U/Th dating and open system behavior: implications for travertines based on the study of Süttő (Hungary) and Ballik (Turkey) sites

Résumé En Fr

Reliable dating is essential in order to put palaeoclimatological, palaeoenvironmental and archeological information from continental carbonates in the correct time frame. This study evaluates U/Th dating of travertines based on two case studies, i.e., in the Ballık (Denizli, SW Turkey) and Süttő (N Hungary) areas. Previous petrographic, mineralogical and elemental characterization of the travertines enabled sampling of, purely calcitic, micrite or spar dominant, zones that are non-, or solely weak, cathodoluminescent. Despite adapted sampling and detrital thorium corrections, U/Th ages of the Ballık and the Süttő travertines are inconsistent with their stratigraphic position. Based on the observation of wavy extinction affecting micritic fabrics and ghost structures, the studied travertines behaved as an open system for uranium after deposition through recrystallisation. Their U/Th ages, consequently, can only be considered as minimum ages. The Ballık travertines precipitated earlier than 0.55-1.31 Ma ago, when late-stage cementation along fractures and in cavities took place, and form the oldest travertines deposited in the Denizli basin. The formation of the Süttő travertine area started at the earliest around 2.5 Ma with precipitation of the Cukor travertine. With some short interruptions, active travertine formation in the area took place maximally until 120 ka. The decreasing ages of the Süttő travertines towards the Danube, prove the complex nature of travertines both during deposition as well as during diagenesis, which leads to anomalies with regard to the law of superposition. The diagenetic susceptibility of continental carbonate deposits poses problems in terms of accurate and precise dating. U/Th dating of the intrinsically heterogeneous fabrics of travertines and tufa, as presently applied, should be ceased. Travertines and tufa up to ~100 ka might be the exception due to the limited extent of recrystallisation. Sparite cements and veins can be dated more accurately but, even with multiple samples from the same study site and inclusion of coeval samples, give only minimum ages for the whole deposits. To better constrain the time frame of the whole bodies, results from independent dating methods and from the surrounding deposits are necessary. In addition, it is important to keep in mind that the open-system behavior of continental carbonates has implications for diagenetic, palaeoenvironmental and palaeoclimatological studies based on geochemical proxies.

Des datations fiables sont essentielles afin de replacer les informations paléoclimatologiques, paléoenvironmentales et archéologiques tirées des carbonates continentaux dans un cadre chronologique correct. Cette étude évalue la validité des datations U/Th de travertins à partir de deux cas d´études situés dans les régions de Ballık (Denizli, sud-ouest de la Turquie) et Süttő (nord de la Hongrie). La caractérisation pétrographique, minéralogique et géochimique antérieure a permis de choisir des échantillons dans des zones constituées de calcite pure, dominées par la micrite ou la sparite, et faiblement ou non cathodoluminescentes. Malgré un échantillonnage adapté et l’application d’une correction pour le thorium détritique, les âges obtenus sont incohérents avec leur position stratigraphique. L’observation d’extinctions onduleuses affectant les fabriques micritiques et les structures fantômes suggère que les travertins étudiés se comportent comme un système ouvert pour l’uranium après précipitation par recristallisation. En conséquence, leurs âges U/Th ne peuvent donc être considérés que comme des âges minimums. Les travertins Ballık ont précipités il y a plus de 0.55-1.31 Ma lors de la phase de cimentation tardive le long de fractures et dans des cavités, et forment les travertins les plus anciens du bassin de Denizli. La formation des travertins de Süttő a commencé au plus tôt il y a 2.5 Ma avec la précipitation du travertin Cukor. Avec quelques interruptions courtes, la formation de travertins actifs dans la région s’est déroulée au maximum jusqu’à 120 ka. Plus on s’approche du Danube, plus les âges du travertin de Sütto rajeunissent, prouvant ainsi la nature complexe des travertins tant lors du dépôt que lors de la diagenèse, ce qui conduit à des anomalies en ce qui concerne la loi de superposition. Les processus diagénétiques des carbonates continentaux posent problème en termes de datations justes et précises. La datation U/Th des fabriques intrinsèquement hétérogènes des travertins et des tufs, telle qu’elle est actuellement appliquée, devrait donc cesser. Les travertins et tufs jusqu’à ~100 ka pourraient être l’exception en raison de l’étendue limitée de la recristallisation. Les ciments et veines sparitiques peuvent être datés avec plus de précision mais, même avec plusieurs échantillons provenant du même site d’étude et l’inclusion d’échantillons contemporains, ils ne fournissent que des âges minimaux pour l’ensemble des dépôts. Pour mieux contraindre le cadre chronologique de la croissance des carbonates continentaux, les résultats de méthodes de datation indépendantes et de dépôts encadrants sont nécessaires. De plus, il est important de souligner que le comportement des carbonates continentaux en système ouvert a des implications pour les études diagénétiques, paléoenvironnementales et paléoclimatologiques basées sur des indicateurs géochimiques.