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Major volcanic eruptions linked to the Late Ordovician mass extinction: evidence from mercury enrichment and Hg isotopes

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This paper examines evidence for volcanism and associated climate warming as a driver for the Late Ordovician mass extinction.

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Cet article examine les preuves du volcanisme et le réchauffement climatique associé comme moteur de l'extinction massive de l'Ordovicien supérieur.

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The Late Ordovician mass extinction (LOME) was the second most severe Phanerozoic biodiversity crisis. While environmental deterioration and oceanographic changes associated with the Hirnantian glaciation have been frequently invoked as potential extinction drivers, recentevidence for a large igneous province eruption at that time has challenged this prevailing view. As such, the triggering and killing mechanisms of the LOME remain debated. Here we report mercury (Hg) concentrations, isotopic compositions, Hg/total sulfur (Hg/TS), and Hg/total organic carbon (Hg/TOC)in Late Ordovician limestone/black shale alternations from two successions in South China and Laurentia that straddled the paleoequator. Our results, in both areas, show multiple Hg enrichments before and during the LOME, suggesting a global, or at least a widespread increase in environmental Hgloading. The initial Hg enrichments occur in the mid-upper Katian units and are followed by additional Hg anomalies in the lower Hirnantian strata that coincide temporally with the first pulse of the LOME. Extremely high levels of Hg, Hg/TS, and Hg/TOC, with maximum values of 737 ng g-1, 633 ng g-1Hg/wt% TS, and 167 ng g-1 Hg/wt% TOC, respectively, represent ~3-13 × background values, indicating increased Hg input to the ocean. The absence of mass-independent fractionation of Hg isotopes in the Hg-enriched intervals suggests a volcanic source for the observed Hg anomalies. The temporalcoincidence of Hg anomalies with the extinction horizon in both continents suggests that extensive and widespread volcanism may have had global climatic and ecological impact, and was a primary trigger for prolonged and synergetic deterioration of Late Ordovician environment such as climate changes,ocean acidification, and anoxia, causing the LOME.

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L'extinction massive de l'Ordovicien supérieur (LOME) a été la deuxième crise de biodiversité phanérozoïque la plus grave. Alors que la détérioration de l'environnement et les changements océanographiques associés à la glaciation hirnantienne ont été fréquemment invoquéscomme facteurs potentiels d'extinction, des preuves récentes d'une grande éruption de la province ignée à cette époque ont remis en question cette vision dominante. A ce titre, les mécanismes de déclenchement et de mise à mort de la LOME restent débattus. Nous rapportons ici les concentrations demercure (Hg), les compositions isotopiques, Hg / soufre total (Hg / TS) et Hg / carbone organique total (Hg / COT) dans les alternances de calcaire de l'Ordovicien supérieur / schiste noir de deux successions en Chine du Sud et dans la Laurentie qui chevauchait le paléoéquateur. Nos résultats, dansles deux domaines, montrent de multiples enrichissements en Hg avant et pendant le LOME, suggérant une augmentation globale, ou du moins généralisée, de la charge environnementale en Hg. Les enrichissements initiaux en Hg se produisent dans les unités katiennes moyennes-supérieures et sont suivisd'anomalies supplémentaires en Hg dans les strates hirnantiennes inférieures qui coïncident temporellement avec la première impulsion du LOME. Des niveaux extrêmement élevés de Hg, Hg / TS et Hg / COT, avec des valeurs maximales de 737 ng g - 1, 633 ng g -1 Hg / wt% TS et 167 ng g -1 Hg / wt% COT,respectivement, représentent ~ 3-13 × valeurs de fond, indiquant une augmentation de l'apport de Hg dans l'océan. L'absence de fractionnement indépendant de la masse des isotopes de Hg dans les intervalles enrichis en Hg suggère une source volcanique pour les anomalies de Hg observées. Lacoïncidence temporelle des anomalies de Hg avec l'horizon d'extinction dans les deux continents suggère que le volcanisme extensif et répandu peut avoir eu un impact climatique et écologique global, et a été un déclencheur principal de la détérioration prolongée et synergique de l'environnement del'Ordovicien supérieur, comme les changements climatiques, l'acidification des océans, et l'anoxie, provoquant le LOME.

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Major volcanic eruptions linked to the Late Ordovician mass extinction: evidence from mercury enrichment and Hg isotopes