Coupling of trace elements in brachiopod shells and biotic signals from the Lower Jurassic South-Iberian Palaeomargin (SE Spain): Implications for the environmental perturbations around the early Toarcian Mass Extinction Event

Abstract

In the westernmost Tethys, the Early Jurassic involved critical environmental changes affecting marine ecosystems. Brachiopods were particularly affected in the South-Iberian Palaeomargin. A late Sinemurian-early Pliensbachian tectonic event led to the collapse of shallow platforms related to the Atlantic Ocean opening. Subsequently, the early Toarcian Extinction Event occurred during a carbon cycle perturbation and the development of oxygen-depleted conditions, mainly affecting benthic communities. In the Subbetic Domain, brachiopod dynamics concur with these major environmental perturbation events. Geochemical imprint of brachiopod shells from this area has been analyzed revealing a clear synchrony between oscillations of trace elements content, global trends in the C and O cycling, and faunal diversity dynamics around critical bioevents, allowing to validate global and regional models related to the platform collapse and the early Toarcian biotic crisis. In the Sinemurian-Pliensbachian turnover and the Toarcian crisis, the redox-sensitive trace metals, REEs, and Fe content in the brachiopod shells show positive excursions. Nevertheless, their trend together with brachiopod diversity patterns, the lower TOC values, and the sedimentary data, support that oxygen depletion must have played a secondary role as environmental stress factor for the benthic fauna. Instead, an increasing temperature gradient is invoked to have played a decisive role, as demonstrated by the main faunal turnover and replacement events correlating with the palaeotemperatures from the peri-Iberian platforms. Shifts on palaeoproductivity, continental influx, and hydrothermal input are also deduced by the increasing concentrations of several trace elements, interpreted as complementary triggering factors of these Early Jurassic bioevents in the westernmost Tethys Ocean.

En el Jurásico Inferior se registran diversos eventos críticos que influyeron significativamente en los ecosistemas marinos del Tethys occidental. Entre las comunidades bentónicas, en el Paleomargen Sudibérico, los braquiópodos se vieron particularmente afectados por dichos eventos. El episodio tectono-sedimentario distensivo asociado a la apertura del proto-Atlántico conllevó el colapso de las amplias plataformas someras imperantes en el Tethys hasta el Sinemuriense superior-Pliensbaquiense basal, con la consiguiente reorganización de los ecoespacios faunísticos. Posteriormente, el evento de extinción registrado en el Toarciense inferior, trajo consigo importantes alteraciones en el ciclo del carbono así como el desarrollo de condiciones anóxicas que afectaron principalmente a las comunidades bentónicas. En el dominio Subbético, la dinámica poblacional de los braquiópodos coincidió con estos importantes eventos de perturbación ambiental. Se ha analizado la impronta geoquímica registrada en conchas de braquiópodos del Subbético oriental, revelando una clara sincronía entre las oscilaciones del contenido en elementos traza, las tendencias globales en el ciclo del C y del O y la diversidad de la braquiofauna en torno a dichos eventos críticos, lo que permite validar modelos globales y regionales relacionados tanto con el evento de rifting incipiente de las plataformas someras en el Sinemuriense-Pliensbachiense, como con la crisis biótica global en torno al Toarciense inferior. En la renovación faunística verificada para el tránsito Sinemuriense-Pliensbachiense y para el evento de extinción del Toarciense, los metales traza sensibles a las condiciones redox, la concentración de REE y el contenido en Fe en las conchas de braquiópodos muestran excursiones positivas. Esta tendencia, junto a los patrones de diversidad de los braquiópodos, los bajos valores de TOC y las evidencias sedimentarias, sugieren que, en esta región, la anoxia debió representar un factor secundario como causa de estrés ambiental para la fauna bentónica. En cambio, se postula que el progresivo aumento de la temperatura jugó un papel determinante en las cuencas marginales del Tethys occidental, como se demuestra al correlacionar los principales eventos de renovación y sustitución faunística con las paleotemperaturas de las plataformas peri-ibéricas. Los cambios en la paleoproductividad, los aportes continentales y posibles contribuciones hidrotermales se relacionan asimismo con las oscilaciones de determinados elementos traza y se interpretan, por tanto, como factores coadyuvantes desencadenantes de estos bioeventos del Jurásico Inferior en el Tethys occidental.