Hydrological differences between the Lutetian Paris and Hampshire basins revealed by stable isotopes of conid gastropods

Différences hydrologiques des bassins Lutétiens de Paris et du Hampshire révélée par les isotopes stables des gastéropodes conids

¹ Department of Earth and Environmental Sciences, KU Leuven, Celestijnenlaan 200E, 3001 Heverlee, Belgium
² Analytical, Environmental and Geochemistry research group, Vrije Universiteit Brussel, Pleinlaan 2, 1050 Brussels, Belgium

^* Corresponding author: alex.dino17@gmail.com

Received: 5 February 2021
Accepted: 1 February 2022

Abstract

During the Eocene greenhouse (56.0–33.9 Ma), northwest Europe was dominated by a semi-arid para-tropical climate but the paleohydrological conditions are poorly known. To gain more insight into seasonal hydrological conditions in the region, we compare Lutetian (middle Eocene, ∼ 44–45 Ma) mollusk δ¹⁸O records from two shallow marine basins on either side of the English Channel, i.e., the Paris and Hampshire Basins. The semi-circular Paris Basin was open to the Atlantic Ocean, while the Hampshire Basin was more enclosed and influenced by the draining of several rivers. The proximity of the basins and the similarity of their faunal assemblages suggest that they experienced roughly similar seawater temperatures but the seasonal hydrology is expected to have been different between these basins. Among the numerous mollusks present in both basins are several members of Conidae, a gastropod family that is particularly well-suited for paleoseasonality reconstructions. To assess the paleohydrological differences between these basins we analyzed the stable oxygen isotopic composition of three specimens of Eoconus deperditus from the Banc à Verrains in the middle part of the Calcaire Grossier Formation of the Paris Basin (France), and three specimens of Eoconus edwardsi from the Shepherd’s Gutter Bed in the upper part of the Selsey Formation of the Hampshire Basin (United Kingdom). While the seasonal variability appears to have been similar between these basins, the δ¹⁸O values of the Hampshire Basin specimens are consistently lower than those in the Paris Basin, suggesting a regional difference in δ¹⁸O_sw of 1–2‰ between the basins. This difference in δ¹⁸O_sw was likely related to the greater influence of fluvial discharge within the Hampshire basin, compared to the Paris Basin.

Résumé

Durant la période de l’Éocène (56,0–33,9 Ma), il est établi que le Nord-Ouest de l’Europe était dominé par un climat para-tropical, semi-aride, mais les conditions paléohydrologiques sont peu connues. Afin de mieux déterminer les conditions hydrologiques saisonnières dans la région, nous comparons les enregistrements δ¹⁸O de mollusques Lutétiens (Éocène moyen, ∼ 44–45 Ma) issus de deux bassins marins peu profonds de part et d’autre de la Manche : les bassins de Paris et du Hampshire. Le bassin semi-circulaire de Paris était ouvert sur l’océan Atlantique, tandis que le bassin du Hampshire était plus fermé et influencé par le drainage de plusieurs rivières. La proximité de ces bassins suggère qu’ils ont connu des températures d’eau de mer relativement similaires, mais l’hydrologie saisonnière pourrait avoir été fort différente entre ces bassins. Parmi les nombreux mollusques présents dans les deux bassins, on trouve plusieurs membres des Conidae, une famille de gastéropodes particulièrement adaptée aux reconstitutions de la paléo-saisonnalité. Afin d’évaluer les différences paléohydrologiques entre ces bassins, nous avons analysé la composition isotopique stable de l’oxygène (δ¹⁸O) de trois spécimens d’Eoconus deperditus du Banc à Verrains situé dans la partie centrale de la Formation de Calcaire Grossier du bassin de Paris (France), et de trois spécimens d’Eoconus edwardsi du lit de la Shepherd’s Gutter Bed dans la partie supérieure de la Formation de Selsey du bassin du Hampshire (Royaume-Uni). Bien que la variabilité saisonnière semble avoir été similaire dans ces deux bassins, les valeurs de δ¹⁸O des spécimens du bassin du Hampshire sont systématiquement inférieures à celles du bassin de Paris, ce qui suggère une différence régionale de 1–2‰ entre les bassins. Cette différence de δ¹⁸O_sw était probablement liée à la plus grande influence du débit fluvial dans le bassin du Hampshire, comparé au bassin de Paris.