Belemniters stabila isotopsammansättning : paleomiljöns och diagenesens betydelse

Abstract

Stable isotope compositions (δ18 0 and δ13 C) and cathodoluminescence characteristics were determined in 112 belemnite rostra, including Belemnellocamax grossouvrei, Belemnitella alpha, Belemnellocamax mammillatus, Belemnellocamax balsvikensis, Gonioteuthis quadrata scaniensis, Belemnitella mucronata and Belemnella lanceolata. The main aims were to determine palaeoenvironmental and diagenetic influences on the fossil tissue, and to discuss the marine palaeotemperatures during Late Cretaceous times. The specimens were collected from strata in the Kristianstad Basin, southern Sweden. The strata included sediments spanning the earliest Campanian to earliest Maastrichtian interval. The belemnites are composed of low-magnesium calcite. EDX and cathodoluminescence microscopy indicated partial re-crystallisation, and thin sheets of cemented "growth rings" ( filled voids
after organic tissue). Regardless of petrographic status, δ18 O and δ13 C data appear very uniform and plausible for Cretaceous palaeoenvironments. This may imply that the isotope data represent biologic as well as marine early diagenetic conditions. The oxygen isotope data were re-calculated to sea surface and/or early diagenetic temperatures. Accordingly, Campanian sediments reflect 15,6°C ± 0,1 °C, whereas the superimposed succession show gradually declining calculated temperatures down to, 12,5°C ± 1,9°C. This is in
agreement with palaeoecological studies of vertebrates within the same basin, as well as with other studies of Late Cretaceous belemnites in northern Europe.

Abstract (Swedish)

Syreisotopsammansättningen bestämdes i 112 belemnitrostra. De identifierade arterna inkluderar: Belemnellocamax grossouvrei, Belemnitella alpha, Belemnellocamax mammillatus, Belemnellocamax balsvikensis, Gonioteuthis quadrata scaniensis, Belemnitella mucronata och Belemnella lanceolata. Belemniterna som består av lågmagnesiumkalcit insamlades från lagerföljder i Ullstorp, Ignaberga, Åsen och Balsvik, vilka är belägna i Kristianstadbassängen i NO Skåne. Lagerföljderna inkluderar sediment
från tidigaste campan till tidigaste maastricht (i belemnittermer). Den beräknade medelpaleotemperaturen för tidigaste campan är 15,6°C ± 0,1 °C, medan motsvarande värde för tidigaste maastricht är 12,5°C ± l ,9°C. Det finns m a o en trend i resultaten som antyder att det kan ha varit varmast under tidigaste campan och att det blev successivt kallare mot tidigaste maastricht. De beräknade temperaturfallen rimmar väl med förändringar i sediment- och vertebratfossilinnehåll i Kristianstadsbassängen. Undersökningar med EDX och katodluminescens indikerade ställvis diagenetisk påverkan (partiell omkristallisering), men inga påtagliga skillnader i isotopsammansättningen
märktes mellan omkristalliserade och diagenetiskt mindre påverkade belemniter.
De i båda fallen enstämmiga och rimliga δ18 O och δ13 C värdena kan bero på tidigdiagenetisk påverkan (marin diagenes), d v s att de beräknade temperaturerna representerar såväl paleomiljön som miljön inne i det grunt begravda sedimentet. Risken för att belemniterna i stor utsträckning skulle ha migrerat och därmed representera andra klimatzoner anses som liten då ett kontinuerligt spektrum av ontogenetiska stadier av Belemnellocamax grossouvrei, Belemnellocamax mammillatus och Belemnellocamax balsvikensis har återfunnits.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Undersökningens baseras på prover från hårdvävnaden hos belemniter som är en utdöd form av bläckfisk. Syftet var att undersöka de NO-skånska kretaceiska belemniternas stabila isotopinnehåll, samt att analysera deras diagenetiska och paleoklimatologiska status.
Belemniterna kommer från fyra lokaler: Ullstorp, Ignaberga, Åsen och Balsvik vilka alla ligger i Kristianstadbassängen. Bassängen bildades under en tektoniskt orolig tidig under mesozoikum. Rörelser i berggrund gjorde att vissa delar av Skåne sjönk ner och bassänger bildades. Under krita var det ett varmt klimat och kalksten avsattes i bassängen. Kalkstenen består av tagghudingar, armfotingar, mossdjur, blötdjur, foraminiferer och kalkalger.

Syreisotopanalys innebär att man mäter hur mycket av syreisotopen 16O det finns i förhållande till syreisotopen 18O. Syreisotopen 16O är den lättare isotopen som avges vid evaporation och kondensation. Om det var nedisat vid polerna kommer det att synas i resultaten eftersom det blir mindre av syreisotopen 16O i havsvattnet och mer blir bundet vid polernas is.
Efter bearbetning i laboratoriet och mikroskopiska undersökningar skickades proverna till England för isotopanalys. Erhållna värden sattes i en formel för temperaturberäkning. Det finns faktorer som kan göra beräkningarna lite osäkra. En fråga är om belemniterna blivit begravda i sediment och deras ursprungliga syreisotopsignal förändrats. En annan osäkerhetsfaktor utgörs av hur mycket av syreisotopen 16O som var bundet i is vid polerna. Klimatet under krita tolkas emellertid som isfritt. En annan riskfaktor är att man inte vet så mycket om hur belemniterna levde. Om de har migrerat kommer temperaturvärden att fås från de områden de migrerat från. Risken finns även att belemniterna inte byggde sin hårdvävnad i jämvikt med vattnet och då kan felaktiga värdena på havstemperaturen erhållas. Risken att belemniterna skulle ha migrerat är inte så stor eftersom vissa arter av belemniter återfinns i alla tillväxtstadier i Kristianstadbassängen. En del belemniter visade viss påverkan av tidig marin diagenes. Deras nu levande släktingar bygger sin hårdvävnad i jämvikt med omgivande havsvatten, vilket är troligt att även belemniterna gjorde.

Årsmedeltemperaturerna från undersökningen visade 15,6ºC ± 0,1ºC till 12,5ºC ± 1,8ºC. Temperaturerna visade en trend att det blir gradvis kallare mot slutet av krita. Flera undersökningar i Kristianstadbassängen och från Europa visar samma trend. Även klimatmodeller från sen krita visar ungefär samma temperaturer. De mikroskopiska och geokemiska undersökningarna av hårdvävnaden antyder att den isotopbaserade temperatursignal som kommit fram i denna studie inte fixerades då djuren tillväxte i den marina miljön, utan snarare då de låg döda på eller strax under havsbotten.

• author: Ljungberg, Carina
• supervisor: Anders Ahlberg
• organization: Department of Geology
• alternative title: Geochemistry of Cretaceous belemnites from the Kristianstad Basin : evidence of palaeoenvironmental and diagenetic influence
• year: 2004
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: isotoper, belemniter, klimat, paleotemperatur, krita, Kristianstadbassängen, Skåne, Sverige, oxygen, isotopes, belemnites, climate, palaeotemperature, Cretaceous, Kristianstad, Scania, Sweden
• publication/series: Examensarbeten i geologi vid Lunds universitet
• report number: 175
• language: Swedish
• id: 2340249
• date added to LUP: 2012-12-27 15:53:51
• date last changed: 2012-12-27 15:53:51