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.

Miocene microflora and palaeoclimatic estimates of the Stetten section (Austria)

Pollen analyses have been proven to possess the possibility to decipher rapid vegetational and climate shifts in Neogene sedimentary records. Herein, a c. 21-kyr-long transgression-regression cycle from the Lower Austrian locality Stetten is analysed in detail to evaluate climatic benchmarks for the early phase of the Middle Miocene Climate Optimum and to estimate the pace of environmental change. Based on the Coexistence Approach, a very clear signal of seasonality can be reconstructed. A warm and wet summer season with c. 204-236 mm precipitation during the wettest month was opposed by a rather dry winter season with precipitation of c. 9-24 mm during the driest month. The mean annual temperature ranged between 15.7 and 20.8 °C, with about 9.6-13.3 °C during the cold season and 24.7-27.9 °C during the warmest month. In contrast, today's climate of this area, with an annual temperature of 9.8 °C and 660 mm rainfall, is characterized by the winter season (mean temperature: -1.4 °C, mean precipitation: 39 mm) and a summer mean temperature of 19.9 °C (mean precipitation: 84 mm). Different modes of environmental shifts shaped the composition of the vegetation. Within few millennia, marshes and salt marshes with abundant Cyperaceae rapidly graded into Taxodiaceae swamps. This quick but gradual process was interrupted by swift marine ingressions which took place on a decadal to centennial scale. The transgression is accompanied by blooms of dinoflagellates and of the green alga Prasinophyta and an increase in Abies and Picea. Afterwards, the retreat of the sea and the progradation of estuarine and wetland settings were a gradual progress again. Despite a clear sedimentological cyclicity, which is related to the 21-kyr precessional forcing, the climate data show little variation. This missing pattern might be due to the buffering of the precessional-related climate signal by the subtropical vegetation. Another explanation could be the method-inherent broad range of climate-parameter estimates that could cover small scale climatic changes.

Palynology and dinoflagellate counts of surface sediments, and sea surface conditions, of sites in the North Pacific

Palynological analyses were performed on 53 surface sediment samples from the North Pacific Ocean, including the Bering and Okhotsk Seas (37-64°N, 144°E-148°W), in order to document the relationships between the dinocyst distribution and sea-surface conditions (temperatures, salinities, primary productivity and sea-ice cover). Samples are characterized by concentrations ranging from 18 to 143816 cysts/cm**3 and the occurrence of 32 species. A canonical correspondence analysis (CCA) was carried out to determine the relationship between environmental variables and the distribution of dinocyst taxa. The first and second axes represent, respectively, 47% and 17.8% of the canonical variance. Axis 1 is positively correlated with all parameters except to the sea-ice and primary productivity in August, which are on the negative side. Results indicate that the composition of dinocyst assemblages is mostly controlled by temperature and that all environmental variables are correlated together. The CCA distinguishes 3 groups of dinocysts: the heterotrophic taxa, the genera Impagidinium and Spiniferites as well as the cyst of Pentapharsodinium dalei and Operculodinium centrocarpum. Five assemblage zones can be distinguished: 1) the Okhotsk Sea zone, which is associated to temperate and eutrophic conditions, seasonal upwellings and Amur River discharges. It is characterized by the dominance of O. centrocarpum, Brigantedinium spp. and Islandinium minutum; 2) the Western Subarctic Gyre zone with subpolar and mesotrophic conditions due to the Kamchatka Current and Alaska Stream inflows. Assemblages are dominated by Nematosphaeropsis labyrinthus, Pyxidinopsis reticulata and Brigantedinium spp.; 3) the Bering Sea zone, depicting a subpolar environment, influenced by seasonal upwellings and inputs from the Anadyr and Yukon Rivers. It is characterized by the dominance of I. minutum and Brigantedinium spp.; 4) the Alaska Gyre zone with temperate conditions and nutrient-enriched surface waters, which is dominated by N. labyrinthus and Brigantedinium spp. and 5) the Kuroshio Extension-North Pacific-Subarctic Current zone characterized by a subtropical and oligotrophic environment, which is dominated by O. centrocarpum, N. labyrinthus and warm taxa of the genus Impagidinium. Transfer functions were tested using the modern analog technique (MAT) on the North Pacific Ocean (= 359 sites) and the entire Northern Hemisphere databases ( = 1419 sites). Results confirm that the updated Northern Hemisphere database is suitable for further paleoenvironmental reconstructions, and the best results are obtained for temperatures with an accuracy of +/-1.7 °C.

Palynology of marine sediment cores from the West African coast

Seven sediment cores from the cruises of the "Meteor" and "Valdivia" were examined palynologically. The cores were retrieved from the lower continental slope in the area of between 33.5° N and 8° N, off the West African coast. Most of the cores contain sediments from the last Glacial and Interglacial period. In some cases, the Holocene sediments are missing. Some individual cores contain sediments also from earlier Glacial and Interglacial periods. The main reason for making this palynological study was to find out the differences between the vegetation of Glacial and Interglacial periods in those parts of West Africa which at present belong to the Mediterranean zone, the Sahara and the zones of the savannas and tropical forests. In today's Mediterranean vegetation zone at core 33.5° N, forests and deciduous forests in particular, are missing during Glacial conditions. Semi-deserts are found instead of these. In the early isotope stage 1, there is a very significant development of forests which contain evergreen oaks; this is the Mediterranean type of vegestation development. The Sahara type of vegetation development is shown in four cores from between 27° N and 19° N. The differences between Glacial and Interglacial periods are very small. It must be assumed therefore that in this latitudes, both Glacial and Interglacial conditions gave rise to desert generally. The results are in favour of a slightly more arid climate during Glacial and more humid one during Interglacial periods. The southern boundary of the Sahara and the adjacent savannas with grassland and tropical woods were situated more to the south during the Glacial periods than they were during the Interglacial ones. In front of today's savanna belt, it can be seen from the palynological results that there are considerable differences between the vegetation of Glacial and Interglacial periods. The woods are more important in Interglacial periods. During the Glacial periods these are replaced from north to south decreasingly by grassland (savanna and rainforest type of vegetation development). The southern limit of the Sahara during stage 2 was somewhat between 12° N and 8° N which is between 1.5 and 5 degrees in latitude further south than it i s today. Not only do these differences in climate and vegetation apply to the maximum of the last Glacial and for the Holocene, but they apparently apply also to the older Glacial and Interglacial periods, where they have been found in the profiles. The North African deset belt can be said to have expanded during Glacial times both towards the north and towards the south. All the available evidence of this study indicates that the grass land or the semi-desert of the Southern Europe cam einto connection with those of the N Africa; there could not have been any forest zone between them. The present study was also a good opportunity for investigating some of the basic marine palynological problems. The very well known overrepresentation of pollen grains of the genus Pinus in marine sediments can be traced as fa as 21° N. The present southern limit for the genus Pinus is on the Canaries and on the African continent as approximately 31° N. Highest values of Ephedra pollen grains even occur south of the main area of the present distribution of that genus. These does not seem to be any satisfactory explanation for this. In general, it would appear that the transport of pollen grains from the north is more important than transport from the south. The results so far, indicate strongly that further palynological studies are necessary. These should concentrate particularly on cores from between 33° N and 27° N as well as between 17° N and 10° N. It would also be useful to have a more detailed examination of sediments from the last Intergalcial period (substage 5 e). Absolute pollen counts and more general examination of surface samples would be desirable. Surface samples should be taken from the shelf down to the bottom of the continental slope in different latitudes.

Palynology of ODP Site 108-658

Ocean Drilling Program Site 658 at 21°N off northwest Africa has a high sedimentation rate and a high concentration of pollen grains and is thus very suitable for detailed pollen analysis. The time scale for the upper 100 m (the last 670 k.y.) of Site 658 is based on biostratigraphic data and isotope stratigraphy. The pollen record has been divided into 34 zones. These are classified into 7 zone types covering a range from very arid to rather humid conditions. The sequence shows a long-term climatic decline: strong glacial stages were found only after 480 k.y. and strong interglacial stages only before 280 k.y. The Site 658 record correlates well with a terrestrial sequence from northern Greece, although both records differ in their response to global climatic change. Spectral analysis shows a 100- and a 42-k.y. period in the curves of pollen brought in by the northwest trade winds and only a 42-k.y. period in the curves of pollen mostly transported by the African Easterly Jet. A 31-k.y. period is found in the curves for Ephedra and Chenopodiaceae-Amaranthaceae. In addition, Ephedra shows a 54-k.y. period.

Pollen analysis and age model of sediment core GIK-15856-2

Pollen and spores from a deep-sea core located west of the Niger Delta record an uninterrupted area of lowland rain forest in West Africa from Guinea to Cameroon during the last Interglacial and the early Holocene. During other periods of the last 150 ka, a savanna corridor between the western - Guinean - and the eastern - Congolian - part of the African lowland rain forest existed. This so-called Dahomey Gap had its largest extension during Glacial Stages 6, 4, 3, and 2. Reduced surface salinity in the eastern Gulf of Guinea as recorded by dinoflagellate cysts indicates sufficient precipitation for extensive forest growth during Stages 5 and 1. The large modern extension of dry forest and savanna in West Africa cannot be solely explained by climatic factors. Mangrove expansion in and west of the Niger Delta was largest during the phases of sea-level rise of Stages 5 and 1. During Stages 6, 4, 3, and 2, shelf areas were exposed and the area of the mangrove swamps was minimal.

Pollen record and dating of sediment core GIK16776-1 off Liberia

Based on pollen analysis of a sediment core from the Atlantic Ocean off Liberia the West African vegetation history for the last 400 ka is reconstructed. During the cold oxygen isotope stages 12, 10, 8, 6, 4, 3 and 2 an arid climate is indicated, resulting in a southward shifting of the southern border of the savanna. Late Pleistocene glacial stages were more arid than during the Middle Pleistocene. A persistence of the rain forest in the area, even during the glacial stages, is recorded. This suggests a glacial refuge of rain forest situated in the Guinean mountains. Afromontane forests with Podocarpus occurred in the Guinean mountains from the stages 12 to 2 and disappeared after. The tree expanded from higher to lower elevations twice in the warm oxygen isotope stage 11 (pollen subzones 11d, 11b) and at least twice during the warm stage 5 (pollen subzones 5d, 5a), indicating a relative cool but humid climate for these periods.

Pollen analysis of surface sediment off northwest Africa

Over 100 samples of recent surface sediments from the bottomn of the Atlantic Ocean offshore NW Africa between 34° and 6° N have been analysed palynologically. The objective of this study was to reveal the relation between source areas, transport systems, and resulting distribution patterns of pollen and spores in marine sediments off NW Africa, in order to lay a sound foundation for the interpretation of pollen records of marine cores from this area. The clear zonation of the NW-African vegetation (due to the distinct climatic gradient) is helpful in determining main source areas, and the presence of some major wind belts facilitates the registration of the average course of wind trajectories. The present circulation pattern is driven by the intertropical front (ITCZ) which shifts over the continent between c. 22° N (summer position) and c. 4° N (winter position) in the course of the year. Determination of the period of main pollen release and the average atmospheric circulation pattern effective at that time of the years is of prime importance. The distribution patterns in recent marine sediments of pollen of a series of genera and families appear to record climatological/ecological variables, such as the trajectory of the NE trade, January trades, African Easterly Jet (Saharan Air Layer), the northernmost and southernmost position of the intertropical convergence zone, and the extent and latitudinal situation of the NW-African vegetation belt. Pollen analysis of a series of dated deep-sea cores taken between c. 35° and the equator off NW African enable the construction of paleo-distribution maps for time slices of the past, forming a register of paleoclimatological/paleoecological information.