Magnetic susceptibility controlled by climate-driven weathering intensity

La susceptibilité magnétique contrôlée par l’intensité de l’altération climatique

¹ Géosciences Environnement Toulouse, CNRS UMR 5563 (CNRS/UPS/IRD/CNES), Université de Toulouse, Observatoire Midi-Pyrénées, Toulouse, France
² Géosciences Montpellier, Université de Montpellier, CNRS UMR 5243, Montpellier, France
³ Centre for Planetary Habitability (PHAB), University of Oslo, Oslo, Norway
⁴ Geology and Sustainable Mining Institute, Mohammed VI Polytechnic University, Ben Guerir 43150, Morocco
⁵ Department of Earth and Environmental Sciences, Ludwig Maximilians University, Munich, Germany

^* e-mail: jeremie.aubineau@get.omp.eu

Received: 14 February 2024
Accepted: 21 October 2024

Abstract

Magnetic susceptibility (MS) variations are commonly attributed to eustatic and/or climatic changes that impact the delivery of fine-grained detrital magnetic minerals. However, the mechanism responsible for sourcing magnetic minerals from land to the ocean is not fully understood. Bulk mineralogy, Rietveld refinements of powder XRD patterns, and whole-rock geochemistry, combined with a MS investigation across a ∼290 m-thick Upper Cretaceous/Paleogene sedimentary sequence at Erguita, Morocco, imply that iron is exclusively detrital in origin. Moreover, MS fluctuations occurred independently from depositional setting and sea-level variations. Rock magnetism investigations further show that a complex assemblage of ferromagnetic sensu lato minerals is recorded in the Erguita sedimentary section, and a proportion of more or less oxidized magnetite supplied to the depositional setting controls the MS variations. This study chronicles that the weathering of the Anti-Atlas crystalline basement led to the supply of detrital Fe-bearing phyllosilicates and ferromagnetic (sensu lato) Fe-oxides to the eastern passive margin of the Atlantic Ocean from the Late Cretaceous to the mid-Paleogene. Higher weathering intensity drove up the detrital magnetic material in all lithologies, which, in turn, increased the MS signal. Importantly, this model nicely coincides with the climatic upheavals of the Paleogene. We propose that this unrecognized link between MS and climate-driven weathering intensity is paramount to unraveling the origin of the low MS interval below the Cretaceous-Paleogene boundary. Climate cooling resulting in reduced weathering rather than a global acidification triggered by Phase 2 of Deccan volcanism could help explain the MS trend at that time.

Résumé

Les variations de la susceptibilité magnétique (SM) sont généralement attribuées à des changements eustatiques et/ou climatiques qui ont un impact sur l’apport des minéraux magnétiques détritiques. Cependant, le mécanisme responsable de l’apport de minéraux magnétiques du continent vers l’océan n’est pas entièrement compris. La minéralogie de roche totale, la méthode de Rietveld à partir de diffractogrammes de poudres et la géochimie de roche totale, combinés à une étude de SM sur une séquence sédimentaire du Crétacé supérieur/Paléogène d’une épaisseur de ∼290 m à Erguita, au Maroc, impliquent que le fer a une origine exclusivement détritique. Les fluctuations de la SM se sont produites indépendamment du cadre environnemental de dépôt et des variations du niveau de la mer. Les études sur le magnétisme des roches montrent qu’un assemblage complexe de minéraux ferromagnétiques sensu lato est enregistré dans la section sédimentaire d’Erguita, et que de la magnétite plus ou moins oxydée contrôle les variations de susceptibilité magnétique Cette étude montre que l’altération probablement du socle cristallin de l’Anti-Atlas a entraîné l’apport de phyllosilicates détritiques contenant du fer et d’oxydes de fer ferromagnétiques (sensu lato) vers la marge passive orientale de l’océan Atlantique, de la fin du Crétacé jusqu’au milieu du Paléogène. L’intensité accrue de l’altération a entraîné une augmentation du matériel magnétique détritique dans toutes les lithologies, ce qui, à son tour, a augmenté le signal de SM. Il est important de noter que ce modèle coïncide parfaitement avec les bouleversements climatiques du Paléogène. Nous proposons que ce lien méconnu entre la SM et l’intensité de l’altération induite par le climat soit primordial pour élucider l’origine de l’intervalle à faibles valeurs de SM sous la limite Crétacé-Paléogène. Un refroidissement climatique entraînant une réduction de l’altération plutôt qu’une acidification globale déclenchée par la phase 2 du volcanisme du Deccan pourrait contribuer à expliquer la tendance à la SM à cette époque.