Climate and Atlantic sea-level recorded in Southwestern Spain from 6.3 to 5.2 Ma. Inferences on the Messinian Crisis in the Mediterranean.

Climat et niveau de l’océan Atlantique restitués en Espagne du Sud-Ouest de 6,3 à 5,2 Ma. Implications sur la Crise messinienne en Méditerranée

¹ Sorbonne Université, CNRS-INSU, Institut des Sciences de la Terre, ISTeP UMR 7193, 75005 Paris, France
² ISEM, Univ. Montpellier, CNRS, IRD, EPHE, Montpellier, France
³ Department of Geology and Geophysics and Museum of Natural Science, Louisiana State University, Baton Rouge, LA, USA
⁴ Departamento de Estratigrafía y Paleontología, Universidad de Granada, Avenida Fuentenueva s/n, 18002 Granada, Spain

^* Corresponding author: jeanpierre.suc@gmail.com

Received: 5 December 2022
Accepted: 25 September 2023

Abstract

The Mio-Pliocene succession of Andalusia on the Atlantic coast (Guadalquivir Basin) is known as one of the former stratotype candidate for the Andalusian Stage, proposed during the seventies as the last stage of the Miocene. Its type section is located in Carmona, east of Seville. Our investigation includes the drilling of three cored boreholes, which provide bio- and magnetic-stratigraphic data in complement to pre-existing industrial information, and a high-resolution palynological analysis (pollen grains, spores and dinoflagellate cysts). The pollen flora and its climatic quantification provide the mean to correlate the section to the oxygen isotope curve from the Montemayor-1 borehole, located about 80 km to the West of Carmona. The variations in the ratio between dinoflagellate cysts and pollen grains are used to identify high and low oceanic levels, consistently with a recent paleobathymetric reconstruction based on foraminifera: the two lowest levels being successively marked by the deposit of a littoral calcarenite (the Calizza Tosca Formation) then by a subaerial erosive episode. Based on the correlation with the Montemayor-1 regional drilling, the two major lowerings in oceanic level observed at Carmona are linked with the two episodes of the Messinian Crisis. The interlocking position of the high-energy sandstone deposits inscribed in the Messinian valley leads to an assessment of a drop in the global oceanic level of about 114 m at the beginning of the paroxysm of the Messinian Crisis, amplitude to be moderated with respect to the potential effect of isostatic readjustements due to the Messinian Crisis. Comparisons are discussed with the amplitude of the Messinian Erosional Surface in the West-Alboran Basin which potentially remained suspended and fed with Atlantic waters during the height of the crisis and isolated from the rest of the almost totally dried Mediterranean Basin. The quantified climate constructed from the pollen records confirms that dry conditions existed before the Messinian Crisis in Southern Mediterranean latitudes including the Atlantic side, making the Mediterranean Sea climatically predisposed to desiccation. Atlantic sea-level variations observed in the Guadalquivir region and measured at Carmona suggest that global glacio-eustatism somewhat facilitated the onset and completion of the Messinian Crisis in the Mediterranean Basin. At last, this work allows to discriminate two regional erosive events: the first one, dated at 5.60 Ma, of fluvial origin in relation with global eustasy; the second one, submarine, occurred just before 5.33 Ma, and referred to the strain exerted by the Guadalquivir olistostrome.

Résumé

La succession mio-pliocène d’Andalousie atlantique (bassin du Guadalquivir) est connue comme ancienne candidate pour le stratotype de l’Andalousien, proposé comme dernier étage du Miocène dans les années 70. Sa coupe-type est située à Carmona, à l’est de Séville. Nos travaux comprennent notamment la réalisation de trois forages carottés où furent acquises des données bio- et magnéto-stratigraphiques complémentaires aux informations connues des recherches industrielles et, surtout, une analyse palynologique (grains de pollen et kystes de dinoflagellés) à haute résolution. La flore pollinique et la quantification climatique autorisent des corrélations climatostratigraphiques avec la courbe δ¹⁸O du forage Montemayor-1 implanté près de Huelva. Les variations du rapport entre kystes de dinoflagellés et grains de pollen permettent d’identifier les hauts et bas niveaux océaniques en accord avec une récente estimation paléobathymétrique basée sur les foraminifères, les deux plus bas niveaux étant successivement marqués par le dépôt d’une calcarénite littorale (Formation de la Caliza Tosca) puis par un épisode érosif subaérien. Après corrélation avec le forage Montemayor-1, ces deux baisses du niveau océanique sont respectivement mises en correspondance avec les deux temps de la Crise messinienne. L’emboîtement des dépôts gréseux à haute énergie inscrits dans la vallée messinienne conduit à évaluer une chute du niveau atlantique d’environ 114 m lors du paroxysme de la Crise messinienne, amplitude à modérer toutefois compte tenu du possible effet des rebonds isostatiques liés à la Crise messinienne. Des comparaisons sont discutées avec l’ampleur de l’érosion messinienne dans le bassin ouest-Alboran potentiellement resté suspendu et alimenté en eaux atlantiques pendant le paroxysme de la crise et isolé du reste du bassin méditerranéen quasi-totalement asséché. Les restitutions quantifiées du climat comparées entre la province atlantique et le domaine méditerranéen confirment les conditions xériques des latitudes sud-méditerranéennes s.l. et ainsi la prédisposition climatique de la Méditerranée à la dessiccation. Les variations du niveau atlantique observées dans la région du Guadalquivir et mesurées à Carmona suggèrent que le glacio-eustatisme global a quelque peu contribué au déclenchement et à l’achèvement de la Crise messinienne en Méditerranée. Ce travail permet enfin de discriminer deux événements érosifs régionaux : le premier à 5,60 Ma, d’origine fluviatile en relation avec l’eustatisme global, le second intervenu peu avant 5,33 Ma, sous-marin, lié aux contraintes exercées par l’olistostrome du Guadalquivir.