High-resolution organic carbon isotope record across the Cretaceous-Tertiary boundary in south-central Alberta: implications for the post-impact recovery rate of terrestrial ecosystems and use of δ13C as a boundary marker

摘要

A high-resolution study identified a δ13C excursion of -1.8‰ to -2.3‰ in terrestrial organic matter across the Cretaceous-Tertiary (K-T) boundary at two localities in the Scollard Formation of south-central Alberta, one of the northernmost occurrences of the K-T boundary in terrestrial settings. δ13C values are at their lowest within 6 cm above the K-T boundary claystone and return to pre-boundary levels within 10 cm above the boundary claystone. Statistical analyses reveal that the K-T isotopic shift in Alberta is related to the nature of floral changes that occurred across the K-T boundary. A radiometrically dated bentonite resting on the boundary-hosting Nevis coal at one of the localities permits us to estimate that the terrestrial carbon cycle recovered ~100 000 years after the K-T boundary event, a value that supports an existing hypothesis that terrestrial ecosystems recovered more rapidly than marine ecosystems. The organic carbon isotope record of the entire Scollard Formation demonstrates that the δ13C excursion across the K-T boundary did not reach anomalously low values by late Maastrichtian standards in Alberta. Furthermore, the occurrence of the K-T carbon isotope shift within a restricted stratigraphic interval (<10 cm) greatly limits the probability of its preservation in the context of terrestrial sedimentary environments. These observations suggest that, on their own, δ13C profiles may be unreliable for locating the K-T boundary (and possibly other geologically instantaneous events) and that they should be used in combination with other approaches (e.g., palynology) to identify the K-T boundary in sections lacking the boundary claystone and iridium anomaly.Une étude de haute résolution a identifié une excursion isotopique δ13C varient entre -1.8‰ et -2.3‰ dans de la matière organique d'origine continentale à travers la frontière Crétacé-Tertiaire (K-T) présent à deux localités au sein de la Formation Scollard dans le centre-sud de l'Alberta, l'une des occurrences les plus nordiques de la frontière K-T en environnements terrestres. Les valeurs δ13C atteignent leur plus bas niveau dans les premiers 6 cm au-dessus de l'argilite marquant la frontière K-T et retournent à un niveau typique d'avant-frontière dans les 10 cm au-dessus de l'argilite marqueur. Des analyses statistiques révèlent que l'excursion isotopique à la frontière K-T en Alberta est reliée à la nature des changements floraux. La présence d'une couche de bentonite datée radiométriquement au-dessus du lit de charbon Nevis, lequel contient l'argilite marqueur, nous permet d'estimer que le cycle terrestre du carbone se rétablit ~100 000 ans après la frontière K-T, un lapse de temps supportant l'hypothèse suggérée précédemment que le rétablissement des écosystèmes terrestres fut plus rapide que celui des écosystèmes marins. La signature isotopique du carbone organique dans la Formation Scollard démontre que l'excursion δ13C à la frontière K-T n'a pas atteint des valeurs anormalement basses dans le contexte du Maestrichtien tardif. De plus, le fait que l'excursion isotopique à la frontière K-T est restreinte à un court interval stratigraphique (<10 cm) limite grandement les chances de préservation de cette dernière dans le contexte d'environnements de déposition terrestres. Ces observations suggèrent que les profiles δ13C, lorsqu'utilisés seuls, puissent ne pas être fiables pour localiser la frontière K-T (et possiblement d'autres événements géologiquement instantanés) et qu'ils ne devraient être utilisés qu'avec d'autres méthodes (ex: palynologie) pour identifier la frontière K-T dans des coupes stratigraphiques manquant l'argilite marqueur et l'anomalie d'iridium.