background image

www.geologicacarpathica.sk

GEOLOGICA CARPATHICA, APRIL 2010, 61, 2, 129—145                                                  doi: 10.2478/v10096-010-0006-3

Upwelling conditions in the Early Miocene Central

Paratethys Sea

PATRICK GRUNERT

1

, ALI SOLIMAN

1

, MATHIAS HARZHAUSER

2

, STEFAN MÜLLEGGER

1

,

WERNER E. PILLER

1

, REINHARD ROETZEL

3

 and FRED RÖGL

2

1

Institute for Earth Sciences (Geology and Paleontology), Graz University, Heinrichstraße 26, A-8010 Graz, Austria;

patrick.grunert@uni-graz.at;  ali.soliman@uni-graz.at;  stefan.muellegger@uni-graz.at;  werner.piller@uni-graz.at

2

Natural History Museum Vienna, Geological-Paleontological Department, Burgring 7, A-1014 Vienna, Austria;

mathias.harzhauser@nhm-wien.ac.at;  fred.roegl@nhm-wien.ac.at

3

Geological Survey of Austria, Neulinggasse 38, A-1030 Vienna, Austria;  reinhard.roetzel@geologie.ac.at

(Manuscript received June 3, 2009; accepted in revised form October 2, 2009)

Abstract: Evidence for regional upwelling conditions in the Central Paratethys Sea is presented for mid-Burdigalian
(early Ottnangian) times. The oceanographic phenomenon is detected in clay-diatomite successions along the steep
escarpment of the Bohemian Massif in the eastern North Alpine Foreland Basin. Interpretations are based on a multi-
proxy data-set including published sedimentological and paleontological data, newly performed stable isotope measure-
ments (

δ

18

O, 

δ

13

C) of foraminifers and bulk sediment samples, and analyses of dinoflagellate cyst assemblages. The

revealed stable isotope values of planktonic foraminifers point to upwelling: low 

δ

13

C values indicate strong mixing of

surface waters with rising nutrient-rich waters, high 

δ

18

O values reflect cool sea surface temperatures (SST). Tempera-

ture calculations give SSTs ranging from 10—14 °C. Cool SSTs and high productivity are additionally supported by bulk
sediment analyses. Assemblages of dinoflagellate cysts indicate a distal-shelf environment with nutrient-rich waters.
Westerly winds and tidal currents are discussed as potential driving forces behind the local upwelling event. As mid-
Burdigalian geography favoured strong current patterns in the Central Paratethys as documented in the sedimentary
record from the Rhône Basin to Hungary upwelling might have been a more common phenomenon in this epicontinental
sea than currently known.

Key words: Early Miocene, Central Paratethys, upwelling, foraminifers, dinoflagellates, stable isotopes.

Introduction

Coastal upwelling areas represent regions of the highest pri-
mary productivity in the world’s oceans. Warm surface wa-
ter  currents  caused  by  prevailing  winds  along  a  steep  shore
are  forced  offshore  due  to  the  Coriolis  effect  triggered  by
Earth’s  rotation.  The  surface  waters  are  replaced  by  rising
cold  bottom  waters  bringing  up  high  amounts  of  nutrients
which are usually stored at the sea floor (Summerhayes et al.
1995).  The  richness  in  nutrients  triggers  blooms  of  phy-
toplankton, providing the basis of a simple food web consist-
ing  of  zooplankton,  fish  swarms,  sharks,  whales  and  sea
birds (Lange et al. 1997; Granata et al. 2004). Much research
has been done on the causes and consequences of coastal up-
welling.  By  using  many  different  techniques  of  oceanogra-
phy,  studies  have  revealed  detailed  information  about  food
webs,  hydrodynamics,  sedimentation  and  biogeochemistry
(e.g. Lange et al. 1997; Nave et al. 2001; Granata et al. 2004;
Diz  &  Francés  2008;  Salgueiro  et  al.  2008).  It  happens  that
coastal upwelling can be triggered by different hydrodynamic
conditions.  Besides  wind  patterns,  tidal  currents  (e.g.  Lee  et
al. 1997) and topography (e.g. Oke & Middleton 2000) have
been discovered as potential driving and amplifying agents.

The  information  collected  from  extant  upwelling  sites  is

used  to  trace  back  their  history  by  documenting  changes  in

primary productivity and water temperature and thus in up-
welling  intensity.  These  efforts  have  been  quite  successful
especially  for  the  Pleistocene  and  have  revealed  links  be-
tween changes in upwelling and global climate patterns (e.g.
Faul et al. 2000; Snyder et al. 2003; Nicholson et al. 2006).
However, detecting upwelling sites in vanished seas is still a
great  challenge.  Efforts  from  different  disciplines  of  earth
sciences to find traces of upwelling in the geological record
have shown that this goal can only be achieved by a multi-
proxy  approach  combining  various  techniques  of  investiga-
tion (Peterson et al. 1995).

On the basis of sedimentological and micropaleontological

analyses,  coastal  upwelling  has  been  repeatedly  suggested
for  the  Early  Miocene  (mid-Burdigalian,  early  Ottnangian)
Central  Paratethys  Sea  along  the  south-eastern  margin  of
the  Bohemian  Massif  (Řeháková  1992,  1993,  1994,  1996;
Mandic  et  al.  2005;  Roetzel  et  al.  2006).  Based  on  this  hy-
pothesis  the  present  study  offers  new  data  from  dinoflagel-
late  cyst  assemblages  and  geochemical  measurements  on
foraminifers and bulk sediment samples to address the ques-
tion of coastal upwelling in the area. The variety of proxies
revealed by this and previous studies will contribute to an in-
tegrated case study concerning upwelling events in the Cen-
tral  Paratethys  accompanied  by  a  discussion  of  their
paleoceanographic plausibility.

background image

130

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

Geological setting

The early Ottnangian (mid-Burdigalian) Central Paratethys
paleogeography

The  investigated  outcrops  are  situated  in  the  North  Alpine

Foreland Basin of Austria and comprise Early Miocene sedi-
ments  of  the  vanished  epicontinental  Central  Paratethys  Sea
(Roetzel et al. 1999b). The Central Paratethys came into exist-
ence  around  the  beginning  of  the  Oligocene  when  the  rising
Alpine  chains  triggered  a  reorganization  of  paleo(bio)geo-
graphic patterns within the ancient Tethys Ocean (Rögl 1998;
Harzhauser  &  Piller  2007).  Each  of  the  resulting  Mediterra-
nean,  Central  Paratethys  and  Eastern  Paratethys  Seas  under-
went  a  history  of  its  own.  Thus,  a  regional  stratigraphic
scheme was developed for each of them (see Piller et al. 2007
for  details).  Based  on  lithostratigraphy  and  biostratigraphic
evaluation of calcareous nannoplankton, diatoms, silicoflagel-
lates and foraminifers, the outcrops of this study are all regard-
ed  as  belonging  to  the  early  Ottnangian  (mid-Burdigalian;
Fig. 1) (Roetzel et al. 2006; Rupp et al. 2008).

In  the  late  Eggenburgian  (ca.  19 Ma)  a  rapid  transgression

connected  the  Western  Paratethys  again  with  the  Central
Paratethys  which  led  to  the  establishment  of  a  new  marine
pathway via the Alpine Foreland Basin into the Rhône Basin
(Fig. 2). This narrow connection is called the Burdigalian Sea-
way  and  persisted  throughout  the  early  Ottnangian  (Rögl
1998). Sedimentation during the early Ottnangian was mainly
siliciclastic resulting in deposition of the characteristic sandy/
silty “Schlier” (Harzhauser & Piller 2007). Widespread tidal-
influenced  deposits  from  Eggenburgian  to  early  Ottnangian
are reported from the area of the Burdigalian Seaway (Home-
wood  &  Allen  1981;  Allen  &  Homewood  1984;  Allen  et  al.
1985;  Faupl  &  Roetzel  1987,  1990;  Keller  1989;  Tessier  &
Gigot 1989; Krenmayr 1991; Schaad et al. 1992; Martel et al.
1994;  Salvermoser  1999;  Bieg  2005).  A  frequent  occurrence
of  diatomites  is  documented  for  the  North  Alpine  Foreland

Fig. 1. Lower Miocene stratigraphy for the Paratethys based on Piller et al. (2007). Black dot indicates stratigraphic position of the studied sec-
tions. Geochronology, geomagnetic polarity chrons, biozonations of planktonic foraminifers and calcareous nannoplankton after Lourens et al.
(2004), sequence stratigraphy and sea-level curve after Hardenbol et al. (1998) and oxygen isotope stratigraphy after Abreu & Haddad (1998).

Basin  of  Lower  and  Upper  Austria  and  the  Carpathians
(Kotlarczyk & Kaczmarska 1987; Kotlarczyk 1988; Roetzel et
al. 2006). Carbonate deposits like the bryozoan-corallinacean
limestones of the Zogelsdorf Formation in Lower Austria are
scarce (Piller et al. 2007).

This  paleogeographic  situation  changed  distinctly  during

the  late  Ottnangian,  when  the  seaways  ceased  and  brackish
lakes  developed  in  parts  of  the  North  Alpine  Foreland  Basin
and in the Carpathian Foredeep (Rögl 1998).

Regional geology

In  the  study  area  along  the  south-eastern  margin  of  the

Bohemian  Massif,  Paleozoic  rocks  are  overlain  by  Lower
Miocene  marine  nearshore  sediments  and  a  Pleistocene-Holo-
cene  cover.  The  geological  situation  of  this  area  is  shown  in
detail  on  the  Austrian  geological  map  GÖK22  Hollabrunn
(Roetzel et al. 1998; Fig. 3) and has been described by Roetzel
(1994, 1996, 2004) and Roetzel et al. (1999a).

The crystalline upland of the Bohemian Massif is bordered

against the Miocene sedimentary area in the east by the promi-
nent Diendorf fault zone, which is formed by NE-SW-running
subparallel  dislocations  with  sinistral  strike-slip  character
(Roetzel  1996).  The  morphological  slope  consists  of  several
steep  scarps,  numerous  spurs  and  frequent  inselberg-like
bedrock  elevations  scattered  across  the  foreland  (Roštínský
& Roetzel 2005). Close to the main faults, both the crystalline
rocks and the bordering sediments of the foredeep are heavily
sheared and tectonically displaced.

The  crystalline  rocks  of  this  area  are  mostly  Paleozoic

granites and metamorphic rocks overlain by Lower Miocene
(upper  Eggenburgian)  nearshore  sands  and  gravels  of  the
Burgschleinitz  Formation.  Above  an  erosional  contact,
sandy  shallow  marine  limestones  of  the  Zogelsdorf  Forma-
tion (lower Ottnangian) were deposited, which laterally and
vertically  pass  into  deep-water  pelitic  sediments  of  the
Zellerndorf  Formation.  Drillings  in  this  area  show  a  thick-

background image

131

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

ness of the pelites of about 25—100 m above the Zogelsdorf
Formation  (Raschka  1912;  Roetzel  1994,  1996).  In  the  sur-
roundings  of  Limberg,  Niederschleinz,  Oberdürnbach,  and
Parisdorf, very close to the Diendorf fault scarp, finely lami-
nated  diatomites  of  the  Limberg  Member  are  intercalated
with  the  upper  part  of  the  Zellerndorf  Formation,  laterally
thinning  out  towards  the  east  (Roetzel  1996;  Roetzel  et  al.
1999b). In the area of Limberg—Parisdorf the diatomites are
at most 5—7.5 m thick. The overlying pelites of the Zellern-
dorf Formation consist of finely laminated and thin-bedded,
bluish-grey,  light-  and  dark-brown,  mostly  non-calcareous
and  smectitic  silt-clays.  They  show  calcareous  layers  only
immediately above the base of the Zogelsdorf Formation and
near  the  top  above  the  Limberg  Member.  The  Zellerndorf
Formation  is  discontinuously  overlain  by  Lower-Middle
Miocene marine and freshwater sediments covered by Pleis-
tocene loess. Most of these formations east of the Diendorf
fault  are  affected  by  intensive  horst-graben  tectonics
(Fig. 3b).

Studied sites

As the succession of the Zellerndorf Formation and the in-

tercalated  Limberg  Member  from  the  three  investigated  out-
crops  has  been  described  in  detail  in  several  earlier  studies
(e.g. Roetzel et al. 1999b, 2006 and Mandic et al. 2005) only a
brief characterization of the localities is given here. Their geo-
graphic position and logs are shown in Figs. 3 and 4.

The  small  natural  outcrop  Niederschleinz  is  located  in  a

small ditch NW of the chapel of Niederschleinz. It exposes the
transition  from  pelites  into  the  diatomites  and  is  regarded  as
representing a more distal facies of the Zellerndorf Formation
(Řeháková 1996; Roetzel 1996; Roetzel et al. 2006). Sample
NI 1 was taken here (BMN 716906/384548).

The Parisdorf diatomite pit is located 2.5 km ESE of Maissau

and  about  400 m  SE  of  Parisdorf.  It  belongs  to  the  Wiener-
berger  AG  and  is  still  in  use.  Diatomites  are  exposed  at  the
base, followed by pelites of the Zellerndorf Formation. Pelites
of the Zellerndorf Formation below the diatomites are known
from drillings and the surroundings of the pit which are poor in
fossils (Roetzel et al. 1999b). The Neogene sediments are cov-
ered by Pleistocene deposits. A detailed characterization of the
sediments and tectonics is given in Roetzel et al. (1999b, 2006).

For  this  study,  samples  PA 1—PA 8  were  taken  from  the

pelites  above  the  diatomites  in  the  eastern  part  of  the  pit
(BMN  715067/380930—BMN  715075/380937).  Additionally,
samples  from  earlier  collections  (1987,  1994)  by  R.  Roetzel
were  used  for  geochemical  measurements:  Sample 67-1  was
taken in the eastern part of the pit about 80 cm above the diato-
mite. Samples PAR-4 and PAR-5 are from the northern part at
about  3.7 m  and  7.5 m  above  the  diatomite  and  have  been
studied  for  sedimentology  and  micropaleontology  (calcare-
ous  nannoplankton,  foraminifers,  diatoms,  silicoflagellates)
by  Roetzel  et  al.  (2006).  Their  relative  position  to  samples
PA 1—PA 8 is shown in Fig. 4.

The abandoned Limberg quarry is located NE of the railway

station, south of the road to Straning near the Taubenberg hill.
Similar to the Parisdorf pit, the finely stratified diatomites of
the Limberg Member are exposed at the base, followed by the
pelites of the Zellerndorf Formation. There is a sharp contact
between  them  with  a  distinct  change  of  colour.  The  greyish
pelites are poorly stratified, and their base is non-calcareous.
Carbonate content increases upsection and calcareous concre-
tions occur irregularly. The benthic foraminifer Bathysiphon is
found frequently on the bedding planes. Strong tectonic defor-
mation  such  as  in  Parisdorf  does  not  appear.  For  this  study,
samples LI 1—LI 5 were taken from the pelites of the Zellern-
dorf Formation (BMN 716025/384618).

Material and methods

Dinoflagellates

Samples  PA 1—PA 8  from  Parisdorf  and  LI 1—LI 5  from

Limberg  were  processed  according  to  standard  palynological
techniques  (Green  2001).  A  total  of  12  rock  samples,  each
weighing  20—30 g,  were  cleaned,  crushed  and  treated  with
38% HCl (cold) to remove carbonates and 48% HF (cold) for
two days to remove silicates. The samples were rinsed to neu-
trality  between  each  step  and  sieved  through  a  20 µm  nylon
sieve (after ultrasonic treatment for 30 seconds). No heavy liq-
uid separation or oxidation treatment was applied. The residue
was washed and stained with Safranine “O”. Glass slides were
prepared  from  each  sample  using  glycerin  jelly  and  were
sealed with nail polish. At least two slides were scanned at a
magnification of 400

× for the productive samples using a Carl

Zeiss microscope (Axioplan 2) fitted with a Leica digital pho-
to camera DFC230. The first 250 dinocyst specimens of each
slide  were  counted  and  identified  to  species  level  whenever
possible.  Additionally,  observations  and  photographs  were
made by using a DSM 982 Gemini SEM, operating at a work-
ing voltage of 10 to 15 kV.

Fig. 2.  Paleogeographic  sketch-map  for  the  early  Ottnangian  cir-
cum-Mediterranean  area  based  on  Rögl  (1998).  The  asterisk  indi-
cates the study area. E.P. = Eastern Paratethys.

background image

132

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

Fig. 3. Geological map (A) and cross-section (B) of the study area. Arrows in (A) indicate the studied sections Parisdorf, Niederschleinz
and Limberg. Modified from Roetzel et al. (2006).

background image

133

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

Stable isotopes

Sample preparation

All  samples  were  dried  at  35 °C.  100g  of  each  sample

were  soaked  in  diluted  H

2

O

2

  as  earlier  studies  have  shown

that H

2

O

does not alter the isotopic composition of foramin-

iferal  tests  (Ganssen  1981).  Samples  were  then  wet  sieved
under  running  water  and  separated  into  four  size-fractions:
63—150 µm,  150—300 µm,  300—600 µm  and  > 600 µm.  The
sieved fractions were first put into deionized water and then in
undenatured Ethanol.

Thereafter  the  washed  samples  were  dried  at  35 °C  again,

clean tests of the chosen planktonic and benthic foraminifers
were  picked  from  fractions  63—150 µm  and  150—300 µm  of
samples  NI 1,  PA 1—PA 3  and  PAR-4.  Between  18  and  55
tests were selected for each measurement, depending on par-
ticular species and size. Selected specimens from all the inves-
tigated  samples  were  studied  under  the  SEM  to  exclude  a
possible influence of diagenesis. All the other samples yielded
no (PA 4—PA 8, LI 2, LI 3) or badly preserved and/or diage-
netically altered (LI 1, LI 5, PAR-5) specimens.

Fig. 4. Logs of the studied sections Parisdorf, Limberg and Nieder-
schleinz.

Isotopic composition of bulk sediment samples PA 1—PA 8,

PAR-4, PAR-5, 67—1, LI 1—LI 3 and LI 5 was measured twice
for  each  sample.  Therefore  sediment  of  each  sample  was
crushed and homogenized in a mortar.

To  compare  the  revealed  bulk  sample  signal,  24  samples

(OS 1—24)  from  the  Ottnangian  stratotype  section  Ottnang-
Schanze  in  Upper  Austria  have  been  processed  in  the  same
way  and  were  included  in  the  analysis.  These  sediments  are
dated  to  early  Ottnangian  and  are  described  in  Rögl  et  al.
(1973) and Rupp et al. (2008).

Selected foraminiferal species

As mixed-layer dwelling Globigerina bulloides is common-

ly  used  for  isotopic  analysis  it  seemed  reasonable  to  pick
closely related Globigerina lentiana and Globigerina praebul-
loides
 from all suitable samples (Fig. 5). Additionally, Globi-
gerina ottnangiensis
 was picked from sample PAR-4.

Besides globigerinids, mass occurrences of small microper-

forate  tenuitellids  characterize  the  samples  (Roetzel  et  al.
2006).  Although  not  commonly  used  in  isotopic  studies  and
thus expected to be difficult to interpret, specimens of Tenuitel-
la clemenciae
 were picked from sample PA 1 in order to pro-
vide additional planktonic data.

Selecting  benthic  foraminifers  was  limited  by  the  fact  that

the samples usually contained very small specimens showing
high species diversity but low total numbers. Thus, only infau-
nal  species  Bulimina  striata  striata,  Melonis  pompilioides,
Myllostomella  advena,  Myllostomella  recta,  Pullenia  bul-
loides
 and Siphonodosaria consobrina were picked from sam-
ples  NI 1  and  PAR-4.  Although  their  isotopic  signal  was
expected  to  be  influenced  by  synsedimentary  pore  water,  a
comparison of the two samples should be possible after care-
ful consideration of vital effects.

Stable isotope measurements

Isotopic  analyses  on  foraminifers  and  bulk  sediment  sam-

ples from NI 1, PA 1—PA 8 and LI 1—LI 5 were performed at
the Institute of Earth Sciences at the University of Graz, using
an  automatic  Kiel II  preparation  line  and  a  Finnigan  MAT
Delta Plus mass spectrometer. Samples were dried and reacted
with  100%  phosphoric  acid  at  70 °C.  Analytical  precision,
based on replicate analysis of international standards NBS-19
and NBS-18 and an internal laboratory standard is better than
0.08 ‰  for 

δ

18

O  and  0.04 ‰  for 

δ

13

C.  Results  are  reported

in  conventional 

δ  notation  relative  to  the  Vienna  Pee  Dee

Belemnite standard (VPDB) in ‰ units.

Foraminifers from NI-1 and PAR-4 as well as the bulk sedi-

ment samples from Ottnang-Schanze were measured for 

δ

13

C

and 

δ

18

O values at the Joanneum Research in Graz. The setup

of the analytical system combines a continuous-flow isotope-
ratio mass spectrometer (Finnigan DeltaplusXP) with a Ther-
moFinnigan  GasBench II  equipped  with  a  CTC  Combi-Pal
autosampler. A comparable experimental setup has been used
in other studies (Spötl & Vennemann 2003). The samples and
two  international  reference  materials  (NBS-19,  IAEA-CO-8)
were  simultaneously  analysed  by  using  the  phosphoric  acid
method at a T = 75 °C. The isotope values of the samples are

background image

134

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

given relative to the VPDB-standard (Coplen 1996). For rep-
licate  measurements  of  different  aliquots  of  samples  the
overall error of reproducibility is  < 0.15 ‰ (VPDB) for both
δ

13

C and 

δ

18

O values.

Results

Dinoflagellates and other palynomorphs

The  investigated  samples  PA 8  from  Parisdorf  and  all

Limberg samples revealed dinoflagellate cysts (Table 1). The
dinoflagellate cysts are well preserved but the assemblages are
rather  poor  and  dominated  by  few  taxa.  The  samples  mainly
consist  of  Cleistosphaeridium  spp.  together  with  common  oc-
currences of Lingulodinium machaerophorum, Operculodinium
centrocarpum
, Lejeunecysta spp. and Brigantedinium spp.

Besides  dinocysts,  other  palynomorphs  have  been  encoun-

tered in samples PA 8 and LI 1—LI 5 consisting of sporomorphs
(Pinus,  Cathaya,  Abies,  Picea,  Acer)  and  the  prasinophycean
chlorophyte Pterospermella. In samples LI 1 and LI 2 organ-
ic wall morphotypes resembling Glomus have been found in
considerable  numbers  (Fig. 6.9—12).  All  other  samples  are
barren of palynomorphs.

Stable isotopes

Foraminifers

The results for all 19 measurements are summarized in Ta-

ble 2. 

δ

18

O values for all planktonic foraminifers are negative

and vary between —1.46 ‰ and —0.56 ‰. With respect to glo-
bigerinids,  G.  lentiana  always  shows  slightly  higher  values
than G. praebulloides of the same test size and sample (mean
offset:  + 0.12 ‰ for fraction 150—300 µm;  + 0.09 ‰ for frac-
tion 63—150 µm).  G.  ottnangiensis  shows  significantly  lower
values in sample PAR-4 than G. praebulloidesT. clemenciae
revealed the highest value (—0.76 ‰) within sample PA 1.

δ

13

C values for planktonic tests are also negative in all sam-

ples ranging from —1.52 ‰ to —0.03 ‰. G. lentiana shows on
average  slightly  lower  values  in  their 

δ

13

C  signal  than  G.

praebulloides of the same test size and sample values (mean
offset: —0.29 ‰ for fraction 150—300 µm; —0.05 ‰ for frac-
tion 63—150 µm). An offset between larger and smaller tests in
G.  lentiana  (mean:  + 0.13 ‰)  and  G.  praebulloides  (mean:
+ 0.34 ‰) can be observed for all the samples. T. clemenciae
shows the highest value (—0.8 ‰) within sample PA 1.

With  respect  to  benthic  foraminifers,  Siphonodosaria  con-

sobrina from sample NI 1 revealed the only positive values in
all  measured  species  and  thus  shows  highest  values  in  both
δ

18

O and 

δ

13

C (0.72 ‰ and 0.47 ‰). Myllostomella recta oc-

curs  in  both  samples  and  shows  the  most  negative 

δ

18

O  and

δ

13

C values of all benthic species. A significant offset of at least

—1 ‰  for  both  values  from  all  other  benthic  species  is  docu-
mented. The intra-specific offset in M. recta between samples
NI 1 and PAR-4 is —0.29 ‰ in 

δ

18

O and —1.02 ‰ in 

δ

13

C.

Bulk samples

Bulk samples for Parisdorf show negative 

δ

18

O values rang-

ing  from  —5.81 ‰  to  —2.57 ‰  (Table 3).  Whereas  samples
PA 1—PA 7,  PAR-4,  PAR-5  and  67—1  range  within  a  mean
offset  of  1.2 ‰  without  showing  a  clear  trend,  sample  PA  8
differs at least in one measurement very distinctly.

The 

δ

13

C-record  for  the  bulk  samples  revealed  values

ranging  from  —0.99 ‰  to  + 0.09 ‰  for  Parisdorf.  Samples

Fig. 5. Studied  planktonic  foraminifers.  1  –  Globigerina  praebulloides,  sample  PA  1,  450

×; 2 – Globigerina lentiana, sample PA 1,

250

×; 3 – Globigerina ottnangiensis, sample PAR-4, 250×; 4 – Tenuitella clemenciae, sample PA 1, 400×.

Samples 

Species 

PA 8  LI 1  LI 2  LI 3  LI 5 

Cleistosphaeridium spp. 

a a a a a 

Lingulodinium machaerophorum 

c  c c a 

Spiniferites/Achomosphaera spp. 

 r  r r 

Lejeunecysta spp. 

c  c r  

Brigantedinium spp. 

  s c  

Operculodinium centrocarpum  

 s r  c 

Trinovantedinium sp.  

 

 

 

 

Pentadinium laticinctum 

 s    r 

Pterospermella spp. 

 

 

 

Pollen 

a a a c a 

Fungal 

spores 

c a c c c 

 

Table 1:  Dinoflagellate  cysts  and  other  palynomorphs  revealed
from  the  studied  Limberg  (LI)  and  Parisdorf  (PA)  samples.  The
first 250 specimens were counted from each sample. Abundant (a):
> 20; common (c): 5—20; rare (r): 2—4; single (s): 1.

background image

135

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

PAR-5 and PA8 yielded the lowest values, the later was ab-
errantly low (—8.55 ‰).

Niederschleinz revealed values similar to Parisdorf ranging

from —33 ‰ to —91 ‰ for 

δ

18

O and —62 ‰ to —46 ‰ for 

δ

13

C.

The  samples  from  Ottnang-Schanze  show  values  from

—5.47 ‰ to —3.96 ‰ (mean: —4.88 ‰) and 

δ

13

C values ranging

from —0.25 ‰ to  + 0.69 ‰ (mean:  + 0.26 ‰).

Discussion

Dinoflagellates

Recent upwelling areas are known to be dominated by hetero-

trophic  dinoflagellates  which  feed  on  the  highly  abundant
diatoms (e.g. Zonneveld et al. 2001; Sprangers et al. 2004).
Frequent  taxa  reported  from  areas  of  seasonal  coastal  up-
welling include Brigantedinium spp., Operculodinium centro-
carpum
,  Lingulodinium  machaerophorum  and  different
Spiniferites species (De Vernal & Marret 2007), all of which
are present in the samples of this study.

Several  studies  have  shown  that  the  presence  of  Lingulo-

dinium  machaerophorum  in  shelf  sediments  correlates  with
nutrient  enriched  waters  (e.g.  Wall  et  al.  1977;  Dale  1996;
Targarona et al. 1999). In the current study, the occurrence of
L. machaerophorum is in some samples positively correlated
with the abundance of protoperidinioid dinoflagellate cysts as
Lejeunecysta,  Brigantedinium  and  Trinovantedinium  which
also  indicate  elevated  nutrient  levels  (e.g.  Wall  et  al.  1977;
Bujak 1984; Lewis et al. 1990; Powell et al. 1990).

Table 2: 

δ

18

O and 

δ

13

C values of the planktonic and benthic foraminifers measured within the present study. All isotopic values are given

in ‰ VPDB.

 

Locality Sample 

Species 

Grain-size 

fraction 

No. 

δ

 18

δ

 13

Planktonic foraminifers 

Parisdorf PA 

Globigerina lentiana 

150–300 27 

–1.36 

–1.50 

 

 

Globigerina praebulloides 

150–300 25 

–1.43 

–1.22 

 

 

Globigerina lentiana 

   63–150 

45 

–0.99 

–1.52 

 

 

Globigerina praebulloides 

   63–150 

55 

–1.08 

–1.40 

 

 

Tenuitella clemenciae 

   63–150 

46 

–0.76 

–0.80 

 

 

 

 

 

 

 

 PA 

Globigerina praebulloides 

   63–150 

50 

–1.46 

–1.35 

 

 

 

 

 

 

 

 PA 

Globigerina lentiana 

150–300 

30 

–0.67 

      –0.9 

 

 

Globigerina praebulloides 

150–300 30 

–0.95 

–0.84 

 

 

Globigerina lentiana 

   63–150 

34 

–0.72 

–1.15 

 

 

Globigerina praebulloides 

   63–150 

50 

–0.81 

–1.18 

 

 

 

 

 

 

 

 PAR-4 

Globigerina ottnangiensis 

150–300 30 

–1.40 

–0.32 

 

 

Globigerina praebulloides 

150–300 40 

–0.56 

–0.03 

Benthic foraminifers 

Niederschleinz NI 

Bulimina striata striata 

150–300 35 

–0.28 

–0.35 

 

 

Melonis pompilioides 

150–300 19 

–0.48 

–0.34 

 

 

Myllostomella recta 

   63–150 

33 

–1.82 

–1.39 

 

 

Pullenia bulloides 

150–300 20 

–0.45 

–1.07 

 

 

Siphonodosaria consobrina 

150–300 

25 

  0.72 

  0.47 

 

 

 

 

 

 

 

Parisdorf PAR-4 

Myllostomella advena 

   63–150 

42 

–1.16 

–1.46 

 

 

Myllostomella recta 

   63–150 

51 

–2.11 

–2.41 

Locality Sample 

δ

 18

δ

 13

Parisdorf 

PA 1 

       –3.5 

–1.09 

 

PA 2 

       –3.3 

–0.53 

 PA 

–2.65 

–0.65 

 PA 

–3.12 

–0.53 

 PA 

–3.08 

–0.35 

 PA 

–2.77 

0.03 

 PA 

–2.88 

–0.37 

 

PA 8 

       –4.5 

–3.79 

 PAR-4 

–3.01 

–0.79 

 PAR-5 

–3.73 

–2.72 

 67–1 

–3.11 

–0.44 

 

 

 

 

Limberg LI 

–3.47 

–0.89 

 LI 

–2.22 

0.37 

 LI 

–4.08 

–3.69 

 

LI 5 

       –6.9 

–8.55 

 

 

 

 

Niederschleinz NI 

–3.12 

–0.54 

 

 

 

 

Ottnang–Schanze OS 

–4.79 

–0.08 

 

OS 2 

–5.31 

      –0.2 

 

OS 3 

–5.11 

        0.4 

 OS 

–4.83 

0.02 

 OS 

–4.81 

0.06 

 

OS 6 

       –5.1 

–0.25 

 OS 

–4.93 

0.22 

 OS 

–4.83 

0.12 

 OS 

–4.95 

0.26 

 OS 

10 

–5.13 

–0.16 

 OS 

11 

–3.96 

0.32 

 OS 

12 

–4.84 

0.27 

 OS 

13 

–5.15 

0.57 

 OS 

14 

–4.64 

0.69 

 OS 

15 

–4.63 

0.68 

 

OS 16 

–5.24 

        0.5 

 OS 

17 

–4.98 

0.19 

 OS 

18 

–4.76 

0.34 

 OS 

19 

–5.11 

0.17 

 OS 

20 

–5.47 

0.32 

 OS 

21 

–4.42 

0.57 

 OS 

22 

–4.53 

0.51 

 

OS 23 

       –4.8 

0.46 

 OS 

24 

–4.71 

0.36 

 

Table 3: 

δ

18

O and 

δ

13

C values of the bulk samples measured within

the present study. All isotopic values are given in ‰ VPDB.

background image

136

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

The dominant taxon in the studied assemblages is Cleisto-

sphaeridium. Although common in the fossil record, the pa-
leo-autecology  of  this  genus  is  still  poorly  understood.
According to Brinkhuis (1994) and Sluijs et al. (2005) high
numbers of C. placacanthum, C. ancyreum and C. diversis-
pinosum
 suggest a distal shelf environment.

An  estimation  of  sea-surface  temperatures  is  not  possible

as the encountered dinocysts occur over a very broad range
of temperatures. For example, recent L. machaerophorum is
a temperate to tropical, euryhaline species present in regions
where water-temperature ranges from —1.5 °C winter SST to
29.1 °C summer SST (Marret & Zonneveld 2003).

Some specimens of Lingulodinium machaerophorum with

reduced processes (Fig. 6.2—3) have been revealed from the
lower  part  of  the  Limberg  section.  The  occurrence  of  such
morphotypes has often been linked to reduced salinity (Head
et al. 2005; Head 2007). However, a major change in salinity
seems unlikely for the studied sections as the stable isotope
data clearly contradict this idea by showing no distinct trend.

Other palynomorphs

Pollen of Pinus, Cathaya, Abies, Picea and Acer as well as

fungal spores of Glomus have been encountered in the stud-
ied  samples  (Table 1).  Given  the  idea  of  a  distal  upwelling
setting  as  indicated  by  dinoflagellate  cysts  and  mass  occur-
rences of planktonic foraminifers (Roetzel et al. 2006), their
occurrence appears enigmatic at first. However, palynologi-
cal studies have shown that pollen grains can be transported
by  winds  and  ocean  currents  dozens  of  kilometers  off  the
coast  (e.g.  Hooghiemstra  et  al.  2006).  As  strong  winds  and
current patterns are dominant features of upwelling sites, an
aeolian  transport  of  the  herein  revealed  pollen  seems  most
likely. Input by river-transport can be excluded as freshwater
indicators like the algae Pediastrum are absent in all samples
(whereas marine prasinophyceaean algae are present) and no
river sediments are known from the study area.

Recent Glomus is associated with plant roots and synony-

mized with the fossil fungal spore Palaeomyces. The uncom-
pressed  nature,  clustering  and  abundance  of  arbuscular
mycorrhizal  hyphae  preserved  in  the  association  together
with  the  outcrop  situation  strongly  point  to  a  post-deposi-
tional origin of these fungal spores.

Planktonic foraminifers

Stable isotope values of globigerinid foraminifers as indi-

cator for coastal upwelling

Surface  waters  in  upwelling  areas  show  a  characteristic

isotopic  signal  (e.g.  Steens  et  al.  1992;  Wefer  et  al.  1999;
Peeters  et  al.  2002):  high 

δ

18

O  values  reflect  low  tempera-

tures,  low 

δ

13

C  values  result  from  strong  mixing  with  cold

nutrient-rich deeper waters depleted in 

13

C. This characteristic

isotopic  composition  should  be  reflected  in  tests  of  organ-
isms  which  calcify  in  such  an  environment.  A  number  of
studies  have  shown  this  with  recent  and  fossil  foraminifers
(e.g. Faul et al. 2000; Peeters et al. 2002).

The  results  of  the  globigerinid  foraminiferal  tests  in  the

present study show values that are in good agreement with
coastal  upwelling: 

δ

18

O  values  vary  between  —46 ‰  and

—56 ‰, 

δ

13

C ratios range from —1.52 ‰ to —0.03 ‰. When

the data are plotted together with Miocene to recent data of
the  same  or  closely  related  species  (Vergnaud-Grazini
1978; Šutovská & Kantor 1992; Pearson et al. 1997; Faul et
al.  2000;  Peeters  et  al.  2002;  Báldi  2006),  a  relation  with
upwelling  areas  is  obvious  (Fig. 7).  This  plot  also  shows
that in fact the carbon isotope values are the main indicator
for upwelling as they point to mixing of the surface water
with  nutrient  rich  bottom  water.  Temperature  is  known  to
be one of the most important factors for the distribution of
foraminifers (Schiebel & Hemleben 2005). Therefore, tests
of  the  same  species  from  different  areas  should  provide
similar 

δ

18

O values. Fig. 7 shows this effect for G. praebul-

loides  from  our  Ottnangian  samples  and  the  samples  of
non-upwelling areas in the Central Paratethys, the Mediter-
ranean  and  the  Atlantic  seas  (Vergnaud-Grazini  1978;
Šutovská & Kantor 1992; Pearson et al. 1997).

Low 

δ

13

C ratios can also be caused by freshwater input of

nearby  rivers.  This  is  very  unlikely  for  the  present  case  as
there  is  no  evidence  of  an  ancient  river  in  the  sedimentary
record  around  the  study  area.  Additionally,  the  fresh  water
influx would distinctly lower oxygen isotope values.

Sea surface temperatures

As 

δ

18

O ratios are mainly determined by water temperature,

they can be used to calculate absolute water temperatures. The
classic notation for this purpose was defined by Epstein et al.
(1953)  based  on  molluscs.  Up  to  now,  several  equations  for
tests of different benthic and planktonic foraminifers were de-
veloped (see Bemis et al. 1998 for a summary). The notation
of  Shackleton  (1974)  based  on  uvigerinids  has  become  the
most popular:

T = 16.9—4.38x(

δ

18

O

c

δ

18

O

w

) + 0.1x(

δ

18

O

c

δ

18

O

w

)

2

         (1)

where T is temperature in °C, 

δ

18

O

c

 the composition of the

shell carbonate and 

δ

18

O

w

 is the composition of the water in

which the carbonate was precipitated.

Species specific vital effects result in offsets in the isotopic

composition  of  the  test  compared  to  the  surrounding  water
(e.g. Peeters et al. 2002). The problem with extinct foraminifers
is that the influence of vital effects on their shell composition
remains unknown. One possibility to deal with this problem is
an actualistic approach.

The  globigerinids  used  in  this  study,  Globigerina  lentiana

and  Globigerina  praebulloides,  are  both  closely  related  to
Globigerina  bulloides  (Kennett  &  Srinivasan  1983).  There-
fore, the use of the equation developed by Bemis et al. (1998)
seems  more  reasonable  for  calculating  water  temperatures
from these species:

T=13.2—4.89x(

δ

18

O

c

δ

18

O

w

)+ 0.27x(

δ

18

O

c

δ

18

O

w

)

2

        (2)

All temperature equations take into account the 

δ

18

O com-

position of the surrounding seawater (

δ

18

O

w

). Today the sea-

background image

137

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

Fig. 6. Dinoflagellate cysts and fungal spores. Photomicrographs are bright field (1—9) and scanning electron microscope (10—15); scale bar is
20 µm except where noted: 1  Lejeunecysta paratenella; dorsal view, sample LI 2; slide B; England Finder T45. 2—3,10 – Lingulodinium
machaerophorum
; 2—3 – uncertain orientation of the same specimen with short processes (bulbous); different foci; sample LI 2; slide B (2—3);
uncertain orientation of specimen with long processes; sample PA 8 (10). 4 – Pterospermella sp., sample LI 3, slide B, England Finder K38.
5 – Spiniferites sp., sample LI 3, slide B, England Finder S34/4. 6—7 – Pentadinium laticinctum, sample LI 1, slide C, England Finder S51,
?ventral view different foci. 8 – Clusters of Cleistosphaeridium spp.; sample PA 8; slide B. 9, 12 – Glomus spp., sample LI 1; slide B;
England Finder J39 (9) and SEM from sample PA 8 (12). 11 – Cleistosphaeridium diversispinosum; uncertain orientation; sample PA 8.
13—14 – Cleistosphaeridium ancyreum; specimen in apical view (9) showing the archeopyle; sample PA 8 (9) and uncertain orientation of
specimen from sample PA 8. 15 – Cleistosphaeridium placacanthum; oblique apical view; sample PA 8.

background image

138

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

water has a mean 

δ

18

O composition of 0 ‰ (SMOW), but this

value can vary locally due to evaporation or mixing with fresh
water. For example, a 

δ

18

O

w

 of + 1 ‰ is reported for the Medi-

terranean  (Pierre  1999)  and  + 2 ‰  for  the  Red  Sea  (Craig
1966).  Thus, 

δ

18

O

w

-values  are  not  the  same  for  all  oceans

and they are not constant in time. Lear et al. (2000) suggest a
globally averaged 

δ

18

O

w

 of ca. —1 ‰ for the Early Miocene

based  on  Mg/Ca  ratios  of  benthic  foraminifers.  Harzhauser
et  al.  (2007)  showed  that  this  value  is  in  good  agreement
with  Early  Miocene  mollusc  data  from  the  Central  Para-
tethys. As all results of this study are given relative to VPDB,
the 

δ

18

O

w

 value has to be converted to VPDB by —0.27 ‰ ac-

cording to Hut (1987).

Based on these assumptions, temperature estimates for globi-

gerinid species vary between 10—14 °C for an assumed 

δ

18

O

w

 of

—1 ‰  in  most  samples  from  the  Parisdorf  section  which  is  in
good  accordance  with  reported  estimates  based  on  micro-
faunal assemblage composition (Table 4; Roetzel et al. 2006).

For reasons of comparison, temperatures were also calcu-

lated  with  the  commonly  used  equation  established  by

Shackleton (1974). The resulting values exceed the calcula-
tions  based  on  Bemis  et  al.  (1998)  by  3—4 °C  and  clearly
contradict  all  other  proxies  (Table 4).  As  this  equation  has
been  derived  from  benthic  uvigerinids,  its  application  to
planktonic foraminifers seems inappropriate.

Depth habitats

As water temperature decreases with depth, 

δ

18

O data can

be  used  to  determine  depth  habitats  for  different  species  of
foraminifers  (Niebler  et  al.  1999).  In  the  present  study,
Tenuitella  clemenciae  from  sample  PA 1  shows  the  highest
values  (—0.76 ‰;  mean  offset  to  all  globigerinids  from  the
Parisdorf  section:  + 0.46 ‰;  mean  offset  to  globigerinids
with  test  size  0.063 µm:  + 0.28 ‰)  indicating  that  this  spe-
cies lived deeper in the water column than the globigerinids.
This corresponds well with published data of recent tenuitel-
lids (Li et al. 1992, 1999).

Fig. 7. 

δ

18

O vs. 

δ

13

C plot of the globigerinids (Globigerina lentianaG. ottnang-

iensis,  G.  praebulloides)  from  the  Ottnangian  samples  compared  to  data-sets
from recent upwelling and non-upwelling areas. Numbers in brackets give sieved
fraction in µm; isotopic values are given in ‰ VPDB. Data for Arabian Sea from
Peeters et al. (2002), Eastern Pacific from Faul et al. (2000), Tengelic-2 (Hunga-
ry)  from  Báldi  (2006),  LKŠ-1  (Slovak  Basin)  from  Šutovská  &  Kantor  (1992),
DSDP-data  (Mediterranean)  from  Vergnaud-Grazini  (1978)  and  ODP-data
(Atlantic) from Pearson et al. (1997).

Benthic foraminifers

As  benthic  foraminifers  occupy  ecological

niches  on  and  within  the  sediment  their
geochemical  signal  is  influenced  by  the  pore-
water  circulating  in  the  sediment.  This  “micro-
habitat-effect” 

has 

been 

documented 

in

countless  studies  and  can  alter  the 

δ

13

C  signal

significantly  compared  to  the 

δ

13

C  of  bottom

water  dissolved  inorganic  carbon  (

δ

13

C

DIC

;  e.g.

Mackensen  et  al.  2000;  Fontanier  et  al.  2006).
Additionally,  as  in  planktonic  foraminifers,  the
geochemical signal in benthic foraminifers is al-
tered  by  diverse  vital  effects.  Thus,  a  summary
of  the  current  knowledge  on  the  geochemistry
and ecology of the benthic species referred to in
this  study  is  given  in  Table 5  together  with  the
corrected isotopic values for the different benth-
ic  foraminifers  and  for  Globigerina  praebul-
loides
 from this study.

For sample NI 1, the corrected values fit quite

well,  especially  for  the 

δ

18

O  values.  Assuming

that the corrected 

δ

18

O values for B. striata stri-

ata,  M.  pompilioides  and  P.  bulloides  (mean:
—0.07 ‰)  represent  bottom  water  conditions  we
can  assume  a  correction  factor  of  + 1.75 ‰  for
Myllostomella  recta  resulting  of  —0.36 ‰  for
sample  PAR-4.  The  slight  offset  of  + 0.45 ‰  to
the corrected G. praebulloides-value of the same
sample  indicates  a  low  temperature  gradient  and
strong mixing of the water column. Applying the
above-mentioned  equation  of  Shackleton  (1974)
based  on  Uvigerina  (which  is  supposed  to  be  in
equilibrium with bottom waters) calculations sug-
gest  11—12 °C  bottom  water  temperature  for
Niederschleinz and 13 °C for Parisdorf (Table 4).

The ecological preferences of the investigated

taxa clearly point to high productivity in the up-
per water-column: e.g. Melonis and Bulimina are
regarded  as  “high-productivity”  taxa  (Caralp

background image

139

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

Table 4: Temperature calculations from tests of the planktonic foraminifers Globigerina lentiana and G. praebulloides and benthic fora-
minifers based on the equations of (1) Shackleton (1974) and (2) Bemis et al. (1998). A value of —1 ‰ is assumed for 

δ

18

O

w

 according to

Harzhauser et al. (2007). For details see text.

Sample Species 

Grain-size 

fraction 

δ

18

O T 

(°C) 

1

 T 

(°C) 

2

 

Planktonic foraminifers 

PA 1 
PA 1 
PA 1 
PA 1 
PA 2 
PA 3 
PA 3 
PA 3 
PA 3 
PAR-4 

Globigerina lentiana 
Globigerina praebulloides 
Globigerina lentiana 
Globigerina praebulloides 
Globigerina praebulloides 
Globigerina lentiana 
Globigerina praebulloides 
Globigerina lentiana 
Globigerina praebulloides 
Globigerina praebulloides 

150–300 
150–300 
  63–150 
  63–150 
  63–150 
150–300 
150–300 
  63–150 
  63–150 
150–300 

–1.36 
–1.43 
–0.99 
–1.08 
–1.46 
–0.67 
–0.95 
–0.72 
–0.81 
–0.56 

17 
18 
16 
16 
18 
14 
16 
15 
15 
14 

14 
14 
12 
12 
14 
10 
12 
11 
11 
10 

Benthic foraminifers 
NI 1 
 
 
PAR-4 

Bulimina striata striata 
Melonis pompilioides 
Pullenia bulloides 
Myllostomella recta 

150–300 
150–300 
150–300 
  63–150 

–0.18 
  0.02 
–0.05 
–0.36 

12 
11 
12 
13 

– 
– 
– 
– 

 

Table 5:  Microhabitat  effect  of  the  stable  isotope
composition  of  the  studied  benthic  foraminifers
and Globigerina praebulloides as revealed by dif-
ferent studies. In case of more than one correction
value a mean value was calculated. Asterisks indi-
cate estimates based on the genus level. Only large
tests  of  G.  praebulloides  were  used  except  for
sample PA 2. References: (1) Naidu et al. (2004);
(2)  Mackensen  et  al.  (2000);  (3)  McCorkle  et  al.
(1990); (4) Grossman (1987).

1989; Murray 2006; Smart et al. 2007). As the studied fora-
minifers  are  the  most  abundant  benthic  species  within  the
samples  their  stable  isotope  signals  seem  to  be  reliable  and
in good accordance with a proposed upwelling setting.

The bulk sample record

Recent  studies  have  shown  that  bulk  sediment  signal

roughly  reflects  the  isotopic  composition  of  coccoliths  and
thus gives additional information about surface water condi-
tions  (e.g.  Minoletti  et  al.  2001;  Kováčová  et  al.  2008).  In-
fluence of meteoric and pedogenic diagenesis is reflected in
aberrantly  light  isotope  values  (Armstrong-Altrin  et  al.
2009). Thus, Parisdorf samples PAR-5 and PA 8 as well as
all Limberg samples are excluded from analysis.

For the Lower Austrian study area the remaining samples

show  rather  similar  values  without  a  distinct  trend  (mean
values:  —3.05 ‰/—0.52 ‰;  Fig. 8).  Compared  to  Ottnang-
Schanze  with  mean  values  of  —4.88 ‰  and  + 0.26 ‰,  both
signals show a clear offset ( + 1.75 ‰ for 

δ

18

O/—0.78 ‰ for

δ

13

C; Fig. 9). The higher 

δ

18

O and lower 

δ

13

C thus point to

lower  SSTs  and  higher  bioproductivity  for  Parisdorf  and
Niederschleinz.

The multi-proxy approach

Only a multi-proxy approach can lead to a reliable identifi-

cation of upwelling events in the sedimentary record (Peterson

et al. 1995). Consequently, all available data from the herein
studied sections shall be discussed in particular for coastal up-
welling (see Table 6 for a summary).

Upwelling conditions for the Zellerndorf Formation and the

diatomitic Limberg Member were originally suggested on the
basis of microfossil analyses (Řeháková 1994, 1996; Mandic
et  al.  2005;  Roetzel  et  al.  2006):  assemblages  of  calcareous
nannoplankton, diatoms, silicoflagellates, sponge spicules and
foraminifers  point  to  a  nutrient-rich,  highly  productive  envi-
ronment.  SST-estimates  range  from  10—15 °C.  The  isotopic
data  revealed  in  the  present  study  fit  very  well  with  these
proxies.

Referring  to  paleobiogeography,  Roetzel  et  al.  (2006)

pointed out that the composition of foraminiferal communi-
ties in the study area differs clearly from the common early
Ottnangian  assemblages  described  from  Upper  Austria
(Rupp  et  al.  2008)  and  Bavaria  (Wenger  1987)  indicating
special oceanographic conditions.

On  the  macrofossil  level,  palm  leaves  (Berger  1955),  fish

(Bachmayer  1974),  insects  (Bachmayer  1974),  birds  (Bach-
mayer  1980),  crabs  (Bachmayer  1983)  and  bladder  wrack
(Mandic et al. 2005) have been documented for the Limberg
Member from different localities in Lower Austria. Plant de-
bris  and  fish  teeth  have  been  reported  from  the  Zellerndorf
Formation in the Parisdorf pit (Mandic et al. 2005). With re-
spect  to  environmental  conditions,  the  high  number  of  fish
remains  (scales  and  teeth  as  well  as  whole  specimens)  indi-
cates a very productive setting attracting fish swarms. Layers

Species 

δ

18

O–δ

18

O

eq

  δ

13

C

DIC

 Sample δ

18

O

corr

  δ

13

C

corr

 Ref. 

Globigerina praebulloides 
 
 
 
 
 
Bulimina striata striata 

 

Melonis pompilioides 

 

Pullenia bulloides 

   +0.25 * 

 
 
 
 
 

   –0.1 * 

 

–0.5 

 

–0.4 

 
 
 
 
 
 

–0.8 * 

 

   

–0.3 

PA 1 
PA 2 
PA 3 

PAR-4 

LI 1 

 

NI 1 

 

NI 1 

 

NI 1 

–1.68 
–1.71 
–1.20 
–0.81 
–2.53 

 

–0.18 

 

+0.02 

 

–0.05 

– 
– 
– 
– 
– 

 

– 

 

–0.04 

 

– 

 
 
 
 
 

2, 3 

 

 

 

background image

140

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

Fig. 8. Trends in 

δ

18

O and 

δ

13

C revealed from bulk samples (solid

lines) and planktonic foraminifers for the Parisdorf section. Dotted
line shows trend for Globigerina praebulloides.

with masses of fish scales are also a typical feature in coeval
well-cores  and  point  to  a  widespread  phenomenon  (personal
observation F. Rögl). Two brachyuran specimens assigned to
the family Geryonidae by Bachmayer (1983) are also of inter-
est, since extant species of this family are known as deep-sea
crabs living on the shelf break and continental slope down to
depths of 3800 m (Jones et al. 2003). Some geryonid species
have been described from upwelling areas off Baja California
(Pleuroncodes  planipes)  and  Angola  (Geryon  maritae)
(Walsh et al. 1974; Bianchi 1992).

Based  on  the  faunal  and  floral  data,  upwelling  is  assumed

for the pelites as well as for the intercalated diatomites. Con-
cerning  the  change  in  sedimentation,  sedimentological  data
presented  by  Roetzel  et  al.  (1999b)  suggest  that  the  input  of
volcanic ash further amplified the bloom of diatoms leading to
a further boost in primary productivity by bringing additional
silica in the system and thus resulting in the deposition of the
diatomites (Mandic et al. 2005; Roetzel et al. 2006).

The driving agent

Having a handful of proxies available suggesting upwelling

along  the  south-eastern  margin  of  the  Bohemian  Massif  dur-
ing the early Ottnangian, the fit with the paleogeographic and
paleoceanographic  framework  has  to  be  discussed.  At  first
thought  an  upwelling  setting  in  the  narrow  epicontinental
Central Paratethys Sea seems unlikely. Today, the most prom-
inent coastal upwelling areas are situated along the coasts of
Africa,  South  America,  Australia  and  the  Arabian  Peninsula
providing a steep continental slope of several thousand meters
(Summerhayes et al. 1995). This was not the case in the shal-
low Central Paratethys as Roetzel et al. (2006) suggest a deep
sublittoral  environment  for  the  Lower  Austrian  study  area.
However, they point out similarities in topography: the steep
paleocoast along the Bohemian Massif triggered by the Dien-
dorf  fault  resembles  the  steep  continental  slope  on  a  smaller
scale  (Fig. 3).  The  modern  upwelling  in  the  narrow  Santa
Barbara Channel along the coast of California might serve as
an analogue (Lange et al. 1997; Hendershott & Winant 1996):
restricted by a chain of islands, it reaches depths of approxi-
mately 500 m at its deepest part in the Santa Barbara Basin.

Given a suitable topography a driving force behind the sug-

gested  upwelling  is  still  in  question.  Two  main  agents  have
been  identified  to  trigger  extant  upwelling  (e.g.  Lee  et  al.
1997;  Oke  &  Middleton  2000):  tidal  currents  and  prevailing
winds producing surface currents. Sea floor and basin topog-
raphy  can  further  amplify  these  currents.  Both  scenarios  can
be applied to the Early Miocene Central Paratethys.

(1) In most cases upwelling is a wind-driven phenomenon.

Thus, as suggested by Roetzel et al. (2006), prevailing wester-
ly  winds  blowing  parallel  to  the  ancient  coastline  along  the
Bohemian  Massif  might  thus  have  induced  surface  currents
resulting in the coastal upwelling setting (Fig. 10A).

(2) Widespread meso- to macrotidal deposits are document-

ed throughout the Central Paratethys during early-mid Burdi-
galian  ranging  from  the  French,  Swiss  and  German  Molasse
(Homewood & Allen 1981; Allen & Homewood 1984; Allen
et al. 1985; Keller 1989; Tessier & Gigot 1989; Lesueur et al.
1990;  Schaad  et  al.  1992;  Martel  et  al.  1994;  Salvermoser

Fig. 9.  Comparison  of 

δ

18

O  and 

δ

13

C  for  bulk  sediment  samples

from Lower and Upper Austria. Note that the samples PAR-5 and
PA 8 and all Limberg samples are not included due to diagenesis.

background image

141

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

Table 6: Synopsis of all available sedimentological, biogenic and geochemical data reported in literature and in this study for the Zellerndorf
Formation and the Limberg Member. References: (1) Roetzel et al. (2006); (2) Mandic et al. (2005); (3) Roetzel et al. (1999); (4) Řeháková
(1996, 1994, 1993, 1992); (5) Bachmayer (1983, 1980, 1974). For more references and a detailed discussion see text.

Proxy Remarks 

Reference 

1) Sediment 
diatomites and pelites of the Zellerndorf Fm 
 
2) Biota 

foraminifers 
 
 
diatoms 
 
 
calcareous nannoplankton 
 
silicoflagellates 
 
dinoflagellates 
 
macrofossils 
 
3) Geochemistry 
δ

18

O and δ

13

C from planktonic and benthic 

foraminifers 

 

diatomites finely laminated; commonly known from upwelling areas 
 
 
planktonics point to cold, nutrient-rich surface waters; blooms of cold-water 
tenuitellids; benthics depend on high organic flux from surface waters 
 
frequent occurrence of Thalassionema nitzschioides characteristic of nutrient-rich,  
high productive areas; absence of shallow-water benthic taxa 
 
blooms of Coccolithus pelagicus with an optimal growth temperature of 2–12 °C 
 
frequent occurrence of cold and temperate taxa 
 
neritic, nutrient-elevated environment 
 
fish, deep-sea crabs; insects, birds, palm leaves, bladder wreck  
 
 
rather high δ

18

O values and low δ

13

C values point to cold, nutrient-rich environment 

and low water-column stratification 

1, 2, 3, 4 

 
 

1, 2 

 
 

1, 2, 4 

 
 

1, 2 

 

 

this study 

 

2, 5 

 
 

this study 

 

Fig. 10. Illustrations for the two discussed upwelling scenarios. A – Upwelling driven by prevailing westerly winds. B – Upwelling driv-
en by meso- and macroscale tidal currents. For details see text.

1999;  Bieg  2005)  via  the  Austrian  North  Alpine  Foreland
Basin  (Faupl  &  Roetzel  1987,  1990;  Krenmayr  1991)  to  the
North Hungarian Bay (Sztanó 1994, 1995; Sztanó & De Boer
1995). These strong tidal currents supposedly amplified by the
narrow paleogeography of the region are considered as possi-
ble driving forces for Paratethyan upwelling (Fig. 10B).

The  paleogeography  of  the  Early  Miocene  Central  Para-

tethys with its narrow, long-stretched foreland basins favoured
amplification  of  current  patterns  during  phases  of  open  con-
nections to the Mediterranean (Allen et al. 1985; Bieg 2005).
Such  conditions  existed  several  times  from  Egerian  to  early
Ottnangian giving a time frame for possible upwelling events
(Rögl  1998;  Harzhauser  &  Piller  2007).  Massive  diatomites
intercalated  with  pelites,  commonly  seen  as  indicator  of  up-
welling  conditions  (Wagner  1998;  Mandic  et  al.  2005),  are

not only known from the localities of this study. Time equiv-
alent  Early  Miocene  diatomites  are  also  reported  from  the
Carpathian Foredeep in Moravia and Poland (Kotlarczyk &
Kaczmarska 1987; Kotlarczyk 1988; Picha & Stráník 1999).
The  widespread  distribution  of  diatomites  in  the  Early  Mi-
ocene of the Central Paratethys might indicate that upwelling
events  were  more  common  in  the  Central  Paratethys  than
currently known.

Conclusions

A  multi-proxy  data-set  from  diatomite-clay  successions  in

the North Alpine Foreland Basin of Lower Austria consisting
of  sedimentological  and  paleontological  data  from  earlier

background image

142

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

studies,  stable  isotope  analyses  of  foraminiferal  shells  and
bulk sediment samples as well as dinoflagellate assemblages in-
dicate upwelling conditions along the margin of the Bohemian
Massif  in  the  Central  Paratethys  during  mid-Burdigalian
times.  Planktonic  foraminifers  examined  for  their  isotopic
composition show low 

δ

13

C values and rather high 

δ

18

O values,

being remarkably consistent with data from recent upwelling
areas.  Temperature  calculations  based  on  globigerinids  re-
vealed sea surface temperatures from 10 to 14 °C. Low SSTs
and  high  productivity  are  supported  by  the  bulk  sample
record. Benthic foraminifers point to a low temperature gradi-
ent and strong mixing of the water column. Dinoflagellate as-
semblages  indicate  a  highly  productive,  distal  environment.
The influence of NE trade winds and strong tidal currents are
discussed as potential driving agents of the herein studied up-
welling site. Coeval mid-Burdigalian deposits with marine di-
atomites  are  widespread  in  the  Paratethys  Sea  from  Austria
and Moravia up to Poland. The local upwelling setting along
the  steep  coast  of  the  Bohemian  Massif  might  thus  reflect  a
characteristic  hydrodynamic  and/or  wind  regime  along  the
Paratethyan coasts between ca. 19—18 Ma.

Acknowledgments: We want to thank Albrecht Leis (Johanne-
um Research, Graz) for carrying out part of the isotopic mea-
surements.  We  are  grateful  to  Fabrizio  Lirer  (Istitutio  per
l’Ambiente  Marino  Costiero,  Naples,  Italy),  Michal  Kováč
(University  of  Bratislava,  Slovakia),  Andrea  Kern  (University
of Vienna), Andreas Kroh and Oleg Mandic (both Natural His-
tory  Museum  Vienna)  for  many  helpful  discussions.  Martin
Head  (Brock  University,  St.  Catharines,  Canada)  and  Lilian
Švábenická (Czech Geological Survey, Prague) are thanked for
constructive  comments  which  helped  to  improve  the  paper.
Franz Topka (Natural History Museum Vienna) is thanked for
assisting with the fieldwork. Financial support for this study was
provided by the Commission for the Palaeontological and Strati-
graphical Research of Austria (Austrian Academy of Sciences).

References

Abreu  V.S.  &  Haddad  G.A.  1998:  Glacioeustatic  fluctuations:  the

mechanism linking stable isotope events and sequence stratig-
raphy  from  the  Early  Oligocene  to  Middle  Miocene.  In:  Gra-
ciansky  C.-P.,  Hardenbol  J.,  Jacquin  T.  &  Vail  P.R.  (Eds.):
Mesozoic and Cenozoic sequence stratigraphy of European ba-
sins. Soc. Sed. Geol., Spec. Publ., Tulsa 60, 245—260.

Allen  Ph.A.  &  Homewood  P.  1984:  Evolution  and  mechanics  of  a

Miocene tidal sandwave. Sedimentology 31, 63—81.

Allen Ph.A., Mange-Rajetzky M., Matter A. & Homewood P. 1985:

Dynamic palaeogeography of open Burdigalian sea-way, Swiss
Molasse Basin. Eclogae Geol. Helv. 79, 351—381.

Armstrong-Altrin  S.,  Lee  Y.I.,  Verma  S.P.  &  Worden  R.H.  2009:

Carbon, oxygen, and strontium isotope geochemistry of carbon-
ate rocks of the upper Miocene Kudankulam Formation, south-
ern  India:  Implications  for  paleoenvironment  and  diagenesis.
Chemie der Erde 69, 45—60.

Bachmayer F. 1974: Erster fossiler Insektenrest aus den Diatomeen-

schiefern (Miozän, Ottnangien) von Limberg, Niederösterreich.
Sitz. Österr. Akad. Wiss., Math.-naturwiss. Kl. 183, 1—3.

Bachmayer  F.  1980:  Ein  fossiler  Vogelrest  aus  den  Diatomeen-

Schiefern (Miozän, Ottnangien) von Limberg, Niederösterreich.
Ann. Naturhist. Mus. Wien 83, 25—28.

Bachmayer F. 1983: Funde von fossilen Krabben aus den Diatomeen-

schiefern (Miozän, Ottnangien) von Limberg, Niederösterreich.
Anz. Österr. Akad. Wiss., Mat.-naturwiss. Kl. 119, 2, 21—24.

Báldi K. 2006: Paleoceanography and climate of the Badenian (Mid-

dle Miocene, 16.4—13.0 Ma) in the Central Paratethys based on
foraminifers and stable isotope (

δ

18

O and 

δ

13

C) evidence. Int. J.

Earth Sci. (Geologische Rundschau) 95, 1, 119—142.

Bemis B.E., Spero H.J., Bijma J. & Lea D.W. 1998: Reevaluation of

the oxygen isotopic composition of planktonic foraminifers: Ex-
perimental results and revised paleotemperature equations. Pale-
oceanography
 13, 2, 150—160.

Berger  W.  1955:  Ein  Fächerpalmenblatt  (Sabal  haeringiana  Ung.)

aus dem miozänen Diatomeenschiefer von Limberg in Niederös-
terreich.  Ann.  Österr.  Akad.  Wiss.,  Mat.-naturwiss.  Kl.  92,  11,
181—185.

Bianchi G. 1992: Demersal assemblages of the continental shelf and up-

per slope of Angola. Mar. Ecology Progress Series 81, 101—120.

Bieg U. 2005: Palaeooceanographic modelling in global and regional

scale: An example from the Burdigalian Seaway. Ph.D. Thesis,
Eberhard-Karls-Universität Tübingen
, Germany.

Brinkhuis  H.  1994:  Late  Eocene  to  early  Oligocene  dinoflagellate

cysts from the Priabonian type-area (northeast Italy); biostratig-
raphy  and  palaeoenvironmental  interpretation.  Palaeogeogr.
Palaeoclimatol. Palaeoecol.
 107, 121—163.

Bujak  J.P.  1984:  Cenozoic  dinoflagellate  cysts  and  acritarchs  from

the Bering Sea and northern North Pacific, D.S.D.P. Leg 19. Mi-
cropaleontology
 30, 180—212.

Caralp M.-H. 1989: Abundance of Bulimina exilis and Melonis bar-

leeanum: relationship to the quality and quantity of marine or-
ganic matter. Geo-Marine Letters 9, 37—43.

Cicha I., Rögl F., Rupp C. & Čtyroká J. 1998: Oligocene-Miocene

foraminifers  of  the  Central  Paratethys.  Abh.  Senckenberg.
Naturforsch. Gesell.
 549, 1—325.

Cookson  I.C.  &  Eisenack  A.  1965:  Microplankton  from  the  Browns

Creek Clays, SW. Victoria. Proc. Roy. Soc. Victoria 79, 119—131.

Coplen T.B. 1996: New guidelines for the reporting of stable hydro-

gen,  carbon,  and  oxygen  isotope  ratio  data.  Geochim.  Cosmo-
chim. Acta
 60, 3359.

Craig H. 1966: Isotopic composition and origin of the Red Sea and

Salton Sea geothermal brines. Science 154, 1544—1548.

Dale B. 1996: Dinoflagellate cyst ecology: modelling and geological

applications. In: Jansonius J. & McGregor D.C. (Eds.): Palynol-
ogy: principles and applications. Vol. 3. Amer. Assoc. Stratigr.
Palynologists Found.
 1249—1275.

De  Vernal  A.  &  Marret  F.  2007:  Organic-walled  dinoflagellate

cysts: Tracers of sea-surface conditions. In: Hillaire-Marcel C.
&  Vernal  A.  (Eds.):  Proxies  in  late  Cenozoic  paleoceanogra-
phy. Developments in Mar. Geol. Vol. 1. Elsevier, Amsterdam,
371—408.

Diz P. & Francés G. 2008: Distribution of live benthic foraminifers

in  the  Ría  de  Vigo  (NW  Spain).  Mar.  Micropaleontology  66,
165—191.

Epstein S., Buchsbaum R., Lowenstam H.A. & Urey H.C. 1953: Re-

vised  carbonate-water  isotopic  temperature  scale.  Geol.  Soc.
Amer. Bull.
 64, 1315—1325.

Faul  K.L.,  Ravelo  A.C.  &  Delaney  M.L.  2000:  Reconstructions  of

upwelling,  productivity,  and  photic  zone  depth  in  the  eastern
equatorial  Pacific  Ocean  using  planktonic  foraminiferal  stable
isotopes and abundances. J. Foram. Res. 30, 2, 110—125.

Faupl P. & Roetzel R. 1987: Gezeitenbeeinflußte Ablagerungen der

Innviertler Gruppe (Ottnangien) in der oberösterreichischen Mo-
lassezone. Jb. Geol. Bundesanst. 130, 4, 415—447.

Faupl P. & Roetzel R. 1990: Die Phosphoritsande und Fossilreichen

Grobsande:  Gezeitenbeeinflußte  Ablagerungen  der  Innviertler

background image

143

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

Gruppe  (Ottnangien)  in  der  oberösterreichischen  Molasse.  Jb.
Geol. Bundesanst.
 133, 2, 157—180.

Fensome R.A., MacRae R.A. & Williams G.L. 2008: DINOFLAJ2,

Version 1.  Amer.  Assoc.  Stratigr.  Palynologists,  Data  Series
No. 1.

Fontanier  C.,  Mackensen  A.,  Jorissen  F.J.,  Anschutz  P.,  Licari  L.  &

Griveaud  C.  2006:  Stable  oxygen  and  carbon  isotopes  of  live
benthic foraminifers from the Bay of Biscay: Microhabitat impact
and seasonal variability. Mar. Micropaleontology 58, 159—183.

Ganssen G. 1981: Isotopic analysis of foraminiferal shells: Interfer-

ence  from  chemical  treatment.  Palaeogeogr.  Palaeoclimatol.
Palaeoecol.
 33, 271—276.

Granata T.C., Estrada M., Zika U. & Merry C. 2004: Evidence for en-

hanced  primary  production  resulting  from  relative  vorticity  in-
duced upwelling in the Catalan Current, 2004. Scientia Marina
68 (suppl. 1), 113—119.

Green O.R. 2001: A manual of practical laboratory and field techniques

in palaeobiology. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

Grossman E.L. 1987: Stable isotopes in modern benthic foraminifers:

A study of vital effect. J. Foram. Res. 17, 1, 48—61.

Hardenbol J., Thierry J., Farley M.B., Jacquin T., Graciansky P.-C. &

Vail P.R. 1998. Mesozoic and Cenozoic sequence chronostrati-
graphic  framework  of  European  Basins.  In:  Graciansky  C.-P.,
Hardenbol J., Jacquin T. & Vail P.R. (Eds.): Mesozoic and Cen-
ozoic sequence stratigraphy of European basins. Soc. Sed. Geol.
Spec. Publ.
, Tulsa 60, 3—13.

Harzhauser  M.  &  Piller  W.E.  2007:  Benchmark  data  of  a  changing

sea.  Palaeogeography,  Palaeobiogeography  and  Events  in  the
Central Paratethys during the Miocene. Palaeogeogr. Palaeocli-
matol. Palaeoecol.
 253, 8—31.

Harzhauser M., Piller W.E. & Latal C. 2007: Geodynamic impact on

the stable isotope signatures in a shallow epicontinental sea. Ter-
ra Nova
 19, 1—7.

Head M.J. 2007: Last Interglacial (Eemian) hydrographic conditions

in  the  southwestern  Baltic  Sea  based  on  dinoflagellate  cysts
from Ristinge Klint, Denmark. Geol. Mag. 144, 987—1013.

Head  M.J.,  Seidenkrantz  M.-S.,  Janczyk-Kopikowa  Z.,  Marks  L.  &

Gibbard  P.L.  2005:  Last  Interglacial  (Eemian)  hydrographic
conditions in the southeastern Baltic Sea, NE Europe, based on
dinoflagellate cysts. Quat. Int. 130, 3—30.

Hendershott  M.C.  &  Winant  C.D.  1996:  Surface  circulation  in  the

Santa Barbara Channel. Oceanography 9, 2, 114—121.

Homewood  P.  &  Allen  Ph.A.  1981:  Wave-,  tide-,  and  current-con-

trolled  sandbodies  of  Miocene  Molasse,  Western  Switzerland.
AAPG Bull. 65, 12, 2534—2545.

Hooghiemstra H., Lézine A.-M., Leroy S.A.G., Dupont L. & Marret

F.  2006:  Late  Quaternary  palynology  in  marine  sediments:  A
synthesis of the understanding of pollen distribution patterns in
the NW African setting. Quat. Int. 148, 29—44.

Hut G. 1987: Stable isotope reference samples for geochemical and

hydrological investigations, Consultants Group Meeting IAEA,
Vienna, 16.—18.09.1985. Report to the Director General.  Inter-
national Atomic Energy Agency
, Vienna, 1—42.

Jones E.G., Tselepides A., Bagley P.M., Collins M.A. & Priede I.G.

2003:  Bathymetric  distribution  of  some  benthic  and  benthope-
lagic  species  attracted  to  baited  cameras  and  traps  in  the  deep
eastern Mediterranean. Mar. Ecol. Progress Ser. 251, 75—86.

Keller B. 1989: Fazies und stratigraphie der Oberen Meeresmolasse

(unteres  Miozän)  zwischen  Napf  und  Bodensee.  Ph.D.  Thesis,
University of Bern.

Kennett J.P. & Srinivasan M.S. 1983: Neogene planktonic foramini-

fers. A phylogenetic atlas. Hutchinson Ross Publishing Compa-
ny
, Stroudsburg, Pennsylvania, 265.

Kotlarczyk  J.  1988:  Geology  of  the  Prezemyśl  Carpathians  –  “a

sketch to the portrait”. Prezegl. Geol. 6, 325—333.

Kotlarczyk  J.  &  Kaczmarska  I.  1987:  Two  diatom  horizons  in  the

Oligocene  and  (?)  Lower  Miocene  of  the  Polish  Outer  Car-
pathians. Ann. Soc. Geol. Pol. 57, 143—188.

Kováčová P., Emmanuel L., Hudáčková N. & Renard M. 2008: Cen-

tral  Paratethys  paleoenvironment  during  the  Badenian  (Middle
Miocene): evidence from foraminifera and stable isotope (

δ

13

C

and 

δ

18

O) study in the Vienna Basin (Slovakia). Int. J. Earth Sci.

(Geologische Rundschau). DOI 10.1007/s00531-008-0307-2.

Krenmayr  H.-G.  1991:  Sedimentologische  Untersuchungen  der

Vöcklaschichten (Innviertler Gruppe, Ottnangien) in der oberös-
terreichischen Molassezone im Gebiet der Vöckla und der Ager.
Jb. Geol. Bundesanst. 134, 83—100.

Lange  C.B.,  Weinheimer  A.L.,  Reid  F.M.H.  &  Thunell  R.C.  1997:

Sedimentation patterns of diatoms, radiolarians and silicoflagel-
lates in Santa Barbara basin, California. California Cooperative
Oceanic Fisheries Investigations Reports 
38, 161—170.

Lear  C.H.,  Elderfield  H.  &  Wilson  P.A.  2000:  Cenozoic  deep-sea

temperatures  and  global  ice  volumes  from  Mg/Ca  in  Benthic
Foraminiferal Calcite. Science 287, 269—272.

Lee H.-J., Chao S.-Y., Fan K.-L., Wang Y.-H. & Liang N.-K. 1997:

Tidally  induced  upwelling  in  a  semi-enclosed  basin:  Nan  Wan
Bay. J. Oceanography 53, 467—480.

Lesueur J.-P., Rubino J.-L. & Giraudmaillet M. 1990: Organisation et

structures  internes  des  dépôts  tidaux  du  Mioc

e

ne  rhodanien.

Bull. Soc. Geol. France 6, 1, 49—65.

Lewis J., Dodge J.D. & Powell A.J. 1990: Quaternary dinoflagellate

cysts from the upwelling system offshore Peru, hole 686B, ODP
Leg 112. Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific
Results
 112, 323—327.

Li Q., Radford S.S. & Banner F.T. 1992: Distribution of microperfo-

rate tenuitellid planktonic foraminifers in holes 747A and 749B,
Kerguelen Plateau. Proceedings of the Ocean Drilling Program,
Scientific Results
 120, 569—594.

Li  Q.,  James  N.P.,  Bone  Y.  &  McGowran  B.  1999:  Palaeoceano-

graphic  significance  of  recent  foraminiferal  biofacies  on  the
southern  shelf  of  Western  Australia:  a  preliminary  study.
Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 147, 101—120.

Lourens L., Hilgen F., Shackleton N.J., Laskar J. & Wilson D. 2004:

The  Neogene  period.  In:  Gradstein  F.M.,  Ogg  J.G.  &  Smith
A.G. (Eds.): A geologic time scale 2004. Cambridge University
Press
, Cambridge, 409—440.

Mackensen A., Schumacher S., Radke J. & Schmidt D.N. 2000: Mi-

crohabitat preferences and stable isotopes of endobenthic fora-
minifers:  clue  to  quantitative  reconstruction  of  oceanic  new
production? Mar. Micropaleontology 40, 233—258.

Mandic O., Rögl F., Ćorić S. & Roetzel R. 2005: Early Ottnangian

–  coastal  upwelling.  In:  Mandic  O.,  Harzhauser  M.,  Stein-
inger F. & Roetzel R. (Eds.): RCMNS 2005, Excursion C: Mi-
ocene of the Eastern Alpine Foredeep – The Bohemian Massif
southeastern Margin. Excursion Guide 12th RCMNS Congress
Vienna
, 36—39.

Marret  F.  &  Zonneveld  K.A.F.  2003:  Atlas  of  modern  organic-

walled  dinoflagellate  cyst  distribution.  Rev.  Palaeobot.  Pa-
lynol.
 125, 1—200.

Martel A.T., Allen P.A. & Slingerland R. 1994: Use of tidal-circula-

tion  modeling  of  paleogeographical  studies:  An  example  from
the Tertiary of the Alpine perimeter. Geology 22, 925—928.

McCorkle  D.C.,  Keigwin  L.D.,  Corliss  B.H.  &  Emerson  S.R.  1990:

The influence of microhabitats on the carbon isotopic composition
of deep-sea benthic foraminifers. Paleoceanography 5, 161—185.

Minoletti F., Gardin S., Nicot E., Renard M. & Spezzaferri S. 2001:

Mise au point d’un protocole expérimental de se´paration granu-
lométrique  d’assemblages  de  nannofossiles  calcaires:  applica-
tion  paléoecologique  et  geochimique.  Bull.  Soc.  Géol.  France
172, 437—446.

Murray J.W. 2006: Ecology and applications of benthic foraminifers.

Cambridge University Press, Cambridge, 1—426.

è 

background image

144

GRUNERT, SOLIMAN, HARZHAUSER, MÜLLEGGER, PILLER, ROETZEL and RÖGL

Naidu P.D. & Niitsuma N. 2004: Atypical 

δ

13

C signature in Globige-

rina bulloides at the ODP site 723A (Arabian Sea): implications
of environmental changes caused by upwelling. Mar. Micropal-
eontology
 53, 1—10.

Nave S., Freitas P. & Abrantes F. 2001: Coastal upwelling in the Ca-

nary  Island  region:  spatial  variability  reflected  by  the  surface
sediment diatom record. Mar. Micropaleontology 42, 1—23.

Nicholson C., Kennett J., Sorlien C., Hopkins S., Behl R., Normark

W., Sliter R., Hill T., Pak D., Schimmelmann A. & Cannariato
K.  2006:  Santa  Barbara  basin  study  extends  global  climate
record. Eos 87, 21, 205—212.

Niebler H.S., Hubberten H.W. & Gersonde R. 1999: Oxygen isotope

values of planktic foraminifera: A tool for the reconstruction of
surface  water  stratification.  In:  Fischer  G.  &  Wefer  G.  (Eds.):
Use of proxies in paleoceanography: Examples from the South
Atlantic. Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 165—189.

Oke P.R. & Middleton J.H. 2000: Topographically induced upwelling

off Eastern Australia. J. Physical Oceanography 30, 512—531.

Pearson P.N., Shackleton N.J., Weedon G.P. & Hall M.A. 1997: Mul-

tispecies  planktonic  foraminifers  stable  isotopes  stratigraphy
through Oligocene/Miocene boundary climatic cycles, site 926.
In:  Shackleton  N.J.,  Curry  W.B.,  Richter  C.  &  Bralower  T.J.
(Eds.): Proceedings of the Ocean Drilling Project, Scientific Re-
sults
 154, 441—449.

Peeters F.J.C., Brummer G.-J.A. & Ganssen G. 2002: The effect of

upwelling on the distribution and stable isotope composition of
Globigerina bulloides and Globigerina ruber (planktic foramin-
ifers) in modern surface waters of the NW Arabian Sea. Global
and Planetary Change
 34, 269—291.

Peterson  L.C.,  Abbott  M.R.,  Anderson  D.M.,  Cualet  J.-P.,  Conté

M.H.,  Emeis  K.-C.,  Kemp  A.E.S.  &  Summerhayes  C.P.  1995:
How  do  upwelling  systems  vary  through  time?  In:  Summer-
hayes  C.,  Emeis  K.-C.,  Angel  M.,  Smith  R.  &  Zeitzschel  B.
(Eds.):  Upwelling  in  the  Ocean.  Wiley  and  Sons,  Chichester,
285—312.

Picha F.J. & Stráník Z. 1999: Late Cretaceous to early Miocene de-

posits of the Carpathian foreland basin in southern Moravia. Int.
J. Earth Sci. (Geologische Rundschau)
 88, 3, 475—495.

Pierre  C.  1999:  The  oxygen  and  carbon  isotope  distribution  in  the

Mediterranean water masses. Mar. Geol. 153, 41—55.

Piller  W.E.,  Harzhauser  M.  &  Mandic  O.  2007:  Miocene  Central

Paratethys  stratigraphy  –  current  status  and  future  directions.
Stratigraphy 4, 151—168.

Powell  A.J.,  Dodge  J.D.  &  Lewis  J.  1990:  Late  Neogene  to  Pleis-

tocene  palynological  facies  of  the  Peruvian  continental  margin
upwelling,  Leg  112.  Proceedings  of  the  Ocean  Drilling  Pro-
gram, Scientific Results
 112, 297—321.

Raschka  H.  1912:  Die  Rutschungen  in  dem  Abschnitte  Ziersdorf—

Eggenburg der Kaiser Franz Josef-Bahn (Hauptstrecke). Z. Ös-
terr. Ingenieur- und Architekten-Vereins
 64, 561—566.

Řeháková  Z.  1992:  Bericht  1991  über  die  Bearbeitung  der  Di-

atomeenfloren der Miozänsedimente auf den Blättern 8 Geras, 9
Retz und 22 Hollabrunn. Jb. Geol. Bundesanst. 135, 3, 775.

Řeháková  Z.  1993:  Bericht  1992  über  die  Bearbeitung  der  Di-

atomeenfloren von Miozänsedimenten auf Blatt 22 Hollabrunn.
Jb. Geol. Bundesanst. 136, 3, 638—639.

Řeháková Z. 1994: Bericht 1993 über diatomeenführende Ablagerun-

gen  der  Limberg-Subformation  im  Raum  Eggenburg  auf  Blatt
22 Hollabrunn. Jb. Geol. Bundesanst. 137, 3, 543—545.

Řeháková Z. 1996: Bericht 1995 über mikropaläontologische Unter-

suchungen  untermiozäner  Sedimente  auf  Blatt  22  Hollabrunn.
Jb. Geol. Bundesanst. 139, 3, 376—378.

Roetzel R. 1994: Bericht 1993 über geologische Aufnahmen im Ter-

tiär und Quartär im Raum Grafenberg-Maissau auf Blatt 22 Hol-
labrunn. Jb. Geol. Bundesanst. 137, 3, 435—438.

Roetzel R. 1996: Bericht 1994/1995 über geologische Aufnahmen im

Tertiär  und  Quartär  mit  Bermerkungen  zur  Tektonik  am  Dien-
dorfer  Störungssystem  auf  Blatt  22  Hollabrunn.  Jb.  Geol.
Bundesanst.
 139, 3, 286—295.

Roetzel R. 2004: Die Entstehung der Landschaft um Maissau. In: Lang

J., Lang W. & Konold J. (Eds.): Heimatbuch Maissau. 23—48.

Roetzel  R.,  Batík  P.,  Cicha  I.,  Havlíček  P.,  Holásek  O.,  Novák  Z.,

Pálenský  P.,  Roetzel  R.,  Rudolský  J.,  Růžička  M.,  Stráník  Z.,
Švábenická L., Vůjta M., Hofmann Th. & Hellerschmidt-Alber
J.  1998:  Geologische  Karte  der  Republik  Österreich  1 : 50,000,
Blatt 22 Hollabrunn. Wien.

Roetzel R., Ćorić S., Galović I. & Rögl F. 2006: Early Miocene (Ott-

nangian)  coastal  upwelling  conditions  along  the  southeastern
scarp of the Bohemian Massif (Parisdorf, Lower Austria, Cen-
tral Paratethys). Beitr. Paläont. Österr. 30, 387—413.

Roetzel  R.,  Mandic  O.  &  Steininger  F.F.  1999a:  Lithostratigraphie

und  Chronostratigraphie  der  tertiären  Sedimente  im  westlichen
Weinviertel und angrenzenden Waldviertel. In: Roetzel R. (Ed.):
Arbeitstagung  Geologische  Bundesanstalt  1999.  Geol.  Bunde-
sanst.
, Wien, 38—54.

Roetzel  R.,  Řeháková  Z.,  Cicha  I.,  Decker  K.  &  Wimmer-Frey  I.

1999b:  B6  Parisdorf—Diatomitbergbau  Wienerberger.  In:  Roet-
zel  R.  (Ed.):  Arbeitstagung  der  Geologischen  Bundesanstalt
1999. Geol. Bundesanst., Wien, 306—311.

Rögl  F.  1998:  Palaeogeographic  considerations  for  Mediterranean

and  Paratethys  Seaways  (Oligocene  to  Miocene).  Ann.
Naturhist. Mus. Wien
 99A, 279—310.

Rögl F., Schultz O. & Hölzl O. 1973: Holostratotypus und Fazios-

tratotypen  der  Innviertler  Schichtengruppe.  In:  Miozän  M2—
Ottnangien.  Die  Innviertler,  Salgotarjaner,  Bantapusztaer
Schichtengruppe und die Rzehakia Formation. Chronostratig-
raphie und Neostratotypen 3
Verlag der Slowakischen Akade-
mie der Wissenschaften
, Bratislava, 140—196.

Roštínský  P.  &  Roetzel  R.  2005:  Exhumed  Cenozoic  landforms  on

the SE flank of the Bohemian Massif in the Czech Republic and
Austria. Z. Geomorphologie 49, 23—45.

Rupp C., Hofmann T., Jochum B., Pfleiderer S., Schedl A., Schindl-

bauer  G.,  Schibert  G.,  Slapansky  P.,  Tilch  N.,  van  Husen  D.,
Wagner L. & Wimmer-Frey I. 2008: Erläuterungen zu Blatt 47
Ried im Innkreis. Geol. Bundesanst., Wien.

Salgueiro  E.,  Voelker  A.,  Abrantes  F.,  Meggers  H.,  Pflaumann  U.,

Lončarić N., González-Álvarez R., Oliveira P., Bartels-Jónsdót-
tir  H.B.,  Moreno  J.  &  Wefer  G.  2008:  Planktonic  foraminifers
from modern sediments reflect upwelling patterns off Iberia: In-
sights from a regional transfer function. Mar. Micropaleontology
66, 135—164.

Salvermoser S. 1999: Zur Sedimentologie gezeitenbeeinflußter Sande

in der Oberen Meeresmolasse und Süßbrackwassermolasse (Ott-
nangium)  von  Niederbayern  und  Oberösterreich.  Münchner
Geol. Hefte
 A26, 1—179.

Schaad W., Keller B. & Matter A. 1992: Die Obere Meeresmolasse

(OMM)  am  Pfänder:  Beispiel  eines  Gilbert-Deltakomplexes.
Eclogae Geol. Helv. 85, 145—168.

Schiebel  R.  &  Hemleben  C.  2005:  Modern  planktic  foraminifers.

Paläont. Z. 79, 1, 135—148.

Shackleton  N.J.  1974:  Attainment  of  isotopic  equilibrium  between

ocean water and benthonic foraminifers genus Uvigerina: Isoto-
pic changes in the ocean during the last glacial. Colloques Inter-
nationaux  du  Centre  Nationale  de  la  Recherche  Scientifique
219, 203—210.

Sluijs  A.,  Pross  J.  &  Brinkhuis  H.  2005:  From  greenhouse  to  ice-

house; organic-walled dinoflagellate cysts as paleoenvironmen-
tal indicators in the Paleogene. Earth Sci. Rev. 68, 3—4, 281—315.

Smart  C.W.,  Thomas  E.  &  Ramsay  A.T.S.  2007:  Middle-late  Mi-

ocene benthic foraminifers in a western equatorial Indian Ocean
depth  transect:  Paleoceanographic  implications.  Palaeogeogr.
Palaeoclimatol. Palaeoecol.
 247, 402—420.

background image

145

 EARLY MIOCENE UPWELLING IN THE CENTRAL PARATETHYS

Snyder M.A., Sloan L.C., Diffenbaugh N.S. & Bell J.L. 2003: Future

climate  change  and  upwelling  in  the  California  Current.  Geo-
phys. Res. Lett.
 30, 15, 1823.

Spötl  C.  &  Vennemann  T.W.  2003:  Continuous-flow  isotope  ratio

mass spectrometric analysis of carbonate minerals. Rapid Com-
munications in Mass Spectrometry
 17, 1004—1006.

Sprangers  M.,  Dammers  N.,  Brinkhuis  H.,  Van  Weering  T.C.E.  &

Lotter  A.F.  2004:  Modern  organic-walled  dinoflagellate  cyst
distribution  offshore  NW  Iberia;  tracing  the  upwelling  system.
Rev. Paleobot. Palynol. 128, 1—2, 97.

Steens T.N.F., Ganssen G. & Kroon D. 1992: Oxygen and carbon iso-

topes  in  planktonic  foraminifers  as  indicators  of  upwelling  in-
tensity  and  upwelling-induced  high  productivity  in  sediments
from the northwestern Arabian Sea. In: Summerhayes C.P., Prell
W.L. & Emeis K.C. (Eds.): Upwelling systems: Evolution since
the early Miocene. Geol. Soc. London, Spec. Publ. 64, 107—119.

Summerhayes C.P., Emeis K.-C., Angel M., Smith R. & Zeitzschel

B. 1995: Upwelling in the Ocean: Modern processes and ancient
records. In: Summerhayes C., Emeis K.-C., Angel M., Smith R.
& Zeitzschel B. (Eds.): Upwelling in the Ocean. Wiley and Sons,
Chichester, 40—64.

Šutovská K. & Kantor J. 1992: Oxygen and carbon isotopic analysis

of Karpatian foraminifera from LKŠ-1 borehole (Southern Slo-
vakian Basin). Miner. Slovaca 24, 209—218.

Sztanó  O.  1994:  The  tide-influenced  Petervasara  Sandstone,  early

Miocene,  northern  Hungary:  sedimentology,  paleogeography
and basin development. Geol. Ultraiectina 120, 1—155.

Sztanó O. 1995: Palaeogeographic significance of tidal deposits: an

example from an early Miocene Paratethys embayment, North-
ern  Hungary.  Palaeogeogr.  Palaeoclimatol.  Palaeoecol.  113,
173—187.

Sztanó O. & de Boer P.L. 1995: Amplification of tidal motions in

the Early Miocene North Hungarian Bay. Sedimentology 42, 4,
665—682.

Targarona J., Warnaar J., Boessenkool K.P., Brinkhuis H. & Canals

M. 1999: Recent dinoflagellate cyst distribution in the North Ca-
nary Basin, NW Africa. Grana 38, 170—178.

Tessier B. & Gigot P. 1989: A vertical record of different tidal cyclic-

ities:  an  example  from  the  Miocene  Marine  Molasse  of  Digne
(Haute Provence, France). Sedimentology 36, 5, 767—776.

Vergnaud-Grazini C. 1978: Miocene and Pliocene oxygen and carbon

isotopic changes at DSDP sites 372, 374 and 375: Implications
for pre-Messinian history of the Mediterranean. Initial Reports
of the Deep Sea Drilling Project
 42, 829—836.

Wagner L.R. 1998: Tectonostratigraphy and hydrocarbons in the Mo-

lasse Foredeep of Salzburg, Upper and Lower Austria. In: Mas-
cle A., Puigdefabregas C. & Luterbacher H.P. (Eds.): Cenozoic
Foreland Basins of Western Europe. Geol. Soc. Spec. Publ. 134,
The Alden Press, London, 339—369.

Wall  D.,  Dale  B.,  Lohman  G.P.  &  Smith  W.K.  1977:  The  environ-

mental  and  climatic  distribution  of  dinoflagellate  cysts  in  the
North and South Atlantic Oceans and adjacent seas. Mar. Micro-
paleontology
 2, 121—200.

Walsh J.J., Kelley J.C., Whitledge T.E., MacIsaac J.J. & Huntsman

S.A. 1974: Spin-up of the Baja California upwelling ecosystem.
Limnology and Oceanography 19, 4, 553—572.

Wefer G., Berger W.H., Bijma J. & Fischer G. 1999: Clues to ocean

history: a brief overview of proxies. In: Fischer G. & Wefer G.
(Eds.): Use of proxies in paleoceanography: Examples from the
South Atlantic. Springer, Berlin-Heidelberg, 1—68.

Wenger W.F. 1987: Die Foraminiferen des Miozäns der bayerischen

Molasse  und  ihre  stratigraphische  sowie  paläogeographische
Auswertung. Zitteliana 16, 173—340.

Zonneveld K.A.F., Hoek R., Brinkhuis H. & Willems H. 2001: Geo-

graphical distributions of organic-walled dinoflagellate cysts in
surficial  sediments  of  the  Benguela  upwelling  region  and  their
relationship to upper ocean conditions. Progress in Oceanogra-
phy
 48, 1, 25—72.

Appendix

Faunal reference list of the identified foraminifers and dinoflagellate cysts. Taxonomy of the Foraminifera follows Cicha et

al. (1998) and Roetzel et al. (2006), dinoflagellate cyst nomenclature is based on Fensome et al. (2008). Descriptions and
representative illustrations can be found in the same publications.

Foraminifera

Bulimina striata striata D’Orbigny 1837
Globigerina lentiana Rögl 1969
Globigerina ottnangiensis Rögl 1969
Globigerina praebulloides Blow 1959
Melonis pompilioides (Fichtel & Moll 1798)
Myllostomella advena (Cushman & Laiming 1931)
Myllostomella recta (Palmer & Bermudez 1936)
Pullenia bulloides (D’Orbigny 1826)
Siphonodosaria consobrina (D’Orbigny 1846)
Tenuitella clemenciae (Bermudez 1961)

Dinoflagellate cysts

Achomosphaera ramulifera (Deflandre) Evitt 1963
Cleistosphaeridium  ancyreum  (Cookson  &  Eisenack)  Eaton  et  al.

2001

Cleistosphaeridium diversispinosum Davey et al. 1966 emend. Eaton

et al. 2001

Cleistosphaeridium placacanthum (Deflandre & Cookson) Eaton et al.

2001

Lejeunecysta paratenella (Benedek 1972) Artzner & Dörhöfer 1978
Operculodinium centrocarpum (Deflandre & Cookson) Wall 1967 s.l.
Pentadinium laticinctum Gerlach 1961 emend. Benedek et al. 1982