DOI: https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.112891
تاريخ النشر: 2025-03-10
المؤلف: Maria Rose Petrizzo وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الحفريات والطبقات الأحفورية
نظرة عامة
حدث الأكسجين البحري 2 (OAE 2)، الذي وقع عند حدود السنين الساكنة/التورونية قبل حوالي 93.9 مليون سنة، يمثل اضطرابًا كبيرًا في دورة الكربون العالمية، يتميز بزيادة إيجابية متزامنة في δ¹³C في كل من الكربونات والمواد العضوية بسبب دفن الكربون العضوي الواسع. أسباب الحدث محل نقاش، مع فرضيات تقترح أن النشاط البركاني تحت البحري الضخم أطلق غازات دفيئة ومعادن محدودة حيويًا، مما ساهم في الحد الأقصى الحراري الساكن-التوروني وزيادة خصوبة المحيط. أدت التغيرات في درجة حرارة المحيط، وتوافر العناصر الغذائية، وتشبع أيونات الكربونات خلال OAE 2 إلى تغييرات ملحوظة في تنوع الأنواع ومعدلات التكلس بين الكائنات البحرية المتكلسة، مما أثر بشكل خاص على الكائنات القاعية في المياه الضحلة أكثر من العوالق الكلسية.
حللت الدراسة الكائنات البحرية المتكلسة الرئيسية، بما في ذلك الفيرمينيفيرا العائمة، والنانوفيتوس الكلسي، والفيرمينيفيرا القاعية الكبيرة (LBF)، والمحار الروديستي، باستخدام استراتيجرافيا نظائر الكربون عالية الدقة لربط الأحداث الحيوية مع المؤشرات الجيوكيميائية للتغيرات البيئية القديمة. تشير النتائج إلى أن حوالي 26% من الأجناس البحرية انقرضت خلال OAE 2، مع حدوث أكبر حدث انقراض خلال حدث البرودة بلينوس (PCE). تسلط الأبحاث الضوء على أنه بينما أظهرت الفيرمينيفيرا العائمة والنانوفيتوس الكلسي مرونة أكبر، كانت LBF والروديس أكثر عرضة للتقلبات الشديدة في درجة حرارة سطح البحر واضطرابات تدرج المحيط، مما أدى إلى انقراضها. تشمل العوامل التي تسهم في هذه القابلية للانقراض حجم LBF والروديس الأكبر، وموطنها الاستوائي، ووجود الفوتوسيمبيونت في LBF، مما قد يكون قد زاد من حساسيتها للظروف الحرارية المفرطة.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية حدث الأكسجين البحري 2 (OAE 2) في الفترة الساكنة-التورونية المبكرة، الذي يتميز بزيادة إيجابية ملحوظة في δ¹³C في الكربونات والمواد العضوية، مما يشير إلى تغييرات عالمية كبيرة في دورة الكربون. يرتبط هذا الحدث بدفن كميات كبيرة من المواد العضوية في البيئات البحرية العميقة، على الرغم من أن البيئات البحرية الضحلة لم تشهد نقصًا واسع النطاق في الأكسجين. تم اقتراح فرضيات مختلفة لشرح زيادة دفن الكربون العضوي خلال OAE 2، بما في ذلك تعزيز توصيل العناصر الغذائية من التجوية، وارتفاع مستوى سطح البحر، والنشاط البركاني الذي ساهم في إثراء العناصر الغذائية في المحيط. بالإضافة إلى ذلك، تميزت الفترة بارتفاع كبير في درجة حرارة المحيط، حيث تجاوزت درجات الحرارة السطحية 35 درجة مئوية في خطوط العرض المنخفضة وانخفضت تدرجات الحرارة من خط الاستواء إلى القطب.
تسلط المقدمة أيضًا الضوء على حدث تبريد يعرف باسم حدث البرودة بلينوس (PCE)، المنسوب إلى انخفاض في pCO₂ الجوي نتيجة لدفن الكربون العضوي، والذي تزامن مع تغيرات في قيم δ¹⁸O ووجود أحافير ماكرو بورالية. تم توثيق هذا التبريد عبر مناطق مختلفة ويرتبط بتغيرات في دوران المحيط وزيادة أكسجة قاع البحر. تهدف الورقة إلى تجميع الاستجابات الحيوية للمتكلسات البحرية، وخاصة الفيرمينيفيرا العائمة، والنانوفيتوس الكلسي، والفيرمينيفيرا القاعية الأكبر، والمحار الروديستي، خلال OAE 2. من خلال استخدام استراتيجرافيا نظائر الكربون، يعتزم المؤلفون ربط التغيرات الحيوية مع المؤشرات الجيوكيميائية، مما يعالج في النهاية أنماط الانقراض المختلفة الملحوظة بين هذه المجموعات خلال هذا الحدث البيئي القديم الهام.
الطرق
في هذه الدراسة، نقوم بتحليل التغيرات الحيوية في الفيرمينيفيرا العائمة والنانوفيتوس الكلسي عبر حدث الأكسجين البحري 2 (OAE 2) باستخدام بيانات من ثلاثة أقسام هيميبلاجيك-بلاجيك بارزة: كانيون روك (الولايات المتحدة الأمريكية)، حدائق غون (المملكة المتحدة)، وكلا شيفالييه (فرنسا). تركز البيانات الجديدة بشكل خاص على استراتيجرافيا النانوفيتوس الكلسي في قسم إيستبورن، الذي يتكون من 138 عينة تم جمعها من أعماق تتراوح من 0 إلى 26.9 م. تم إعداد العينات كشرائح مسح وفقًا للمنهجية الموضحة بواسطة باون ويونغ (1998) وتم فحصها تحت مجهر ضوئي قطبي من نوع ليز لابورلوكس بتكبير 1250×.
بالإضافة إلى ذلك، ندمج بيانات عن الفيرمينيفيرا القاعية الكبيرة (LBF) والمحار الروديستي من بيئات المنصات الكربونية، مستخدمين بيانات منشورة من قسم رايا ديل بيدالي في إيطاليا ومنصة الكربونات اللوسيتانية في البرتغال. يتم استخدام استراتيجرافيا نظائر الكربون لإنشاء ارتباط عالي الدقة بين الأقسام الهيميبلاجيك-بلاجيك والأقسام الكربونية التي تم تحليلها، مما يسهل مقارنة التغيرات الحيوية مع المؤشرات الجيوكيميائية المتعلقة بدرجة حرارة مياه البحر السطحية، وpCO₂، وشدة تجوية السيليكات، ونقص الأكسجين في قاع البحر، والنشاط البركاني. يتم تقديم أوصاف مفصلة للأقسام الاستراتيجرافية والأنواع البحرية الكلسية والأنواع القاعية في المياه الضحلة في الفصول الفرعية التالية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في الورقة البحثية النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. يبرز النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة في الدراسة. من المحتمل أن يتم توضيح البيانات من خلال مقاييس إحصائية متنوعة، أو رسوم بيانية، أو جداول، توضح العلاقات أو التأثيرات الملحوظة.
قد تشمل النتائج مقاييس كمية، مثل المتوسطات، والانحرافات المعيارية، أو قيم p، مما يشير إلى الأهمية الإحصائية للنتائج. بالإضافة إلى ذلك، يتم تلخيص أي معادلات أو نماذج ذات صلة تم استخدامها لتفسير البيانات، مما يوفر فهمًا واضحًا للعلاقات الرياضية الأساسية. بشكل عام، يخدم هذا القسم لنقل الأدلة التجريبية التي تدعم استنتاجات الدراسة.
المناقشة
تناقش هذه القسم تعريف وأهمية حدث الأكسجين البحري 2 (OAE 2)، الذي يتميز بزيادة واسعة النطاق في نظائر الكربون (CIE) عبر حدود السنين الساكنة-التورونية. تم تعريفه في البداية من خلال وجود رواسب غنية بالكربون العضوي، ولكن OAE 2 يتم تحديده الآن بدقة أكبر باستخدام CIE، الذي يوفر وسيلة موثوقة لربط السجلات عبر أحواض وفاسي مختلفة. يتميز الحدث ببدء تحول إيجابي في نسبة نظائر الكربون ($\delta^{13}C$) وانخفاضه اللاحق، مع نظام تسمية يصنف CIE إلى قمم مميزة (موسومة من “أ” إلى “د”) لتسهيل التحليل الاستراتيجرافي.
تم تقدير مدة OAE 2 باستخدام طرق الاستراتيجرافيا الدورية، مما أسفر عن نتائج متباينة عبر مواقع مختلفة، وغالبًا ما تكون معقدة بسبب اختلاف التعريفات لحدود الحدث الاستراتيجرافية. على سبيل المثال، تتراوح التقديرات من حوالي 563-601 ky إلى 920 ± 170 ky اعتمادًا على المعايير المحددة المستخدمة لتعريف انتهاء CIE. يتم تحديد حدث البرودة بلينوس (PCE)، وهو مرحلة تبريد مؤقتة خلال OAE 2، من خلال المؤشرات الجيوكيميائية وسجلات الأحافير، مما يشير إلى تفاعل معقد للظروف المناخية خلال هذه الفترة. يبرز القسم أيضًا التباين في تفسير حلقات التبريد ضمن PCE عبر دراسات مختلفة، مما يبرز الحاجة إلى إطار استراتيجرافي متسق لفهم هذه الأحداث بشكل شامل.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2025.112891
Publication Date: 2025-03-10
Author(s): Maria Rose Petrizzo et al.
Primary Topic: Paleontology and Stratigraphy of Fossils
Overview
The Oceanic Anoxic Event 2 (OAE 2), occurring at the Cenomanian/Turonian boundary approximately 93.9 million years ago, marked a significant disruption in the global carbon cycle, characterized by a synchronous positive δ¹³C excursion in both carbonates and organic matter due to extensive organic carbon burial. The event’s causes are debated, with hypotheses suggesting that massive submarine volcanic activity released greenhouse gases and biolimiting metals, contributing to the Cenomanian-Turonian thermal maximum and increased ocean fertility. Variations in ocean temperature, nutrient availability, and carbonate ion saturation during OAE 2 led to notable changes in species diversity and calcification rates among marine biocalcifiers, particularly affecting shallow-water benthic organisms more severely than calcareous plankton.
The study analyzed key marine biocalcifiers, including planktonic foraminifera, calcareous nannofossils, large benthic foraminifera (LBF), and rudist bivalves, using high-resolution carbon isotope stratigraphy to correlate biotic events with geochemical proxies of paleoenvironmental changes. Findings indicate that approximately 26% of marine genera went extinct during OAE 2, with the most significant extinction event occurring during the Plenus Cold Event (PCE). The research highlights that while planktonic foraminifera and calcareous nannoplankton exhibited greater resilience, LBF and rudists were more vulnerable to the extreme fluctuations in sea surface temperature and ocean stratification disruptions, leading to their extinction. Factors contributing to this vulnerability include the larger size of LBF and rudists, their tropical habitat, and the presence of photosymbionts in LBF, which may have exacerbated their sensitivity to hyperthermal conditions.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the Cenomanian-earliest Turonian Oceanic Anoxic Event 2 (OAE 2), characterized by a notable positive δ¹³C excursion in carbonates and organic matter, indicating significant global changes in carbon cycling. This event is linked to the burial of substantial organic matter in deep-sea environments, although shallow marine settings did not experience widespread anoxia. Various hypotheses have been proposed to explain the increased organic-carbon burial during OAE 2, including enhanced nutrient delivery from weathering, sea-level rise, and volcanic activity that contributed to oceanic nutrient enrichment. Additionally, the period was marked by significant ocean warming, with surface temperatures exceeding 35°C in low latitudes and a reduction in temperature gradients from equator to pole.
The introduction also highlights a cooling event known as the Plenus Cold Event (PCE), attributed to decreased atmospheric pCO₂ from organic carbon burial, which coincided with shifts in δ¹⁸O values and the presence of Boreal macrofossils. This cooling was documented across various regions and is associated with changes in ocean circulation and increased sea-floor oxygenation. The paper aims to synthesize the biotic responses of marine calcifiers, specifically planktonic foraminifera, calcareous nannofossils, larger benthic foraminifera, and rudist bivalves, during OAE 2. By utilizing carbon isotope stratigraphy, the authors intend to correlate biotic changes with geochemical proxies, ultimately addressing the differential extinction patterns observed among these groups during this significant paleoenvironmental event.
Methods
In this study, we analyze biotic changes in planktonic foraminifera and calcareous nannoplankton across Oceanic Anoxic Event 2 (OAE 2) using data from three prominent hemipelagic-pelagic sections: Rock Canyon (USA), Gun Gardens (UK), and Clot Chevalier (France). New data specifically focus on the calcareous nannofossil biostratigraphy of the Eastbourne section, comprising 138 samples collected from depths of 0 to 26.9 m. The samples were prepared as smear slides following the methodology outlined by Bown and Young (1998) and examined under a Leitz Laborlux polarizing light microscope at a magnification of 1250×.
Additionally, we incorporate data on Larger Benthic Foraminifera (LBF) and rudist bivalves from carbonate platform environments, utilizing published data from the Raia del Pedale section in Italy and the Lusitanian Carbonate Platform in Portugal. Carbon isotope stratigraphy is employed to establish a high-resolution correlation between the analyzed hemipelagic-pelagic and carbonate platform sections, facilitating a comparison of biotic changes with geochemical proxies related to surface seawater temperature, pCO₂, silicate weathering intensity, sea-floor anoxia, and volcanism. Detailed descriptions of the stratigraphic sections and the associated calcareous plankton and shallow-water benthic taxa are provided in subsequent subchapters.
Results
The “Results” section of the research paper presents key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed in the study. The data is likely illustrated through various statistical measures, graphs, or tables, demonstrating the relationships or effects observed.
The results may include quantitative metrics, such as means, standard deviations, or p-values, indicating the statistical significance of the findings. Additionally, any relevant equations or models that were utilized to interpret the data are summarized, providing a clear understanding of the underlying mathematical relationships. Overall, this section serves to convey the empirical evidence that substantiates the study’s conclusions.
Discussion
The section discusses the definition and stratigraphic significance of the Oceanic Anoxic Event 2 (OAE 2), characterized by a widespread positive carbon isotope excursion (CIE) across the Cenomanian-Turonian boundary. Initially defined by the presence of organic-carbon-rich deposits, OAE 2 is now more accurately delineated using the CIE, which provides a reliable means for correlating records across various basins and facies. The event is marked by the onset of a positive shift in the carbon isotope ratio ($\delta^{13}C$) and its subsequent decline, with a nomenclature system categorizing the CIE into distinct peaks (labeled “a” to “d”) to facilitate stratigraphic analysis.
The duration of OAE 2 has been estimated using cyclostratigraphic methods, yielding varying results across different localities, often complicated by differing definitions of the event’s stratigraphic boundaries. For instance, estimates range from approximately 563-601 ky to 920 ± 170 ky depending on the specific criteria used for defining the termination of the CIE. The Plenus Cold Event (PCE), a temporary cooling phase during OAE 2, is identified through geochemical proxies and fossil records, suggesting a complex interplay of climatic conditions during this period. The section also highlights the variability in the interpretation of cooling episodes within the PCE across different studies, emphasizing the need for a consistent stratigraphic framework to understand these events comprehensively.