Environmental changes around the Oligocene/Miocene boundary in the Limagne graben, Massif Central, France

Changements environnementaux survenant à la limite Oligocène/Miocène du bassin des Limagnes (Massif central, France)

¹ Groupe Salins, 92–98 bld Victor Hugo, 92115 Clichy Cedex, France
² Laboratoire de Géologie de Lyon, CNRS UMR 5276, Université Claude Bernard Lyon 1 et Institut Universitaire de France, Lyon, France
³ UMR/CNRS 6282, CNRS, Université de Bourgogne-Franche Comté, 6 boulevard Gabriel, Dijon 21000, France
⁴ 8 quai du Châtelet, Orléans, France

^* Corresponding author: awattinne@wanadoo.fr

Received: 1 February 2018
Accepted: 30 November 2018

Abstract

Continental environments are very sensitive to climatic variations. A unique opportunity to study the climate changes around the Oligocene/Miocene boundary is offered by the Limagne graben Basin (France) where this stage boundary is well constrained by fossils. Indeed, some localities of the Limagne Graben Basin are so rich in mammal remains that they have become a European reference for mammal biostratigraphy. The dominant sedimentary facies of the lacustrine deposits in the northern part of the Limagne Graben Basin are composed of poorly cemented marls and calcarenites containing various plants and animals remains (e.g. algae, fish bones and teeth, gastropods, ostracods, mammals, birds and reptiles remains) associated with stromatolites. Mammal remains, well described in this area from the literature, were used to constrain the chronostratigraphic context of this lacustrine basin, with refinement thanks to new carbon and oxygen isotope measurements, palynological and sedimentological data. In this work, the available information obtained from a classical paleoecological study has been refined by new carbon and oxygen isotope analyses of carbonates and fish teeth retrieved from the washed sediment residues. The results of this study confirm that the Oligocene/Miocene boundary in Europe was a general period of aridity, associated with a cooler climate, which could be the cause of the decline in mammal paleodiversity observed during this period. The gradual evolution from brackish to fresh waters is indicated by the presence of ostracods and gastropods, and the major development of caddisflies. This period is associated to humid climatic conditions while a gradual increase in temperature took place throughout the second part of the Aquitanian. These environmental changes were driven by strong variations of temperatures and a contrasted seasonality.

Résumé

Les environnements continentaux sont très sensibles aux variations climatiques. Une opportunité unique d’étudier les variations climatiques intervenant autour de la limite oligo-miocène est fournie par le bassin des Limagnes, car cette limite y est bien identifiée par les fossiles. En effet, certaines localités du bassin sont si riches en restes de mammifères qu’elles sont devenues des références pour la biostratigraphie mammalienne européenne. Les différents faciès sédimentaires présents dans les dépôts lacustres de la partie nord du bassin sont peu indurés. Il s’agit de marnes et de calcarénites qui ont livré de nombreux fossiles de plantes et d’animaux (algues, restes de poissons, gastéropodes, ostracodes, mammifères, oiseaux et reptiles), associés à des stromatolites. Les mammifères fossiles ont été utilisés par le passé pour contraindre le contexte chronostratigraphique du bassin lacustre ; ces données ont été affinées dans ce travail par une étude palynologique et sédimentologique. Les informations obtenues lors de cette étude paléoécologique classique ont été complétées par l’analyse en isotopes stables des carbonates et des dents de poissons issues des lavages de sédiments. La présence d’une période d’aridité probablement à l’échelle de l’Europe à la limite oligo-miocène est confirmée par cette étude. Cette période d’aridité, associée à un climat plus froid, comme l’atteste la présence de pollens spécifiques, est probablement responsable de l’appauvrissement de la diversité mammalienne également observée durant cette période. Puis, le passage du milieu saumâtre à un milieu d’eau douce se met en place, à partir de l’Aquitanien, attesté par la présence d’ostracodes et de gastéropodes et le développement exceptionnel des phryganes (insectes Trichoptères). Ce passage est associé à des conditions climatiques de nouveau plus humides. La température, quant à elle, augmente graduellement dans la seconde partie de l’Aquitanien. Ces changements environnementaux ont eu lieu sous un climat à fortes variations de températures et une saisonnalité contrastée.