background image

www.geologicacarpathica.sk

GEOLOGICA CARPATHICA, JUNE 2010, 61, 3, 193—200                                                    doi: 10.2478/v10096-010-0010-7

Climatic cycles recorded in the Middle Eocene hemipelagites

from a Dinaric foreland basin of Istria (Croatia)

BORNA LUŽAR-OBERITER

1

, PETER A. HOCHULI

2

, LJUBOMIR BABIĆ

1

, BOSILJKA GLUMAC

3

 and

DARKO TIBLJAŠ

4

1

Institute of Geology and Paleontology, Faculty of Science, University of Zagreb, Horvatovac 102a, 10000 Zagreb, Croatia;

bluzar@geol.pmf.hr

2

Paläontologisches Institut, Universität Zürich, Karl Schmid-Strasse 4, CH-8006 Zürich, Switzerland

3

Department of Geosciences, Smith College, Northampton, Massachusetts 01063, USA

4

Institute of Mineralogy and Petrology, Faculty of Science, University of Zagreb, Horvatovac 95, 10000 Zagreb, Croatia

(Manuscript received July 20, 2009; accepted in revised form March 11, 2010)

Abstract: Middle Eocene hemipelagic marls from the Pazin-Trieste Basin, a foreland basin of the Croatian Dinarides,
display repetitive alternations of two types of marls with different resistance to weathering. This study focuses on the
chemical composition, stable isotopes, and palynomorph content of these marls in order to better understand the nature of
their cyclic deposition and to identify possible paleoenvironmental drivers responsible for their formation. The less resis-
tant marls (LRM) have consistently lower carbonate content, lower 

δ

18

O and 

δ

13

C values, and more abundant dinoflagel-

late cysts than the more resistant marls (MRM). We interpret these differences between the two marl types to be a result of
climatic  variations,  likely  related  to  Milankovitch  oscillations.  Periods  with  wetter  climate,  associated  with  increased
continental runoff, detrital and nutrient influx produced the LRM. Higher nutrient supply sparked higher dinoflagellate
productivity during these times, while reduced salinity and stratification of the water column may have hampered the
productivity  of  calcareous  nannoplankton  and/or  planktonic  foraminifera.  In  contrast,  the  MRM  formed  during  dryer
periods which favoured higher carbonate accumulation rates. This study provides new information about the sedimentary
record of short-scale climate variations reflected in wet-dry cycles during an overall warm, greenhouse Earth.

Key words: Eocene, Dinarides, Croatia, climate, cycles, hemipelagites.

Introduction

Deep-sea pelagic and hemipelagic strata are perhaps the best
recorders of cyclic climatic changes due to their largely un-
interrupted depositional history with little or no local influ-
ences.  These  deposits  commonly  display  small-scale
alternations  in  lithology,  which  are  usually  interpreted  as  a
product of cyclic climatic changes driven by orbital forcing
(e.g.  de  Boer  &  Smith  1994;  and  references  cited  therein).
Climatically  driven  changes  in  atmospheric  and  oceano-
graphic  conditions  affect  the  productivity  of  organisms,  in-
flux of terrigenous material, as well as ocean circulation and
oxygen  concentrations.  Consequently,  small-scale  sedimen-
tary cycles of similar appearance can have variable origins as
cycles  of  productivity,  dissolution,  dilution  by  terrigenous
input, or redox cycles (Einsele 1982). Although any of these
mechanisms can by itself produce cyclic lithological alterna-
tions, in a natural environment, it is often reasonable to as-
sume  that  a  complex  interplay  of  these  mechanisms  is
responsible. In some cases diagenesis is interpreted as gener-
ator  of  rhythmic  bedding  by  causing  carbonate  redistribu-
tion.  However,  it  is  generally  considered  unlikely  that
diagenesis  is  capable  of  creating  rhythms  from  initially  ho-
mogeneous sediment by self-organization alone, but instead
only  enhances  an  already  existing  cyclic  pattern  (Einsele
1982;  Böhm  et  al.  2003).  An  array  of  different  analytical
methods are commonly used to identify and distinguish be-
tween  the  possible  causes  of  cyclic  alternations,  including

Fig. 1. Study area. A – Location of the study area (framed) within
the Mediterranean region. B – Stratigraphic position of the investi-
gated  Globigerina  Marls  unit.  C  –  Simplified  geological  map  of
the study area. Small stars mark the locations of outcrops of Globi-
gerina Marls showing cyclicity. The large star is the location of the
studied outcrop.

background image

194

LUŽAR-OBERITER, HOCHULI, BABIĆ, GLUMAC and TIBLJAŠ

major  and  trace  element  geochemistry,  stable  isotopes,  mi-
cro-  and  nannofossil  records,  and  time  series  analysis
(Schwarzacher 2000).

Although the most profound expression of orbital forcing

on  climate  is  the  occurrence  of  ice  ages  (Hays  et  al.  1976),
many  examples  of  pre-Pleistocene  cyclic  successions
demonstrate that orbital forcing may influence the sedimen-
tary  record  in  an  ice-free  greenhouse  world  (de  Boer  &
Smith  1994).  Orbitally  driven  cyclicity  has  been  widely
studied  in  pelagic  and  hemipelagic  successions  of  different
settings: oceanic domains, intermontane basins, grabens, and
epicontinental settings (de Boer & Smith 1994; D’Argenio et
al.  2004;  and  references  cited  therein).  Here  we  describe
small-scale  cycles  formed  in  a  specific  paleogeographic  lo-
cation and stage of peripheral foreland basin evolution. The
cycles  occur  in  the  Middle  Eocene  hemipelagites  from  the
Pazin-Trieste  Basin  on  the  Istrian  peninsula  of  the  coastal
Croatian Dinarides (Fig. 1A—C; Lužar-Oberiter et al. 2004).
Variations in chemical composition, stable isotopes, and pa-
lynomorph content have been investigated. These offer new
insights into the nature of the cycles and the driving mecha-
nisms  responsible  for  their  formation.  They  provide  a  new
understanding  of  how  climate  influenced  sedimentation  in
the foreland basin of the Dinaric region of Croatia during the
Middle Eocene greenhouse climate.

Geological setting

The  sedimentary  cyclicity  that  this  study  focuses  on  is

characteristic  of  hemipelagic  marls  which  make  up  a  litho-
stratigraphic  unit  named  Globigerina  Marls  by  Schubert
(1905). This unit occupies a specific position in the sedimen-
tary  and  tectonic  evolution  of  the  Pazin-Trieste  Basin,  an
Eocene Dinaric foreland basin (Fig. 2A). The NW—SE elon-
gated  basin  evolved  on  top  of  Mesozoic  carbonates,  which
were first emerged and karstified, and subsequently overlain
by  a  brackish  to  marine  limestone  succession  of  Early  to
Middle  Eocene  age  (Fig. 1B;  Schubert  1905;  Muldini-
Mamužić  1965;  Drobne  1977).  This  succession  is  further
overlain by the Upper Lutetian to Upper Eocene Globigerina
Marls  unit  and  flysch  deposits  (Muldini-Mamužić  1965;
Kraseninnikov  et  al.  1968;  Piccoli  &  Proto-Decima  1969).
The Globigerina Marls unit of the Pazin-Trieste Basin is re-
garded  as  the  middle  member  of  the  underfilled  foreland
trinity  of  Sinclair  (1997),  which  follows  the  formation  of  a
forebulge,  and  consists  of  ramp  limestones,  hemipelagites,
and flysch (Fig. 2B; Živković & Babić 2003). The develop-
ment  of  this  tripartite  succession  was  related  to  the  subsid-
ence of the foreland towards the SW in response to the load
imposed by the propagating Dinaric tectonic structures from
the NE. The onset of hemipelagic deposition marks the time
when carbonate production could not keep pace with subsid-
ence, while the sedimentation of the overlying flysch started
when the area came under the influence of the orogen and re-
ceived detritus from the orogen to the NE and from the car-
bonate  foreland  to  the  SW  (Babić  &  Zupanič  1996).  The
abundance  of  planktonic  foraminifera  in  the  Globigerina
Marls  unit  suggests  deposition  at  depths  of  about  1000 m

Fig. 2. Reconstruction of the Pazin-Trieste (PT) Basin. A – Paleo-
geographic map of the Adriatic region during the Lutetian showing
the position of the PT Basin (after Tarlao et al. 2005). B – Cross-
section  through  the  basin  showing  its  location  in  front  of  the  ad-
vancing  Dinaric  orogen  and  the  structural  and  depositional  setting
of the cyclic Globigerina Marls unit.

(Gohrbandt  1962;  Juračić  1979;  Živković  &  Babić  2003).
The Globigerina Marls unit is a 40 to 60 meter thick monoto-
nous succession of grey marls, homogeneous in appearance,
exposed along the margins of the basin. Thin turbiditic lay-
ers are very rare, but become more common up-section at the
transition  to  flysch.  Subtle  cyclicity  is  observable  at  many
localities,  but  it  is  commonly  obscured  in  tectonically  dis-
turbed areas and only well preserved in smaller segments of
individual  outcrops  of  the  Globigerina  Marls  unit.  Our  de-
tailed  study  was  conducted  in  an  outcrop  located  in  the
southern part of the basin (Figs. 1C, 3), where the strata dis-
play horizontal bedding and negligible tectonic disturbance.
This part of the succession corresponds to the middle part of
the  unit,  and  has  been  assigned  to  the  lower  part  of  the
planktonic foraminiferal Zone P12 of Berggren et al. (1995)
(Živković & Babić 2003) which corresponds to Zone E10 of
Berggren & Pearson (2005).

The studied cycles consist of two types of marls identified

on weathered surfaces of certain outcrops: marls more resis-
tant  to  weathering  (MRM  –  sample  numbers  U)  slightly
protrude from the outcrop surface compared to less resistant
marl (LRM – sample numbers L) intervals in between them
(Fig. 3A). Transitions between the two marl types are always
gradual. The subtle nature of the cyclicity does not allow vi-
sual  identification  in  all  outcrops  of  the  Globigerina  Marls
unit. In the studied outcrop the average thickness of individ-
ual  MRM—LRM  couplets  is  approximately  35 cm,  without
much variation laterally and vertically.

background image

195

CLIMATIC CYCLES RECORDED IN THE MIDDLE EOCENE HEMIPELAGITES (CROATIA)

taminants. After reacting with 100% H

3

PO

4

 at

70 °C for 5 minutes they were analysed using
an  on-line  automated  carbonate  preparation
system  (Kiell  III)  linked  to  a  Finnigan-MAT
DeltaXL+   ratio  mass  spectrometer.  Standard
isobaric and phosphoric acid fractionation cor-
rections were applied to all results, and analyt-
ical  precision  was  monitored  through  daily
analysis of a variety of carbonate standards.

For  palynological  analysis  cleaned,  crushed

and weighed samples (15 g) were treated with
HCl  and  HF  following  standard  preparation
techniques  (e.g.  Traverse  2007).  All  samples
were  productive  and  were  studied  for  their
content  of  particulate  organic  matter  and  pa-
lynomorph types (e.g. phytoclasts, dinoflagel-
late  cysts,  acritarchs,  and  spore-pollen).  A
minimum  of  250  particles  were  determined
and counted per sample.

Results

Both the LRM and MRM consist of calcite,

quartz,  muscovite/illite,  kaolinite  and  smec-
tite. Only calcite and quartz show well defined
peaks on the X-ray spectra. Observation under
the  scanning  electron  microscope  showed  no
apparent  difference  between  the  two  marl
types.  In  all  samples  most  of  the  carbonate  is
present as nannoplankton and foraminiferal re-
mains,  which  are  generally  well  preserved.
Minute  barite  crystals  occur  mostly  as  scat-
tered  individual  crystals  and  occasionally  in
small aggregates.

CaCO

3

  content  varies  from  46.70  to

63.46 %,  with  samples  from  the  LRM  layers
containing on average about 11 % less CaCO

3

compared to the MRM (Fig. 4). Measured bulk
carbonate 

δ

18

O  values  vary  between  —1.18 ‰

and  —2.69 ‰.  The  MRM  consistently  have

Fig. 3. Field photographs of the Globigerina Marls deposits of the Pazin Basin in
Istria, Croatia. A – View of the studied outcrop with the clearly visible alterna-
tions of marls with slightly different resistance to weathering. B – Close up view
of a segment of the studied outcrop during sampling. Positions  of samples were
marked prior to the removal of the weathered surface material.

Methods

Sampling  points  were  chosen  where  the  MRM  and  LRM

could be most clearly differentiated in the outcrop. The posi-
tion of each sample was marked before removing the weath-
ered  surface  cover  since  the  differentiation  between  the  two
marl  types  proved  to  be  difficult  after  cleaning  the  rock  sur-
face  (Fig. 3B).  Several  intervals  in  the  studied  section  were
omitted due to insufficient quality of the exposure (see Fig. 4).

Element  concentrations  were  determined  by  ICP-MS.

CaCO

3

  contents  were  measured  by  complexometrical  titra-

tion.  XRD  analyses  on  unoriented  whole-rock  mounts  and
scanning  electron  microscope  imaging  were  used  to  identify
the  mineral  constituents  and  refine  the  petrography  of  the
marls.  Organic  carbon  (C

org

)  was  determined  by  combustion

of dry, carbonate free samples on a LECO IR 212 instrument.

For stable isotope analysis whole-rock powdered samples

were roasted at 380 °C for one hour to remove volatile con-

higher 

δ

18

O values, averaging 0.86 ‰ above those of LRM

(Fig. 4). The measured 

δ

13

C values range between 0.69 and

0.91 ‰,  and  are  higher  in  the  MRM  than  in  the  adjacent
LRM (Fig. 4). Both 

δ

18

O and 

δ

13

C values correlate positive-

ly  with  CaCO

3

  content  (r

2

= 0.91  and  r

2

= 0.71,  respectively;

Fig. 5). SiO

2

, Al

2

O

3

, TiO

2

 and K

2

O concentrations are high-

er in the LRM relative to the MRM. Al

2

O

3

 concentrations are

positively correlated with concentrations of TiO

2

, K

2

O, and

SiO

2

,  whereas  concentrations  of  Al

2

O

3

  and  CaO  correlate

negatively.  C

org

  values  are  low  for  all  the  studied  samples

(0.10—0.15 %), and are slightly higher in the LRM (Fig. 4).

The preservation of palynomorphs is fairly good to excel-

lent. Individual grains exhibit no obvious signs of post-depo-
sitional  degradation.  Thermally  unaltered  conditions  of  the
organic  matter  are  indicated  by  the  virtually  unchanged  co-
lour  of  the  palynomorphs  (thermal  alteration  index  < 2).  In
most  samples  the  assemblages  of  particulate  organic  matter
(POM)  are  strongly  dominated  by  translucent  phytoclasts,

background image

196

LUŽAR-OBERITER, HOCHULI, BABIĆ, GLUMAC and TIBLJAŠ

including woody particles, and cuticles of terrestrial origin as
well as membranes of undetermined origin. The second most
abundant  element  is  a  particular  type  of  acritarch  (Acritarch
A), which is characterized by a dense cover of long hair-like
processes. Dinoflagellate cysts are also very common, repre-
senting the third most important POM constituent. All other
groups  including  inertinite,  opaque  phytoclasts  and  the
palynomorph groups such as acritarchs, bisaccate pollen and
other spore-pollen grains, are present, but are quantitatively
of  minor  importance.  Among  the  various  categories  of
palynomorphs,  only  dinoflagellate  cysts  seem  to  show  a

clear cyclic distribution. They are more common in the LRM
(L samples in Fig. 4) than in the MRM.

Among  the  observed  palynomorphs,  dinoflagellate  cysts

are not only the most abundant component, but also show a
relatively  high  diversity  (see  Appendix).  The  assemblages
show  a  rather  homogeneous  composition  throughout  the
studied  interval.  Compared  to  other  coeval  assemblages,
some of the typical species of this stratigraphic interval (e.g.
Aerosphaeridium  diktyoplokus  and  marker  species  of  the
Wetzeliella group), have not been found in the studied sam-
ples. Pollen grains and spores are relatively rare. The spore-

Fig. 5. 

Scatter 

plots

showing the relationship
between  carbonate  con-
tent  and  stable  isotopes.
A positive correlation is
evident  in  both  dia-
grams. Circles – LRM;
triangles – MRM.

Fig. 4. Vertical variations in measured parameters within the studied section of the Globigerina Marls unit. Note the consistent differences
in carbonate content, stable isotopes, dinoflagellate abundance, and C

org

 between the alternating less resistant (LRM; samples L) and more

resistant (MRM; samples U) marls. The sampling gap is due to poor outcrop conditions.

background image

197

CLIMATIC CYCLES RECORDED IN THE MIDDLE EOCENE HEMIPELAGITES (CROATIA)

pollen  assemblages  are  dominated  by  bisaccate  pollen
grains.  Among  the  relatively  rare  angiosperm  pollen,  a  few
grains of Echimonocolpites (Nipa) were observed.

Discussion

Our  geochemical  and  palynological  data  (Fig. 4)  follow  a

cyclic pattern of deposition which corresponds  to the vertical
changes in the degree of weathering observed on the studied
outcrop (Fig. 3). The parameters we have measured are gener-
ally considered to be good proxies for past environmental con-
ditions  (e.g.  Pross  &  Schmeidl  2002;  Mader  et  al.  2004;
Sagasti 2005), which suggests that the deposition of the stud-
ied marls was influenced by cyclic changes in oceanographic
conditions  of  the  Eocene  seaway  which  flanked  the  early
Dinarides (Fig. 2).

Although  commonly  used  as  indicators  of  oceanographic

conditions  such  as  temperature,  salinity  and  productivity,
oxygen and carbon stable isotopes can be subject to serious
diagenetic alterations, often causing difficulties in differenti-
ating between a diagenetic and environmental signal (Mitchell
et al. 1997). In the data from the studied marls, the correlation
between CaCO

3

δ

18

O and 

δ

13

C (Fig. 5) is suggestive of a pos-

sible diagenetic imprint. However, if diagenetic carbonate re-
organization  was  the  cause  of  the  approximately  11%
difference in CaCO

3

 between LRM and MRM, one would ex-

pect MRM to display more negative 

δ

18

O values due to higher

amounts of secondary carbonate cement (Thierstein & Roth
1991;  Frank  et  al.  1999;  Westphal  2006).  The  subtle  and
consistent differences in isotope values (Fig. 4), the overall
good preservation of microfossils (Živković & Babić 2003;
Živković  &  Glumac  2007)  and  the  lack  of  a  significant
amount  of  secondary  carbonate  in  the  studied  marls  suggest
the absence of notable diagenetic overprint. High clay content
of both studied marl types would have prevented serious verti-
cal circulation of porewater, creating a relatively closed diage-
netic  system.  This  contrasts  with  limestone—marl  systems
where  carbonate  ooze  intervals,  due  to  higher  permeability
and  a  greater  number  of  carbonate  growth  centers,  take  on  a
larger  amount  of  diagenetic  carbonate  (Mitchell  et  al.  1997;
Frank et al. 1999). Although some postdepositional alteration
of isotope values in both marl types cannot be ruled out, it is
not probable that the observed relative differences in isotope
values  between  LRM  and  MRM  are  purely  a  product  of
carbonate reorganization. Instead, it is probable that these dif-
ferences reflect changes in oceanographic conditions.

We suggest that the deposition of the investigated marls was

influenced  by  changes  between  wetter  and  dryer  periods
(Mader et al. 2004; Sagasti 2005). The positive correlation be-
tween 

δ

18

O and 

δ

13

C values suggests that variations in conti-

nental runoff, which can affect both isotopes, played a role in
the formation of the observed cycles (Mader et al. 2004). Dur-
ing wetter periods, greater input from continental runoff led to
an increased input of lighter isotopes, river fed nutrients and/
or  detrital  siliciclastic  material  resulting  in  the  formation  of
LRM  (Fig. 6).  The  abundance  of  Braarudosphaera  in  the
nannoplankton assemblages from the base of the Globigerina
Marls unit has been suggested as an indicator of freshwater

influx  to  the  Pazin-Trieste  Basin  (Pavlovec  &  Pavšić  1986),
and abundant vegetation rafted dropstones found in the basal
parts of the Globigerina Marls point to the existence of deltaic
systems located along the NE margin of the basin (Tarlao et
al. 2005). The higher concentrations of Al

2

O

3

, TiO

2

, SiO

2

 and

K

2

O in the LRM samples, as well as their negative correlation

with  CaO,  possibly  reflect  an  increased  siliciclastic  terrige-
nous input for the LRM compared to the MRM. The sediment
source area was the emerging Dinaric orogen to the NE, which
later became an even more active source area for flysch depos-
its. However, dilution by changing terrigenous supply of detri-
tus probably had a minor role in producing the marl cycles, as
one would expect a larger thickness of LRM intervals (Einsele
1982).  The  higher  abundance  of  dinoflagellate  cysts  in  the
LRM (Fig. 4) can be interpreted as a response to the increased
influx  of  nutrients  related  to  enhanced  runoff.  As  no  corre-
sponding variation is observed in the distribution of POM of
terrestrial origin, the similar trend in the C

org

 and dinoflagel-

late cyst abundance suggests that the differences in the abun-
dance of dinoflagellate cysts between the LRM and MRM are
related  to  changes  in  dinoflagellate  productivity  rather  than
changing input of terrestrial organic matter. At the same time
overall  productivity  of  calcareous  nannoplankton  and/or
planktonic  foraminifera  was  reduced  as  indicated  by  lower
CaCO

3

 concentrations and 

δ

13

C values (Fig. 4). The cause of

this  may  have  been  unfavourable  oceanographic  conditions
due to a decrease in surface water salinity and possible stratifi-
cation of the water column. In contrast to periods of wetter cli-
mate, during deposition of MRM the climate was less humid
resulting in reduced continental runoff and possibly increased
evaporation as suggested by higher 

δ

18

O values. The waters of

the  Pazin  Basin  at  these  times  experienced  less  stratification
and  conditions  more  suitable  for  calcareous  nannoplankton
and/or  planktonic  foraminifera  which  resulted  in  higher  car-
bonate  accumulation  rates  (Fig. 6).  Changing  paleoceano-
graphic conditions have been reported from the same section
of the Globigerina Marls unit by Živković & Glumac (2007),
based on assemblages of small benthic foraminifera. Although
they used much broader sampling intervals, these authors did

Fig. 6.  Climatic  and  environmental  conditions  responsible  for  the
origin of cyclicity in the Globigerina Marls unit of the Pazin-Trieste
Basin during the Middle Eocene. See text for explanation.

background image

198

LUŽAR-OBERITER, HOCHULI, BABIĆ, GLUMAC and TIBLJAŠ

identify episodes of higher refractory organic matter flux and/
or lowered oxygen concentrations in the bottom waters during
overall mesotrophic conditions.

During the Eocene, the region of Istria was situated in mid

latitudes  and  experienced  overall  warm  subtropical  climate
conditions (Pavlovec & Pavšić 1986; Živković & Babić 2003;
Tarlao  et  al.  2005).  The  occurrence  in  the  studied  marls  of
Echimonocolpites,  which  is  attributed  to  the  mangrove  palm
genus Nypa, is typical of the Middle Eocene assemblages and
is considered a good indicator of the optimum climatic condi-
tions during the Eocene. Assuming similar climatic conditions
for the fossil representatives of the genus as for the extant spe-
cies, surface water temperatures would have been above 20 °C
(Fechner 1988; Akkiraz et al. 2006).

In their modelling of Eocene greenhouse climate, Sloan &

Huber (2001) showed that ocean-related climate processes re-
sponded significantly to variations in orbital forcing on a pre-
cessional  scale  (~ 21 ka),  enough  to  produce  rhythmic
sedimentation in many regions of the world (e.g. D’Argenio et
al.  1998;  Burgess  et  al.  2008;  Machlus  et  al.  2008).  Cyclic
changes  in  ocean  surface  moisture  and  continental  runoff
amounts were particularly pronounced in low latitudes. These
changes were related to periods of higher and lower insolation
and seasonality, which affected the intensity of monsoonal cir-
culation  in  the  atmosphere  and  associated  precipitation  pat-
terns  (Prell  &  Kutzbach  1992).  The  results  of  our  study
suggest  that  such  Milankovitch-scale  changes  probably  also
had an influence on the mid latitude area of the Dinarides and
caused shifts between wetter and dryer climatic periods during
the Middle Eocene greenhouse climate. These climate chang-
es are reflected in fluctuating amounts of biogenic and detrital
material being supplied to the sediments of the Pazin-Trieste
foreland  basin  (Fig. 6).  This  study  illustrates  how  subtle
small-scale depositional cycles, not always apparent and com-
monly obscured in the field, can become evident when exam-
ined in detail for their geochemistry and fossil content, and are
able to provide unique insights into climatic oscillations. Such
integrative data derived from sedimentary records are valuable
and necessary inputs for various climate modelling efforts and
for  our  ability  to  evaluate  and  predict  complex  temperature
and precipitation patterns in an overall warm, ice-free world.

Conclusions

The  regular  alternations  between  less  and  more  resistant

marls observed in the Middle Eocene hemipelagic Globigeri-
na Marls unit probably resulted from cyclic climatic changes
between  wetter  and  dryer  periods  affecting  the  mid-latitude
Pazin-Trieste  foreland  basin  of  the  Croatian  Dinaric  region.
Our  data  suggest  that  periods  of  wetter  climate,  associated
with  increased  continental  runoff  supplied  by  rivers  draining
the Dinarides along the NE margin of the basin, and ensuing
higher detrital and nutrient influx, produced the LRM. An in-
creased  nutrient  supply  due  to  higher  runoff  may  have  been
the cause for increased dinoflagellate productivity, but the re-
duced  salinity  as  well  as  possible  stratification  of  the  water
column reduced the overall productivity of calcareous nanno-
plankton and/or planktonic foraminifera. As a result, the LRM

exhibit lower 

δ

18

O and 

δ

13

C values, lower CaCO

3

, higher con-

centrations  of  SiO

2

,  Al

2

O

3

,  TiO

2

,  K

2

O  and  C

org

,  and  higher

abundance  of  dinoflagellate  cysts  compared  to  the  MRM,
which formed during periods of dryer climate. The dryer pe-
riods were in turn characterized by less runoff, higher salini-
ty  of  surface  waters  and  less  stratification  of  the  water
column which favoured higher carbonate accumulation rates.
This  multifaceted  study  of  depositional  cycles  in  the
Globigerina  Marls  unit  of  the  Pazin-Trieste  Basin  provides
important new data towards our understanding of short-scale
climate  variations  reflected  in  wet-dry  cycles,  which  were
likely related to Milankovitch oscillations during the Eocene
greenhouse Earth.

Acknowledgments:  This  work  was  funded  by  the  Croatian
Ministry  of  Science,  Education  and  Sports  project  119-
1191155-1159  “Evolutionary  Changes  of  the  Dinarides  from
Subduction to Modern Adriatic Beaches”. We sincerely thank
Robert Koščal for helping prepare the figures. Stable isotope
analyses  were  performed  at  the  Stable  Isotope  Laboratory  of
Prof.  Stephen  Burns  at  the  University  of  Massachusetts  at
Amherst,  USA.  Element  concentrations  were  determined  by
ICP-MS at Actlab Laboratories, Canada.

References

Akkiraz  M.S.,  Akgün  F.,  Örçen  S.,  Bruch  A.A.  &  Mosbrugger  V.

2006:  Stratigraphic  and  palaeoenvironmental  significance  of
Bartonian-Priabonian  (Middle—Late  Eocene)  microfossils  from
the  Basçesme  Formation,  Denizli  Province,  Western  Anatolia.
Turkish J. Earth Sci. 15, 155—180.

Babić Lj. & Zupanič J. 1996: Coastal Dinaric flysch belt: paleotrans-

port for the Pazin Basin, and the role of a foreland uplift (lstria,
Croatia). Natura Croatica 5, 317—327.

Berggren W.A. & Pearson P.N. 2005: A revised tropical to subtrop-

ical  Paleogene  planktonic  foraminiferal  zonation. J.  Foram.
Res.
 35, 279—298.

Berggren W.A., Kent D.V., Swisher C.C. III & Aubry M.-P. 1995: A

revised  Cenozoic  geochronology  and  chronostratigraphy.  In:
Berggren W.A., Kent D.V., Aubry M.-P. & Hardenbol J. (Eds.):
Geochronology, time scales, and global stratigraphic correlation.
SEPM Spec. Publ., Tulsa 54, 129—212.

Böhm F., Westphal H. & Bornholdt S. 2003: Required but disguised:

environmental  signals  in  limestone-marl  alternations.  Palaeo-
geogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol.
 189, 161—178.

Burgess C.E., Pearson P.N., Lear H.L., Morgans H.E.G., Handley L.,

Pancost R.D. & Schouten S. 2008: Middle Eocene climate cy-
clicity  in  the  southern  Pacific:  Implications  for  global  ice  vol-
ume. Geology 36, 651—654.

D’Argenio B., Fischer A.G., Richter G.M., Longo G., Pelosi N., Mo-

lisso  F.  &  Duarte  Morais  M.L.  1998:  Orbital  cyclicity  in  the
Eocene  of  Angola:  visual  and  image-time-series  analysis  com-
pared. Earth Planet. Sci. Lett. 160, 147—161.

D’Argenio B., Fischer A.G., Premoli Silva I., Weissert H. & Ferreri

V. (Eds.) 2004: Cyclostratigraphy: Approaches and case histo-
ries. SEPM Spec. Publ. 81, 1—311.

de Boer P.L. & Smith D.G. (Eds.) 1994: Orbital forcing and cyclic

sequences. IAS Spec. Publ., Blackwell, Oxford, 19, 1—559.

Drobne K. 1977: Alvéolines Paléog

e

nes de la Slovénie et de l’lstrie.

Schweiz. Palaeont. Abh. 99, 1—174.

Einsele G. 1982: Limestone-marl cycles (periodites): Diagnosis, sig-

nificance,  causes  –  a  review.  In:  Einsele  G.  &  Seilacher  A.

è

 

background image

199

CLIMATIC CYCLES RECORDED IN THE MIDDLE EOCENE HEMIPELAGITES (CROATIA)

(Eds.): Cyclic and event stratification. Springer, Berlin, 8—53.

Fechner G.G. 1988: Selected palynomorphs from the Lower to Mid-

dle  Eocene  of  the  South  Atlas  Border  Zone  (Morocco)  and
their  environmental  significance.  Palaeogeogr.  Palaeoclima-
tol. Palaeoecol.
 65, 73—79.

Frank T.D., Arthur M.A. & Dean W.E. 1999: Diagenesis of Lower

Cretaceous  pelagic  carbonates,  North  Atlantic:  paleoceano-
graphic signals obscured. J. Foram. Res. 29/4, 340—351.

Gohrbandt  K.  1962:  Vorläufige  Mitteilungen  über  ökologische  Un-

tersuchungen an Kleinforaminiferen aus dem Flyschbereich von
Istrien. Verh. Geol. Bundesanst. 1962/2, 228—235.

Hays J.D., Imbrie J. & Shackleton N.J. 1976: Variations in the Earth’s

Orbit: Pacemaker of the ice ages. Science 194, 1121—1132.

Juračić M. 1979: Depth of sedimentation of “Marl with crabs” esti-

mated  from  the  ratio  between  planktonic  and  benthic  foramin-
ifera. Geol. Vjes. 31, 61—67 (in Croatian, English summary).

Kraseninnikov  V.A.,  Muldini-Mamuzic  S.  &  Dzodzo-Tomic  R.

1968: Signification des foraminif

è

res planctoniques pour la divi-

sion du Paléog

e

ne de la Yougoslavie et comparaison avec les au-

tres régions examinées. Geol. Vjes. 21, 117—145.

Lužar-Oberiter B., Babić Lj., Glumac B., Zupanič J. & Tibljaš D. 2004:

Cycles in Middle Eocene marls of Istria (Croatia). 23. IAS Meet-
ing of Sedimentologists, Coimbra, Portugal. Abstracts Book (Pena
dos Reis R., Callapez P. & Dinis P. (Eds.)), Coimbra, 1—178.

Machlus M.L., Olsen P.E., Christie-Blick N. & Hemming S.R. 2008:

Spectral  analysis  of  the  lower  Eocene  Wilkins  Peak  Member,
Green  River  Formation,  Wyoming:  Support  for  Milankovitch
cyclicity. Earth Planet. Sci. Lett. 268, 64—75.

Mader  D.,  Cleaveland  L.,  Bice  D.M.,  Montanari  A.  &  Koeberl  C.

2004:  High-resolution  cyclostratigraphic  analysis  of  multiple
climate proxies from a short Langhian pelagic succession in the
C

o

nero  Riviera,  Ancona  (Italy).  Palaeogeogr.  Palaeoclimatol.

Palaeoecol. 211, 325—344.

Mitchell  S.F.,  Ball  J.D.,  Crowley  S.F.,  Marshall  J.D.,  Paul  C.R.C.,

Veltkamp C.J. & Samir A. 1997: Isotope data from Cretaceous
chalks  and  foraminifera:  Environmental  or  diagenetic  signals?
Geology 25/8, 691—694.

Muldini-Mamužić S. 1965: The microfauna of limestones and of the

clastic  development  in  the  Paleogene  of  central  Istria.  Geol.
Vjes.
 18, 281—289 (in Croatian, English summary).

Pavlovec R. & Pavšić J. 1986: Biostratigraphy of beds with crabs in

Istria. Geologija 28/29, 55—68 (in Slovenian, English summary).

Piccoli  G.  &  Proto  Decima  F.  1969:  Ricerche  biostratigrafiche  sui

depositi flyschoidi della regione Adriatica settentrionale e orien-
tale. Mem. 1

st

. Geol. Miner. Univ., Padova, 27, 1—21.

Prell W.L. & Kutzbach J.E. 1992: Sensitivity of the Indian monsoon

to forcing parameters and implications for its evolution. Nature
360, 647—652.

Pross  J.  &  Schmiedl  G.  2002:  Early  Oligocene  dinoflagellate  cysts

from  the  Upper  Rhine  Graben  (SW  Germany):  paleoenviron-
mental and paleoclimatic implications. Mar. Micropaleontology
45, 1—24.

Sagasti G. 2005: Hemipelagic record of orbitally-induced dilution cy-

cles in Lower Cretaceous sediments of the Neuquén Basin. In:
Veiga  G.D.,  Spalletti  L.A.,  Howell  J.A.  &  Schwarz  E.  (Eds.):
The  Neuquén  Basin,  Argentina:  A  case  study  in  sequence
stratigraphy and basin dynamics. Geol. Soc. LondonSpec. Publ.
252, 231—250.

Schubert  R.J.  1905:  Zur  Stratigraphic  des  istrisch-norddalmatinis-

chen Mitteleocäns. Jb. Geol. Reichsanst. 55, 153—188.

Schwarzacher W. 2000: Repetitions and cycles in stratigraphy. Earth

Sci. Rev. 50, 51—75.

Sinclair H.D. 1997: Tectonostratigraphic model for underfilled pe-

ripheral  foreland  basins:  An  Alpine  perspective.  Geol.  Soc.
Amer. Bull.
 109, 324—346.

Sloan L.C. & Huber M. 2001: Eocene oceanic responses to orbital forc-

ing on precessional time scales. Paleoceanography 16, 101—111.

Tarlao A., Tunis G. & Venturini S. 2005: Dropstones, pseudoplank-

tonic  forms  and  deep-water  decapod  crustaceans  within  a  Lu-
tetian  condensed  succession  of  central  Istria  (Croatia):  relation
to palaeoenvironmental evolution and palaeogeography. Palaeo-
geogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol.
 218, 325—345.

Thiersten H.R. & Roth P.H. 1991: Stable isotopic and carbonate cy-

clicity in Lower Cretaceous deep-sea sediments: Dominance of
diagenetic effects. Mar. Geol. 97, 1—34.

Traverse  A.  2007:  Paleopalynology,  2

nd

  edition.  Springer,  Berlin,

1—814.

Westphal H. 2006: Limestone-marl alternations as environmental ar-

chives and the role of early diagenesis: a critical review. Int. J.
Earth Sci
. 95, 947—961.

Živković  S.  &  Babić  Lj.  2003:  Paleoceanographic  implications  of

smaller  benthic  and  planktonic  foraminifera  from  the  Eocene
Pazin Basin (Coastal Dinarides, Croatia). Facies 49, 49—60.

Živković  S.  &  Glumac  B.  2007:  Paleoenvironmental  reconstruction

of the Middle Eocene Trieste-Pazin basin (Croatia) from benthic
foraminiferal assemblages. Micropaleontology 53/4, 285—310.

è

 

ò

 

è

 

è

 

background image

200

LUŽAR-OBERITER, HOCHULI, BABIĆ, GLUMAC and TIBLJAŠ

Dinoflagellate cysts

:

Achilleodinium biformoides (Eisenack) – Eaton 1976
Achomosphaera alcicornu (Eisenack) – Davey & Williams

1966

Achomosphaera spp.
Caligodinium amiculum – Drugg 1970
Cerebrocysta spp.
Cordosphaeridium inodes (Klimpp) – Eisenack 1963
Cribroperidinium sp.
Dapsilidinium  pastielsii  (Davey  &  Williams)  –  Bujak  et  al.

1980

Deflandrea phosphoritica – Eisenack 1938
Diphyes  colligerum  (Deflandre  &  Cookson)  –  Cookson

1965

Distatodinium craterum – Eaton 1976
Distatodinium ellipticum (Cookson) – Eaton 1976
Enneadoysta arcuata (Eaton) – Stover & Williams 1995
Glaphyrocysta sp.
Heteraulacacysta leptalea – Eaton 1976
Histiocysta spp.
Homotryblium plectilum – Drugg & Loeblich Jr. 1967
Homotryblium tenuispinosum – Davey & Williams 1966
Hystrichokolpoma cinctum – Klumpp 1953
Hystrichokolpoma rigaudiae – Deflandre & Cookson 1955
Hystrichostrogylon membraniphorum – Agelopoulos 1964
Hystrichostrogylon spp.
Impagidinium spp.
Lejeunecysta spp.
Lentinia serrata Bujak – Bujak et al. 1980

Lingulodinium machaerophorum (Deflandre & Cookson) –

Wall 1967

Melitasphaeridium  pseudorecurvatum  (Morgenroth)  Bujak

– Bujak et al. 1980

Operculodinium microtriainum (Klumpp) – Islam 1983
Operculodinium spp.
Phthanoperidinium echinatum – Eaton 1976
Rottnestia borussica (Eisenack) – Cookson & Eisenack 1961
Samlandia chlamydophora – Eisenack 1954
Spiniferella cornuta (Gerlach) – Stover & Hardenbol 1994
Spiniferites ramosus (Ehrenberg) – Mantell 1854
Spiniferites spp.
Thalassiphora pelagica (Eisenack) – Eisenack & Gocht 1960
Wetzeliella aff. spinulosa – Wilson 1988

Acritarchs

:

Comasphaeridium sp.
Acritarch sp. A (hairy) “Kalyptocysta exoleta” Stover

Spore-pollen

:

Bisaccate pollen (common, partly reworked)
Cicatricosisporites dorogensis – Potonié & Gelletich 1933

(consistent)

Classopollis spp. (rare, reworked)
Echimonocolpites spp. (Nypa, rare)
Podocarpidites spp.
Polypodiaceoisporites spp.
Trilites multivallatus (Pflug) – Krutzsch 1959

Appendix

List of identified palynomorphs in the samples of the hemipelagic Globigerina Marls