Resumen de Implications of Gondwana glaciations in the Baltic late Ordovician and Silurian and a carbon isotopic test of environmental cyclicity

Dimitri Kaljo, Tõnu Martma, Peep Männik, Viive Viira

• English

  Four glaciations -- the extensively studied Hirnantian episode and three in the Llandovery-earliest Wenlock -- are well established on the Gondwana palaeocontinent. New data [Hamoumi, 1999] shift the beginning of the glacial epoch to the early Caradoc when Baltica was moving from middle to low latitudes of the southern Hemisphere. Despite the rather considerable distance between polar areas of Gondwana and subtropical Baltica all four glacial events are reflected via global climatic mechanisms in the East Baltic. It is generally accepted that glaciations are marked by positive excursions of {delta}18O and {delta}13C values caused by increase of the polar ice caps, bioproduction and decrease of oceanic water temperature, etc. Based on these relationships, the Gondwana glacial events are correlated with coeval isotopic shifts established in sections of Baltica. In addition, agreement of the oceanic processes and corresponding carbon isotopic trends predicted by Jeppsson [1990] to real measured values is analysed.

  The following positive {delta}13C excursions are recorded in the Baltic area (peak values in parentheses) : middle Caradoc (2.2 {per thousand}), early Ashgill (2.5 {per thousand}), Hirnantian (6 {per thousand}), early Aeronian (3.7 {per thousand}), early Telychian (2.7 {per thousand}), early Wenlock (5.2 {per thousand}). Most of these shifts correlate well with glacio-eustatic sea level lowstands and biodiversity changes, as shown by the most extensive Oandu crisis in the Caradoc, Hirnantian mass extinction and the Wenlock Ireviken Event.

  Analysis of data allows the following conclusions : (1) all four Gondwana glaciations identified by tillites, microconglomeratic clays, etc. and dated biostratigraphically are recognised in the Baltic area through clear positive carbon isotope excursions at the same levels; (2) three smaller carbon isotope excursions in the Caradoc and Ashgill together with algal abundance data suggest the presence of several colder climate episodes during the late Ordovician. This may support the idea of the earlier onset of the glacial epoch on Gondwana; however, correct biostratigraphic dating of supposed glacial sediments is required; (3) the carbon isotopic testing of the oceanic model by Jeppsson reveals too many contradictions between model predictions and measured values. This means that the environmental background of isotopic events and relationships with oceanic events should be revised ; (4) for delimitation of the climatic --oceanic episodes, a more general marker identifying environmental change via a basinal approach seems useful. For this purpose lithological, geochemical or palaeontological criteria can be used.

• français

  Sur le continent Gondwana ont été mises en évidence quatre glaciations -- l'épisode Hirnantien extrêmement étudié et trois autres au Llandovérien et au commencement du Wenlock. Les nouvelles données de Hamoumi [1999] déplacent le début de l'époque glaciale au Caradocien inférieur quand la mer Baltique passe des moyennes aux basses latitudes de l'hémisphère austral [Torsvik et al., 1996]. En même temps le centre de la glaciation se déplace du nord de l'Afrique au sud de l'Amérique.

  Malgré la distance considérable entre les régions polaires de Gondwana et les régions subtropicales de la mer Baltique, tous les événements glaciaires susnommés sont d'une certaine manière reflétés en mer Baltique de l'est. Le mécanisme de cette influence est discutable dans le détail mais, les processus climatiques et océaniques jouent un rôle essentiel. Il est généralement admis que les glaciations sont marquées par les excursions positives de valeurs de {delta}18O et {delta}13C provoquées par l'augmentation de la couche de glace aux régions polaires, la bioproduction, le déplacement du carbone organique dans les sédiments et le refroidissement de l'océan.

  Les relations connues entre ces différents facteurs permettent de corréler les événements glaciaires de Gondwana avec les changements simultanés de la courbe des isotopes fixée en mer Baltique. Par ailleurs, le modèle du cycle des isotopes du carbone océanique de Jeppsonn [1990] est mis en perspective avec les valeurs réelles mesurées.

  Les excursions positives de {delta}13C (les valeurs maximum entre parenthèses) sont évaluées pour la Baltique : le Caradocien moyen (2,2 {per thousand}), l'Ashgill inférieur (2,5 {per thousand}), l'Hirnantien (6 {per thousand}), l'Aéronien inférieur (3,7 {per thousand}), le Telychien inférieur (2,7 {per thousand}), le Wenlock inférieur (5,2 {per thousand}). Les changements pour la plupart sont en corrélation avec les baisses du niveau de l'océan, ayant évidemment un caractère glacio-eustatique. La corrélation positive se trouve aussi entre la glaciation et les changements de la biodiversité largement connus comme la crise Oandu (au Caradocien), l'extinction en masse de Hirnantia et l'événement Ireviken au Wenlock.

  Les données analysées permettent de conclure que : (1) les quatre glaciations du Gondwana identifiées notamment sur la base de tillites et d'argiles microconglomératiques et biostratigraphiquement datées sont dans les profils baltiques clairement marqués par l'excursion de la courbe des isotopes du carbone ; (2) trois anomalies positives mineures à l'Ashgill et au Caradoc ainsi que des données sur l'abondance spécifique des algues, indiquent la présence d'une période climatique plus froide à l'Ordovicien inférieur. Ces données sont en faveur d'un début plus précoce de la glaciation du Gondwana, mais des datations nouvelles des roches glaciogéniques considérées sont nécessaires pour le confirmer ; (3) le test du modéle océanologique de Jeppsson à l'aide des isotopes du carbone a souvent montré des contradictions entre le modèle établi et les valeurs mesurées ; (4) on ne devrait pas représenter les épisodes climatiques-océaniques seulement sur la base de la distribution d'un petit nombre d'espèces de conodontes connus mais aussi à l'aide de marqueurs mettant en évidence les changements plus généraux du milieu marin fondés sur les critères lithologiques, géochimiques ou/et paléontologiques.