Diversity, distribution and geochemistry of benthic foraminifera in Holocene lagoons of carbonate platforms (Belize, Central America) [Elektronische Ressource] / von Sandra Schultz

Sandra Schultz

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• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 30
• Langue: English
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Extrait

Diversity, Distribution and Geochemistry
of Benthic Foraminifera
in Holocene Lagoons of Carbonate Platforms
(Belize, Central America)



Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades
der Naturwissenschaften




vorgelegt beim Fachbereich Geowissenschaften
Goethe-Universität
in Frankfurt am Main




von
Sandra Schultz
aus Ennigerloh




Frankfurt am Main 2008
(D 30)





























Vom Fachbereich Geowissenschaften der
Goethe-Universität als Dissertation angenommen.















Dekan: Prof. Dr. Gerhard Brey


Gutachter: Prof. Dr. Eberhard Gischler, Prof. Dr. Wolfgang Oschmann


Datum der Disputation: 19.12.2008


Abstract

The development of benthic foraminiferal assemblages during the past 6,000 yrs was investigated in
Holocene sediment cores from three carbonate platforms (Turneffe Islands, Lighthouse Reef, and Glovers Reef)
of Belize, Central America. Foraminiferal assemblages and their diversity were determined in different time
periods to identify their dependence on environmental factors, such as lagoonal age, lagoonal depth, water
18 13circulation, substrate, bottom-water temperature, and salinity. Geochemical proxies ( δ O and δ C), obtained
from the common larger foraminifer Archaias angulatus were used to estimate Holocene seasonal BW-
temperatures and climate variabilities. A total of 51 samples were taken from 12 vibracores for taxonomic
determination and 10 to 15 subsamples of 32 tests of Archaias angulatus were used for stable oxygen and carbon
isotope analyses.
Based on cluster analyses, seven benthic foraminiferal assemblages are distinguished during the Holocene.
The three platforms exhibit characteristic differences in benthic foraminiferal fauna and diversity, which are
controlled by their respective environments during the last 6,000 yrs. Turneffe Islands has four benthic
foraminiferal assemblages, which are typical for restricted lagoons with fluctuating salinity. Lighthouse Reef is
inhabited by two benthic foraminifera associations, which are characteristic of high water exchange with the
surrounding ocean and clear waters. Glovers Reef is characterized by two benthic foraminiferal assemblages,
which occur in deeper lagoons with slow water circulation. In general, during the Holocene, the highest mean
diversity, evenness, and richness of benthic foraminifera were found in the Turneffe Islands and the lowest
occurred at Glovers Reef. The foraminiferal faunas of the Lighthouse and Glovers Reefs had been in a
“Diversification Stage” since 6,000 yrs, whereas the foraminiferal fauna of the Turneffe Islands reflects the
development from a “Colonisation” (~4,000 yrs BP) to a “Diversification Stage” (~2,000 yrs to present time).
Lagoonal depth, water circulation, substrate, and BW-temperature have higher influence on foraminiferal
diversity as compared to lagoonal size and age. The negative correlation between diversity and lagoonal depth is
based on differences in light intensity and substrate. In contrast to Lighthouse Reef, the Turneffe Islands and
Glovers Reef show decreasing diversity of benthic foraminifera with increasing lagoon depth, due to finer
sediment, turbid waters and/or dense mangrove growth, which reduce the light intensity and the number of
species. Water Circulation also affected the benthic foraminifera modes of living and their diversity during the
last 6,000 yrs. Increasing abundances of infaunal taxa refer to restricted circulation and/or lower oxygen
conditions, as assumed for the Turneffe Islands and Glovers Reef. Increasing abundances of epifaunal
foraminifera, as observed in the Lighthouse Reef indicate better circulation and/or higher oxygen conditions.
18 Holocene BW-temperature reconstructions based on δ O of single Archaias angulatus tests do not
correspond to typical Holocene climate models of the Caribbean. In the Belize area, mean BW-temperature
13trends indicate local climate variations. A decrease of δ C values during the last 1,000 yrs could be related to the
“Suess Effect”. The seasonal BW-temperature variations within single large benthic foraminifera tests
correspond to present-day temperature fluctuations in the lagoons, and indicate higher temperatures in Summer
and Autumn and lower temperatures in Winter and Spring.




Kurzfassung

Die Entwicklung von benthischen Foraminiferen Gesellschaften der letzten 6,000 Jahre wurde anhand von
holozänen Sedimentkernen aus drei Karbonatplattformen (Turneffe Islands, Lighthouse Reef und Glovers Reef)
aus Belize, Zentralamerika, untersucht. Für verschiedene Zeitintervalle wurden Foraminiferen-Gesellschaften
identifiziert und deren Diversitäten ermittelt, um deren Abhängigkeit von Umweltbedingungen wie
Lagunenalter, Lagunentiefe, Wasserzirkulation, Substrat, Bodenwassertemperatur (BW-Temperatur) und
18 13Salinität zu bestimmen. Geochemische Analysen ( δ O und δ C) an der häuftig vorkommenden
Großforaminifere Archaias angulatus wurden zur Bestimmung von holozänen saisonalen BW-Temperaturen und
Klimavariabilitäten benutzt. Insgesamt 51 Proben wurden aus 12 Vibrationskernen entnommen und taxonomisch
bestimmt. An 10 bis 15 Einzelproben von 32 Archaias angulatus-Gehäusen wurden stabile Sauerstoff- und
Kohlenstoffisotope gemessen.
Aufgrund von Cluster Analysen konnten sieben benthische Foraminiferen-Gesellschaften im Holozän
unterschieden werden. Die drei Plattformen zeigen charakteristische Unterschiede in der benthischen
Foraminferenfauna und -diversität in den letzten 6,000 Jahren, die durch entsprechende Umweltbedingungen
kontrolliert wurden. Turneffe Islands besitzt vier benthische Foraminiferen-Gesellschaften, die typisch sind für
Lagunen mit eingeschränktem Meerwasseraustausch und variabler Salinität. Lighthouse Reef beherbergt zwei
Gesellschaften, die einen hohen Wasseraustausch mit dem umgebenden Meer und sehr klares Wasser
bevorzugen. Glovers Reef zeigt zwei Gesellschaften, die in tieferen Lagunen vorkommen und eine geringe
Wasserzirkulation benötigen. Generell wurden die höchsten durchschnittlichen Werte für Diversität, Abundanz
und Artenzahl für Turneffe Islands und die niedrigsten Werte für Glovers Reef berechnet. Die
Foraminiferenfauna in Lighthouse- und Glovers Reef befindet sich seit 6,000 Jahren in einem „Diversifikations -
Stadium“, während die Foraminiferen in Turneffe Islands die Lagunenentwicklung, vom Stadium der
„Kolonisation“ (vor ~4,000 Jahren) zu „Diversifikation“ (~2,000 Jahre bis heute) widerspiegelt. Lagunentiefe,
Wasserzirkulation, Substrat und Bodenwassertemperatur haben einen größeren Einfluss auf die Foraminiferen
Diversität als Lagunengröße und -alter. Die negative Korrelation zwischen Diversität und Lagunentiefe beruht
auf Unterschieden in den Lichtverhältnissen am Lagunenboden und dem Substrat. Im Gegensatz zu Lighthouse
Reef, sinkt die Diversität mit steigender Wassertiefe in Turneffe Islands und Glovers Reef, bedingt durch feines
Sediment, trüberes Wasser und/oder dichtem Mangrovenbewuchs die die Lichtintensität und die Anzahl der
Arten reduzieren. Auch der Zirkulationsgrad beeinflusst die Lebensweise und die Diversität der Foraminiferen in
den letzten 6,000 Jahren. Zunehmende Häufigkeiten infaunal lebender Taxa verweisen in Turneffe Islands und
Glovers Reef auf eingeschränkte Zirkulation und/oder niedrigere Sauerstoffbedingungen. Zunehmende
Häufigkeiten epifaunal lebender Foraminiferen in Lighthouse Reef hingegen deuten auf bessere Zirkulation und
Durchlüftung in den letzten 6,000 Jahren hin.
18Holozäne Temperaturrekonstruktionen anhand von δ O Werten der Großforaminifere Archaias angulatus
korrelieren nicht mit typischen karibischen Klimamodellen. Unterschiede in den Temperatur-Trends und
13Schwankungen spiegeln lokale Klimavariationen in Belize wider. Eine Abnahme von δ C in den letzten 1,000
18Jahren deutet auf den sog. „Suess Effect“ hin. Saisonale BW-Temperaturrekonstruktionen der δ O Werte
entsprechen dem modernen Jahrestemperaturverlauf in den Lagunen mit höheren Temperaturen im Sommer und
Herbst und niedrigeren Temperaturen im Winter und Frühling.
Contents
Abstract
Kurzfassung
1. Introduction .....................................................................................................................................7
1.1 Distribution and Use of Benthic Foraminifera in Shallow Caribbean Environments ....................7
1.2 Geochemistry of Foraminifera Tests ..............................................................................................8
18 13 1.2.1 Background on Stable Isotopes ( δ O and δ C)......................................................................8
1.2.2 Isotope Fractionation............