Geology and mammalian paleontology of the Horned Toad Hills, Mojave Desert, California, USA

Steven R. May, Michael O. Woodburne, Everett H. Lindsay, L. Barry Albright,
Andrei Sarna-Wojcicki, Elmira Wan, and David B. Wahl

Plain-Language Summary

Sedimentary rocks exposed in the Horned Toad Hills of the northern Mojave Desert were deposited approximately 4.5 - 5.0 million years ago. These sediments accumulated in alluvial fans, river systems and lakes just south of the Garlock fault. After deposition, they were folded, faulted, uplifted, and eroded and are now exposed in low hills just north of Mojave, California. A new geologic map of the Horned Toad Formation in this paper documents the distribution of rock types, faults, and folds. A diverse suite of fossils has been recovered from these sediments and includes 24 different taxa of fossil mammals including shrews, moles, rabbits, squirrels, gophers, mice, dogs, saber-tooth cats, bears, rhinos, horses, elephants, camels, peccaries, and antelopes. Some of these represent new kinds of fossil mammals that have never before been reported. Others are already known from sedimentary rocks of similar age in southwestern North America. The sedimentary rocks and fossils from the Horned Toad Hills record an environment that included grasslands and shrubs/trees with rivers and a freshwater lake. The age of the fossil mammals from the Horned Toad Hills is constrained by radiometric dates on volcanic ash, by the record of the Earth's magnetic field, and by comparison of the fossils with those from other localities that have independent age information. The fossil mammals from the Horned Toad Formation are from the youngest part of the Hemphillian North American Land Mammal Age.

Resumen en Español

Geología y paleontología de los mamíferos de los montes Horned Toad, desierto de Mohave, California, EE. UU.

La Formación Horned Toad está constituida por cinco miembros formados por sedimentos depositados durante el Mioceno superior y el Plioceno inferior en medios de abanicos aluviales, fluviales, de borde de lago y lacustres en una cuenca relativamente pequeña situada inmediatamente al sur de la falla activa de Garlock. Estos sedimentos sufrieron una deformación compresiva noroeste-sureste durante el Plioceno-Pleistoceno asociada a fallas inversas que afectaron al basamento. El Miembro Dos de la Formación Horned Toad ha suministrado 24 taxones de mamíferos fósiles, conocidos como fauna local de Warren, y que incluyen Cryptotis sp., cf. Scapanus, Hypolagus vetus, Hypolagus edensis, ?Spermophilus sp., Prothomomys warrenensis n. gen., n. sp., Perognathus sp., Repomys gustelyi, Postcopemys valensis, Peromyscus sp. A, Peromyscus sp. B, Jacobsomys dailyi n. sp., Borophagus cf. B. secundus, cf. Agriotherium, Machairodus sp. cf. M. coloradensis, Rhynchotherium sp. cf. R. edensis, Pliomastodon vexillarius, Dinohippus edensis, Teleoceras sp. cf. T. fossiger, cf. Prosthennops, Megatylopus sp. cf. M. matthewi, Hemiauchenia vera, Camelidae gen. et. sp. indet., y el antilocáprido cf. Sphenophalos. La mayor parte de las localidades fosilíferas corresponden a un intervalo estratigráfico de 20 m de espesor incluido en una zona de polaridad magnética inversa. La fauna muestra afinidades con otras de edad Hemphilliense superior de California, Nevada, Nebraska, Texas y México. La Toba Lawlor, datada en otros puntos de California en 4.83 ± 0.04 M.A. y reconocida geoquímicamente en la Formación Horned Toad se sitúa inmediatamente encima de la mayor parte de los yacimientos de mamíferos fósiles. Los datos de polaridad magnética permiten su correlación con los Crones 3n.3r, 3n.3n, and 3n.2r, lo que sugiere una edad de aproximadamente 5.0 - 4.6 M.A. Esto implica una edad para la fauna de Warren, del Hemphilliense superior, de unos 4.85 - 5.0 M.A.

PALABRAS CLAVE: estratigrafía; magnetostratigrafía; tefrocronología; biostratigrafía: falla Garlock; Hemphilliense; nuevo género; nueva especie

Traducción: Miguel Company

Résumé en Français

Géologie and paléontologie mammalienne de ‘Horned Toad Hills’, désert de Mohave, Californie, USA

La Formation Horned Toad comprend cinq membres lithostratigraphiques qui enregistrent un éventail alluvial, fluvial, de bordure de lac, et de dépôts lacustres dans un bassin relativement petit juste au sud de la faille Garlock qui fut active depuis le Miocène supérieur jusqu’au Pliocène inférieur. Ces sédiments ont subit une déformation en compression nord-ouest/sud-est durant le Plio-Pléistocène associée à l’activité de failles sous-jacentes inverses. Le membre deux de la Formation Horned Toad a produit 24 taxa de mammifères fossiles, connus comme la faune local Warren, incluant Cryptotis sp., cf. Scapanus, Hypolagus vetus, Hypolagus edensis, ?Spermophilus sp., Prothomomys warrenensis n. gen., n. sp., Perognathus sp., Repomys gustelyi, Postcopemys valensis, Peromyscus sp. A, Peromyscus sp. B, Jacobsomys dailyi n. sp., Borophagus cf. B. secundus, cf. Agriotherium, Machairodus sp. cf. M. coloradensis, Rhynchotherium sp. cf. R. edensis, Pliomastodon vexillarius, Dinohippus edensis, Teleoceras sp. cf. T. fossiger, cf. Prosthennops, Megatylopus sp. cf. M. matthewi, Hemiauchenia vera, Camelidae gen. et. sp. indet., et l’antilocapridé cf. Sphenophalos. La majorité des localités fossiles sont limitées à un intervalle stratigraphique épais de 20 m, et comprises à l’intérieur d’une même magnétozone de polarité inverse. La faune démontre d’une affinité avec d’autre faunes du Hemphillien supérieur de Californie, Nevada, Nebraska, Texas, et Mexique. Le tuf Lawlor, daté ailleurs en Californie de 4,83 ± 0.04 Ma et géochimiquement identifié dans la Formation Horned Toad, se trouve au dessus de la plupart des localités de mammifères fossiles. Les données de polarités magnétiques sont corrélées avec les chrons 3n.3r, 3n.3n, et 3n.2r, suggérant un âge approximatif de 5,0 – 4,6 Ma. Ces contraintes indiquent un âge pour la faune locale Warren hemphillienne supérieure de 4,85 – 5,0 Ma.

Mots clés : stratigraphie; magnétostratigraphie; tephrochronologie; biostratigraphie, faille Garlock; Hemphillien; nouveau genre; nouvelle espèce

Translator: Olivier Maridet

Deutsche Zusammenfassung

Geologie und Paläontologie der Säugetiere der Horned Toas Hills, Mohave Wüste, Kalifornien

Die Horned Toad Formation beinhaltet fünf lithostratigraphische Einheiten, die verschiedene Ablagerungen wie Schwemmfächer, fluvial, Seeufer und lakustrisch darstellen. Die Ablagerung erfolgte während des späten Miozän und frühen Pliozän in einem relativ kleinen Becken direkt südlich der aktiven Garlock-Störung. Diese Sedimente unterlagen während des Plio-Pleistozäns einer nordwest-südost gerichteten Druckdeformation mit Aufschiebungen des Grundgebirges. Einheit Zwei der Horned Toad Formation brachte 24 Taxa fossiler Säugetiere hervor, die als die Warren Local Fauna bezeichnet wird: Cryptotis sp., cf. Scapanus, Hypolagus vetus, Hypolagus edensis, ?Spermophilus sp., Prothomomys warrenensis n. gen., n. sp., Perognathus sp., Repomys gustelyi, Postcopemys valensis, Peromyscus sp. A, Peromyscus sp. B, Jacobsomys dailyi n. sp., Borophagus cf. B. secundus, cf. Agriotherium, Machairodus sp. cf. M. coloradensis, Rhynchotherium sp. cf. R. edensis, Pliomastodon vexillarius, Dinohippus edensis, Teleoceras sp. cf. T. fossiger, cf. Prosthennops, Megatylopus sp. cf. M. matthewi, Hemiauchenia vera, Camelidae gen. et. sp. indet., und der antilocapride cf. Sphenophalos. Der Hauptteil der Fossilvorkommen ist auf ein 20 m mächtiges stratigraphisches Intervall innerhalb einer umgekehrt gepolten Magnetozone beschränkt. Die Fauna zeigt Ähnlichkeiten mit anderen aus dem späten Hemphillium von Kalifornien, Nevada, Nebraska, Texas und Mexiko. Der Lawlor Tuff, der anderswo in Kalifornien auf 4.83 ± 0.04 Ma datiert wurde und geochemisch in der Horned Toad Formation identifiziert wurde, überdeckt die meisten der fossilen Säugetiervorkommen. Daten magnetischer Polarität wurden mit den Chrons 3n.3r, 3n.3n und 3n.2r korreliert, die ein Alter von ungefähr 5.0 - 4.6 Ma nahe legen. Diese Constraints weisen für die Warren Local Fauna (spätes Hemphillium) auf ein Alter von 4.85 - 5.0 Ma hin.

KEY WORDS: Stratigraphie; Magnetostratigraphie; Tephrochronologie; Biostratigraphie, Garlock Störung; Hemphillium; neue Gattung; neue Art

Translator: Eva Gebauer

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski Abstrakt

GEOLOGIA I PALEONTOLOGIA SSAKÓW Z HORNED TOAD HILLS, PUSTYNIA MOHAVE, KALIFORNIA, USA

Formacja Horned Toad zawiera pięć jednostek litostratygraficznych, powstałych w okresie pomiędzy późnym miocenem a wczesnym pliocenem, dokumentujących stożek napływowy, brzeg rzeki oraz jeziora i sedymentację jeziorną w obrębie stosunkowo małego basenu tuż na południe od czynnego uskoku Garlock. Osady te poddane zostały deformacji ścinającej w kierunku północnozachodnim-południowowschodnim podczas pliocenu-plejstocenu stowarzyszonej z fałdami odwróconymi w podłożu. Jednostka druga Formacji Horned Toad dostarczyła 24 taksonów kopalnych ssaków, zaliczonych do tzw. Lokalnej Fauny Warren, w tym Cryptotis sp., cf. Scapanus, Hypolagus vetus, Hypolagus edensis, ?Spermophilus sp., Prothomomys warrenensis n. gen., n. sp., Perognathus sp., Repomys gustelyi, Postcopemys valensis, Peromyscus sp. A, Peromyscus sp. B, Jacobsomys dailyi n. sp., Borophagus cf. B. secundus, cf. Agriotherium, Machairodus sp. cf. M. coloradensis, Rhynchotherium sp. cf. R. edensis, Pliomastodon vexillarius, Dinohippus edensis, Teleoceras sp. cf. T. fossiger, cf. Prosthennops, Megatylopus sp. cf. M. matthewi, Hemiauchenia vera, Camelidae gen. et. sp. indet. oraz antilocaprid cf. Sphenophalos. Większość stanowisk jest ograniczonych do 20-metrowj miąższości warstw o odwróconej polaryzacji. Omawiana fauna wykazuje pokrewieństwa do innych faun z późnego hemphillianu Kalifornii, Newady, Nebraski, Teksasu i Meksyku. Tuf Lawlor, datowany w Kalifornii na 4,83 ± 0,04 miliony lat i zidentyfikowany geochemicznie w Formacji Horned Toad, zalega powyżej większości stanowisk z kopalnymi ssakami. Dane polaryzacji magnetycznej korelują się z chronami 3n.3r, 3n.3n i 3n.2r, sugerując przedział czasu 5,0-4,6 miliona lat. Przesłanki te wskazują na wiek Lokalnej Fauny Warren z późnego Hemphillianu w przedziale 4,85-5,0 miliona lat.

Słowa kluczowe: stratygrafia, magnetostratygrafia, tefrochronologia, biostratygrafia, uskok Garlock, hemphillian, nowy rodzaj, nowy gatunek

Translators: Dawid Mazurek, Robert Bronowicz, and Daniel Madzia

Riassunto in Italiano

Geologia e paleontologia dei mammiferi delle Horned Toad Hills, Deserto del Mohave, California, USA

La Horned Toad Fm include cinque membri litostratigrafici che registrano una sedimentazione di conoide alluvionale, fluviale, margine lacustre e lacustre in un bacino relativamente ristretto situato a sud della faglia attiva Garlock in un periodo che va dal Miocene superiore al Pliocene inferiore. I suddetti sedimenti sono stati interessati da deformazioni compressive plio-pleistoceniche NW-SE associate a faglie inverse che hanno coinvolto il basamento. Dal membro 2 della Horned Toad Fm proviene la cosiddetta Warren local fauna che contiene 24 taxa di mammiferi fossili: Cryptotis sp., cf. Scapanus, Hypolagus vetus, Hypolagus edensis, ?Spermophilus sp., Prothomomys warrenensis n. gen., n. sp., Perognathus sp., Repomys gustelyi, Postcopemys valensis, Peromyscus sp. A, Peromyscus sp. B, Jacobsomys dailyi n. sp., Borophagus cf. B. secundus, cf. Agriotherium, Machairodus sp. cf. M. coloradensis, Rhynchotherium sp. cf. R. edensis, Pliomastodon vexillarius, Dinohippus edensis, Teleoceras sp. cf. T. fossiger, cf. Prosthennops, Megatylopus sp. cf. M. matthewi, Hemiauchenia vera, Camelidae gen. et. sp. indet., e l’antilocapride cf. Sphenophalos. La maggior parte delle località fossilifere sono concentrate in un intervallo stratigrafico di 20 m all’interno di una magnetozona a polarità inversa. L’associazione faunistica è affine ad altre associazioni dell’Hemphilliano superiore in California, Nevada, Nebraska, Texas, e Messico. Il Lawlor Tuff, datato in altre parti della California a 4.83 ± 0.04 Ma e identificato geochimicamente nella Horned Toad Formation, giace superiormente alla maggior parte delle località fossilifere. Dati sulla polarità magnetica sono correlabili con i Chron 3n.3r, 3n.3n, e 3n.2r, e pertanto indicano un’età di circa 5.0 - 4.6 Ma. Grazie a tali vincoli è possibile stabilire che l’età della Warren fauna è compresa fra 4.85 e 5.0 Ma (Hemphilliano superiore).

PAROLE CHIAVE: stratigrafia; magnetostratigrafia; tefrochronologia; biostratigrafia, faglia Garlock; Hemphilliano; nuovo genere; nuova specie

Translator: Chiara Angelone

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