Environmental changes during marl-limestone formation: evidence from the Gargasian (Middle Aptian) of La Marcouline Quarry (Cassis, SE France)

International audienceLimestone-marl alternations are usually interpreted to reflect cyclic paleoenvironmental fluctuations linked to Milankovitch-scale climate variations. However, the impact of diagenesis on lithological differentiation can be overprinted on the primary signal. In order to evaluate environmental variations during the deposition of the Gargasian hemipelagic limestone-marl alternations from the "La Marcouline" quarry (SE France), we have applied a multi-discipline approach (carbonate geochemistry, micropaleontology and mineralogy). The work uses of a method of granulometric separation of the main carbonate particles which (1) allows the characterization and quantification of the compositions of the carbonate phases of both lithologies and (2) gives access to the geochemical signatures of similar carbonate (bio-) particles in each lithology. The quantifications show that micarb constitutes a significant portion (around 40 per cent) of the sediments. Their geochemical signatures indicate that most of them were formed by fine fragmentation of nannoconid tests. Based on these interpretations, our results indicate that nannoconids are the major constituents of both the marly limestone and the marl layers and that both lithologies are similar in composition. The coccolith assemblages (mainly Watznaueria spp.) of the limestone and marl layers are similar and equally well-preserved. Changes in oxygen and carbon isotopic ratios express cyclic fertility and salinity/temperature variations in surface waters. The marls indicate higher fertility and lower salinity (or higher temperature) conditions than those denoted by the marly limestones. Although diagenesis has not altered these rhythmites no strong evidence has been found for linking classical processes such as dilution or productivity cycles to the composition of the sediments (carbonate constituents and clay mineralogy). This study demonstrates that La Marcouline succession has retained, as recorded by geochemical proxy, its primary environmental variations. Nevertheless, the homogeneity in both lithotypes of sedimentological parameters (clay mineralogy, sediment composition, ...) seems to indicate that these fluctuations did not affect the ecosystem strongly enough to cause marked differences in the composition of marls and marly-limestones

Fluctuations of sea-water chemistry during Gargasian (Middle Aptian) time. Data from trace-element content (Mg, Sr, Mn, Fe) in hemipelagic carbonates from La Marcouline Quarry (Cassis, SE France)

International audienceIn the Lower Aptian historical stratotype area (Cassis-La Bédoule, SE France), a geochemical study of the Gargasian (Middle Aptian) marl-limestone alternations of the La Marcouline quarry complements data already obtained from Bedoulian (Early Aptian) sediments there. Nannoconids are the main carbonate producers in both limestones and marls. Although diagenetic minerals, such as ankerite (2.5%) are present in small amounts, the trace-element content of bulk carbonate is very close to that of Nannoconus spp. so geochemical sequences can be defined. The long-term evolution of trace-element content was not affected by diagenetic processes, variations in carbonate mineralogy, or a change of carbonate producers. An increase of around 500 ppm in the strontium content of bulk carbonate occurs between the base of the Cabri zone (late Bedoulian) and the Algerianus zone (late Gargasian). This evolution is linked to fluctuations in seawater Sr/Ca ratios caused by variability in the influx of hydrothermal and river waters, by changes in the ratio of aragonite/calcite production and by shifts in sea level. The eustatic sequence Aptian 4, its parasequences and its key surfaces (sequence boundaries, maximum flooding surface) are clearly reflected in the evolution of the bulk-carbonate contents of manganese

Variations des paramètres de l'environnement au cours de la sédimentation d'alternances marne-calcaire : Exemple de la série gargasienne (Aptien moyen) de la carrière de La Marcouline (Cassis, SE France)

Il est classiquement admis que les systèmes alternants marne-calcaire reflètent des variations climatiques orbito-dépendantes. Toutefois, des processus diagénétiques conduisant à la différentiation lithologique peuvent avoir masqué ce signal primaire. Afin de caractériser les variations des paramètres environnementaux associés à la formation des alternances marno-calcaires gargasiennes de La Marcouline (SE France), nous avons mené une étude pluridisciplinaire (géochimique, micropaléontologique et minéralogique) basée sur l'utilisation d'une méthode de séparation granulométrique des particules sédimentaires. Cette approche nous a permis, d'une part de caractériser et quantifier les compositions des phases carbonatées des deux types de lithologies et d'autre part de disposer des signatures géochimiques de (bio-) particules carbonatées identiques dans les marnes et les calcaires marneux. Les quantifications ont mis en évidence la présence, en proportions importantes (environ 40% des échantillons) de micarb. À partir des données géochimiques obtenues sur fractions séparées, nous avons proposé pour ces particules une origine liée à la fragmentation fine de tests de nannoconidés. Il en résulte donc que les nannoconidés sont les constituants majeurs aussi bien des marnes que des calcaires marneux et qu'ils sont présents en proportions équivalentes dans les deux lithologies. Les assemblages de coccolithes (principalement Watznaueria spp.) ne présentent pas de variations de composition, ni de préservation d'une lithologie à l'autre. L'évolution de leurs signatures isotopiques signe des fluctuations marquées des conditions de fertilité et de température et/ou salinité dans la zone photique au cours de la sédimentation de ces alternances. Les épisodes marneux correspondent à des périodes plus chaudes et/ou moins salées au cours desquelles les apports de matériel terrigène sont importants induisant une augmentation de la fertilité des eaux de surface par rapport aux périodes de formation des niveaux plus carbonatés. Malgré le fait que la diagenèse ne semble pas avoir joué un rôle significatif dans la mise en place de ces alternances marno-calcaires, nous n'avons pas pu mettre en évidence de relation nette entre des processus classiques du type cycles de dilution ou de production et les compositions des sédiments (particules carbonatées et cortèges argileux). Cette étude montre donc que la série de La Marcouline a conservé un signal primaire lié à des variations environnementales clairement enregistrées par les marqueurs géochimiques (salinité, température et fertilité). Néanmoins, il semble que ces variations n'aient pas suffisamment perturbé l'environnement pour que cela se traduise dans les paramètres sédimentologiques (matériel terrigène, assemblages biologiques, etc.).Limestone-marl alternations are usually interpreted to reflect cyclic paleoenvironmental fluctuations linked to MILANKOVITCH-scale climate variations. However, the impact of diagenesis on lithological differentiation can be overprinted on the primary signal. In order to evaluate environmental variations during the deposition of the Gargasian hemipelagic limestone-marl alternations from the "La Marcouline" quarry (SE France), we have applied a multi-discipline approach (carbonate geochemistry, micropaleontology and mineralogy). The work uses of a method of granulometric separation of the main carbonate particles which (1) allows the characterization and quantification of the compositions of the carbonate phases of both lithologies and (2) gives access to the geochemical signatures of similar carbonate (bio-) particles in each lithology. The quantifications show that micarb constitutes a significant portion (around 40 per cent) of the sediments. Their geochemical signatures indicate that most of them were formed by fine fragmentation of nannoconid tests. Based on these interpretations, our results indicate that nannoconids are the major constituents of both the marly limestone and the marl layers and that both lithologies are similar in composition. The coccolith assemblages (mainly Watznaueria spp.) of the limestone and marl layers are similar and equally well–preserved. Changes in oxygen and carbon isotopic ratios express cyclic fertility and salinity/temperature variations in surface waters. The marls indicate higher fertility and lower salinity (or higher temperature) conditions than those denoted by the marly limestones. Although diagenesis has not altered these rhythmites no strong evidence has been found for linking classical processes such as dilution or productivity cycles to the composition of the sediments (carbonate constituents and clay mineralogy). This study demonstrates that La Marcouline succession has retained, as recorded by geochemical proxy, its primary environmental variations. Nevertheless, the homogeneity in both lithotypes of sedimentological parameters (clay mineralogy, sediment composition, …) seems to indicate that these fluctuations did not affect the ecosystem strongly enough to cause marked differences in the composition of marls and marly-limestones

Early Aptian δ13C and manganese anomalies from the historical Cassis-La Bédoule stratotype sections (S.E. France): relationship with a methane hydrate dissociation event and stratigraphic implications

International audienceComparison of oxygen and carbon isotope and manganese evolution curves in bulk carbonate from the historical Bedoulian stratotype (Cassis-La Bédoule area, Provence, France) reveals an important geochemical event (negative δ13C and high Mn content) located within the D. deshayesi ammonite Zone and at the base of the R. hambrowi ammonite Subzone. This worldwide event, which can be observed in environments ranging from the fluvial to the pelagic realm (Selli/Goguel level), seems to be related to methane hydrate destabilization. Scenarios for manganese, carbon and oxygen evolutions are proposed for early Bedoulian oxic conditions and for dysoxic/anoxic conditions related to methane hydrate destabilization at the early/late Bedoulian transition. The impacts of this global event on the biosphere (nannoconid crisis) and its stratigraphic implications are considered. Comparison of geochemical and biostratigraphical data from the Cassis-La Bédoule stratotype with that of the Cismon- Apticore reference borehole shows that the La Bedoule sequence records geochemical evolution during the Goguel/Selli Event in more detail than that of any other previously published section. –––Anomalies géochimiques (?13C et manganèse) dans l'Aptien inférieur du stratotype historique de Cassis-La Bédoule (S.E. France) : relation avec un événement de dissociation d'hydrates de méthane et implications stratigraphiques.- La comparaison des courbes isotopiques (carbone et oxygène) et des teneurs en manganèse de la série du stratotype historique du Bédoulien (coupes de Cassis-La Bédoule, Provence, France) met en évidence des anomalies géochimiques (accident négatif du ?13C et pic des teneurs en Mn) se développant dans les zones d'ammonites à D. deshayesi et à R. hambrowi. Cet événement, d'occurrence mondiale, qui s'enregistre dans tous les environnements sédimentaires (niveau Selli/Goguel), parait lié à une période de déstabilisation des hydrates de méthane. Deux modèles de comportement du manganèse et des isotopes du carbone et de l'oxygène sont proposés. Le premier correspond aux conditions oxiques régnant au début du Bédoulien, le second aux conditions dysoxiques/anoxiques liées à la dissociatio

Fluctuations de la chimie de l'eau de mer au cours du Gargasien (Aptien Moyen). Apports des teneurs en éléments traces (Mg, Sr, Mn et Fe) des carbonates hémipélagiques de la carrière de La Marcouline (Cassis, Sud-Est France)

Dans la région du stratotype historique de l'Aptien inférieur (Cassis-La Bédoule, SE France), les sédiments alternants du Gargasien (Aptien supérieur) de la carrière de la Marcouline ont été étudiés du point de vue géochimique. Le dosage des éléments traces (Sr, Mg, Mn et Fe) du carbonate total a permis de compléter les données déjà obtenues sur le Bédoulien et de définir une zonation chimiostratigraphique du Gargasien. Les Nannoconus sont les producteurs carbonatés principaux aussi bien dans les bancs calcaires que dans les bancs marneux. Les différences géochimiques observées entre les marnes (enrichies en Sr et Mg) et les calcaires (enrichis en Mn et Fe) ne peuvent être réduites à une variation des producteurs ou à une diagenèse différentielle. En dépit de la présence de traces d'ankérite d'origine diagénétique (2,5%), l'enregistrement des éléments-traces au sein du carbonate total reste très proche de celui des fractions pures en Nannoconus et permet de définir les séquences géochimiques. Dans la continuité du processus initié dans le Bédoulien supérieur (base de la zone à Cabri), les teneurs en strontium croissent régulièrement durant le Gargasien. Au total une augmentation de l'ordre de 500 ppm survient entre la base de la zone à Cabri (Bédoulien supérieur) et la zone à Algerianus (Gargasien supérieur). Elle traduit une variation du rapport Sr/Ca de l'eau de mer, à mettre en relation avec le bilan des apports hydrothermaux et fluviatiles, le rapport de la sédimentation aragonitique à la sédimentation calcitique et les variations du niveau marin. Les teneurs en manganèse ont permis de mettre en évidence la séquence eustatique Aptien 4 et les paraséquences qui la composent, ainsi que de localiser ses surfaces clefs (limites de séquence et surface d'inondation maximale).In the Lower Aptian historical stratotype area (Cassis-La Bédoule, SE France), a geochemical study of the Gargasian (Middle Aptian) marl-limestone alternations of the La Marcouline quarry complements data already obtained from Bedoulian (Early Aptian) sediments there. Nannoconids are the main carbonate producers in both limestones and marls. Although diagenetic minerals, such as ankerite (2.5%) are present in small amounts, the trace-element content of bulk carbonate is very close to that of Nannoconus spp. so geochemical sequences can be defined. The long-term evolution of trace-element content was not affected by diagenetic processes, variations in carbonate mineralogy, or a change of carbonate producers. An increase of around 500 ppm in the strontium content of bulk carbonate occurs between the base of the Cabri zone (late Bedoulian) and the Algerianus zone (late Gargasian). This evolution is linked to fluctuations in seawater Sr/Ca ratios caused by variability in the influx of hydrothermal and river waters, by changes in the ratio of aragonite/calcite production and by shifts in sea level. The eustatic sequence Aptian 4, its parasequences and its key surfaces (sequence boundaries, maximum flooding surface) are clearly reflected in the evolution of the bulk-carbonate contents of manganese

Anomalies géochimiques (δ13C et manganèse) dans l'Aptien inférieur du stratotype historique de Cassis-La Bédoule (S.E. France) : relation avec un événement de dissociation d'hydrates de méthane et implications stratigraphiques

La comparaison des courbes isotopiques (carbone et oxygène) et des teneurs en manganèse de la série du stratotype historique du Bédoulien (coupes de Cassis-La Bédoule, Provence, France) met en évidence des anomalies géochimiques (accident négatif du δ13C et pic des teneurs en Mn) se développant dans les zones d'ammonites à D. deshayesi et à R. hambrowi. Cet événement, d'occurrence mondiale, qui s'enregistre dans tous les environnements sédimentaires (niveau Selli/Goguel), parait lié à une période de déstabilisation des hydrates de méthane. Deux modèles de comportement du manganèse et des isotopes du carbone et de l'oxygène sont proposés. Le premier correspond aux conditions oxiques régnant au début du Bédoulien, le second aux conditions dysoxiques/anoxiques liées à la dissociation des hydrates de méthane au cours de la transition Bédoulien inférieur/Bédoulien supérieur. L'impact sur la biosphère (crises des nannoconidés) et les implications stratigraphiques sont discutés. La comparaison des données biostratigraphiques et géochimiques issues de la région stratotypique et du sondage de référence de Cismon-Apticore (Italie) montre que la série de la Bédoule enregistre les évolutions géochimiques au cours de l'événement Selli/Goguel d'une façon plus complète que les autres coupes précédemment publiées.Comparison of oxygen and carbon isotope and manganese evolution curves in bulk carbonate from the historical Bedoulian stratotype (Cassis-La Bédoule area, Provence, France) reveals an important geochemical event (negative δ13C and high Mn content) located within the D. deshayesi ammonite Zone and at the base of the R. hambrowi ammonite Subzone. This worldwide event, which can be observed in environments ranging from the fluvial to the pelagic realm (Selli/Goguel level), seems to be related to methane hydrate destabilization. Scenarios for manganese, carbon and oxygen evolutions are proposed for early Bedoulian oxic conditions and for dysoxic/anoxic conditions related to methane hydrate destabilization at the early/late Bedoulian transition. The impacts of this global event on the biosphere (nannoconid crisis) and its stratigraphic implications are considered. Comparison of geochemical and biostratigraphical data from the Cassis-La Bédoule stratotype with that of the Cismon-Apticore reference borehole shows that the La Bedoule sequence records geochemical evolution during the Goguel/Selli Event in more detail than that of any other previously published section

Géochimie des éléments traces de la phase carbonatée des calcaires de la coupe du stratotype historique de l' Aptien inférieur dans la région de Cassis-La Bédoule (SE France)

Trace elements geochemistry from the carbonate phasis of the lower Aptian historical stratotype section limestones in the Cassis-La Bédoule area (SE France). Trace element contents (Sr, Mg, Mn, Fe) have been dosed, by atomic absorption spectrometry, on the bulk carbonate of micritic limestones from the stratotype of La Bédoule (Gare de Cassis section). Geochemical evolutions allow to define various chemiozones. This chemiostratigraphy of the stratotype is then compared with data from the biostratigraphy. Four important geochemical breaks are shown, the main geochemical limit being contemporaneous with the early/late Bedoulian boundary. From manganese content data, a sequential zonation is proposed (Vail/Exxon third order sequences), using the geochemical model from EMMANUEL (1993). Four sequences are defined, corresponding approximately to but showing some diachronism with those ranging from "Aptian 1" to "Aptian 4" in the HARDENBOL et al. (1998) eustatic cycle chart. Our results, involving sequences and key surface locations, are compared to a previous sequential zonation based on a biostratigraphic and stratonomie approach (CLAVEL et al., 1995). An evaluation of the evolution of the carbonate production and preservation in the basin during the Bedoulian time is tempted on the base of the pelagic limestone Sr content evolution. This evolution is related to modifications in rate and nature (aragonite vs calcite) of carbonate production by adjoining platform factories. Results are compared to regional sédimentological data on the development of Bedoulian carbonate plateforms in the Southeast of France.Les teneurs en éléments traces ont été dosées sur la phase carbonatée d'échantillons micritiques de la coupe de la Gare de Cassis à La Bédoule. Les évolutions géochimiques qui ont été décelées permettent de définir différentes chimiozones. Cette chimiostratigraphie du stratotype est ensuite mise en regard des données de la biostratigraphie. Il apparaît quatre grandes coupures géochimiques, dont la principale est contemporaine du passage Bédoulien inférieur / Bédoulien supérieur. A partir des données du manganèse, un découpage séquentiel est proposé (séquence de 3ème ordre sensu VAIL) en utilisant le modèle géochimique d 'EMMANUEL (1993). Quatre séquences sont mises en évidence, correspondant aux séquences "Aptien 1" à "Aptien 4" de la charte des cycles eustatiques de HARDENBOL et al. (1998) mais elles présentent un certain diachronisme par rapport à ces dernières. Les résultats (séquences et positions de surfaces clefs) sont comparés aux découpages séquentiels préexistants fondés sur la biostratigraphie et la stratonomie (CLAVEL et al., 1995). A partir des données géochimiques du strontium, on procède à une tentative d'évaluation de l'évolution, au cours du Bédoulien, de la production et de la conservation des carbonates dans le bassin. Cette évolution est reliée aux modifications de fonctionnement des plates-formes voisines ; les résultats sont testés par rapport aux données de la sédimentologie régionale des plates-formes carbonatées du Sud-Est de la France.Renard M., Rafélis Saint Sauveur Marc de. Géochimie des éléments traces de la phase carbonatée des calcaires de la coupe du stratotype historique de l' Aptien inférieur dans la région de Cassis-La Bédoule (SE France). In: Géologie Méditerranéenne. Tome 25, numéro 3-4, 1998. Le stratotype historique de l'aptien inférieur (bédoulien) dans la région de Cassis-La Bédoule (S.E. France) sous la direction de Michel Moullade, Guy Tronchetti et Jean-Pierre Masse. pp. 43-54

Calcein and manganese experiments for marking the shell of the common cockle (

This work focuses on investigating the potential of calcein and manganese as growth markers of the common cockle (Cerastoderma edule) in the bay of Somme (France). Recapture of shells, previously marked using a chemical marking and then bred in natural conditions, was performed in order to determine the shell growth patterns. Calcein marking has shown a fluorescent increment in shells after only 30 min immersion time at 150 mg L-1, but also for shells immersed 3 h at 50 mg L-1. Likewise, manganese shell marking was revealed under cathodoluminescence for shells immersed 1 h at 120 mg L-1 as well as for shells which spent 4 h at 90 mg L-1. A numerical analysis performed on each marked cockles has revealed 23 micro-increments between the mark and the ventral edge of the valves, corresponding to the 23 tides that occurred during the 12 days at liberty post marking. The periodicity of increment formation is thus validated for a tidal frequency. The growth rates of C. edule, ranged from 11.67 to 19.94 μm d-1, decreased significantly with increasing shell length. This preliminary study gives a clue to the understanding of cockle growth and could be used in shellfish production for cockle age monitoring, but also for chemical analysis to learn more about biomineralization process of this species