Paleoenvironmental Evolution of Continental Carbonates in West-Central Brazil

This paper presents a sedimentological and stratigraphical study of Quaternary (Middle to Late Pleistocene/Holocene) continental carbonates outcrops inside Pantanal Basin and its surroundings, especially in Serra da Bodoquena, Pantanal do Miranda and Corumbá/Ladário plateau, in the state of Mato Grosso do Sul, as well as in Serra das Araras, in the state of Mato Grosso. The aim is to understand the depositional paleoenvironments and analyse climate and tectonic influences in their genesis and evolution. The results show that the deposition of these continental carbonates started in the Middle to Late Pleistocene and have continued, with some interruptions, until the present days. Sedimentary successions were identified in the different areas, without complete correlation. Two sedimentary successions separated by an erosional surface were described in Serra da Bodoquena and Serra das Araras. In Corumbá and Pantanal do Miranda, only one succession was described. These successions were deposited in elongated lakes parallel to fault planes; small lakes, related plains and plateaus; springs related to cliffs produced by faulting; rivers conditioned by topographic variation. The climatic interpretation, without proper temporal resolution, obtained by the stable-isotope composition and stratigraphic interpretation, indicates alternation of dry and wet periods. The Neoproterozoic faults with their neotectonics and the subsidence of the Pantanal Basin, are the major control for carbonated water flow and development of depositional areas, gradually turning plateaus into slight tilted areas, allowing the evolution of depositional systems from lakes to rivers.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Univ Fed Sao Paulo, Inst Saude & Soc, Dept Ciencias Mar, Rua Doutor Carvalho Mendonca 144, BR-11070100 Santos, SP, BrazilInst Nacl Pesquisa Espacial, Div Sensoriamento Remoto, Ave Astronautas 1758, BR-12227010 Sao Jose Dos Campos, SP, BrazilUniv Sao Paulo, Inst Geociencias, Programa Posgrad Geoquim & Geotecton, Rua Lago 522, BR-05508080 Sao Paulo, SP, BrazilUniv Fed Sao Paulo, Inst Saude & Soc, Dept Ciencias Mar, Rua Doutor Carvalho Mendonca 144, BR-11070100 Santos, SP, BrazilCNPq: 479500/2007-0Web of Scienc

Microfossils in micrites from Serra da Bodoquena (MS), Brazil: taxonomy and paleoenvironmental implications

Microfossils present in Quaternary micrites from Serra da Bodoquena, Mato Grosso do Sul State, Brazil, are here described for the first time. The studied taxa are: a) ostracods: Candona sp., Candonopsis sp., Cyclocypris sp., Cypria sp., Cypridopsis sp., Notodromas sp., Ilyocypris sp., Cyprideis sp., Wolburgiopsis cf. chinamuertensis (Musacchio 1970), Darwinula sp. and 5 morphotypes; b) microgastropod Acrobis sp., and c) Characeae remains and gyrogonites Chara sp.. The presence of these microfossils suggests clear-water shallow lacustrine paleoenvironments and the presence of aquatic vegetation. Similarities between microfossils and the living taxa suggest possible Holocene ages for these deposits, which is in accordance with previous C14 dates

A deposição de tufas quaternárias no estado de Mato Grosso do Sul: proposta de definição da formação Serra da Bodoquena

Quaternary tufa deposits occur widely in the Serra da Bodoquena (state of Mato Grosso do Sul, Brazil), associated with the karst system that has developed on carbonate rocks of the Corumbá Group. The deposition of tufa is favored in the Serra da Bodoquena due to the predominance of autogenic waters, which allow for groundwater to be enriched in calcium carbonate. By means of numerous springs, this groundwater supplies the rivers of the area where tufas are deposited. These rivers have small quantities of siliciclastic sediment, making the water very clear, which favors biological activity and, as a result, the precipitation of carbonate. The lithological characteristics, the existence of clear and abrupt lines of contact and the easy mapping of the tufas make it possible to create a new unit, here named the Serra da Bodoquena Formation. Deposition in a distinct river basin and karst system justify separation from the Xaraiés Formation, even if their lithologies are partly similar. The Serra da Bodoquena Formation is discontinuous due to the nature of deposits, formed in association with the surface drainage network. The individual outcropping areas never interconnected with each other or with the Xaraiés Formation in the Corumbá region. The new unit was divided into two members in order to represent catchment and waterfall deposits and micrite deposits named, respectively, Rio Formoso and Fazenda São Geraldo members. The older tufa deposits indicate greater deposition from 6530 cal years BP until 2700 cal years BP, when the decline began reaching the present fate. This more intensive deposition represents a period of more humid climate, which changed at around 2700 cal years BP when similar conditions to those found at present became established. The active deposition of tufas in the Rio Formoso Member is still significant, although limited to the courses of perennial or intermittent drainage channels.Depósitos quaternários de tufas ocorrem extensamente na Serra da Bodoquena (MS), associados ao sistema cárstico desenvolvido sobre rochas carbonáticas do Grupo Corumbá. A deposição de tufa é favorecida na Serra da Bodoquena pela predominância de águas autogênicas, que permite o enriquecimento da água subterrânea em carbonato de cálcio, que, através de inúmeras nascentes, alimenta os rios de superfície onde as tufas são depositadas. Estes rios possuem baixas quantidades de sedimentos siliciclásticos tornando suas águas muito límpidas, o que favorece a atividade biológica e, consequentemente, a precipitação de carbonato. As características litológicas, a existência de contatos claros e abruptos e a mapeabilidade das tufas possibilitaram a criação de uma nova unidade, denominada Formação Serra da Bodoquena. A deposição em bacia hidrográfica e sistema cárstico distintos justificam sua separação da Formação Xaraiés (Corumbá, MS), mesmo que parte das litologias seja semelhante. A Formação Serra da Bodoquena é descontínua, devido à própria natureza dos depósitos, formados em associação com a rede de drenagem, nunca ligados entre si ou com a Formação Xaraiés. A nova unidade foi dividida em dois membros para representar os depósitos de represas e cachoeiras e os de micritos, respectivamente: membros Rio Formoso e Fazenda São Geraldo. Os depósitos antigos de tufas indicam deposição mais expressiva do que atualmente, desde 6.530 anos cal A.P. até 2.700 anos cal A.P. onde inicia um decréscimo. Esta deposição mais intensa representa um período de clima mais úmido, que se alterou a partir de 2.700 anos cal A.P. quando se estabeleceram condições próximas à atual. A deposição atual de tufas no Membro Rio Formoso ainda é expressiva, porém restrita ao leito das drenagens perenes ou intermitentes

Paleoenvironmental and paleoclimatic variations during the Holocene at Rio Grande do Norte inferred from studies about sediment geochemistry of lakes and caves

A porção norte da região Nordeste do Brasil é uma das áreas mais interessantes para estudo dos mecanismos e processos relacionados à variação de pluviosidade dos trópicos, pois a maior parte da precipitação anual está associada à migração meridional da Zona de Convergência Intertropical do Atlântico (ZCIT). O clima no Nordeste sofreu alterações durante o Holoceno, no entanto, as interpretações paleoclimáticas são ainda muito controversas devido a pequena quantidade de estudos. De forma a contribuir para a discussão sobre mudanças paleoclimáticas e paleoambientais do Nordeste brasileiro, este estudo realizou análises geoquímicas, micropaleontológicas, biogeoquímica e de isótopos de deuterium e carbono em sedimentos lacustres e guano, e análises de isótopos de oxigênio e carbono em espeleotemas do Holoceno Médio e Tardio. Os estudos da Lagoa do Boqueirão sugeriram que sua formação ocorreu devido a dinâmica fluvio-eólica, que resultou em barramentos dos canais fluviais durante o período úmido do Holoceno. A transição entre o sistema fluvial e lacustre, que marca o barramento, foi definido em torno de 4.500 anos BP pela substituição de espículas de esponjas, tipicamente fluviais, pelas diatomáceas lacustres, predominantemente Mastogloia smithii var. lacustres. Foi demonstrado que a formação e as flutuações da profundidade da Lagoa do Boqueirão não estavam associadas a precipitação regional. As variações paleoclimáticas da Lagoa do Boqueirão e da Caverna do Trapiá puderam ser acessadas através dos dados de \'delta\'D em ácidos n-alcanóicos de 28 carbonos, produzidos por vegetação terrestre e macrófitas aquáticas, e dados de \'\'delta\'POT.18\'O dos espeleotemas. Valores mais positivos (negativos) desses isótopos indicaram que durante o MCA (LIA) a região apresentava condições de seca (umidade), devido ao posicionamento mais ao Norte (Sul) da ZCIT, que migrou em direção ao Hemisfério mais aquecido de acordo com a correlação observada com a Oscilação Multidecadal do Atlântico (OMA). A porção norte do NEB apresentou paleoclima diferente em relação ao da porção sul do NEB durante o LIA, que estava seco devido ao deslocamento da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) mais para sul, assim como a ZCIT, que não afetou a porção sul do NEB. Mudanças paleoambientais foram também definidas com base na idade de sequências sedimentares clásticas datadas por LOI e pelos depósitos de guano em condutos de cavernas em Felipe Guerra-RN. A deposição de sedimentos terrígenos na caverna Urubu entre 7 to 4 ky B.P. cave foi cronologicamente associada a clima mais úmido, o que é apoiado pelo baixos valores de \'\'delta\' POT.18\'O values de espeleotemas. Esse período também foi marcado pelo aumento da contribuição de de carbono orgânico do solo como indicado por valores mais baixos de \'\'delta\'POT.13\'C dos mesmos espeleotemas. Uma transição abrupta para clima mais seco pode está associada ao final da sedimentação clástica na caverna por volta de 4.2 ky devido a interrupção do fluxo do rio subterrâneo e completa erosão do solo ao redor da caverna. A erosão do solo é ressaltada por altos valores de \'\'delta\'POT.13\'C dos espeleotemas próximos aos da rocha encaixante (~0 %0). Estes resultados demonstraram uma relação entre preenchimento sedimentar da caverna Urubu com a formação e erosão de solo na sua volta. Esse aumento de aridez, particularmente nos últimos três mil anos na região, foi também importante para preservação de depósitos de guano sobre os sedimentos clásticos, visto que esse material é bastante solúvel. As idades das camadas de guano foram utilizadas para definir períodos de alta ocupação das cavernas por morcegos entre 1730 and 677 cal. anos A.P. e 200 cal anos A.P. até o recente. Durante o evento MCA houve redução na acumulação de guano que levou a um hiato deposicional por conta que o clima seco desfavoreceu a sobrevivência dos morcegos na região. A acumulação de guano voltou a ocorrer a 200 anos atrás, provavelmente porque a população de morcegos foi reestabelecida, devido a clima mais úmido.The northern sector of Nordeste of Brazil (NEB) is one of the most interesting regions to study mechanisms and processes related to fluctuations tropical rainfall, as the majority of annual precipitation is associated to the meridional migration of Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Climate in NEB changed during the Holocene, although paleoclimatic interpretations are still controversial due to small number of studies. This study contribute to the discussion about paleoclimatic and paleoenvironmental changes of NEB by using geochemistry, micropaleontological, biogeochemistry and deuterium and carbon isotope analyses in lacustrine sediments and bat guano, and also speleothem isotope records from middle to late Holocene. Studies from Boqueirão Lake suggested that its formation occurred due to the fluvio-eolian dynamic, which resulted in blockage of fluvial channels during the holocenic humid period. Transition between fluvial and lacustrine system recorded the barrage formation and was defined around 4,500 years BP and suggested by the substitution of fluvial sponge spicules to lacustrine diatoms, mainly Mastogloia smithii var. lacustres, preserved in sediments. These data demonstrated that depth fluctuations of Boqueirão Lake were not associated to local precipitation accumulation. Paleoclimatic changes were reconstructed from Boqueirão Lake and Trapiá Cave based on \'delta\'D of n-alkanoic acids of 28 carbons, which are produced by terrestrial vegetation and macrophytes, and from \'\'delta\'POT.18\'O of speleothems. More positive (negative) isotope ratios indicate persistent dry (wet) climatic conditions during the MCA (LIA) there, due to a north (south) displacement of ITCZ. This climate system migrated toward the warmest ocean according to the correlation with Atlantic Multidecal Oscillation (AMO). The northern portion of the NEB (nNEB) presented different paleoclimate conditions when compared to the southern NEB portion (sNEB) during the LIA. LIA in sNEB was dry due to the displacement of the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) to a southernmost position. Paleoenvironmental changes were attested by determining the age of clastic sequences filling cave conduits dated by OSL method and also by radiocarbon in bat guano. The deposition of terrigenous sediments in Urubu cave from 7 to 4 ky B.P. cave was chronologically associated with more humid climate indicated by low \'\'delta\'POT.8\'O values in speleothems. In addition, this period was marked by increased contribution of organic carbon from soil indicated by negative values of \'\'delta\'POT.13\'C of the same speleothems. An abrupt transition to dry climate was indicated by the end of clastic sedimentation at about 4.2 ky because interruption of underground river flow and complete erosion of soil surrounding the cave as indicated by abrupt enrichment of \'\'delta\'POT.13\'C values of speleothems, reaching values similar to the carbonate bedrock (~0 %o). These data demonstrated the relationship between the sedimentary filling of the Urubu Cave and the formation and soil erosion in the region. These predominant dry conditions during last three millenniums in the region were also important for preservation ofbat Guano deposits above terrigenous sediments. The chronological data of guano was also used to indicate two periods of high accumulation associated with intense occupation of caves by bat colonies between 1,730 and 677 years cal BP and 200 cal years BP until recently. During the MCA occurred a reduction in guano accumulation until a complete hiatus, because dry conditions did not favor bats survival. Guano deposit accumulated again only 200 years ago, when the population of bats restored with stabilization of relatively humid conditions

Fossils in quaternary micrites of Bodoquena Range, Bonito-MS and their application in paleoenvironmental studies

O município de Bonito e arredores em Mato Grosso do Sul apresentam atrações turísticas relacionadas a diversos tipos de depósitos carbonáticos quaternários, que formam cachoeiras, barragens naturais e tornam as águas de turbidez quase nula. A área está inserida no Parque Nacional da Serra da Bodoquena e na Reserva da Biosfera do Pantanal (UNESCO). As tufas calcárias são rochas porosas formadas pela precipitação do carbonato de cálcio em água doce e podem conter diversos tipos de fósseis. Apresentam-se sob a forma de cachoeiras, barragens e sedimentos lacustres que formam depósitos micríticos inconsolidados, descritos dentro da Formação Xaraiés. Os micritos são extensos e relativamente espessos em toda a região. Contudo, a maior parte das ocorrências está intemperizada, parcialmente erodida e distribuída em áreas limitadas. O presente estudo foca a caracterização paleontológica, granulométrica e geoquímica (elementos maiores, menores, traços e isótopos de carbono e oxigênio), através de levantamento de detalhe dos micritos da área da Mineração Calcário Xaraés, em Bonito (MS). As amostras foram obtidas por furo de trado, coleta de amostras superficiais e de bloco decimétrico orientado para estudo tafonômico, complementado com investigação de campo e amostragem de algumas áreas na Serra da Bodoquena, Pantanal e Corumbá. Os micritos da Mineração Calcário Xaraés, são depósitos lacustres e podem ser descritos em três eventos: 1: base afossilífera, oncólitos, argilominerais e dados isotópicos marcam um período de maior umidade; 2: ostracodes, algas caráceas e gastrópodes fósseis que colonizaram este estágio e a baixa variação dos dados isotópicos sugerem um período estável; 3: gastrópodes de água doce resistentes a ressecamento colonizaram esta etapa, em associação com os dados isotópicos sugerem processos alternados de evaporação e umidade. O topo da seção estudada é marcada por evaporação total da água do lago, morte em massa do gastrópode Biomphalaria e instalação do gastrópode Idiopyrgus. A ausência de estruturas sedimentares, orientação, seleção e fragmentação dos bioclastos e o empacotamento fraco a disperso e feições de alteração dos bioclastos por tempo de exposição na interface água-sedimento denotam condições estáticas do ambiente durante o processo final de deposição. Estas características também sugerem abastecimento do lago por águas subterrâneas, pois produzem menor taxa de alteração dos bioclastos e manutenção das condições químicas da água, como demonstrado pela homogeneidade dos dados geoquímicos. Outros depósitos estudados de micritos também apresentam resultados semelhantes. Há forte presença de indivíduos do gênero Biomphalaria e da Família Hydrobiidae nos depósitos. Dados de campo mostram os depósitos de tufas calcárias na região com extensão maior que as registradas, ocorrendo principalmente próximos aos leitos dos rios atuais, que os dissolvem nos períodos chuvosos. Os depósitos de tufas calcárias da Serra da Bodoquena, principalmente os micríticos, provavelmente foram formados nos últimos 10.000 anos, indicando período mais quente e seco que o atual. Os últimos 2.700 na região podem ser caracterizados por aumento da umidade, extinção dos depósitos micríticos e instalação dos depósitos de tufas de cachoeira e barragens.Bonito town and surrounding areas in Mato Grosso do Sul state are tourist attractions related with many quaternary carbonate deposits which form waterfalls, dams and render almost zero turbidity waters. That area is part of the National Park of Bodoquena Range and Pantanal Biosphere Reserve (UNESCO). Calcareous tufa are porous rocks formed by calcium carbonate laid down in freshwaters containg a great variety of fossils. They were presented in form of waterfalls, dams and lacustrine sediments, forming unconsolidated micritic deposits, being part of the Xaraés Formation. Micritic deposits are extensive and thick in whole area. Most of the deposits are weathered, partly eroded and distributed in restricted areas. The present study focuses on paleontological, granulometric, and geochemical (major, minor and trace elements, carbon and oxygen isotopes) data. The micritic deposits of Calcário Xaraés Mine in Bonito (MS) are detailed studied. Samples were obtained by auger drilling, also in outcrops area and one orientated centimetric indeformed block for taphomic study. The research was complemented with field study and sampling in the Bodoquena Range, Pantanal and Corumbá. Calcário Xaraés Mine micrites are lacustrine deposits. We described through three events: 1: their base does not contain fossils, but bears oncoids, clayminerals. Isotope data point to a wetter period, 2: ostracods, charophytes and gastropods fossils colonized this episode and homogeneity of isotope data suggest a stable event, 3: freshwater gastropods endured scarce water conditions so colonized the area. The isotope data then was varied suggesting alternated periods of evaporation and humidity. Total water lake evaporation resulted in the mass death of the Biomphalaria gastropod and consequent with diffusion of Idiopyrgus gastropod. Absence of sedimentary structures, bioclastic orientation, selection and fragmentation, weak to dispersal packing bioclast and bioclastic alteration features, are indications of long durantion in the water-sediment interface. These features suggest environmental static conditions during the final deposition. These features also suggest groundwater supplies to the lake, leading to less bioclastic alteration, and maintaing chemical water conditions, such as homogeneity of geochemical data. Other studied micritic deposits show almost the same results. There is strong presence of gastropod Biomphalaria and Hydrobiidae Family on these deposits. Field data show calcareous tufa deposits with an extension larger than the studied area, occurring mainly next to the rivers, which dissolve micritic in the rainy period. Bodoquena Range calcareous tufa deposits, mainly micritic sediments, probably were formed in the last 10.000 years, indicating a hotter and drier period than nowadays. The last 2.700 years in this region can be characterized by humidity increase, micritic deposits extinctions and installation of waterfalls and dams tufa depositions

Tropical South Atlantic influence on Northeastern Brazil precipitation and ITCZ displacement during the past 2300 years

Recent paleoclimatic studies suggest that changes in the tropical rainbelt across the Atlantic Ocean during the past two millennia are linked to a latitudinal shift of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) driven by the Northern Hemisphere (NH) climate. However, little is known regarding other potential drivers that can affect tropical Atlantic rainfall, mainly due to the scarcity of adequate and high-resolution records. In this study, we fill this gap by reconstructing precipitation changes in Northeastern Brazil during the last 2,300 years from a high-resolution lake record of hydrogen isotope compositions of plant waxes. We find that regional precipitation along the coastal area of South America was not solely governed by north-south displacements of the ITCZ due to changes in NH climate, but also by the contraction and expansion of the tropical rainbelt due to variations in sea surface temperature and southeast trade winds in the tropical South Atlantic Basin.This work was supported by the Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), Brazil through NSF Dimensions-Biota FAPESP grant 2013/50297 and PIRE NSF-FAPESP Grants 2017/50085-3 to F.W.C as well as the post-doc fellowship to V.F.N (2016/15807-5) and the US National Science Foundation NSF grants AGS-1303828 and OISE-1743738 to MV and 1103403 to R.L.E and H.C. We thank Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior, Brazil (CAPES) fellowship to G.U. Grant 99999.012754/2013-07 as well as the post-doc fellowship through the Postgraduate Program on Geochemistry and Geotectonics, Geoscience Institute of the University of São Paulo

Paleoenvironmental Evolution of Continental Carbonates in West-Central Brazil

ABSTRACT This paper presents a sedimentological and stratigraphical study of Quaternary (Middle to Late Pleistocene/Holocene) continental carbonates outcrops inside Pantanal Basin and its surroundings, especially in Serra da Bodoquena, Pantanal do Miranda and Corumbá/Ladário plateau, in the state of Mato Grosso do Sul, as well as in Serra das Araras, in the state of Mato Grosso. The aim is to understand the depositional paleoenvironments and analyse climate and tectonic influences in their genesis and evolution. The results show that the deposition of these continental carbonates started in the Middle to Late Pleistocene and have continued, with some interruptions, until the present days. Sedimentary successions were identified in the different areas, without complete correlation. Two sedimentary successions separated by an erosional surface were described in Serra da Bodoquena and Serra das Araras. In Corumbá and Pantanal do Miranda, only one succession was described. These successions were deposited in elongated lakes parallel to fault planes; small lakes, related plains and plateaus; springs related to cliffs produced by faulting; rivers conditioned by topographic variation. The climatic interpretation, without proper temporal resolution, obtained by the stable-isotope composition and stratigraphic interpretation, indicates alternation of dry and wet periods. The Neoproterozoic faults with their neotectonics and the subsidence of the Pantanal Basin, are the major control for carbonated water flow and development of depositional areas, gradually turning plateaus into slight tilted areas, allowing the evolution of depositional systems from lakes to rivers

Microfossils in micrites from Serra da Bodoquena (MS), Brazil: taxonomy and paleoenvironmental implications

Microfossils present in Quaternary micrites from Serra da Bodoquena, Mato Grosso do Sul State, Brazil, are here described for the first time. The studied taxa are: a) ostracods: Candona sp., Candonopsis sp., Cyclocypris sp., Cypria sp., Cypridopsis sp., Notodromas sp., Ilyocypris sp., Cyprideis sp., Wolburgiopsis cf. chinamuertensis (Musacchio 1970), Darwinula sp. and 5 morphotypes; b) microgastropod Acrobis sp., and c) Characeae remains and gyrogonites Chara sp.. The presence of these microfossils suggests clear-water shallow lacustrine paleoenvironments and the presence of aquatic vegetation. Similarities between microfossils and the living taxa suggest possible Holocene ages for these deposits, which is in accordance with previous C14 dates