Stratigraphic record of environmental changes during the late paleozoic glacial-postglacial transition in northeastern Paraná basin, Brazil

Abstract

Resumo: O intervalo estratigráfico Permocarbonífero da Bacia do Paraná tem sido estudado por mais de 150 anos, motivado principalmente pela sua deposição durante a transição de um estágio glacial para pós-glacial no Paleozoico tardio. Alguns setores da bacia têm um arcabouço cronoestratigráfico bem definido desta mudança climática, a exemplo da porção meridional. Nesta área, a glaciação é inteiramente Carbonífera, e a transição glacial-pós-glacial posicionada próximo ao limite Carbonífero-Permiano. O entendimento dos setores localizados no leste da bacia, por outro lado, revela-se desafiador, devido a ausência de controle cronoestratigráfico de alta resolução. Dessa forma, a parte superior do Grupo Itararé (Formação Taciba; glacial) e inferior-média da Formação Rio Bonito (pós-glacial) no Estado do Paraná são examinadas nesta tese com o objetivo de estabelecer um arcabouço estratigráfico regional do intervalo e delinear possíveis mudanças paleoambientais ocorridas em sintonia com mudanças paleoclimáticas. A sucessão estudada compreende 4 unidades deposicionais, DU1 a DU4, em ordem ascendente. DU1 e DU3 são unidades dominadas por diamictitos, interpretadas como duas glaciações sucessivas, separadas por depósitos não-glaciais (interglaciais) areno-argilosos contendo fósseis de plantas e leitos de carvão (DU2). Uma importante transgressão se seguiu à primeira deglaciação, i.e., "Trangressão Eurydesma", indicada pela presença de fauna homônima em camadas da base de DU2. Ademais, DU2 contém duas floras distintas, i.e., Flora de Phyllotheca- Gangamopteris (P-G), abaixo da Trangressão Eurydesma, e Flora de Glossopteris- Brasilodendron (G-B), acima desta. A transição glacial-pós-glacial é representada pela passagem abrupta de DU3 para DU4, envolvendo melhora climática indicada por evidências sedimentológicas, geoquímicas e paleoflorísticas. Neste sentido, DU4 registra o desaparecimento completo de fácies com afinidade glacial em consonância com a ocorrência exclusiva da Flora G-B e acúmulo mais pronunciado de camadas de carvão. Exemplo destas mudanças ambientais é bem representada pela floresta fóssil de licófitas do tipo Brasilodendron preservada em posição de vida na localidade de Ortigueira. Licófitas do tipo Brasilodendron (Flora G-B) na área de estudo refletem condições pós-glaciais da parte inferior a média da Formação Rio Bonito, propícias à formação de densas florestas em ambientes costeiros. Correlações bioestratigráficas utilizando a Fauna de Eurydesma e Flora P-G entre estratos do Paraná e sucessões com idades radiométricas de alta precisão a sul, permitiram posicionar as duas glaciações e o período interglacial no Asseliano. Desta correlação também depreende-se que a transição glacial-pós-glacial foi diácrona ao longo da margem leste da Bacia do Paraná, pois depósitos interglaciais contendo a Flora P-G (DU2) são equivalentes em tempo a depósitos pós-glaciais portadores da mesma flora no Rio Grande do Sul. Dados de paleocorrentes revelam que os avanços glaciais de DU1 e DU3 ocorreram de nordeste para sudoeste, diferentemente dos níveis inferiores do Grupo Itararé, o que é corroborado por dados de geocronologia de zircão detrítico, que indicam que a passagem da parte intermediária para superior do Grupo Itararé envolve uma importante mudança de área-fonte. Dépósitos da Formação Taciba possuem importante contribuição de áreas-fontes consideradas distantes, em contraste com as formações Campo Mourão, abaixo, e Rio Bonito, acima, ambas dominadas por idades consideradas locais.

Abstract: The Permo-Carboniferous stratigraphic interval of the Paraná Basin has been studied for over 150 years, mainly due to its paleoclimatic significance, which deposition occurred during a glacial-postglacial transition. Some sectors of the basin have a well-constrained chronostratigraphic framework of this climate shift, as the southernmost part. In that area, glaciation is entirely Carboniferous in age and the glacial-postglacial transition is placed on the Carboniferous-Permian boundary. The understanding of northeastern sectors of the basin, conversely, is challenging, due to the lack of high-resolution chronostratigraphic information. Therefore, the upper Itararé Group (Taciba Formation; glacial) and the lower-middle Rio Bonito Formation (postglacial) in the Paraná State are examined in this thesis aiming to establish a regional stratigraphic framework and to delineate potential paleoenvironmental changes that may have occurred in step with paleoclimatic changes. The examined succession comprises four stacked depositional units (DU1 to DU4 from older to younger). DU1 and DU3 are diamictite-dominated units interpreted as consecutive glaciation events, separated by interglacial deposits commonly bearing fossil plants and coal seams (DU2). An important transgression followed the first deglaciation, which is equivalent to the "Eurydesma Transgression", indicated by the presence of marine invertebrate of the homonymous fauna. DU2 holds elements of two different floras, i.e., Phyllotheca- Gangamopteris (P-G), predating the Eurydesma Transgression, and Glossopteris- Brasilodendron (G-B) Flora, above this. The glacial-postglacial transition is represented by the abrupt passage from DU3 to DU4, involving climate improving indicated by sedimentological, geochemical and paleofloristic evidence. In this sense, DU4 records the vanishing of glacially-influenced facies associated with the exclusive occurrence of the G-B Flora and more pronounced accumulation of coal seams. Example of these environmental changes is best represented by the occurrence of the Brasilodendron-like lycopsid forest preserved in life position in the Ortigueira locality. Brasilodendron-like lycopsids (G-B Flora) in the study area reflect postglacial conditions of the lower-middle Rio Bonito Formation, favorable to the establishment of dense forests in coastal environments. Biostratigraphic correlations using the Eurydesma Fauna and the P-G Flora between strata of the study area and southern successions with high-precision radiometric ages allowed to position the two deglaciation sequences and the interglacial period in the Asselian. This correlation also shows that the glacial-postglacial transition was diachronous along the eastern margin of the Paraná Basin, as interglacial deposits containing the P-G Flora (DU2) in the study area are equivalent in time to postglacial deposits characterized by the same flora in the Rio Grande do Sul State. Paleocurrent data reveal that glacial advances represented by DU1 and DU3 occurred from northeast to southwest, differently from the underlying levels of the Itararé Group, what is supported by detrital zircon geochronology data, as the passage from the Campo Mourão Formation to the Taciba Formation is followed by an important change in the source-area. Deposits of the Taciba Formation have significant contribution of distal terranes, in contrast with the Campo Mourão Formation, below, and Rio Bonito Formation, above, both dominated by local signature ages.