Altered carbon cycling and trace-metal enrichment during the late Valanginian and early Hauterivian

Abstract.

Carbonates of Valanginian age deposited in the Tethys and Atlantic Oceans show a distinct positive δ¹³C excursion (Δ δ¹³C = 1.5‰-2‰) in sections of the neritic, hemipelagic, and pelagic environment. This excursion records a major climate-induced perturbation of the global carbon system. The δ¹³C excursion is accompanied by enrichments in manganese (Mn) and iron (Fe). The correlation of the δ¹³C excursion with trends in Mn and Fe contents reflects changes in Valanginian paleoceanography and climate. Fe enrichment occurs mainly in terrestrial, platform, and shelf regions. In a basinal direction the Fe content decreases, whereas the Mn/Fe ratio increases. An increase in sedimentary Mn and Fe concentrations is related to elevated continental weathering rates and to widespread dys- or anoxia that favored metal deposition in Valanginian sediments. Various oceanographic changes (e.g., expansion of oxygen-minimum zones) resulting from increased continental runoff led to a strong remobilization and focused reprecipitation of metals in the oceans of the Valanginian stage.

Zusammenfassung.

Karbonate des Valanginian aus den Tethys- und Atlantik-Räumen weisen in neritischen, hemipelagischen und pelagischen Abfolgen eine markante, positive δ¹³C-Exkursion (Δ δ¹³C = 1.5‰-2‰) auf. Diese Exkursion wird auf eine grossräumige Änderung im globalen Kohlenstoff-Budget zurückgeführt, welcher mit einem Klimawechsel in Zusammenhang steht. Die δ¹³C-Exkursion wird von Anreicherungen in Mangan (Mn) und Eisen (Fe) begleitet. Die Korrelation der δ¹³C-Exkursion mit den stratigraphischen Tendenzen in sedimentären Mn- und Fe-Konzentrationen weist auf Änderungen in der Paläozeanographie und im Klima des Valanginian hin. Die Zunahme in den Mn- und Fe- Konzentrationen hängt mit erhöhten Verwitterungsraten auf dem Kontinent und mit weitverbreiteten dysoxischen bis anoxischen Bedingungen in den Ozeanen zusammen, welche die erhöhte Metallablagerung in Sedimenten des Valanginian ermöglichte. Fe-Anreicherungen fanden vorwiegend in den terrestrischen und flachmarinen Bereichen statt. In Richtung des Beckenbereiches nimmt der Fe-Gehalt ab und das Verhältnis Mn/Fe zu. Die Metallanreicherung während des Valanginian wurde von einer Änderung im Wasserkreislauf, Verwitterung und Erosion in Zusammenhang mit einer wichtigen Zunahme des Treibhauseffektes verursacht. Als direkte Folge der intensivierten Verwitterung wurde die Freisetzung der Metalle beschleunigt und die Verfrachtung der Metalle in die Ozeane nahm zu. Verschiedene Wechsel in den ozeanographischen Bedingungen wie die Ausdehnung der Sauerstoff- Minimumzonen führten zu einer starken Remobilisation und fokussierten Ablagerung der Metalle in den Ozeanen des Valanginian.