Evolution of C isotopes in the Cambrian of China: implications for Cambrian subdivision and trilobite mass extinctions - 19/05/08

Doi : 10.1016/j.geobios.2003.06.001 
Mao-Yan Zhu , Jun-Ming Zhang, Guo-Xiang Li, Ai-Hua Yang
Nanjing Institute of Geology and Palaeontology, Academia Sinica, 210008 Nanjing, P.R. China 

*Corresponding author.

Abstract

Carbon and oxygen isotopes were studied in fossiliferous Cambrian carbonates in northwestern Hunan Province (South China) and in northern Anhui and southern Shandong provinces (North China). Two major C isotope excursions related to biological events occur in the Wangcun section (Yongshun County, northwestern Hunan), which consists of a slope carbonate sequence (510 m thick) containing abundant trilobites. The first C isotope excursion (δ13C value shifts from –2.3‰ to 2‰) occurs near the boundary between the Qingxudong and Aoxi formations, close to the traditional Lower-Middle Cambrian boundary. The second excursion (δ13C value shifts from 0‰ to 3‰) occurs in the interval between the Linguagnostus reconditus Zone and the Glyptagnostus reticulatus Zone. The base of the G. reticulatus Zone define the base of the Paibi Stage and Furongian Series. Similar C isotope excursions also occur in shallow – water carbonate sections in North China. In Jiagou section near Huainan (Anhui Province), recently considered an important interval for defining the lower-middle Cambrian boundary because of dramatic changes in the trilobite fauna (extinction of redlichiids and appearances of ptychopariids), a negative C isotope excursion (δ13C value shifts from +1.21‰ to –1.93‰) occurs at the top of the lower member of the Mantou Formation. In the Gushan section (Changqing County, Shandong Province), a C isotope excursion (δ13C value shifts from –0.04‰ to 2.23‰) occurs at the base of the Changshan Formation and is coincident with the base of the Chuangia Zone. This excursion can be correlated with the excursion in the lower part of Glyptagnostus reticulatus Zone in the Wangcun section. The above two distinct C isotope excursions, which occur both in slope carbonates in South China and in shallow – water carbonates in North China, have also been recognized in Cambrian sections on other continents, and they coincide with global mass extinctions of trilobites. The two excursions evidently reflect global changes of Cambrian sea level, and they have utility for Cambrian subdivisions and for both regional and global stratigraphic correlation. In addition, a negative carbon excursion below the base of the Ptychagnostus atavus Zone in the Wangcun section supports previous suggestions that the FAD of P. atavus can be considered as a global correlatable horizon within the middle Cambrian.

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Résumé

Les isotopes du carbone et de l'oxygène ont été étudiés dans des carbonates fossilifères cambriens du nord-ouest de la Province du Hunnan (Chine du Sud) dans le nord de la Province du Anhui et dans le sud de la Province du Shandong (Chine du Nord). Deux anomalies positives majeures du carbone liées à des événements biologiques sont détectées dans la coupe de Wangcun (Yongshun County, nord-ouest du Hunan) qui est constituée d'une séquence carbonatée de pente (épaisseur 510 m) contenant d'abondants trilobites. La première anomalie positive du carbone (variations de δ13C entre –2.3‰ to 2‰) se situe près de la limite entre les formations de Qingxudong et d'Aoxi, proche de la limite Cambrien inférieur-moyen traditionnellement définie. La seconde anomalie positive (variations de δ13C entre 0‰ et 3‰) se situe dans l'intervalle entre la zone à Linguagnostus reconditus et la zone à Glyptagnostus reticulatus. La base de la zone à G. reticulates définit la base de l'étage Paibi et les séries du Furongien. Des anomalies isotopiques positives comparables ont été également détectées dans des coupes de séries carbonatées peu profondes du nord de la Chine. Dans la coupe de Jiagou près de Huainan (Province de Anhui), récemment reconnue comme un intervalle important pour la définition de la limite Cambrien inférieur-Cambrien moyen à cause de changements très importants dans la faune de trilobites (extinctions des redlichiidés et apparition des ptychopariidés), une anomalie négative de l'isotope du carbone (variations du δ13C entre +1.21‰ et –1.93‰) est signalée au sommet du membre inférieur de la Formation Mantou. Dans la coupe de Gushan (Changqing County, Province de Shandong), une anomalie positive du carbone (variations du δ13C entre –0.04‰ et 2.23‰)est présente à la base de la Formation de Changshan et coïncide avec la base de la zone à Chuangia. Cette anomalie peut être corrélée avec l'anomalie de la partie inférieure de la zone à Glyptagnostus reticulates dans la coupe de Wangcun. Les deux anomalies distinctes de l'isotope du carbone qui sont présentes à la fois dans les carbonates de pente de Chine du Sud et dans les carbonates peu profonds du nord de la Chine, ont été reconnues dans le Cambrien d'autres continents et elles coïncident avec des extinctions en masse de trilobites à l'échelle mondiale. Les deux anomalies reflètent de façon évidente des changements du niveau marin au Cambrien (à l'échelle mondiale) et elles ont une utilité pour les subdivisions du Cambrien et pour des corrélations stratigraphiques à l'échelle locale ou mondiale. En plus, une anomalie négative du carbone sous la base de la zone à Ptychagnostus atavus dans la coupe de Wangcun apporte un argument en faveur du choix d'un FAD à P. atavus comme horizon corrélable à l'échelle mondiale pour le Cambrien moyen.

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Keywords : Cambrian, Carbon isotopes, Stratigraphy, Chemostratigraphy, Mass extinction, South China, North China

Mots-clé : Cambrien, Isotope du carbone, Stratigraphie, Chémostratigraphie, Extinction en masse, Chine du Sud, Chine du Nord


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Vol 37 - N° 2

P. 287-301 - mars-avril 2004 Retour au numéro
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  • Trilobites and ichnofossils from a new fossil Lagerstätte in the Lower Cambrian Pardailhan Formation, southern Montagne Noire, France
  • Daniel Vizcaïno, J.Javier Álvaro, Éric Monceret

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