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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-47092
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4709/


Western Mediterranean shelf foraminifera: Recent distribution, Holocene sea-level reconstructions, and paleoceanographic implications

Schelfforaminiferen des westlichen Mittelmeeres: Ökologie, Meeresspiegelschwankungen und Paläoozeanographie

Milker, Yvonne

Originalveröffentlichung: (2010) Milker, Y., Schmiedl, G., Betzler, C., Römer, M., Jaramillo-Vogel, D., Siccha, M., 2009. Distribution of Recent benthic foraminifera in neritic carbonate environments of the Western Mediterranean Sea. Marine Micropaleontology 70, 207-225
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SWD-Schlagwörter: Mittelmeer , Foraminiferen
Freie Schlagwörter (Deutsch): benthische , Ökologie , Meeresspiegelschwankungen , stabile Isotope
Freie Schlagwörter (Englisch): benthic foraminifera , sea-level reconstruction , ecology , stable isotopes
Basisklassifikation: 38.24
Institut: Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Schmiedl, Gerhard (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.07.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 23.08.2010
Kurzfassung auf Englisch: Recent and fossil benthic shelf foraminifera from three western Mediterranean cool-water carbonate regions (Alboran Platform, Oran Bight, Southwest shelf off Mallorca) were analyzed for the development of quantitative sea-level estimates and the reconstruction of changes in shelf water oceanography. The live (Rose Bengal stained) assemblages exhibit variable standing stocks and low diversity. The dominance of “high food”-taxa in the live faunas of Oran Bight suggests the impact of an anthropogenic eutrophication on the near-coastal benthic ecosystems of this region. In contrast, the dead benthic foraminiferal assemblages are characterized by a higher diversity. In all study areas, a distinct faunal change between approximately 80 - 94 m water depth has been observed. The assemblages of the shallower sites are dominated by epifaunal species. In contrast, the species assemblages of the deeper stations show regional differences, depending on the grain-size of the substrate and related accumulation of organic material. These observations demonstrate that the availability of food on the sea floor and the creation of infaunal niches in cool water carbonate shelf environments are mainly controlled by the substrate type and do not reflect differences in surface water production.
For relative sea-level reconstructions, transfer functions based on the Recent benthic foraminiferal assemblages and on Plankton/ Benthos ratios (P/B) were developed and then applied to fossil foraminiferal assemblages and P/B ratios. The transfer functions were developed with regression methods such as Weighted Averaging (WA), Partial Least Squares (PLS), and WA-PLS, and further, the Modern Analoque Technique (MAT). The best predictive potential was given for the WA-PLS method, reflecting a high potential for quantitative sea-level reconstructions with an accuracy of +/- 10 m within a total sea-level rise of ~50 m for the Alboran Platform and the southwest shelf off Mallorca. The more classical approach, based on Plankton/Benthos (P/B) transfer functions, resulted in less consistent reconstructions with higher errors. On the Alboran Platform and the Mallorca Shelf, the relative sea-level estimates correspond to the global and the Mediterranean sea-level developments during the Holocene. On the Mallorca shelf, the relative sea-level signal interferes with temporal substrate changes, resulting in minor inconsistencies during the middle Holocene period. In the Oran Bight, the estimated sea-level rise appears to be overestimated, when compared to the global and Mediterranean sea-level histories in the middle and late Holocene. This overestimation may be attributed to a problematic age model and to redeposition processes, resulting in enhanced relocation of benthic foraminifera.
The paleoclimatic evolution of the southwestern shelf off Mallorca during the Holocene was reconstructed from stable oxygen and carbon isotope records in various benthic and planktonic foraminiferal tests and by micro- and macrofossil observations in a sediment core. The earliest Holocene is characterized by a higher seasonality as reflected by stable oxygen signals in the planktonic foraminifera Globigerinoides ruber (white) and Globigerina bulloides. The early and middle Holocene period is characterized by particularly low seasonal contrasts and by the establishment of humid conditions on Mallorca Island. This resulted in a freshening of the surface mixed layer, enhanced nutrient fluxes from the island and a related eutrophication of the near-coastal marine ecosystems. This hydrological change is reflected by drops in the stable carbon isotope values of G. ruber (white) and the endobenthic Bulimina aculeata as well as in the appearances of the gastropod Turritella communis and the endobenthic foraminifer Rectuvigerina phlegeri. This humid period is nearly contemporaneous to the sapropel S1 formation in the eastern Mediterranean Sea. This demonstrates for the first time that the early Holocene warm and humid phase in the Mediterranean Sea has also affected the near-coastal ecosystems in the western part.
The detailed systematic documentation of benthic foraminiferal taxa from shallow-water carbonate environments of the western Mediterranean Sea provides a solid taxonomic base for further ecological and paleoenvironmental applications and adds significantly to already existing systematic descriptions from other areas of the Mediterranean Sea.
Kurzfassung auf Deutsch: Es wurden rezente und fossile benthische Foraminiferen aus drei Karbonatschelfgebieten im westlichen Mittelmeer (Alboran Plattform, Bucht von Oran und der Schelf von Mallorca) auf ihre Zusammensetzung, ihre Abhängigkeit von Umweltbedingungen sowie auf ihr zeitliches Auftreten hin untersucht. Wesentliches Ziel war hierbei die Entwicklung von Transferfunktionen für quantitative Meeresspiegel-Rekonstruktionen und die Dokumentation von regionalen Auswirkungen der holozänen Klimadynamik auf flachmarine Ökosysteme im westlichen Mittelmeer.
Die Lebendgemeinschaften in den Untersuchungsgebieten zeichnen sich durch eine relativ geringe Diversität sowie schwankende Siedlungsdichten aus. In der Bucht von Oran werden die Lebendgemeinschaften von infaunalen Foraminiferen dominiert, was auf eine anthropogen verursachte Eutrophierung dieser Region in jüngster Vergangenheit zurückgeführt wird. Die Thanatozönosen hingegen sind deutlich höher divers. Die flacheren Stationen (bis etwa 90 m Wassertiefe) werden von epifaunal lebenden Foraminiferen dominiert und weisen im Hinblick auf ihre Artenzusammensetzung Ähnlichkeiten untereinander auf, während in der Zusammensetzung der Totgemeinschaften der tieferen Stationen (~90 m - 235 m) deutlichere regionale Unterschiede auftraten. Die flacheren Stationen auf dem Schelf zeichnen sich durch das Vorhandensein grobkörnigen Substrats aus, auf dem epifaunal lebende Foraminiferen festgeheftet leben können, während die tieferen Stationen auf dem Schelf von Mallorca durch das Vorhandensein feinkörnigen Substrats gekennzeichnet sind, welches einerseits Nischen für infaunal lebende Arten bereitstellt. Diese Beobachtungen zeigen, dass die Verfügbarkeit von Nahrung und Nischen für infaunal lebende Foraminiferen eng mit dem Substrat-Typ verknüpft ist, während die Oberflächenwasserproduktion die Artenzusammensetzung nur wenig zu beeinflussen scheint.
Die rezenten benthischen Totgemeinschaften bildeten die Grundlage für die Rekonstruktion der spätglazialen und holozänen Meeresspiegelentwicklung. Mittels verschiedener Regressionsmethoden („Weighted Averaging“ WA, „Partial Least Squares“ PLS und WA-PLS) sowie der „Modern Analog Technique“ (MAT) wurden Transferfunktionen entwickelt, die auf fossile Foraminiferenvergesellschaftungen in drei Sedimentkernen aus den Untersuchungsgebieten angewendet wurden. Darüber hinaus wurden verschiedene Transferfunktionen aus rezenten Plankton/Benthos-Verhältnissen (P/B) abgeleitet und auf fossile P/B-Verhältnisse angewandt. Die WA-PLS Methode weist in allen Untersuchungsgebieten das größte Vorhersagepotential auf. Es wurden Genauigkeiten von +/- 10 m bei einem Meeresspiegelanstieg von etwa ~50 m erreicht, was das Potential benthischer Schelfforaminiferen für quantitative Meeresspiegel-Rekonstruktionen verdeutlicht. Die Rekonstruktionen, die auf den verschiedenen P/B-Transferfunktionen beruhen, zeigten hingegen größere Ungenauigkeiten. Auf der Alboran Plattform und dem Schelf von Mallorca stimmt die rekonstruierte Meeresspiegelentwicklung im Wesentlichen mit dem globalen Trend und der mediterranen Meeresspiegelentwicklung während des Holozäns überein. Allerdings zeigen die mittels multivariaten statistischen Methoden analysierten Art-Umwelt-Zusammenhänge auf dem Schelf von Mallorca einen signifikanten Einfluss von Substratänderungen auf die Meeresspiegelrekonstruktionen im mittleren Holozän, was in einer geringen Überschätzung der Paläowassertiefen in diesem Zeitabschnitt führte. In der Bucht von Oran hingegen wurde ein Meeresspiegelanstieg für das mittlere und späte Holozän rekonstruiert, der deutlich über dem globalen und denen der anderen Arbeitsgebiete liegt. Es erscheint wahrscheinlich, dass Umlagerungen von Foraminiferengehäusen und/ oder ein problematisches Altersmodell diese Resultaten bedingen.
Zur Rekonstruktion der paläoökologischen und paläoozeanographischen Entwicklung des Schelfs von Mallorca wurden stabile Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopensignale in Foraminiferengehäusen gemessen und interpretiert. Die stabilen Sauerstoffisotopensignale in den planktischen Foraminiferen Globigerina bulloides und Globigerinoides ruber (weiß) belegen, dass das früheste Holozän durch eine höhere Saisonalität gekennzeichnet war. Im frühen und mittleren Holozän hingegen sanken die saisonalen Unterschiede und es stellten sich humide Bedingungen auf der Insel von Mallorca ein. Dies führte zu einer erhöhten Frischwasser- und damit Nährstoffzufuhr auf dem südwestlichen Schelf von Mallorca, was sich in den stabilen Kohlenstoffsignalen in G. ruber (weiß) und auch in der benthischen Foraminifere Bulimina aculeata widerspiegelt. Darüber hinaus weisen das gehäufte Auftreten des benthischen Gastropoden Turritella communis und der infaunalen benthischen Foraminifere Rectuvigerina phlegeri ebenfalls auf eine erhöhte Nährstoffzufuhr in der mallorcinischen Küstenregion in dieser Zeit hin. Das Auftreten humider Bedingungen auf der Insel von Mallorca fällt zeitlich annähernd mit der Bildungsphase des Sapropels S1 im östlichen Mittelmeer zusammen. Dies zeigt, dass die frühholozäne Feuchtphase im Mittelmeer nicht nur das östliche Mittelmeer sondern auch die Küstenregionen im westlichen Mittelmeer beeinflusst hat.
Die systematische Untersuchung der rezenten und fossilen Benthosforaminiferen im Untersuchungsgebiet in Hinblick auf ihre taxonomische Zuordnung erfolgte mit dem Ziel, eine systematische Beschreibung dieser Foraminiferen zu erstellen. Hierdurch wurden bereits vorhandene taxonomische Arbeiten für das Mittelmeer deutlich erweitert.

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