Early cretaceous shoal water carbonates from the Central Apennines : sedimentology, chemostratigraphy and sclerochemistry

Abstract

Gase aus vulkanischen und/oder methanogenen Quellen erhöhten während der Kreidezeit (145,0 bis 66,0 Ma) den atmosphärischen CO2-Gehalt, was zu Ozeanischen Anoxischen Events (OAE) und den damit weit verbreiteten "Schwarzschiefern" führte. Das Klima dieser Zeit wurde durch einige kurzlebige aber markante Abkühlungen geprägt, welche die ansonsten vorherrschenden Treibhausbedingungen unterbrachen. Ein außergewöhnlich hoher globaler Meeresspiegel, die Überflutung mehrerer Kontinentalplatten und die Entwicklung großer Schelfgebiete begünstigten die Entwicklung isolierter, flach-mariner Karbonatplattformen. Letztere waren, insbesondere in und um den Bereich der Tethys, weit verbreitet. Dort wurden große und komplexe Sedimentsysteme ausgebildet, die durch schnell ändernde Umweltbedingungen immer wieder zerstört wurden. Rudisten, eine Ordnung von sedimentbewachsenden, heterodontalen, bizarr geformten, festsitzenden Muscheln, waren die Hauptkarbonatproduzenten. Flach marine Karbonatplattformen sind wegen ihrer schnellen Reaktion auf Umweltveränderungen ein wertvolles Archiv für die Rekonstruktion von Umwelt- und Klimabedingungen. Dennoch sind sie aufgrund der geringen biostratigraphischen Auflösung und der damit verbundenen erschwerten chronostratigraphischen Klassifizierung oft schwer zu entschlüsseln. Zusätzlich wird eine zeitliche Einordnung oft durch Lücken erschwert, die durch Expositionsoberflächen verursacht werden, sodass die Sedimentation oft als fragmentarisch erscheint. Um die paläoökologischen Bedingungen zu rekonstruieren, wurde ein präziser chronostratigraphischer Rahmen geschaffen. Zwei Abschnitte auf der apenninischen Karbonatplattform, der am Plattformrand gelegene Monte La Costa und der im inneren der Lagune gelegene Santa-Lucia Aufschluss, wurden mit einem integrierten bio- (Kalkalgen und benthische Foraminiferen) und chemostratigraphischen (C-, O- und Sr-Isotopenanalyse) Ansatz analysiert. Darüber hinaus wurden beide Abschnitte mit gut datierten pelagischen Referenzkurven und untereinander korreliert. Mehrere Expositionsflächen und die damit verbundenen Zeitverluste wurden bei beiden Aufschlüssen erfasst und präzise datiert. Eine mikrobielle Blüte, die auf der Apenninkarbonatplattform auftritt, wurde in beiden Abschnitten nachgewiesen. Ihr zeitgleicher Beginn wurde unter Verwendung des oben genannten Rahmens auf das OAE1b datiert, auf das Intervall zwischen dem Jacob- und Kilian-Schwarzschieferevent. Die Hauptphase des bacinelloiden Wachstums ist mit dem Temperaturanstieg korreliert, der auf den Late Aptian ‚Cold Snap‘ folgt, sowie mit einem Meeresspiegelanstieg. Um Radiolitidenschalen aus Tief-Mg Calcit als Paläoumweltarchiv zu nutzen, wurde ein erster Versuch unternommen, Isotopen- und Elementdaten hochauflösend zu messen. Die Auswahl der Schalen erfolgte anhand von literaturbasierten Grenzwerten. Es wurden sklerochronologische Profile erstellt und verschiedene Schalenstrukturen (kompakt und porös) beschrieben. Die Ergebnisse ausgewählter Schalen sind vielversprechend: Das zyklische, sinusförmige δ18O-Muster in der kompakten, linken Klappe kann für Paläotemperatur- und Paläosalinitätsrekonstruktionen verwendet werden. In den rechten Klappen wurden zwei Mikrostrukturtypen klassifiziert: Schalen, bei denen kompakte und nicht-kompakte Teile abwechselnd zu finden sind, können für paläoökologische Rekonstruktionen verwendet werden, während solche, die eine celluloprismatische Struktur enthalten, nur für die Rekonstruktion des Lebensraums verwendet werden können, da der isotopische - und elementare Datensatz die Auswirkungen diagenetischer Veränderungen zeigt.

During the Cretaceous (145.0 to 66.0 Myr) elevated atmospheric CO2 levels resulted in Oceanic Anoxic Event (OAE) causing widely spread “black shales” and an abrupt increase in temperature. The climate of this period was disturbed by a few short-lived but prominent cooling events, interrupting the prevailing greenhouse conditions. An outstanding high global sea level, the submergence of several continental plates, and the evolution of large shelf areas favoured the development of isolated shallow marine carbonate platforms. The latter were exceptionally widespread, particularly in and around the Tethyan realm. There they built large and complex sedimentary systems, which have been repeatedly devastated by fast-changing environmental conditions. Rudists, an order of gregarious, sediment dwelling, heterodont, bizarrely shaped, sessile bivalves were the main carbonate producers. Shallow marine carbonate platforms are a valuable archive for the reconstruction of deep-time environmental and climatic conditions due to their quick reaction to environmental changes. Their often-low resolution of biostratigraphic schemes makes a precise chronostratigraphic classification difficult, resulting in a fragmentary record. In order to reconstruct palaeoenvironmental conditions, a precise chronostratigraphic framework was established. Two sections, the platform marginal Monte La Costa and the inner lagoonal Santa Lucia sections, located on the Apennine carbonate platform, were analysed in great detail, using an integrated bio- (calcareous algae and benthic foraminifera) and chemostratigraphic (C-, O- and Sr-isotope analysis) approach. Furthermore, both sections were correlated with well-dated pelagic reference curves and with each other. Several exposure surfaces and their related temporal gaps were detected at both sections and dated precisely. A microbial episode appearing on the Apennine Carbonate Platform was detected in both sections. Its coeval onset was dated, using the aforementioned framework, to the OAE1b, between the Jacob and Kilian black-shale level especially. The main phase of bacinelloid growth can be linked to the subsequent temperature rise after the Late Aptian cold snap as well as an increase in sea level. In order to use low-Mg calcite radiolitid shells as a palaeoenvironmental archive, a first approach of high-resolution sampling, using isotopic and elemental data, was applied. Shells were selected using literature based thresholds. Sclerochronological profiles were created and various shell structures (compact and porous) described. The results of selected shells are promising: The smooth, sine functional δ18O pattern in the compact left valve may be used for palaeotemperature and palaeosalinity reconstructions. In the right valves two microstructure types were classified: Shells, where compact and non-compact parts alternating, might be used for palaeoenvironmental reconstructions, while those that contain a celluloprismatic structure, can be used only for habitat reconstructions, as the isotopic and elemental dataset shows the impact of diagenetic alteration.