Plio-pleistocene palaeoenvironment of the south western continental shelf of South Africa: a foraminiferal perspective
Date
2023-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The oceanography and ecology on the western continental shelf of South Africa (Orange
Shelf) were highly influenced by the initiation and intensification of the Benguela Up- welling
System (BUS) during the Plio-Pleistocene. On the Orange Shelf, literature sub- stantiating the
e↵ect of the Plio-Pleistocene climate transition on foraminiferal assemblages is sparse.
Foraminifera proved reliable as palaeo-proxies, and by assessing the response of foraminifera to
the Plio-Pleistocene climate transition, a new perspective emerges for the changing oceanography in
the BUS during this time. Furthermore, interpolations from the well-studied Namibian shelf and
slope are often relied upon to interpret the palaeoceano- graphic conditions in the BUS, therefore
supporting the need for new foraminifera-based palaeoceanographic studies from South Africa.
Sediments and microfossil foraminifera from vibracores on the inner and outer Orange Shelf (200–400
meters below sea level) were anal- ysed using faunal analyses, foraminiferal biostratigraphy, and
Strontium Isotope Stratigra- phy. The dating methods used provided conflicting results for various
components. For example, in one unit, phosphorite was dated to 5.70–5.98 Ma, but Pleistocene
indicator species Globorotalia truncatulinoides yielded ages approximately 2.58 Ma from its first
ap- pearance. This study observed sediment reworking within Plio-Pleistocene sediment and, to a
lesser extent, foraminiferal assemblages across the continental shelf. The cooling of sea surface
temperatures (SST) in the BUS following the initiation of Northern Hemisphere glaciation during the
Plio-Pleistocene transition was observed by the increase of temperate SST indicators Globigerina
bulloides and Globoconella inflata, and the subpolar SST indi- cator Neogloboquadrina pachyderma.
The influence of Agulhas leakage was prevalent on the outer shelf, and to a lesser extent on the
inner shelf during the Pliocene, and was inferred from high abundances of Orbulina universa and
trace abundances of Globorotalia menardii and Globigerinoides ruber. Regarding primary
productivity, planktic indicators Globigerina bulloides and Neogloboquadrina pachyderma decline
with the onset of the Pleistocene on both the inner and outer shelf. The inner shelf seemed to
undergo less drastic changes in terms of primary productivity than the outer shelf during this
time. This study suggests an
external nutrient influx with increasing proximity to the coast, supporting the persistence of
planktic primary productivity during the Pleistocene and the decline in upwelling intensity.
Benthic primary productivity indicator Uvigerina peregrina increased during the Pleistocene. While
upwelling intensity appears to decrease over the Plio-Pleistocene transition, the influx of
nutrient-rich bottom water to benthic foraminifera on the outer shelf remained sufficient to
support primary productivity. This study contributes to a greater understanding of the relationship
between productivity, nutrient supply, and the upwelling intensification of BUS
in the context of foraminifera assemblages on the Orange Shelf over the Plio-Pleistocene.
AFRIKAANSE OPSOMMING:Die oseanografie en ekologie van die wes-vastelandsplat van Suid Afrika (Oranje Plat) was be¨ınvloed by die inisiasie en intensivering van die Benguela Opwelling Stelsel (Benguela Up- welling System, BUS) duur die Plio-Pleistoseen. Op die Oranje Plat, letterkunde wat die e↵ek van die Plio-Pleistoseen klimaatsoorgang op foraminifere samestellings gestaaf het, is beperk. Foraminifere word betroubare paleo-gevolmagtigdes. Vanaf die beoordelings van die respons van foraminifere tydens die Plio-Pleistoseen, ’n nuwe perspektief vir die veran- dering van die oseanografie van die BUS kom na vore. Verder, ekstrapolasies vanaf die Namibian plat en helling word dikwels op staatgemaak om die paleoseanografiese toestande tˆe interpreteer. Dus, die behoefte vir nuwe foraminifera-gebaseer palaeoceanographic studies van die wes-vastelandsplat van Suid Afrika is geondersteun. Sedimente en foraminifera van ho¨e resolusie vibracores van die binneste en buitenste Orange Shelf (vanaf 200–400 meter on- der seevlak) was ontleed met behulp van fauna-ontledings, foraminiferale biostratigrafie, en Strontium Isotoop Stratigrafie. The die dateringsmetodes wat gebruik word het teenstrydige resultate vir verskeie komponente opgelewer. Byvoorbeeld, in een afdeling, fosforiet is tot 5.70–5.98 Ma getdateer, maar die verspreiding van G. truncatulinoides in dieselfde sediment het Pleistoseen eeue (ca. 2.58 Ma) opgelewer. Hierdie studie het sediment herbewerking waargeneem binne Plio-Pleistoseen sediments, en tot ’n mindere mate, herbewerking binne foraminiferale samestellings. Gedurende die Plio-Pleistoseen-oorgang is die afkoeling van see- oppervlaktemperature (SST) in die BUS na aanleiding van die aanvang van gletsering in die noordelike halfrond (initiation of northern hemisphere glaciation, INHG) waargeneem deur die toename van gematigde SST-aanwysers, Globigerina bulloides en Globoconella inflata, en die subpolˆere SST-aanwyser, Neogloboquadrina pachyderma. Die invloed van Agulhas- lekkasie was teenwoordig op die buitenste plat, en tot ’n mindere mate, op die binneplat gedurende die Plioseen. Dit is afgelei uit ’n ho¨e voorkoms van Orbulina universa en spo- radiese voorkoms van Globorotalia menardii en Globigerinoides ruber. In terme van primˆere produktiwiteit, toon planktoniese aanwysers soos Globigerina bulloides en Neogloboquadrina pachyderma ’n afname met die aanvang van die Pleistoseen op beide die binne en buiteplank. Dit lyk asof die binneplank tydens hierdie tyd minder drastiese veranderinge in terme van primˆere produktiwiteit ondergaan het as die buiteplank. Hierdie studie dui op ’n eksterne voedingsaanvloei met toenemende nabyheid aan die kus, wat die volharding van planktoniese primˆere produktiwiteit tydens die Pleistoseen ondersteun en die afname in opwellinginten- siteit. Die benthiese primˆere produktiwiteitaanwyser, Uvigerina peregrina, het toegeneem gedurende die Pleistoseen. Terwyl dit lyk asof opwellingintensiteit oor die Plio-Pleistoseen- oorgang afneem, het die aanvloei van voedselryke bodemwater na benthiese foraminifera op die buiteplank voldoende gebly om primˆere produktiwiteit te ondersteun. Hierdie studie bydra tot ’n groter begrip van die verhouding tussen produktiwiteit, voedingstofvoorsiening en die versterking van opwelling van die BUS in die konteks van foraminifera-samestellings op die Oranje Plat oor die Plio-Pleistoseen.
AFRIKAANSE OPSOMMING:Die oseanografie en ekologie van die wes-vastelandsplat van Suid Afrika (Oranje Plat) was be¨ınvloed by die inisiasie en intensivering van die Benguela Opwelling Stelsel (Benguela Up- welling System, BUS) duur die Plio-Pleistoseen. Op die Oranje Plat, letterkunde wat die e↵ek van die Plio-Pleistoseen klimaatsoorgang op foraminifere samestellings gestaaf het, is beperk. Foraminifere word betroubare paleo-gevolmagtigdes. Vanaf die beoordelings van die respons van foraminifere tydens die Plio-Pleistoseen, ’n nuwe perspektief vir die veran- dering van die oseanografie van die BUS kom na vore. Verder, ekstrapolasies vanaf die Namibian plat en helling word dikwels op staatgemaak om die paleoseanografiese toestande tˆe interpreteer. Dus, die behoefte vir nuwe foraminifera-gebaseer palaeoceanographic studies van die wes-vastelandsplat van Suid Afrika is geondersteun. Sedimente en foraminifera van ho¨e resolusie vibracores van die binneste en buitenste Orange Shelf (vanaf 200–400 meter on- der seevlak) was ontleed met behulp van fauna-ontledings, foraminiferale biostratigrafie, en Strontium Isotoop Stratigrafie. The die dateringsmetodes wat gebruik word het teenstrydige resultate vir verskeie komponente opgelewer. Byvoorbeeld, in een afdeling, fosforiet is tot 5.70–5.98 Ma getdateer, maar die verspreiding van G. truncatulinoides in dieselfde sediment het Pleistoseen eeue (ca. 2.58 Ma) opgelewer. Hierdie studie het sediment herbewerking waargeneem binne Plio-Pleistoseen sediments, en tot ’n mindere mate, herbewerking binne foraminiferale samestellings. Gedurende die Plio-Pleistoseen-oorgang is die afkoeling van see- oppervlaktemperature (SST) in die BUS na aanleiding van die aanvang van gletsering in die noordelike halfrond (initiation of northern hemisphere glaciation, INHG) waargeneem deur die toename van gematigde SST-aanwysers, Globigerina bulloides en Globoconella inflata, en die subpolˆere SST-aanwyser, Neogloboquadrina pachyderma. Die invloed van Agulhas- lekkasie was teenwoordig op die buitenste plat, en tot ’n mindere mate, op die binneplat gedurende die Plioseen. Dit is afgelei uit ’n ho¨e voorkoms van Orbulina universa en spo- radiese voorkoms van Globorotalia menardii en Globigerinoides ruber. In terme van primˆere produktiwiteit, toon planktoniese aanwysers soos Globigerina bulloides en Neogloboquadrina pachyderma ’n afname met die aanvang van die Pleistoseen op beide die binne en buiteplank. Dit lyk asof die binneplank tydens hierdie tyd minder drastiese veranderinge in terme van primˆere produktiwiteit ondergaan het as die buiteplank. Hierdie studie dui op ’n eksterne voedingsaanvloei met toenemende nabyheid aan die kus, wat die volharding van planktoniese primˆere produktiwiteit tydens die Pleistoseen ondersteun en die afname in opwellinginten- siteit. Die benthiese primˆere produktiwiteitaanwyser, Uvigerina peregrina, het toegeneem gedurende die Pleistoseen. Terwyl dit lyk asof opwellingintensiteit oor die Plio-Pleistoseen- oorgang afneem, het die aanvloei van voedselryke bodemwater na benthiese foraminifera op die buiteplank voldoende gebly om primˆere produktiwiteit te ondersteun. Hierdie studie bydra tot ’n groter begrip van die verhouding tussen produktiwiteit, voedingstofvoorsiening en die versterking van opwelling van die BUS in die konteks van foraminifera-samestellings op die Oranje Plat oor die Plio-Pleistoseen.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2023.