Microflora from Molasse sediments in southern Germany

1. Polleninventar: Erstmals wurde der Sporomorpheninhalt der Süssbrackwassermolasse und der Oberen Süsswassermolasse Südbayerns einer umfassenden Sichtung unterzogen. Von den überprüften 92 Fundstellen erwiesen sich 55 als sporomorphenführend. Nur 15 davon waren so ergiebig, daß ihr Inhalt quantitativ erfaßt und als Grundlage für die Erstellung eines Diagramms herangezogen werden konnte. Dennoch weist der systematische Katalog 272 Formen auf. Dies ist eine im Vergleich mit anderen, in neuerer Zeit bearbeiteten neogenen Pollenfloren Mitteleuropas sehr große Zahl, wie folgende Angaben belegen: Niederrheinische Braunkohle 175 Arten, Braunkohle der Oberpfalz 138 Arten, subalpine Flözmolasse Bayerns 93 Arten und subalpine Molasse der Ostschweiz und der zentralen und westlichen Paratethys 219 Arten. Dieser Reichtum erklärt sich unschwer aus der Größe des Untersuchungsgebietes, das vom Allgäu im Westen bis an die Salzach im Osten reichte. Überwiegend gehören die nachgewiesenen Formen gutbekannten Arten bzw. Formenkreisen an. Deshalb wurde lediglich die Aufstellung von 2 neuen Gattungen, 19 neuen Arten sowie 5 Neukombinationen nötig. Neue Genera: Nr. (165) Ludwigiapollis Nr., (248) Caesalpiniaceaepollenites, 311 Neue Spezies: (039) Polypodiaceoisporltes subtriangularis, (046) P. pityogrammoides, (067) Perinomonoletes imperfectus, (124) Cycadopltes gemmatus, (125) C. concinus, (133) Lillacidites tener, (137) Nupharipollenites microechinatus, (150) Polyporopollenites nanus, (161) Porocolpopollenites subrotundus, (165) Ludwigiapollis labiatus, (169) Sporotrapoidites cucculatus, (190) Tricolpopollenites cribosus, (192) T. variabilis, (204) Tricolporopollenites pulcher, (210) T. operculiferus, (213) T. pseudomarcodurensis, (217) T. magnolaevigatus, (245) Umbelliferaepollenites achldorfensis, (248) Caesalpiniaceaepollenites antiquus Neukombinationen: (081) Pityosporites koraensis, (128) Magnoliaepollenites magnolioides, (130) M. graciliexinus, (168) Sporotrapoidites erdtmannii, (177) Chenopodipollis psilatoides. Für die meisten der vorgefundenen Sporomorphen sind die Lieferpflanzen bereits bekannt. Dennoch gingen parallel zur Bestimmung, d.h. der Zuordnung der Funde zu Gruppen des morphographischen Sporomorphensystems, die Bemühungen auch dahin, solche Lieferpflanzen, v.a. der selteneren oder neu gefundenen Sporomorphen, zu ermitteln; einige der neuen Arten sind in ihrer Verwandtschaft eindeutig, was durch die Benennung zum Ausdruck gebracht wird (s.o). Für die Mehrzahl der neuen Spezies und für viele bisher in ihrer Verwandtschaft unklare Formen ließ sich die botanische Deutung zumindest eingrenzen. Dies gelang für 148 Formen. Es handelt sich dabei teils um subtropisch-tropische Gewächse, teils aber auch um Pflanzen gemäßigter Klimata. Für genaue Zuweisungen sind jedoch umfangreiche Rezentvergleiche nötig, die einer eigenen Bearbeitung vorbehalten bleiben müssen. Auch einige als Sammelgruppen behandelte Formenkreise erfordern für eine Aufgliederung detailliertere Untersuchungen als sie in diesem Rahmen durchführbar waren. (z. B. Tricolpopollenites asper, T. sp. 2 u.a.). Andere Formen und Gattungen wiederum erwiesen sich dagegen als viel zahlreicher und leichter differenzierbar als bisher angenommen (z. B. Pinaceen, Magnoliaceen, Cyperaceen). In diesem Zusamenhang ist auch zu erwähnen, daß von Hemitrapa zwei Arten mit offensichtlich stratigraphischer Aussagekraft unterscheidbar sind; die Interpretation von Tricolporopol1enltes wackersdorfensis sensu MOHR & GREGOR (1984) als Gleditsia muß nach vorliegenden Erkenntnissen dagegen in Frage gestellt werden. Für 36 Formspezies blieb die Lieferpflanze völlig unbekannt oder es lassen sich höchstens vage Vermutungen anstellen. 2. Biostratigraphie: Fragen der Brauchbarkeit von Mikrofloren für die stratgraphische Gliederung der jüngsten Molassesedimente Südbayerns bildeten den zweiten Schwerpunkt vorliegender Bearbeitung. a) Reichweite: Die Fülle des gefundenen Sporomorphenmaterials brachte es mit sich, daß bei etlichen Formen eine weitere stratigraphische Reichweite als bisher angenommen festgestellt wurde. Zum Teil wurde diese Revision durch die Neugliederung des Paratethys-Miozäns nötig. b) Palynologische Gliederung: Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich bald, daß allein auf der Basis der mikrofloristischen Bearbeitung kein von anderen Fossilresten unabhängiges stratigraphisches Gliederungsschema zu finden war. Weder die von anderen Autoren favoritisierte Leitformen-Methode, noch die Aufgliederung nach Klimaelementen ergab ein brauchbares Bild. Lediglich die bekannte generelle Abnahme der miozänen, paläotropischen und thermophilen Elemente und die Zunahme der pliozänen, arktoteriären und gemäßigten während des Neogens ließ sich deutlich ausmachen. Dagegen ermöglicht die Berücksichtigung des Sporomorpheninhalts eine Ergänzung und Deutung der vertebrat-stratigraphisch ausgeschiedenen Abfolgen. Voraussetzung ist die Möglichkeit einer Zuordnung zu einer natürlichen Art, Gattung oder wenigstens Familie und daraus ableitbar wiederum die Zuordnung zu einer oder mehreren Pflanzengesellschaften. Aufgeteilt nach Diversität, Dominanz und Verhältnis von 'Feuchtpflanzen' bzw. autochthonen Gemeinschaften zu mesophilen Phanerophyten bzw. allochthonen Gemeinschaften lassen sich in Südbayern fünf Pollenbilder erkennen, die mit den MN-Einheiten der Zoostratigraphie in Beziehung gebracht werden können. Die Pollenbilder 1 und 2, ungefähr entsprechend den Säugereinheiten 4b und 5, dokumentieren gattungsreiche, polydominante Mikrofloren, deren Lieferpflanzen vor allem verschiedenen Naß- und Feuchtgesellschaften angehören. Dementprechend sind Pteridaceen, Schizaeaceen, Cyperaceen und Poaceen relativ häufig. Das Pollenbild 1 (Langenau und Rauscheröd) zeichnet sich durch eine gewisse Artenarmut aus, wohingegen im Pollenbild 2 (Hitzhofen und Rittsteig) die Diversität zunimmt und Palmenpollen neben anderen mesophilen Akzessorien eine merkliche Rolle spielt. Bemerkenswert ist in den Entnahmeprofilen das Vorkommen kohliger Sedimente. Bezeichnend für Sporomorphenbild 3 sind oligodominante Mikrofloren, zusammengesetzt aus Elementen artenarmer Au- und Sumpfwälder (Taxodiaceen, Cyperaceen) sowie mesophiler 'Pionierwälder' (Pinaceen, Leguminosen). Fehlende Kohlebildung und das Zurücktreten mesophiler, d. h. allochthoner Lieferpflanzen sind weitere Charakteristika. Dieses Sporomorphenbild mit den Fundpunkten Gallenbach und Unterneul enspricht ungefähr der Säugereinheit MN 6. Die beiden stratigraphisch jüngsten Pollendiagramme 4 und 5 setzen sich deutlich von dem vorhergehenden ab. Belegt sind nun wiederum gattungsreiche, polydominante Pflanzenge seIl schaften feuchter, aber nicht nasser Biotope, in denen es ebenfalls mancherorts zur Kohlebildung kam. Gegenüber den Sporomorphenbildern und 2 ist der Anteil mesophiler Lieferpflanzen deutlich erhöht auf Kosten der Feuchtelemente. Letzteres gilt vor allem für das Sporomorphenbild 5 (Leonberg), in dem Fagaceen Pollen (Quercus, Fagus) vorherrscht. sporomorphenbild 4 entspricht annähernd MN 8 mit den Fundpunkten Hassenhausen und Achldorf, während Leonberg, nahe Marktl gelegen, MN 9 zugehört. Auf dem Umweg über diese an der Säugetierstratigraphie 'geeichten' Mikrofloren gelingt es, stratigraphisch unsichere Fundpunkte, wenn sie nur genügend formen- und individuenreich sind (Burtenbach, Lerchenberg, Wemding), einzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich die in Diagramm 10 dargestellte Reihung vom Liegenden zum Hangenden. Dürftige Sporomorphenfloren oder Floren, die ausschließlich autochthone Feuchtelemente zeigen, können pollenstratigraphisch nicht sicher angesprochen werden, weil ihr Pollendiagramm undeutlich bleiben muß. Entsprechend der anerkannten Unterstellung, daß Phytostratigraphie zugleich Klimastratigraphie ist, läßt die dargestellte, im Grunde auf der Ausscheidung verschiedener Ukotypen basierende Gliederung sich auch paläoklimatisch interpretieren: Danach ist das verarmte Sporomorphenbild 3 in Südbayern als Ausdruck des vegetationsgeschichtlichen Pessimums anzusehen. Da die nachgewiesenen Sippen noch höhere Wärmeansprüche besitzen, ist nicht ein Temperaturrückgang, sondern ein Absinken der Niederschlagsmenge als begrenzender Faktor am wahrscheinlichsten und auf diese Weise das Ausbleiben von Pollen mesophiler Phanerophyten des Hinterlandes einleuchtend. 3. Paläogeographie: Bei dem Versuch, mit benachbarten Gebieten stratigraphische Beziehungen herzustellen, ergab sich, daß dies zwar über eine kürzere Entfernung recht gut gelingt, daß aber vor allem zu den Mikrofloren der niederrheinischen Braunkohle ein signifikanter Unterschied besteht: In Süddeutschland lassen die Pollendiagramme auf eine raschere Veränderung in der Zusammensetzung der Wälder schließen. Mit anderen Worten: altersgleiche Mikrofloren in Nordwestdeutschland täuschen ein höheres Alter vor. Erst im Obersarmat ähneln sich die jeweiligen Sporomorphenbilder. Damit erklärt sich auch, daß frühere Bearbeiter Schwierigkeiten hatten, mikrofloristische Befunde aus Süd- und Nordwestdeutschland miteinander zu korrelieren. Als Ursache für dieses überraschende Phänomen einer mittelmiozänen Diagrammverschiebung wird die stärkere, sprich länger andauernde maritime Beeinflussung des Niederrheingebietes angesehen.

(Table 1) List of samples with carbonate mineralogy, stable isotope, and accessory-mineral information

Petrographic and stable-isotope (d13C, d18O) patterns of carbonates from the Logatchev Hydrothermal Field (LHF), the Gakkel Ridge (GR), and a Late Devonian outcrop from the Frankenwald (Germany) were compared in an attempt to understand the genesis of carbonate minerals in marine volcanic rocks. Specifically, were the carbonate samples from modern sea floor settings and the Devonian analog of hydrothermal origin, low-temperature abiogenic origin (as inferred for aragonite in serpentinites from elsewhere on the Mid-Atlantic Ridge), or biogenic origin? Aragonite is the most abundant carbonate mineral in serpentinites from the two modern spreading ridges and occurs within massive sulfides of the LHF. The precipitation and preservation of aragonite suggests high Mg2+ and sulfate concentrations in fluids. Values of d18OPDB as high as +5.3 per mill for serpentinite-hosted aragonite and as high as +4.2 per mill for sulfide-hosted aragonite are consistent with precipitation from cold seawater. Most of the corresponding d13C values indicate a marine carbon source, whereas d13C values for sulfide-hosted aragonite as high as +3.6 per mill may reflect residual carbon dioxide in the zone of methanogenesis. Calcite veins from the LHF, by contrast, have low d18OPDB (-20.0 per mill to -16.1 per mill) and d13C values (-5.8 per mill to -4.5 per mill), indicative of precipitation from hydrothermal solutions (~129°-186°C) dominated by magmatic CO2. Calcite formation was probably favored by fluid rock interactions at elevated temperatures, which tend to remove solutes that inhibit calcite precipitation in seawater (Mg2+ and sulfate). Devonian Frankenwald calcites show low d18O values, reflecting diagenetic and metamorphic overprinting. Values of d13C around 0 per mill for basalt-hosted calcite indicate seawater-derived inorganic carbon, whereas d13C values for serpentinite-hosted calcite agree with mantle-derived CO2 (for values as low as -6 per mill) with a contribution of amagmatic carbon (for values as low as -8.6 per mill), presumably methane. Secondary mineral phases from the LHF for which a biogenic origin appears feasible include dolomite dumbbells, clotted carbonate, and a network of iron- and silica-rich filaments.

(Table 1) Elemental composition, pyrite-Fe and degree of pyritisation in Upper Pliensbachian and Lower Toarcian sediments from the costal section of Yorkshire

Profiles of Mo/total organic carbon (TOC) through the Lower Toarcian black shales of the Cleveland Basin, Yorkshire, United Kingdom, and the Posidonia shale of Germany and Switzerland reveal water mass restriction during the interval from late tenuicostatum Zone times to early bifrons Zone times, times which include that of the putative Early Toarcian oceanic anoxic event. The degree of restriction is revealed by crossplots of Mo and TOC concentrations for the Cleveland Basin, which define two linear arrays with regression slopes (ppm/%) of 0.5 and 17. The slope of 0.5 applies to sediment from the upper semicelatum and exaratum Subzones. This value, which is one tenth of that for modern sediments from the Black Sea (Mo/TOC regression slope 4.5), reveals that water mass restriction during this interval was around 10 times more severe than in the modern Black Sea; the renewal frequency of the water mass was between 4 and 40 ka. The Mo/TOC regression slope of 17 applies to the overlying falciferum and commune subzones: the value shows that restriction in this interval was less severe and that the renewal frequency of the water mass was between 10 and 130 years. The more restricted of the two intervals has been termed the Early Toarcian oceanic anoxic event but is shown to be an event caused by basin restriction local to NW Europe. Crossplots of Re, Os, and Mo against TOC show similar trends of increasing element concentration with increase in TOC but with differing slopes. Together with modeling of 187Os/188Os and d98Mo, the element/TOC trends show that drawdown of Re, Os, and Mo was essentially complete during upper semicelatum and exaratum Subzone times (Mo/TOC regression slope of 0.5). Drawdown sensitized the restricted water mass to isotopic change forced by freshwater mixing so that continental inputs of Re, Os, and Mo, via a low-salinity surface layer, created isotopic excursions of up to 1.3 per mil in d98Mo and up to 0.6 per mil for 187Os/188Os. Restriction thereby compromises attempts to date Toarcian black shales, and possibly all black shales, using Re-Os chronology and introduces a confounding influence in the attempts to use d98Mo and initial 187Os/188Os for palaeo-oceanographic interpretation.

Geochemistry of phosphatic crusts from the shelf off Peru

Authigenic phosphorite crusts from the shelf off Peru (9°40°S to 13°30°S) consist of a facies with phosphatic coated grains covered by younger phosphatic laminite. The crusts are composed of carbonate fluorapatite, which probably formed via an amorphous precursor close to the sediment water interface as indicated by low F/P2O5 ratios, Sr and Ca isotopes, as well as rare earth element patterns agreeing with seawater-dominated fluids. Small negative Ce anomalies and U enrichment in the laminite suggest suboxic conditions close to the sediment-water interface during its formation. Increased contents of chalcophilic elements and abundant sulfide minerals in the facies with phosphatic coated grains as well as in the laminite denote sulfate reduction and, consequently, point to episodical development of anoxic conditions during phosphogenesis. The Peruvian phosphorites formed episodically over an extended period of time lasting from Middle Miocene to Pleistocene. Individual phosphatic coated grains show a succession of phosphatic layers with varying contents of organic matter and sulfide-rich phosphatic layers. Coated grains supposedly formed as a result of episodic suspension caused by high turbulence and shifting redox conditions. Episodic anoxia in the pore water induced pyritization in the outermost carbonate fluorapatite layer. Phosphatic coated grains were later transported to the place of crust formation, where subsequent laminite formation was favored under lower energy conditions. A similar succession of phosphatic layers with varying contents of organic matter and sulfide-rich layers in the laminite suggests a formation mechanism analogous to that of individual coated grains.