Resumen de Sapropel-like Pliocene sediments of Sicily deposited under oxygenated bottom water (3 fig.)

Valérie Daux, Alain Foucault, Frédéric Melieres, Mélanie Turpin

• English

  The Pliocene Punta Piccola series, deposited on the Sicily sill at 100-400 m depths, consists of alternating whitish hemipelagic marl and carbonate-poor, organic-carbon-richer, brownish dark marl. The rhythmic bedding is interpreted to result from the precession driven alternation of more or less humid periods. In the present study, we compare the mineralogical and geochemical composition (isotope ratios of oxygen and carbon; Ca, Mn, Mg, Sr, and Fe concentrations) of the carbonate fractions of the whitish marl to those of the dark layers to evaluate the environmental changes that likely produced these alternations.

  High Mn concentrations in the dark layers, and the occurrence of pseudo-kutnahorite (Mn-Ca mixed carbonate), bioturbation, ostracodes, and benthic foraminifera favour the hypothesis of the dark-layer deposition taking place under oxygen-bearing bottom waters. The original value of the concentration of the organic carbon in the dark layers of Punta Piccola, estimated from the [sigma]13C measured in the carbonate fraction, was higher than the post-diagenetic one. It may have reached 7% in the dark layer 107, which was therefore a true sapropel at the time of deposition. This result indicates that anoxic conditions are not a prerequisite for sapropelic sediment formation. However, the pristine concentration of the organic carbon in the dark layers at Punta Piccola is lower than those of coeval sapropels cored in the nearby deep settings, which were deposited under an anoxic water column. This difference may result from the effect of water column anoxia on the organic carbon content.

  Diagenetic reactions took place in the dark layers through the oxidation of large amounts of organic matter. The dissolution of primary calcium carbonates (biogenic in origin) and the reduction of Fe and Mn oxyhydroxides led the interstitial solutions to be supersaturated towards Mn-rich calcite and/or pseudo-kutnahorite. The secondary carbonates are Mg-enriched and Sr and Fe-depleted. The negative shifts of the [sigma]18 O signal in the carbonates of the dark layers of Punta Piccola are consistent with an increased river discharge in the Mediterranean at the time of deposition.

• français

  Les séries pliocènes de Punta Piccola, déposées sur le seuil de Sicile à 100-400 m de profondeur, sont des alternances de marnes blanchâtres hémipélagiques et de marnes brunâtres pauvres en carbonates et riches en carbone organique. Ces dépôts cycliques résulteraient de l'alternance de période plus ou moins humides, rythmées par les cycles de précession. Dans cette étude, nous comparons les compositions minéralogiques et chimiques (composition isotopique du carbone et de l'oxygène, concentrations en calcium, manganese, magnesium, strontium et fer) des fractions carbonatées des marnes blanchâtres à celles des marnes sombres pour évaluer les changements environnementaux susceptibles de conduire à de telles alternances.

  Les concentrations en manganèse élevées des niveaux sombres, la présence de pseudo-kutnahorite (carbonate mixte de Mn et de Ca) dans l'un de ces niveaux, ainsi que la présence de bioturbations, d'ostracodes et de foraminifères benthiques prêchent en faveur d'un dépôt des niveaux sombres sous des eaux de fond oxygénées. La teneur initiale en carbone organique des niveaux sombres, estimée à partir de celle du [sigma]13C des fractions carbonatées, était plus élevée que la valeur post-diagénétique. Elle a pu atteindre 7 % dans le niveau sombre du cycle 107, qui était donc un sapropèle sen-su stricto au moment du dépôt. Ce résultat indique que l'anoxie n'est pas une condition nécessaire pour la formation de sédiments sapropéliques. Les valeurs originelles des concentrations en carbone organique des marnes sombres de Punta Piccola sont toutefois inférieure à celles des sapropèles de même âge déposés dans des sites profonds proches. Cette différence est attribuable aux effets de l'anoxie des eaux sur la richesse en carbone organique des sédiments.

  Dans les marnes sombres, les réactions diagénétiques ont été plus intenses que dans les marnes blanchâtres du fait de l'oxydation de quantités importantes de matière organique. La dissolution des carbonates de calcium primaires (d'origine biogène) et la réduction des oxyhydroxides de Fe et de Mn ont conduit à la sursaturation des solutions interstitielles vis-à-vis de la calcite magnésienne et/ou de la pseudo-kutnahorite. Les carbonates secondaires sont enrichis en magnésium et en strontium et appauvris en fer par rapport aux carbonates initiaux. Les pics négatifs du signal [sigma]18 O dans les carbonates des niveaux sombres sont cohérents avec une augmentation des apports d'eau douce en Méditerranée au moment du dépôt.