Constraints on the Upper Permian to Upper Triassic marine carbon isotope curve

Case studies from the Tethys

Résumé en français:

Les variations séculaires de la proportion relative des isotopes stables de l'eau de mer permettent de mettre en évidence des changements paléo-océanographiques et paléoclimatiques et peuvent également servir pour des corrélations chimiostratigraphiques. La présente étude a pour but d'apporter des nouvelles données sur le segment Permien supérieur - Trias de la courbe isotopique du carbone marin relativement mal contraint jusqu'a présent. Des profils isotopiques du carbone inorganique basés sur les analyses de roche totale des carbonates ont été établis sur des coupes lithologiques provenant de l'Himalaya (Salt Range, Kashmir, Spiti and Nepal), d'Oman, et de la Dobrogea du Nord (Roumanie).

Les nouvelles donnés compilées avec celles disponibles dans la litérature confirment que la majeure partie du Permien supérieur est caractérisé par de hautes valeurs d13C ( en moyenne 4?) mais par contre, ne permettent pas de détecter une excursion positive comme suggéré par de récentes études. A la lumière de ces observations, l'importante chute du d13C associée à l'extinction en masse de la fin du Permien serait la conséquence d'un transfert massif de carbone léger antérieurement stocké sous la forme de matière organique, plutôt que par un phénomène de mélange d'un océan stratifié durant le Permien tardif.

Les données provenant de couches marines d'âge triasique mettent en évidence des fluctuations importantes de la courbe isotopique. Un événement isotopique positif très bien documenté et retrouvé dans des coupes éloignées se situe à la limite Trias inférieur - Trias moyen. Il est interprété comme reflétant des variations de la chimie des eaux de surface, variations probablement liées à l'augmentation de la productivité primaire. Ceci intervient au moment où la biomasse se diversifie de manière significative, bien après l'extinction en masse de la fin du Permien. Au même moment une très rapide augmentation des valeurs du d34S de l'eau de mer se marque sur l'ensemble du globe. Les données des isotopes du strontium obtenues sur des phosphates biogéniques bien préservés permettent un affinement de la courbe isotopique du strontium marin pour le Trias moyen et montrent aussi un point d'inflexion majeur de celle-ci, proche de la limite Trias inférieur - Trias moyen. Ces faits suggèrent qu'au passage du Trias inférieur au Trias moyen un changement global radical intervient. Il représente un pas important dans l'évolution des environnements marins mésozoïques.

Une courbe synthètique des valeurs isotopiques du carbone (d13C) pour l'intervalle Permien supérieur - Trias supérieur est présentée.Les points les plus marquants sont:

  • des valeurs du d13C élevées et relativement constantes durant le Permien supérieur
  • une chute très marquée des valeurs du d13C à la fin du Permien suivi d'un retour à des valeurs intermediares
  • une excursion positive de courte durée à la limite Trias inférieur - Trias moyen
  • une augmentation graduelle du d13C à partir du Ladinien supérieur ou du Carnien inférieur

Les fluctuations enregistrées sur la courbe isotopique du carbone offrent potentiellement une aide non négligeable aux corrélations entre les dépôts carbonatés du Permien et du Trias de régions éloignées.

English abstract

Secular variations of the seawater carbon isotopic composition provide evidence for paleoceanographic and paleoclimatic changes and may serve for chemiostratigraphic correlations. The present study aimed to improve the current knowledge on the Upper Permian and Triassic segment of the Phanerozoic marine carbon isotope curve, whose Triassic part was poorly constrained by previous studies. Profiles of inorganic carbon isotopes are provided for sections from Himalaya (Salt Range, Kashmir, Spiti and Nepal), Oman and North Dobrogea (Romania) on the basis of whole-rock carbonate analysis.

The data acquired, together with a literature compilation confirmed that most of the Upper Permian is characterized by high d13C values (averaging 4?) but failed to detect a positive excursion as suggested by recent compilations. In the light of these observations, the large drop in d13C values associated with the end-Permian mass extinction appears to be driven by a sudden transfer of previously stocked 13C depleted carbon, rather than by the overturn of a Late Permian stratified ocean.

The Triassic data-set outlines significant secular variations. The best documented is a carbon isotope positive excursion just across the Lower-Middle Triassic boundary, globally developed since it was detected in various paleogeographic settings. It is interpreted to reflect variations in surface ocean chemistry, possibly related to increased primary productivity, at times when the biotic recovery after the end-Permian mass-extinction began to accelerate significantly and when a sharp rise in seawater d34S values occurred globally. Strontium isotope data obtained from well preserved biogenic phosphates allow a refinement of the Middle Triassic segment of the seawater strontium isotope curve and show a major inflexion point of the seawater strontium isotope curve also near the Lower Triassic - Middle Triassic boundary. These facts suggest that the transition from the Early to the Middle Triassic was a time of revolutionary global change which represented an important step in the evolution of Mesozoic marine environments.

A tentative carbon isotope curve for the Upper Permian to Upper Triassic time interval is proposed. Its major features are:

  • high but constant d13C values during the Late Permian
  • a sharp drop in d13C values in the latest Permian
  • subsequent recovery of d13C values
  • a short-lived positive excursion across the Early-Middle Triassic boundary
  • a gradual rise in d13C values starting in the Late Ladinian or in the Early Carnian

It is foreseen that these fluctuations of the carbon isotope curve may serve as chronostratigraphic markers and further assist in the correlation of Permian and Triassic carbonate deposits.

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By Nicu-Viorel Atudorei

PhD Thesis

PhD director: Dr Baud Aymon

Epuisé / Out of print

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