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Surface-water chemistry and fertility variations in the tropical Atlantic across the Paleocene/Eocene Thermal Maximum as evidenced by calcareous nannoplankton from ODP Leg 207, Hole 1259B - 21/03/08

Doi : 10.1016/j.revmic.2006.10.002 
Shijun Jiang , Sherwood W. Wise
Department of Geological Sciences, Florida State University 4100, 108, Carraway Building, Tallahassee, FL 32306, USA 

Corresponding author.

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Abstract

Calcareous nannoplankton assemblages at Ocean Drilling Program (ODP) Site 1259 on Demerara Rise (western equatorial Atlantic) underwent an abrupt and fundamental turnover across the Paleocene/Eocene Thermal Maximum (PETM) ~55.5 m.y. ago. The PETM is marked by a dissolution interval barren or nearly-barren of nannofossils due to the rapid acidification of the world oceans. Toweius, Fasciculithus, and Chiasmolithus sharply decrease at the onset, whereas Chiasmolithus, Markalius cf. M. apertus, and Neochiasmolithus thrive immediately after the event, which also signals the successive first appearances of Discoaster araneus, Rhomboaster, and Tribrachiatus. The environmental indications of these changes were further investigated by correspondence analysis on quantitative nannofossil counts. The PETM event has been attributed to CO2-forced greenhouse effects. At Site 1259, the elevated pCO2 and subsequent lowered surface-water pH values at the onset of the PETM caused intensive carbonate dissolution, producing the nannofossil-barren interval. The chemically stressed habitats may well have also induced the evolution of ephemeral nannofossil “excursion taxa”, such as Rhomboaster and malformed discoasters (D. araneus and Discoaster anartios). Based on its sudden increase, Markalius cf. M. apertus is considered to have been a local opportunistic species that took advantage of the surface-water changes. At the same time, a presumably higher runoff from continental areas fertilized the western equatorial Atlantic as indicated by an increase in the abundance of r-mode specialists preferring high-nutrient conditions, such as Chiasmolithus, Coccolithus pelagicus, and Hornibrookina arca. Contrasts between the results of this study and previous work at ODP Site 690 in the Southern Ocean, the New Jersey continental margin, and the central paleoequatorial Pacific further demonstrate that the response to the PETM can be influenced by local differences in geologic setting and oceanographic conditions.

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Résumé

Une analyse quantitative des assemblages du nannoplancton calcaire a été effectuée sur le site Ocean Drilling Program (ODP) 1259 (Ride de Demerara, Atlantique équatorial ouest) au passage Paléocène/Éocène. Cette étude révèle un brusque turnover du nannoplancton calcaire au cours du maximum thermique du Paléocène/Éocène, il y a 55 Ma. La limite Paléocène/Éocène est marquée par un intervalle de dissolution où les nannofossiles sont absents ou très peu abondants, événement qui peut être relié à une rapide acidification des océans. Au sein de l'assemblage, l'abondance de Toweius, Fasciculithus et Chiasmolithus diminue brusquement au début de l'événement thermique tandis que Chiasmolithus, Markalius cf. M. apertus, et Neochiasmolithus croissent rapidement après l'événement. Dans le même temps, on observe les premières apparitions successives de Discoaster araneus, Rhomboaster, et Tribrachiatus. Les indications environnementales de ces changements floraux ont été examinées à travers une analyse des correspondances des abondances relatives des nannofossiles calcaires. L'événement thermique du Paléocène/Éocène a été attribué à un forçage climatique par effet de serre lié à une augmentation du CO2 atmosphérique. Sur le site 1259, la pCO2 élevée et la diminution subséquente du pH des eaux de surface qui a lieu au début de l'événement thermique ont entraîné une dissolution intense des carbonates, attestée par l'intervalle où les nannofossiles sont absents. La chimie particulière de ces eaux de surface pourrait également avoir entraîné un stress écologique donnant lieu à l'évolution éphémère de quelques taxons de nannofossiles, tels que Rhomboaster et des Discoaster malformés (D. araneus et Discoaster anartios). La soudaine augmentation de Markalius cf. M. apertus suggère que ce taxon est une espèce locale opportuniste qui a profité de ce changement soudain de la chimie des eaux de surface. Dans le même temps, une augmentation des précipitations sur les aires continentales émergées pourrait avoir fertilisé l'Atlantique équatorial ouest par un lessivage accru. Ceci est attesté par une augmentation de l'abondance des taxons spécialistes de type r préférant des eaux plus riches en nutriments, tels que Chiasmolithus, Coccolithus pelagicus et Hornibrookina arca. Les contrastes entre cette étude et les travaux précédents effectués sur le site ODP 690 dans l'Océan austral, sur la marge continentale du New Jersey et dans le Pacifique équatorial central démontre une fois de plus que la réponse au cours du maximum thermique du Paléocène/Éocène peut être influencée par des différences locales telles que les conditions océanographiques et l'environnement de dépôt.

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Keywords : Calcareous nannofossils, Paleoecology, Paleocene/Eocene Thermal Maximum, Correspondence analysis, Surface-water chemistry, Paleoproductivity

Mots clés : Nannofossiles calcaires, Paléoécologie, Maximum Thermique du Paléocène/Eocène, Analyse des correspondances, Chimie des eaux de surface, Paléoproductivité


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Vol 49 - N° 4

P. 227-244 - octobre-décembre 2006 Regresar al número
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  • Ostracodes bathyaux du Crétacé terminal - Éocène moyen en Atlantique tropical (Plateau de Demerara, Leg 207)
  • Claude Guernet, Taniel Danelian
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  • Calcareous nannofossil biostratigraphic framework for middle Eocene sediments from ODP Hole 1260A, Demerara Rise
  • Claudia Lupi, Sherwood W. Wise

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