Pliocene Marine Transgressions of Northern Alaska: Circumarctic Correlations and Paleoclimatic Interpretations

At least three marine transgressions of Piliocene age are recorded by littoral to inner-shelf sediments of the Gubik Formation, which mantles the Arctic Coastal Plain of northern Alaska. The three recognized transgressions were eustatic high sea levels that, from oldest to youngest, are informally named the Colvillian, Bigbendian, and Fishcreekian transgressions. The geochronology is based up amino acid geochemistry, paleomagnetic studies, vertebrate and invertebrate paleontology, and strontium isotope age estimates. Pollen, plant macrofossils, and marine vertebrate and inventebrate remains indicate that these transgressions occurred when the Arctic was at least intermittently much warmer than it is now. The Colvillian transgression took place at sometime between 2.48 and 2.7 Ma, when adjacent coastal areas supported an open boreal forest or spruce-birch-woodland with scattered pine and rare fir and hemlock. The Bigbendian transgression occurred about 2.48 Ma. Climate conditions were probably slightly cooler than during the Colvillian transgression, but probably too warm for permafrost and too warm for even seasonal sea ice in the region. Nearby vegetation was open spruce-birch woodland or parkland, possibly with rare scattered pine. The Fishcreekian transgression took place sometime between 2.14 and 2.48 Ma and was also characterized by warm marine conditions without sea ice. During the waning stages of this transgression, however, terrestrial conditions were relatively cool, and coastal vegetation was herbaceous tundra with scattered larch trees in the vicinity. Other marine units from this time period occur around the Arctic Basin. The three oldest transgressions recognized from the Seward Peninsula may be broadly correlated with the three Piliocene transgresions of the Arctic Coastal Plain. The Tusatuvayam beds in Kamchatka possibly correlate with one of the two younger transgressions of northern Alaska. The non-marine Worth Point Formation of Banks Island may be younger than all three of the transgressions of the Arctic Coastal Plain, and marine sediment of the Beaufort Formation on Meighen Island is slightly older than the Colvillian transgression. None of the Piliocene marine units on Baffin Island can be confidently correlated with the high sea level events of northern Alaska. The upper Kap Kobenhavn Formation and the upper Loden Elv Formation of Greenland most likely correlate with the Fishcreekian transgression.Key words: Arctic, amino acids, Pliocene, Pleistocene, paleoclimate, marine transgressions, sea level, Alaska, Gubik FormationRÉSUMÉ. Au moins trois transgressions marines datant du pliocène sont inscrites dans les sediments allant du littoral à l’interieur de la plateforme de la formation Gubik, qui recouvre la plaine côtière arctique de l’Alaska septentrional. Les trois transgressions reconnues correspondent à des fortes remontées du niveau de la mer et ont reçu, dans l’ordre chronologique, les noms informels de formations "colvillienne", "bigbendienne" et "fishcreekienne". La géochronologie s’appuie sur la géochimie des acides aminés, des études paléomagnétiques, la paléontologie de vertébrés et d’invertébrés ainsi que sur des estimations de datation à l’isotope du strontium. Les pollens, les macrofossiles végétaux ainsi que les restes de vertébrés et d’invertébrés marins indiquent que ces transgressions se sont produites alors que l’Arctique  était, pour le moins de façon intermittente, beaucoup plus chaud que maintenant. La transgression colvillienne a eu lieu à un moment donné entre 2,48 et 2,7 Ma, alors que les zones côtières adjacentes supportaient une forêt boréale ouverte ou des bois d’épinettes-bouleaux avec quelques pins éparpillés et de rares sapins et pruches. La transgression bigbendienne a eu lieu aux alentours de 2,48 Ma. Les conditions climatiques étaient probablement un peut plus froides que durant la transgression colvillienne, mais aussi probablement trop chaudes pour le pergélisol et en tout cas trop chaudes pour permettre la création d’une banquise - même saisonnière - dans la region. La végétation proche consistait en des bois ou des forêts-parcs d’épinettes-bouleaux avec peut-êtrequelques pins éparpillés. La transgression fishcreekienne a pris place à un moment donné entre 2,14 et 2,48 Ma et a aussi été caractérisée par des conditions marines chaudes sans banquise. Durant le declin de cette transgression cependant, les conditions climatiques terrestres étaient relativement froides et la végétation côtière se composait de toundra herbacée semée de mélèzes aux alentours. D’autres unites marines datant de cette période se trouvent autour du bassin de l’Arctique. Les trois plus anciennes transgressions établies dans la péninsule Seward peuvent être dans l’ensemble corrélées avec les trois transgressions du pliocène de la plaine côtière arctique. Les couches Tusatuvayam dans la Kamchatka sont peut-être corréler avec l’une des deux transgressions les plus jeunes de l’Alaska septentrional. La formation non marine Worth Point de l’île de Banks est peut-être plus jeune que les trois transgressions de la plaine côtière arctique et les sediments marins de la formation de Beaufort dans l’île Meighen sont légèrement plus anciens que la transgression colvillienne. On ne peut avec certitude corréler aucune des unités marines du pliocène sur l’île de Baffin avec les événements eustatiques qui ont amené une  élévation du niveau marin dans l’Alaska septentrional. La partie supérieure de la formation Kap Kobenhavn et celle de la formation Loden Elv du Groenland sont probablement à corréler avec latransgression fishcreekienne.Mots clés: Arctique, acides aminés, pliocène, pléistocène. paléoclimat, transgressions marines, niveau de la mer, Alaska, formation de Gubi