Meandering tidal-fluvial channels and lag concentration of terrestrial vertebrates in the fluvial-tidal transition of an ancient estuary in Patagonia

Abstract

The La Pastosa beds constitute a nice example of sediments deposited in the highly meandering reach of the fluvial-tidal transition within an estuary, developed at the top of the “Rionegrense” stage, a marine-estuarine sequence of late Miocene age from Patagonia. Sedimentary facies include channel lags rich in mud intraclasts; cross-bedded sandstones with mud drapes and “set-climber” ripples; heterolithic and herringbone bedding; and inclined heterolithic stratification (IHS), and suggest a strong tidal influence. Tidal facies together with paucity of bioturbation and marine fossils indicate that sedimentation took place mainly in brackish tidal-fluvial channels, bounded by deposits formed in transgressive conditions at the base and at the top of the succession. Channel lag intraformational conglomerates are product of collapse of the cutbank due to erosion in the active margin of lateral migrating meandering channels that eroded adjacent muddy tidal flats and salt marshes. Crossbedded sandstones were accumulated above the conglomerates, forming subtidal sand dunes in the deeper parts of the channels and IHS was formed in point bars. Discontinuities at the base of the channels are the result of the entire channel-system lateral migration, whereas discontinuities capped by small mud pebbles at the base of large IHS sets are the result of seasonally increased run-off and widening of the channels. Alternation of sandy and muddy IHS suggests periodical changes in the position of the turbidity maximum due to seasonal variation of fluvial discharge, in good agreement with the seasonal climate in Patagonia during the late Miocene. IHS sets dipping alternatively to the north and south indicate lateral migration of the east-west running, high-sinuosity channels in the tightly meandering reach of the tidal-fluvial transition. The well preserved vertebrate fauna of Huayquerian mammal age is dominated by the hydrocherid Cardiatherium patagonicum together with whistling ducks and loricariid fishes. This fauna inhabited out-of-channel, freshwater, low-energy restricted environments, like marshes and ponds where the carcasses accumulated and underwent diagenetic fossilization. Repeated lateral migration of meandering channels caused erosion of these deposits and the bones were exhumed and incorporated into the channels, and finally concentrated in channel lags after short transport. Combination of fossilization in a low-energy environment and concentration after short transport in meandering channels make the fluvial-tidal transition “first class” deposits for prospecting vertebrate fossils. In spite of exhumation and transport, vertebrate fossil association closely reflects the environments adjacent to the channels. Excellent preservation is more related to rapid burial than to the energy level of the environment of final accumulation.

Los estratos de La Pastosa constituyen un buen ejemplo de sedimentos depositados en la porción meandriforme de alta sinuosidad de un sistema de transición fluvial/mareal en un estuario. Estos representan el tope del “Rionegrense”, una sucesión marino marginal del Mioceno tardío de Patagonia. Facies sedimentarias tales como residuos de canal con abundantes intraclastos pelíticos; areniscas con estratificación entrecruzada, cortinas de fango y ondulitas ascendentes en caras de avalancha; estratificación heterolítica horizontal; estratificación tipo “hueso de arenque” (herringbone); y estratificación heterolítica inclinada (IHS) indican una importante influencia mareal. Todo ello, sumado a la escasez de bioturbación y fósiles marinos, indican que la sedimentación ocurrió principalmente en canales de mareafluviales, limitados por depósitos transgresivos tanto en la base como en el tope de la sucesión. Los conglomerados residuales intraformacionales son producto del colapso de la pared erosiva (cutbank) por la migración lateral de canales meandrosos que erodaron las planicies de mareas fangosas y marismas adyacentes. Las areniscas con estratificación entrecruzada se acumularon por encima de los conglomerados, en forma de dunas arenosas submareales dentro del canal y las IHS se formaron por migración de barras en espolón. Las discontinuidades de la base de los canales son el resultado de la migración del sistema canalizado en su totalidad mientras que las discontinuidades en la base de los grandes sets de IHS se deben al incremento estacional de la descarga fluvial con el consecuente ensanchamiento del canal. La alternancia de porciones fangosas y arenosas en las IHS sugiere cambios periódicos en la posición del máximo de turbidez causados por variaciones estacionales en la descarga fluvial, en concordancia con el clima marcadamente estacional que se registra en la Patagonia durante el Mioceno tardío. Los sets de IHS que inclinan al N y al S indican la recurrencia de la migración lateral de canales meandrosos de alta sinuosidad orientados en sentido E-O. La fauna de vertebrados muy bien preservados de edad mamífero Huayqueriense, está dominada por el hidroquérido Cardiatherium patagonicum junto con patos silbadores y peces loricárdidos. Estos organismos vivían fuera de los canales, en ambientes restringidos de agua dulce y baja energía como marismas y lagunas, en donde los esqueletos se acumularon y fosilizaron durante la diagénesis temprana. La repetida migración lateral de los canales produjo erosión de estos depósitos y los huesos fueron exhumados e incorporados a los canales, para finalmente ser concentrados en los depósitos residuales luego de un corto transporte. La combinación de la fosilización en ambientes de baja energía y la posterior concentración luego de un breve transporte en canales meandrosos hacen a los depósitos de la transición fluvial/mareal un objetivo de primera clase en la búsqueda de vertebrados fósiles. Pese a la exhumación y al transporte sufrido, la asociación de vertebrados fósiles refleja fielmente el ambiente adyacente al canal. La excelente preservación depende en mayor medida del rápido sepultamiento antes que de la energía del ambiente de acumulación final.