Diversity, distribution and geochemistry of benthic foraminifera in Holocene lagoons of carbonate platforms (Belize, Central America)

Diversität, Verbreitung und Geochemie benthischer Foraminiferen in holozänen Lagunen von Karbonatplattformen (Belize, Zentralamerika)

  • 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 circulation, substrate, bottom-water temperature, and salinity. Geochemical proxies (δ18O and δ13C), 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. Holocene BW-temperature reconstructions based on δ18O of single Archaias angulatus tests do not correspond to typical Holocene climate models of the Caribbean. In the Belize area, mean BW-temperature trends indicate local climate variations. A decrease of δ13C 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.
  • 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 Salinität zu bestimmen. Geochemische Analysen (δ18O und δ13C) 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. Holozäne Temperaturrekonstruktionen anhand von δ18O Werten der Großforaminifere Archaias angulatus korrelieren nicht mit typischen karibischen Klimamodellen. Unterschiede in den Temperatur-Trends und Schwankungen spiegeln lokale Klimavariationen in Belize wider. Eine Abnahme von δ13C in den letzten 1,000 Jahren deutet auf den sog. „Suess Effect“ hin. Saisonale BW-Temperaturrekonstruktionen der δ18O Werte entsprechen dem modernen Jahrestemperaturverlauf in den Lagunen mit höheren Temperaturen im Sommer und Herbst und niedrigeren Temperaturen im Winter und Frühling.

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Metadaten
Author:Sandra Schultz
URN:urn:nbn:de:hebis:30-61340
Referee:Eberhard Gischler
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2009/01/27
Year of first Publication:2008
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2008/12/19
Release Date:2009/01/27
Tag:Diversität; Karibik; Verbreitung; benthisch; stabile Isotope
Caribbean; benthic; distribution; diversity; stable isotopes
GND Keyword:Belize; Foraminiferen
HeBIS-PPN:208549242
Institutes:Geowissenschaften / Geographie / Geowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 56 Fossilien, Paläontologie / 560 Paläontologie; Paläozoologie
Sammlungen:Sammlung Biologie / Biologische Hochschulschriften (Goethe-Universität)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht