement le membre du Conglomérat de Bielstein (40 à 125 m d’épaisseur) et le membre du Conglomérat de Finsterbergen (10 à 50 m), séparées par une couche de sédiments plus fins (grès et mudstones) caractérisant le membre du Grès de Tambach (40 à 110 m). Cependant, les frontières entre ces couches sont souvent imprécises et certains géologues ont proposé une image de dépôt plus complexe avec trois étapes stratigraphiques définies par des changements dans la sédimentologie à l'échelle du bassin, plutôt que par des types de roches spécifiques.

Le stade le plus bas (stade I) a connu une période de forte activité tectonique au sud-est (partie de l’orogenèse varisque), le soulèvement d’Oberhof. La formation du bassin dans ce contexte tectonique a d'abord entraîné de puissantes coulées de débris et des inondations en nappe, puis des rivières tressées actives coulant le long de son bord avec des rivières à faible énergie, des plaines inondables et des lacs en son centre. Le conglomérat grossier (à l'échelle du galet ou de blocs) et rhyolitique de Bielstein a été déposé parmi les environnements marginaux à haute énergie tandis que les premières parties du grès de Tambach ont été déposées plus loin du bord du bassin. La principale direction d'écoulement dans la partie orientale bien préservée du bassin est le sens nord-ouest, en direction du centre du bassin. La diminution de l'activité tectonique au stade intermédiaire (stade II) entraîne une érosion accrue, abaissant le relief le long du bord du bassin. En conséquence, l’énergie des rivières tressées situées en bordure du bassin a diminué, réduisant la taille des clastes au conglomérat de cailloux/galets. Le centre du bassin s'est gradué en petits ruisseaux et marais, déposant sable, limon et argile correspondant au grès, siltite, shale et mudstone des lits rouges fossilifères. Bien que le bassin de Tambach ait pu être hydrologiquement isolé pendant cette période, avec ses cours d'eau se drainant en interne, certains paléontologues considèrent plutôt que ses eaux s'écoulent dans un autre bassin au nord-est, qui n'a pas été préservé. La dernière étape (étape III) a connu un retour de l'activité tectonique vers le nord-ouest (le soulèvement cristallin de Ruhla), bien que le relief soit encore assez plat. Les cônes alluviaux et les plaines tressées provenant de Ruhla sont devenus plus communs, permettant progressivement à un conglomérat de la taille d'un galet, riche en minéraux, et polymictiqueUn conglomérat polymicte ou polymictique est un conglomérat composé de deux ou plusieurs types différents de roches, de minéraux ou d’une combinaison des deux., de s'accumuler et de s'étendre au centre du bassin, formant le conglomérat de Finsterbergen.

Bromacker

La localité la plus célèbre et la plus fossilifère de la Formation de Tambach est la localité de Bromacker, un groupe de petites carrières abandonnées près du village de Tambach-Dietharz. Les strates affleurant à Bromacker appartiennent à la partie centrale du bassin de Tambach, correspondant à la partie supérieure du stade I et à la partie inférieure du stade II. Les sédiments du stade I à Bromacker sont appelés les «couches inférieures» ou «grès de Bromacker» et les sédiments du stade II sont appelés les «couches supérieures» ou «horizon de Bromacker». Les couches inférieures sont dominées par d'épaisses nappes de grès à grain fin, souvent à stratification croisée indiquant que le paléocourant était orienté vers le nord-est. Ces couches de grès sont généralement recouvertes de mudstones homogènes qui ont parfois conservé des fentes de dessiccation fossiles, des restes de plantes, des terriers d'invertébrés et des empreintes de tétrapodes. Les épaisses couches de grès (et leurs drapages de mudstone) ne sont pas continues, interrompues par une succession de sédiments micacés plus fins et plus foncés tels que du shale, de la siltite et (rarement) du grès très fin. Cela reconstitue une séquence d'inondations répétées, impliquant de fortes rivières rectilignes érodant des chenaux à travers la plaine inondable limoneuse du centre du bassin, laissant derrière elles des remplissages de chenaux sableux (grès) et des dépôts de surface à grain fin (shale et autres sédiments). Les drapages de mudstone peuvent être expliqués comme des précipités de vastes lacs éphémères qui se sont évaporés dans les semaines suivant les inondations, après quoi ils sont devenus des vasières. De nombreux fragments de fentes de dessiccation ont été arrachés par l’inondation suivante et incorporés dans les grès suivants sous forme d'intraclastes.