Associazioni a foraminiferi planctonici del Burdigaliano superiore-Langhiano dell’Oceano Atlantico (ODP Leg 154 Site 925, ODP Leg 208 Site 1264): biostratigrafia ad alta risoluzione e implicazioni paleoceanografiche-climatiche

Abstract

ABSTRACT The early–middle Miocene represents a key step in the Cenozoic global climate evolution. It is characterized by the Middle Miocene Climatic Optimum (MMCO, 17 -15 Ma), followed by a thermal decrease during the Middle Miocene Climate Transition (MMCT, 15 - 14 Ma) culminating in the marked Mi3b cooling event at 13.8 Ma. A high-resolution (≈20 kyr) quantitative planktonic foraminiferal analysis was carried out on equatorial and (sub)tropical Atlantic Ocean sedimentary successions (respectively, ODP Leg 154 Site 925 and ODP Leg 208 Site 1264) from about 18 to about 14 Ma, not available yet for low latitudes. These sites were selected for their almost continuous successions, good preservation of foraminiferal assemblages and age model obtained through astronomical calibration. For each selected sample 200-300 specimens of planktonic foraminifera were classified at supraspecific and specific level (about 56 species) and counted to elaborate abundance curves against meter composite depth (mcd) and/or age. Carbonate dissolution, diversity, surface paleotemperature and paleoproductivity and water masses stratification indices (existing in literature or elaborated for the studied time interval) were plotted along the stratigraphic record and correlated with abundance curves. The obtained results could contribute to improve the recent biostratigraphic schemes for (sub)tropical latitudes (Wade et al., 2011 modified by Berggren et al., 2018) through a more accurate positioning of the biozonal events (e.g. T of Catapsydrax dissimilis, B of Globorotalia praemenardii, B of Orbulina suturalis; for both site) previously defined in Shipboard Scientific Party (Pearson & Chaisson, 1997 for Site 925; Zachos et al., 2004 for Site 1264) and additional events identification (e.g. random to sinistral coiling change of Paragloborotalia siakensis at Site 925; Tc of Globorotalia zealandica, B of Globorotalia miozea, AB/AE of P. siakensis and Parabloborotalia bella at Site 1264). Moreover, this study highlighted the rarity (and discontinuity only at Site 925) of the phylum Praeorbulina / Orbulina’s species along the record. The lack of agreement on the Praeorbulina datum concept (Praeorbulina curva in this study; Praeorbulina sicana in the standard zonation) limits the application of low latitudine (sub)tropical biozonation. Furthermore, this research has highlighted that planktonic foraminifera assemblages at both site were already differentiated from the base of the studied stratigraphic interval (upper Burdigalian). The quantitative planktonic foraminiferal record from Site 1264 was compared with the stable oxygen and carbon isotope records of Beddow (2016) to point out relationships between faunal and paleoclimatic variations. The statistical treatment of the planktonic foraminiferal dataset (Principal Component Analysis and Cluster Analysis) allowed to speculate about the abiotic parameters that controlled planktonic foraminiferal assemblages. The PC1 curve does not show a clear response to the paleoclimatic-oceanographic evolution from MMCO to MMCT, highlighted on a global scale in several benthic foraminifera isotopic records for the studied stratigraphic range (e.g. Zachos et al., 2001; Diester-Hass et al., 2009; Holbourn et al., 2015; Beddow, 2016). It seems to show a local response to the oceanographic changes linked to the paleoclimatic evolution of the southern hemisphere (alternating climatic deterioration / amelioration probably due to the instability of the Antarctic Ice Sheet). Although both sites are located at sub(tropical) latitudes, in the studied stratigraphic range they show different paleoclimatic-oceanographic settings characterized by switch between intervals of strengthening / weakening of the equatorial downwelling at the Site 925 and intervals of absence / presence of the cold eutrophic Benguela Outer Current at the Site 1264, respectively, in the phases of climatic deterioration / amelioration.

Il Miocene inferiore-medio rappresenta un momento cruciale nell’evoluzione climatica globale cenozoica. Esso è caratterizzato dal Middle Miocene Climatic Optimum (MMCO, 17 – 15 Ma), seguito da un intervallo di deterioramento termico, il Middle Miocene Climatic Transition (MMCT, 15 -14 Ma), che culmina nell’evento di raffreddamento globale a 13.8 Ma, il Mi3b. Analisi quantitative ad alta risoluzione (≈20 Kyr) delle associazioni a foraminiferi planctonici sono state condotte su successioni sedimentarie dell’Oceano Atlantico equatoriale e (sub)tropicale (rispettivamente, ODP Leg 154 Site 925 and ODP Leg 208 Site 1264), da circa 18 a circa 14 Ma, e non ancora disponibili per le basse latitudini. Questi site sono stati selezionati per la loro successione sedimentaria pressochè continua, per la buona preservazione delle associazioni a foraminiferi planctonici e per la disponibilità di un modello di età ottenuto attraverso la calibrazione astronomica. Per ogni campione, 200-300 esemplari di foraminiferi planctonici sono stati classificati a livello supraspecifico e specifico (circa 56 specie) e contati per elaborare le curve di abbondanza rappresentate vs. meter composite depth (mcd) e/o età. Gli indici di dissoluzione del carbonato, di diversità, di paleotemperatura e paleoproduttività superficiale e di stratificazione della massa d’acqua (esistenti in letteratura o elaborati per l’intervallo stratigrafico studiato) sono stati rappresentati lungo il record stratigrafico e correlati con le curve di abbondanza. I risultati ottenuti potrebbero contribuire a migliorare i recenti schemi biostratigrafici per le latitudini (sub)tropicali (Wade et al., 2011 modificato da Berggren et al., 2018) mediante un più accurato posizionamento degli eventi biozonali (per es. T di Catapsydrax dissimilis, B di Globorotalia praemenardii, B di Orbulina suturalis, per entrambi i site) precedentemente definiti in Shipboard Scientific Party (Pearson & Chaisson, 1997 per il Site 925; Zachos et al., 2004 per il Site 1264) e l’identificazione di eventi addizionali (per es. il cambiamento di avvolgimento da random a sinistrorso di Paragloborotalia siakensis per il Site 925; Tc di Globorotalia zealandica, B di Globorotalia miozea, AB/AE di Parabloborotalia bella e P. siakensis per il Site 1264). Lo studio ha evidenziato la rarità (e la discontinuità, solo per il Site 925) delle specie del phylum Praeorbulina / Orbulina lungo il record analizzato. Il disaccordo sul concetto di Praeorbulina datum (Praeorbulina curva in questo studio; Praeorbulina sicana nelle zonazioni standard) limita l’applicazione della biozonazione delle basse latitudini (sub)tropicali. Inoltre, le associazioni a foraminiferi planctonici dei due site risultano essere già differenziate dalla base dell’intervallo stratigrafico studiato (Burdigaliano superiore). Il record quantitativo dei foraminiferi planctonici del Site 1264 è stato confrontato con il record degli isotopi stabili dell’ossigeno e del carbonio di Beddow (2016) per investigare le relazioni tra le variazioni delle associazioni e quelle paleoclimatiche. L’analisi statistica dei dataset a foraminiferi planctonici (Principal Component Analysis e Cluster Analysis) ha permesso di interpretare i parametri abiotici che hanno controllato le associazioni studiate. La curva della PC1 non mostra una chiara risposta all’evoluzione paleoclimatica dall’MMCO all’MMCT, evidenziata a scala globale da numerosi record isotopici a foraminiferi bentonici per l’intervallo stratigrafico studiato (per es. Zachos et al., 2001; Diester-Hass et al., 2009; Holbourn et al., 2015; Beddow, 2016). Essa sembra mostrare una risposta locale ai cambi oceanografici legati all’evoluzione paleoclimatica dell’emisfero australe (alternarsi di deterioramento /miglioramento climatico probabilmente dovuto all’instabilità dell’ Antarctic Ice Sheet). Sebbene entrambi i site siano collocati a latitudini (sub)tropicali, essi mostrano differenti assetti oceanografici caratterizzati dall’alternarsi di intervalli di rafforzamento/indebolimento del downwelling equatoriale presso il Site 925 e di intervalli di assenza/presenza della Benguela Outer Current (fredda e eutrofica) presso il Site 1264, rispettivamente nelle fasi di deterioramento/miglioramento climatico.