Agglutinated foraminifera from the ‘mid’-Cretaceous of the European Boreal Realm: Taxonomy, biostratigraphy and implications to paleoenvironment/climate/biogeography and depositional sequences

Abstract

Agglutinated foraminifera are traditionally used for resolving biostratigraphical and paleoenvironmental queries in scenarios where calcareous-shelled microfossils are absent. Typically, such deposits occur in diagenetically altered carbonate-deficient flysch or deposits originating from high latitudes, as well as deep-sea sediments deposited below the CCD (carbonate compensation depth). However, during the mid-Cretaceous, the paleoceanographic setting was vastly different, featuring warm shelf seas that caused extensive carbonate deposition on shelves due to higher sea levels. Micropaleontological comparison and correlation of such carbonate deposits to the previously mentioned carbonate-deficient deposits are difficult and rarely documented. By examining agglutinated foraminiferal assemblages in shelf-related carbonate deposits, this study reveals their distribution and diversity as well investigates potential for use in biostratigraphy and paleoenvironmental reconstructions. With the findings, this study attempts to bridge the gap between deep-sea environments and the extensive shelf areas during the mid-Cretaceous. Comparisons of various micropaleontological techniques for disaggregating calcareous rock material have demonstrated 1) that techniques based on carbonate dissolution such as the formic acid method are most effective to obtain diverse agglutinated foraminiferal assemblages and 2) that with application of standard micropaleontological methods an absolute majority of the agglutinated foraminiferal genera and species are absent. We demonstrated that a bias of knowledge about the agglutinated foraminifera and possible applications in various research queries for carbonate deposits from the mid-Cretaceous exists. This study firstly documents and describes the diverse agglutinated foraminiferal assemblages from Albian to Coniacian carbonate deposits from different European shelf basins. These assemblages consisting of typical shelf related and deep-water related taxa resemble in a newly described agglutinated foraminiferal biofacies: the mid-latitude shelf biofacies. Based on findings of this study, regional and interregional biostratigraphical schemes based on agglutinated foraminifera were tested. Ranges of regional marker species were either confirmed or refined. However, also typical DWAF (Deep Water Agglutinated Foraminifera) biostratigraphical marker species were found in all successions from the European shelf enabling interregional correlation based on the classical biozonation scheme from the Atlantic and Tethyan realm. Mass occurrences (acmes) of agglutinated foraminiferal species and/or genera often can be linked to classical macro-bioevents which are usually expressed by mass occurrences of inoceramids, ammonites, or belemnites in the mid-Cretaceous deposits. These micro-bioevents can be used for regional and interregional stratigraphic correlation. However, micro-bioevents but also changes in relative abundances of agglutinated foraminiferal morphogroups often correspond to specific aspects of depositional sequences. The distribution and diversity of agglutinated foraminifera in a basin is controlled by different factors. Differences in relative abundances of foraminiferal morphogroups are partly related to the location inside of the basin. Comparison of agglutinated foraminiferal assemblages from proximally and distally deposited successions from the Lower Saxony Basin shown increased numbers of deep infaunal living elongate forms and shallow infaunal globular morphotypes in proximal settings, distally free epifaunal flattened forms occur more frequently and abundances of deep infaunal forms are decreased. These different compositions of agglutinated foraminiferal assemblages are likely related to differing food availabilities with increased supply in proximal settings in the Cenomanian and/or can indicate enhanced mixing of the water column during times of pelagization of the shelf seas and stratification of the water column in the Turonian. Thus, agglutinated foraminifera reveal potential to differentiate between basin- or interbasin-wide and regional environmental changes. In general, all agglutinated morphogroups are obtained from the Albian to Coniacian successions from the study area – even those morphogroups occur which today are only observed in bathyal to abyssal settings. These findings underline the substantial different conditions in the shallow shelf seas of the studied time interval. This study shows that agglutinated foraminifera have potential as an underestimated tool particularly for the reconstruction of paleoenvironmental changes in Cretaceous carbonate successions. Especially, sea level changes, changes in food availability and/or oxygen concentration in bottom water conditions can be reconstructed with agglutinated foraminifera.

Üblicherweise werden agglutinierende Foraminiferen für verschiedene wissenschaftliche Fragestellungen der Biostratigraphie oder Paläoumweltforschung besonders in Gesteinen genutzt, in denen keine kalkigen Mikrofossilien gefunden werden können. Solche Ablagerungen sind zum Beispiel Flysch, klastische Sedimente aus höheren Breiten und Tiefseesedimente, die unterhalb der Karbonat-Kompensationstiefe abgelagert wurden. Jedoch waren in der „mittleren“ Kreide die paläoozeanographischen Bedingungen gänzlich anders als heutzutage bedingt durch besonders hohe Meeresspiegel, welche weithin überflutete, warme Schelfbereiche nach sich zogen. In diesen Bereichen wurden mächtige karbonatische Abfolgen abgelagert. Der Vergleich und die Korrelation dieser Ablagerungsräume mit den oben genannten nicht-karbonatischen Gesteinen sind generell schwierig und nur selten dokumentiert. Diese Studie untersucht sowohl die Verbreitung und Diversität von agglutinierenden Foraminiferen als auch deren mögliches Potential in der Anwendung in der Biostratigraphie und Paläoumwelt-Rekonstruktion in den karbonatischen Schelf-Abfolgen. Die Wissenslücke zwischen Tiefseeablagerungen und den ausgedehnten Schelfbereichen der Kreide soll geschlossen werden. Mit einem Vergleich verschiedener mikropaläontologischer Aufbereitungsmethoden konnte folgendes festgestellt werden: 1. Die effektivste Methode zur Aufbereitung agglutinierender Foraminiferen in karbonatischen Gesteinen ist die Anwendung von Ameisensäure. 2. Mit anderen bisher überwiegend genutzten Aufbereitungsmethoden ist ein Großteil der Arten und Gattungen agglutinierenden Foraminiferen nicht feststellbar. Deshalb ist anzunehmen, dass eine große Wissenslücke in Bezug auf die agglutinierenden Foraminiferen und deren Verbreitung und Anwendungsmöglichkeiten in den karbonatischen Gesteinen der Kreide besteht. Diese Studie beschreibt erstmalig die diversen Vergesellschaftung von agglutinierenden Foraminiferen des Albiums bis Coniaciums aus verschiedenen europäischen Schelfbecken. Die dokumentierten Foraminiferen-Faunen setzten sich zusammen aus typischen Flach- und Tiefwasserformen und können als komplett neue agglutinierende Foraminiferen-Biofazies, der „mid-latitude shelf biofacies“, beschrieben werden. Basierend auf Beobachtungen dieser Studie, können außerdem regionale und überregionale biostratigraphische Konzepte überprüft und/oder angewendet werden. So wurden Reichweiten regionaler Indexfossilien bestätigt und angepasst. Des Weiteren wurden auch typische Indexfossilien für die Tiefsee (DWAF: Deep Water Agglutinated Foraminifera) gefunden und so erstmalig die agglutinierenden Foraminiferen des europäischen Schelfs mit Tiefseebereichen des Atlantiks und der Tethys korreliert. Außerdem können Massenauftreten von bestimmten Arten und/oder Gattungen agglutinierenden Foraminiferen für die regionale und überregionale Korrelation genutzt werden. Oft können diese Mikro-Bioevents mit Makro-Bioevents aus der klassischen Eventstratigraphie verknüpft werden. Außerdem können sowohl Mikro-Bioevents als auch Veränderungen der relativen Häufigkeit von Morphogruppen agglutinierender Foraminiferen mit einzelnen Aspekten der Sequenzsstratigraphie verknüpft werden. Unterschiede des Vorkommens aber auch der Diversität der Foraminiferen-Gemeinschaften sind abhängig von zahlreichen Faktoren. Das relative Vorkommen von Morphogruppen agglutinierenden Foraminiferen ist teilweise abhängig von der Position innerhalb des Beckens. Während unter proximalen Bedingungen besonders tief-infaunal und flach-infaunal lebende Formen auftreten, kommen in distalen Bereichen mehr epifaunal lebende und weniger infaunal lebende Formen vor. Diese Unterschiede in der Komposition sind vermutlich auf unterschiedliche Nahrungsverfügbarkeit zurückzuführen. Im Cenomanium ist diese abhängig von der Entfernung zur Küste. Wohingegen während des Turoniums – einer Zeit mit deutlichen Meeresspiegelanstiegen, und darauffolgend der Pelagisierung und Stratifizierung der Schelfmeere – hauptsächlich die Durchmischung des Wasserkörpers das Nahrungsangebot bestimmt hat. Agglutinierende Foraminiferen können also gut genutzt werden, um zwischen regionalen und überregionalen paläokologischen Veränderungen zu unterscheiden. Generell kommen in allen untersuchten Abfolgen des Albiums bis Coniaciums alle Morphogruppen agglutinierender Foraminiferen vor, auch jene die heutzutage nur in bathyalen bis abyssalen Ablagerungsbedingungen vorkommen. Diese Beobachtung unterstreicht die grundsätzlich unterschiedlichen Bedingungen, die in den kreidezeitlichen Schelfen im Vergleich zu heutigen Flachwasserbereichen geherrscht haben. Diese Studie zeigt auf, welches bisher unbekannte Potential agglutinierende Foraminiferen aus kretazischen Karbonatabfolgen in der Biostratigraphie aber besonders auch für die Rekonstruktion von Veränderungen der Paläoumwelt aufweisen. Insbesondere Meeresspiegelschwankungen, Änderung der Nahrungs- und/oder Sauerstoffverfügbarkeit in bodennahem Meereswasser können mit agglutinierenden Foraminiferen abgebildet werden.