Signatures géochimiques des processus sédimentaires et diagénétiques dans les traces fossiles de Rosselia du Pliocène à Taiwan

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 22316 (2022) Citer cet article

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Les traces fossiles sont des structures laissées dans un substrat suite aux activités d’organismes vivants. Le producteur du fossile en forme de fuseau Rosselia incorpore une matière riche en matière organique à grains fins dans des couches concentriques entourant la tige centrale. Parce que Rosselia est commun dans les environnements marins peu profonds stressés où le potentiel de préservation de la matière organique est généralement faible, ces traces fossiles peuvent agir comme des archives naturelles, enregistrant les changements dans la provenance de la matière organique. Les valeurs isotopiques du carbone organique conservé dans les lames de la Rosselia étudiée se situent généralement autour de − 26‰, suggérant une source terrestre primaire. Cependant, les niveaux accrus de S et de Ca détectés lors de l'analyse XRF des lames indiquent qu'au moins une partie de la matière marine est incorporée. L'examen d'un échantillon diagénétiquement altéré démontre également que la composition élémentaire et les valeurs de δ13C peuvent être considérablement altérées lors de la diagenèse. Néanmoins, la longue gamme stratigraphique de Rosselia, du Cambrien à nos jours, et sa présence omniprésente dans les milieux marins peu profonds stressés en font un outil potentiellement puissant pour reconstruire les variations de l'apport de matière organique dans des contextes autrement dépourvus de matière organique à grain fin. matière.

La trace fossile Rosselia Dahmer1 consiste en une structure en forme de fuseau avec un arbre central principalement vertical entouré de lames concentriques à grains fins composées de matériaux collectés sur le fond marin par un organisme se nourrissant de détritus2,3,4 (Fig. 1). Rosselia est commune dans les environnements marins peu profonds stressés tels que les fronts de delta ou les dépôts côtiers influencés par les tempêtes dans la majeure partie du Phanérozoïque, par exemple,5,6,7,8,9. Parce que les lamines sont constituées de matériaux à grains fins et riches en matière organique, elles agissent également comme enregistreurs de la composante sédimentaire organique dans les environnements sableux où le potentiel de préservation de la matière organique est par ailleurs limité. Nous présentons ici les paramètres géochimiques des sédiments à haute résolution sur deux spécimens de Rosselia collectés dans la formation Kueichulin du début du Pliocène (Fig. 2) dans l'ouest de Taiwan (Fig. 3). Nous utilisons ces données pour tester l'hypothèse selon laquelle les couches concentriques agissent comme des enregistreurs environnementaux à court terme et à haute résolution. Nous évaluons ensuite comment l'altération diagénétique de la trace fossile influence les signaux géochimiques dans les couches concentriques. Enfin, nous discutons de la valeur de Rosselia en tant qu'enregistreur paléo-environnemental à travers le Phanérozoïque.

Photo de terrain de Rosselia et illustration conceptuelle de sa formation. (A) Caricature illustrant comment un animal marin qui se nourrit de fond construit un terrier de Rosselia en ingérant des matières détritiques au fond de la mer, puis dépose les matières fécales résultantes autour du puits central. Dans les contextes de dépôt rapide de sédiments, cela conduit souvent à un ajustement vers le haut du fuseau (équilibre) (adapté de 2). (B) Photo d'une coupe verticale (en haut à gauche, en bas à droite) de la partie inférieure de Rosselia, illustrant le puits rempli de sable et les lamines de boue distinctes. Le sommet de la trace fossile est recoupé par un terrier de crustacés (flèche jaune).

Carte stratigraphique de la région étudiée après22. L'étoile rouge marque la position stratigraphique des échantillons de Rosselia analysés dans cette étude.

Cartes géologiques de la zone d'étude basées sur31,32 (carte dessinée à l'aide de https://www.adobe.com/adobe/illustrator). (A) Carte montrant la géologie générale de Taiwan. La boîte noire indique la région du panneau B. (B) Carte géologique de la région d'étude. L'étoile rouge indique le lieu d'échantillonnage de Rosselia analysé dans cette étude.

Rosselia se produit le plus souvent avec des assemblages de traces de fossiles typiques des ichnofacies de Skolithos et de Cruziana. Plus récemment, Rosselia est devenue l'homonyme de l'ichnofacies Rosselia, considérée comme typique des environnements sableux du front delta9. Alors que la plus grande Rosselia peut atteindre des longueurs allant jusqu'à un mètre2 et des diamètres supérieurs à 15 cm, les tailles typiques sont de 10 à 20 cm de longueur et de 2 à 10 cm de diamètre1,2,10. Les couches concentriques entourant la tige centrale comprennent un matériau considérablement plus fin que le substrat hôte environnant, et la tige centrale est généralement remplie de sédiments de composition similaire à celle du substrat hôte. Les couleurs alternées des stratifications concentriques sont le résultat de différences dans la taille des grains ou la composition des sédiments2,11.