Magnetic records of acidification events at the cretaceous-paleogene (KPg) and paleocene-eocene thermal maximum (PETM) boundaries

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Andrade, Mariana do Amaral Frazão Queiroz de
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/34888
Resumo: Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Geofísica Interna) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018
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spelling Magnetic records of acidification events at the cretaceous-paleogene (KPg) and paleocene-eocene thermal maximum (PETM) boundariesExtinção em Massa do Cretácico-PaleogénicoPico Térmico do Paleocénico-EocénicoMagnetismo AmbientalAlterações PaleoclimáticasAcidificaçãoTeses de mestrado - 2018Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e EnergiaTese de mestrado, Ciências Geofísicas (Geofísica Interna) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018The KPg mass extinction (~66 Ma) and the PETM (~56 Ma) are both abrupt and global climate events in Earth’s history. The KPg mass extinction is commonly attributed to the Chicxulub impact, but in the last decades it has been linked to the Deccan volcanism. The abrupt warming during the PETM is attributed to methane release from seafloor sediments as consequence of the ocean warming due to the North Atlantic Igneous Province (NAIP) volcanic activity. The mechanisms by which these magmatic events led to global climate changes are still poor constrained. A recent approach combining rock magnetic techniques and mineralogical data provided interesting benchmarks to identify period of iron oxides dissolution linked to environmental acidification. Here, magnetic techniques such as magnetic susceptibility and isothermal remanent magnetization are applied to two marine sections encompassing the KPg (Zumaia, Spain) and PETM (Egypt, GSSP) transitions, in order to provide new insights to identify period of severe environmental changes in the geological record and their link to magmatic activity. The magnetic results obtained for both sections, Zumaia and Dababiya, correlate with biostratigraphic, mineralogical and geochemical data from previous studies at different sections worldwide, demonstrating not only the reliability of the data as well as the global dimension of both events. The data obtained for Zumaia supports an important climate event preceding the KPg boundary. Volcanic markers like magnetite dissolution previously identified in Bidart and Gubbio are confirmed here in the case of the Zumaia section. Magnetite depletion also corroborates the presence of akaganéite and Mercury at Zumaia to support the volcanic theory. On a global scale, these markers correlate with global warming, an increase in atmospheric CO2, environmental acidification via acid rains and presence of high stress opportunistic planctik foraminifera blooms. This climate perturbation also corresponds to the age of the main Deccan eruptions, recently dated by U-P method on zircon, reinforcing the link with the Deccan traps. In contrary to the KPg transition, the PETM at Dababiya is characterized by an increase in magnetite content, which is interpreted as the dissolution of carbonate and relative enrichment in detrital materials (clays). In addition, high concentration of goethite is observed along the section, specially above the PETM, where an increase in biological productivity is observed (Khozyem et al., 2015). In the PETM interval goetite decreases considerably. Goethite content at Dababiya is interpreted as the diagenetic oxidation of pirite and thus an indicator of anoxia during PETM. The increase in magnetite and decrease in goethite at the PETM also correlates with higher ratios of V/Cr, indicative of anoxic conditions (Khozyem et al., 2015). The high magnetite/low goetite interval at Dababiya also correlates with the Carbon Isotope Excursion (CIE) minimum that characterizes the PETM and with a calcite and foraminifera disappearance, supporting an ocean acidification starting below the PE boundary. Mercury enrichments in the same interval, together with negative excursions of 187Os/188Os, supports the role of volcanism (NAIP) to initiate the concomitant warming and sea level rise that mark the PETM. Comparasion of the magnetic properties of the KPg and PETM highlight different climate processes: dissolution of detrital magnetite onland in the case of KPg point environmental acidification by acid rains, whereas ocean acidification due to methane release and subsequent carbonate dissolution characterized the PETM. These findings provide new clues to identify climate and environmental acidification in the geological record and improve our understanding of future anthropogenic climate changes.Ao longo da sua evolução, a Terra tem experienciado importantes mudanças climáticas que por vezes ocorrem de forma gradual ao longo de milhões de anos, mas por outras, de forma abrupta e repentina a escalas de tempo mais curtas, deixando marcas severas no registo geológico. Este projeto foca-se em dois grandes eventos climáticos da história da Terra: a extinção em massa do Cretácico-Paleogénico (KPg) e o pico térmico do Paleocénico-Eocénico (PETM), ocorridos há aproximadamente 66 e 56 Ma, respetivamente. O final do período Cretácico é assinalado pela segunda maior extinção da história da Terra, que levou ao desaparecimento de dois terços das espécies existentes (Courtillot, 2003). As mudanças climáticas que estão na origem desta extinção têm sido apontadas como sendo resultado de dois grandes eventos catastróficos distintos, mas que ocorreram no mesmo curto espaço de tempo: o impacto meteorítico de Chicxulub (México) e as erupções vulcânicas do Decão (Índia). A contribuição, individual ou conjunta, de cada um destes eventos para a extinção em massa é ainda um assunto controverso e de intenso debate dentro da comunidade científica. A teoria do impacto meteorítico, formulada por Alvarez et al. (1980), além da ocorrência global de um nível de Irídio, é suportada pela existência de uma enorme cratera na Península do Yucatán datada do final do Cretácico e ainda, pela ocorrência de microtectites, quartzo de impacto e espinelas ricas em Ni em diversos depósitos do KPg. Contudo, esta teoria não explica a natureza seletiva da extinção e a sua variabilidade geográfica bem como o decréscimo da diversidade de espécies observado antes da fronteira Cretácico-Paleogénico (Keller et al., 1993, 1995, 2011). Ainda assim, esta teoria continua a ser a mais aceite, especialmente fora da comunidade científica, devido à sua grande popularidade. Na última década, as erupções do Decão têm sido grande alvo de estudo por parte de diversos autores (Chenet et al. 2007; Font et al., 2011; Keller et al., 2014; Schoene et al., 2014; Renne et al., 2015), os quais mostraram existir uma relação clara entre o princípio da extinção e o vulcanismo. Na verdade, a província magmática do Decão constitui um dos maiores episódios vulcânicos da história da Terra. Estima-se que as escoadas tenham coberto uma área de 1,5 milhões de km2 e que tenham sido expelidos 1,2 milhões km3 de lava (Keller, 2014). Datações recentes com base nas razões U-Pb em zircões e 40Ar/39Ar em plagióclases mostraram que as erupções do Decão terão sofrido uma transição de um período de elevada frequência/baixo volume para um período de erupções de baixa frequência/elevado volume, durante o qual 80-90% do total das erupções terá ocorrido num espaço de tempo muito curto (753 ± 38 kyr), o qual não terá permitido um reequilíbrio por parte dos ecossistemas terrestres levando à extinção do final do Cretácico (Schoene et al., 2014; Renne et al., 2015). Tal como no KPg, também o intervalo que acompanha a transição do PE é assinalado por mudanças ambientais globais e abruptas. No final do Paleocénico, a Terra terá sofrido um aumento bastante significativo da temperatura tendo o oceano profundo atingido um aumento de 6ºC e o oceano superficial um aumento entre 5 e 8ºC (Zachos et al., 2006; Saleh, 2013). Este pico térmico do Paleocénico-Eocénico (PETM) coincide com uma anomalia (-2 a -7‰) da razão isotópica de carbono (δ13C), o que mostra ter existido um input rápido de uma grande quantidade de 13C no sistema oceano-atmosfera. Tal, terá levado a uma intensificação do efeito de estufa e, consequentemente, ao aquecimento global do planeta. O pico térmico do PE gerou uma série de desequilíbrios entre os ecossistemas terrestres levando à alteração dos padrões globais de precipitação, vegetação, circulação atmosférica e oceânica, ao aumento da salinidade, diminuição do pH e do oxigénio dissolvido na água dos oceanos e, ainda, à extinção de algumas espécies de foraminíferos bentónicos e a uma diversificação de alguns foraminíferos planctónicos (Alegrete t al., 2009; Luciani et al., 2007). A teoria mais aceite para explicar o PETM é a de que o vulcanismo associado à abertura do Atlântico Norte terá provocado um aumento da temperatura dos oceanos, conduzindo à destabilização de clatratos presentes nos sedimentos marinhos, libertando quantidades catastróficas de metano. A libertação deste metano terá levado à acidificação dos oceanos e contribuído para o aumento do CO2 atmosférico. Apesar de o aquecimento global atual estar a acontecer a taxas superiores às verificadas no PETM, as semelhanças entre estes dois eventos tornam o PETM um bom análogo para testar modelos climáticos de previsão das alterações atuais. Uma abordagem recente que combina dados de mineralogia com as propriedades magnéticas das rochas tem-se mostrado eficaz no reconhecimento de períodos de dissolução de óxidos de ferro durante episódios de acidificação ambiental. Neste projecto são aplicadas técnicas magnéticas em duas secções marinhas do KPg e PETM, Zumaia (Espanha) e Dababiya (Egipto), respectivamente: (1) suscetibilidade magnética (SM), que permite avaliar a contribuição de partículas dia-, para- e ferromagnéticas; (2) dependência da suscetibilidade face à frequência (Kfd), que permite averiguar a presença de partículas ultrafinas (<0.03μm), típicas de processos de alteração em carbonatos; (3) magnetização remanescente isotérmica (IRM), a qual permite diferenciar os principais minerais ferromagnéticos presentes numa dada amostra; e, por último (4) curvas de reversão de primeira ordem (FORC), utilizadas neste trabalho para averiguar a existência de biomagnetite. Litologicamente, a secção de Zumaia alberga sedimentos hemipelágicos de idade Maastrichtiana, essencialmente margas intercaladas com diversos depósitos turbidíticos, e Daniana, fundamentalmente calcários. Em Dababiya, os sedimentos Paleocénicos formam maioritariamente margas e xistos margosos enquanto os sedimentos do Eocénico formam essencialmente, argilitos ou margas com uma forte componente siltítica. Os resultados magnéticos obtidos para ambas as secções correlacionam-se com dados biostratigráficos, mineralógicos e geoquímicos de diferentes secções do globo, demonstrando não só a confiabilidade dos dados como também a dimensão global dos dois eventos. Os dados mostraram existir uma forte relação entre a SM e a litologia, indicando que a SM é essencialmente controlada pelo balanço entre o input detrítico e a produção de carbonatos. Os resultados de Zumaia mostram uma redução da concentração da magnetite (detrítica e biogénica) num intervalo que se estende desde os 50 cm antes da fronteira KPg até aos primeiros centímetros do Daniano. Estes resultados corroboram estudos anteriores desenvolvidos em Gubbio e Bidart, onde um intervalo de baixa SM e uma redução no conteúdo em magnetite foram também detetados abaixo da fronteira do KPg (Lowrie et al., 1990; Font et al., 2011, 2014; Abrajevitch et al., 2015). Diversos proxies como a akaganéite, Hg, CO2 atmosférico, paleotemperatura e 187Os/188Os da água dos oceanos, relacionam o intervalo de baixa SM encontrado em Zumaia com um episódio de vulcanismo intenso que, de acordo com as datações recentes (Schoene et al., 2014; Renne et al., 2015) terá correspondido ao vulcanismo do Decão. A atuação de chuvas ácidas, resultantes do intenso vulcanismo, explica a dissolução da magnetite detrítica e a ocorrência de uma acidificação ambiental que, por sua vez, terá contribuído para alterações na química da água e/ou nos sedimentos, destabilizando o limite óxico-anóxico e, consequentemente, o desenvolvimento de magnetite biogénica. Os resultados magnéticos de Zumaia corroboram a existência de um importante evento climático ocorrido durante o final do Maastrichtiano, mostrando que a extinção poderá ter tido inicio antes do impacto meteorítico. Ao contrário da transição do KPg, a secção do PETM em Dababiya é caracterizada por um aumento do conteúdo de magnetite, o qual é interpretado como resultado da dissolução de carbonatos e aumento relativo das componentes detríticas. Ao longo de toda a secção, existe uma grande concentração de goetite, especialmente acima do intervalo do PETM, onde é também observado um aumento da produtividade biológica (Khozyem et al., 2015). No intervalo do PETM a concentração de goetite é bastante menor. Em Dababiya, esta goetite foi interpretada como sendo resultado da oxidação da pirite e mostrou ser um bom indicador de anoxia durante o PETM. O aumento de magnetite e diminuição de goetite no PETM correlacionam-se com elevados valores da razão V/Cr típicos de condições anóxicas (Khozyem et al., 2015). O intervalo de elevada magnetite/baixa goetite correlaiona-se ainda com os valores mínimos da excursão isotópica de carbono que caracteriza o PETM e com o desaparecimento de calcite e foraminíferos, corroborando a ocorrência de uma acidificação ambiental com início antes da fronteira Paleocénico-Eocénico. Anomalias de mercúrio apresentadas neste trabalho em conjunto com excursões negativas da razão 187Os/188Os reportadas em sedimentos marinhos no Atlântico Norte, corroboram o papel do vulcanismo (NAIP) como mecanismo desencadeador do aumento de temperatura e aumento do nível médio do mar que marcam o início do PETM. A comparação entre propriedades magnéticas do KPg e do PETM sugerem diferentes processos climáticos: no caso do KPg, a dissolução da magnetite detrítica no continente aponta para a ocorrência de acidificação ambiental devido à actuação de chuvas ácidas, enquanto no PETM se verifica apenas acidificação do oceano devido à libertação de metano, o que terá levado à dissolução de carbonatos. Estas novos dados oferecem pistas importantes para identificar eventos de acidificação no registo geológico e também novas pistas para compreender as futuras alterações climáticas do Antropocénico.Font, Eric, 1975-Adatte, ThierryRepositório da Universidade de LisboaAndrade, Mariana do Amaral Frazão Queiroz de2018-09-27T12:49:37Z201820182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/34888TID:201988640enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-17T13:57:48Zoai:repositorio.ulisboa.pt:10451/34888Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T02:59:08.489135Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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