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Paleoenvironmental and biostratigraphic constraints for uppermost cretaceous (Maastrichtian) sedimentary successions of northern South America

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Autor Patarroyo Camargo, German David;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/6041248874171986;
Orientador Kochhann, Karlos Guilherme Diemer;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/0122384645987508;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Paleoenvironmental and biostratigraphic constraints for uppermost cretaceous (Maastrichtian) sedimentary successions of northern South America;
Resumo Uma das maiores perturbações ambientais e bióticas durante o Fanerozóico ocorreu na transição Cretáceo-Paleogeno (K-Pg), pelo que incontáveis trabalhos acadêmicos têm procurado compreender a cronologia, os mecanismos e consequências deste evento global. Entretanto, apenas alguns trabalhos têm documentado mudanças significativas nos ambientes marinos antes do limite K-Pg, explicadas por uma combinação de eventos paleoceanográficos e tectônicos de escala regional a global. Esta pesquisa procurou reconstruir as condições paleoambientais de diversas localidades com sedimentos do Maastrichtiano, ao longo da margem equatorial da América do Sul. Procurando obter um melhor conhecimento das massas de água de latitudes baixas durante aquele intervalo do tempo, foram aplicados diferentes métodos micropaleontológicas (foraminíferos) e geoquímicas (razoes elementais em sedimentos, isótopos de carbono) de alta resolução em unidades marinhas rasas do norte da América do Sul, e também em testemunhos de águas profundas do Oceano Atlântico tropical. Duas localidades do Maastrichtiano da Colômbia foram estudadas: (1) Testemunho Diablito-1E (Formação Colón, Bacia de Cesar-Rancheria), e (2) a seção do Riacho Aguablanca (Formação Umir, Vale Médio de Magdalena). As associações de foraminíferos foram dominadas por espécies bentônicas (Biozonas regionais do Maastrichtiano Siphogenerinoides bramletti e Ammobaculites colombiana), enquanto as associações planctónicas foram representadas principalmente por Guembelitria cretacea e heterohelicidos. Com o propósito de obter uma ampla compreensão das condições paleoambientais nas duas localidades, os conteúdos de nanofósseis calcários e ostracodes também foram considerados nas interpretações. Apesar do potencial destes grupos de organismos fósseis, elestêm sido pouco explorados nesta região. A integração da informação micropaleontológica e diferentes razoes elementares (Zr/Rb, Fe/Ca, V/Cr, Sr/Ba) nos sedimentos das duas localidades, permitiu a identificação de uma transição de ambientes de plataforma interna, com águas de fundo moderadamente oxigenadas, e gradando para condições marinhas rasas, associadas a um maior aporte de material terrígeno. Essas mudanças ambientais estiveram relacionadas à evolução geológica dos mares epicontinentais que dominaram o norte da América do Sul, e que, gradualmente desapareceram devido a oscilações eustáticas, e a ativação da orogenia Andina, desde o começo do Maastrichtiano. Dois testemunhos de águas profundas foram analisados para identificar mudanças paleoambientais no Oceano Atlântico tropical: (1) Ocean Drilling Program (ODP) Hole 1258A (Alto de Demerara), e (2) ODP Hole 1001B (Alto de Nicarágua). A análise micropaleontológico e geoquímico de alta resolução no Hole 1258A sugeriu a ocorrência de mudanças paleoambientais ao longo do Maastrichtiano, relacionada a perturbações na oxigenação das massas de água intermedias-profundas e à produtividade superficial, assim como um episódio súbito de dissolução de carbonatos no Maastrichtiano inicial. Taxa específicos (Aragonia, Nuttallides truempyi, Coryphostoma, Strictoscomella) e a distribuição de metais sensíveis (Ni, Cu) à oxigenação da água ao longo do testemunho, sugerem a ocorrência de condições subóxicas nos sedimentos de fundo, e pulsos de oxigenação durante o mid-Maastrichtian Event (MME), identificado por um registro de alta resolução de isótopos estáveis de carbono (δ13C). Razões elementais(log(Fe/Ca), Si/Ti, Fe/K) indicaram variações no aporte de sílica e carbonatos biogênicos via produtividade superficial, e prováveis perturbações hidroclimáticas desde o Maastrichtiano inicial. As perturbações de produtividade superficial e na oxigenação de águas de fundo no Alto de Demerara estariam relacionadas com o MME e com o começo do evento de aquecimento do Maastrichtiano tardio, ambos conectados com uma maior influência de massas de águas profundas, oriundas de latitudes altas, nos trópicos, além de possíveis migrações da paleo-Zona de Confluência Intertropical (PZCIT). Em contraste, reconhecer mudanças paleoambientais no Hole 1001B foi mais complexo por causa da intensa diagênese, dificultando um melhor diagnostico dos foraminíferos batiais que foram reconhecidos. Entretanto, esse registro sedimentar foi suficientemente sensível para capturar o limite K-Pg no registro de δ 13C, enquanto variações sutis na produtividade superficial e da oxigenação de águas de fundo durante o Maastrichtiano tardio foram registradas por diferentes razoes elementares dos sedimentos (log(Fe/Ca), Si/Al, Ba/Al, Fe/K) e o conteúdo de metais sensíveis às condições redox (Ni, Zn, V). Finalmente, as concentrações do mercúrio (Hg) como um indicador de vulcanismo de grande magnitude foram estudadas em três localidades: Diablito-1E, ODP Hole 1258A e ODP Hole 1001B. Por causa do ambiente marinho raso e o pouco conhecimento do vulcanismo regional da América do Sul durante o Maastrichtiano, as concentrações de Hg em Diablito-1E não puderam ser associadas com eventos vulcânicos exclusivos (Deccan ou vulcanismo regional). De qualquer forma, análises de δ13C, primeiras em rochas maastrichtianas desta região, sugerem seu potencial para registrar perturbações no ciclo global do carbono. Os registros sedimentares dos testemunhos ODP Hole 1258A e ODP Hole 1001B também apresentaram variações significativas no conteúdo de Hg ao longo do Maastrichtiano, as quais não somente evidenciariam a influência dos episódios vulcânicos da Província de Deccan, más também de episódios pouco estudados na região caribe durante o Maastrichtiano tardio. O impacto que aqueles episódios vulcânicos puderam ter no clima em baixas latitudes é uma oportunidade de pesquisa promissora. Em conclusão, todos os resultados obtidos nesta investigação ilustraram a sensibilidade climática que América do Sul teve durante o Maastrichtiano, uma consequência da incrivelmente complexa história geológica desta área ao longo do Cretáceo tardio.;
Abstract One of the major environmental and biotic turnovers of the Phanerozoic occurred at the Cretaceous- Paleogene (K-Pg) transition, being the focus of countless scientific studies that addressed the timing, mechanisms and consequences of this global event. Though less explored, Late Cretaceous oceanic settings also underwent significant paleoenvironmental changes, due to a combination of global or regional paleoceanographic and tectonic events. This study aims to reconstruct paleoenvironmental conditions on a series of Maastrichtian localities along the equatorial South American margin. To have a better understanding of low-latitude water masses during that time, we applied high-resolution micropaleontological (foraminifers) and geochemical (sediment elemental ratios, carbon isotopes, among others) methods in shallow marine units from northern Colombia, and in deep-sea sites from the tropical Atlantic Ocean. Two Maastrichtian localities were considered in Colombia: (1) Core Diablito-1E (Colón Formation, Cesar-Ranchería Basin), and (2) the Aguablanca Creek section (Umir Formation, Middle Magdalena Valley). In general, foraminiferal assemblages were dominated by benthic taxa (Maastrichtian regional biozones Siphogenerinoides bramletti to Ammobaculites colombiana), and planktonic foraminiferal assemblages were mostly composed of Guembelitria cretacea and heterohelicids. Ostracods and calcareous nannofossil were also studied to provide integrated paleoenvironmental interpretations. Despite their potential, both microfossil groups had been poorly studied in this region. Integrated microfossil assemblages and sediment elemental ratios (Zr/Rb, Fe/Ca, V/Cr and Sr/Ba) in both localities clearly indicated a transition from inner platform settings, with moderately oxygenated bottom waters, to sublittoral conditions. Throughout the studied sections, weathering intensity increased, accompanied by increased input of terrigenous sediments. These environmental disturbances were related to the geological evolution of extensive epicontinental seas that occupied northern South America, and gradually disappeared due to sea level fluctuations, and the onset of the Andean orogeny since the Maastrichtian. To track paleoenvironmental disturbancesin the deep-sea, two Maastrichtian localities were surveyed in the tropical Atlantic Ocean: (1) Ocean Drilling Program (ODP) Hole 1258A (Demerara Rise), and (2) ODP Hole 1001B (Nicaraguan Rise). At Hole 1258A, high-resolution geochemical and benthic foraminiferal analyses suggest the occurrence of paleoenvironmental shifts during the entire Maastrichtian, related to changes in the intermediate to deep-water oxygenation and surface productivity, as well as a sudden dissolution episode in the earliest Maastrichtian. For instance, selected taxa (Aragonia, Nuttallides truempyi, Coryphostoma, Strictoscomella, among others), and the distribution of redox-sensitive trace metals (Ni, Cu) along the core, indicated suboxic bottom water conditions, with oxygenation pulses during the mid-Maastrichtian event (MME), which was identified by a high-resolution stable carbon isotope (δ 13C) record at the site. Moreover, sediment elemental ratios (log(Fe/Ca), Si/Ti, Fe/K) indicated fluctuations of biogenic silica and carbonate export via surface productivity, and probable disturbances of the regional hydroclimate since the early Maastrichtian. These disturbances of local surface productivity and bottom water oxygenation on Demerara Rise were likely related to the MME and the onset of the late Maastrichtian warming event, both linked to a higher interference of high-latitude deep-waters on the tropics and likely latitudinal migrations of the Paleo-Intertropical Convergence Zone (PITCZ). On the other hand, tracking paleoenvironmental disturbances at Hole 1001B was more challenging since diagenetic issues hampered good microfossils preservation, whose assemblages suggested a typical bathyal setting. However, the sedimentary archive of Hole 1001B was sensitive enough to allow identifying of the K-Pg boundary with a preliminary δ13C survey, also indicating subtle changes of surface paleoproductivity and bottom water conditions during the late Maastrichtian, as suggested by sediment elemental ratios (log(Fe/Ca), Si/Al, Ba/Al, Fe/K) and concentrations of redox-sensitive trace metals (Ni, Zn, V) along the core. Finally, the analysis of mercury (Hg) concentrations as a proxy for widespread volcanic activity was conducted in three of the studied localities: Sites Diablito-1E, ODP Holes 1258A and 100B. Considering the shallowing processes underwent by core Diablito-1E, and the poorly explored influence of the northern South American volcanism during Maastrichtian, Hg concentrations could not be exclusively linked to a single volcanic source (Deccan or regional volcanism). Bulk sediments δ 13C analyses at Core Diablito-1E, the first ones conducted in Maastrichtian rocks from this area, indicate that the lowlatitude sedimentary record has the potential to track perturbations of the global carbon cycle. Moreover, the sedimentary records from Demerara Rise and Nicaraguan Rise illustrated significant Hg peaks along the Maastrichtian, which based on their proposed age models and comparisons with other Maastrichtian localities, would evidence the influence not only of Deccan volcanic episodes but also of the less studied volcanic pulses in the Caribbean during the late Maastrichtian. The role of those widespread processes on the low latitude climate is a promising field of study. These results clearly pointed out that the northern South America region was particularly sensitive to paleoenvironmental disturbances during the Maastrichtian, reflecting their highly complex geological evolution during the latest Cretaceous.;
Palavras-chave Sedimentos; Geologia estratigráfica - Cretáceo; Paleontologia - Cretáceo; sediments; Stratigraphic geology - Cretaceous; Paleontology - Cretaceous;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Ciências Exatas e da Terra::Geologia;
Tipo Tese;
Data de defesa 2024-05-03;
Agência de fomento Petrobras - Petróleo Brasileiro S. A.; UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/13220;
Programa Programa de Pós-Graduação em Geologia;


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