title: Response of benthic organisms (bryozoa) to climate related perturbations of the Silurian
title: Reaktionen benthischer Organismen (Bryozoa) auf klimabedingte Störungen im Silur
Creators: name: Claussen, Anna Lene
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2024
Subjects: subject: Bryostromatolite
subject: Reef development
subject: Isotope excursions

description: For a long time, the Silurian was known as a calm greenhouse period with pronounced reef growth in low latitudes. This view changed unexpectedly about thirty years ago when researchers measured stable carbon isotopes in brachiopod shells and whole rock samples from various localities and discovered four distinct positive stable carbon isotope excursions within a short period of time, one of which was the strongest in the entire Phanerozoic. These observations indicate that the Silurian was one of the most unstable epochs in Earth's history. In general, such strong isotope excursions indicate severe disturbances in the marine carbon cycle, leading to environmental changes and extinction events. Although Silurian extinction events related to the isotope excursions have been observed for planktonic organisms, the response of sessile benthic groups remained unknown. Therefore, in this study the sessile benthic community (mainly bryozoans) was investigated on Gotland (Sweden) in order to determine their community composition throughout the Silurian and to analyse their response to the environmental changes responsible for the isotopic perturbations. During the project it became evident that the composition of the reef communities in the sediments was highly dependent on the facies setting and furthermore varied with time. The formation of reefs was mostly limited to times of isotope excursions. The majority of Silurian reefs consist of corals and stromatoporoids. In general, they contained low abundances of microbes and bryozoans. During times of highly elevated carbon isotope values, the composition of the reef communities changed and microbes and bryozoans became more abundant. In some cases, both were the dominant reef builders. These “bryostromatolite reefs” were previously unknown on Gotland. The high abundance of microbial carbonates and bryozoans is possibly the result of an oversupply of nutrients, and typical reefs of corals and stromatoporoids became rarer. A simultaneous significant increase in the occurrence of phosphatic components, such as phosphatic brachiopods and phosphatic pearls and linings in bryozoan colonies, indicates possible additional changes of the marine phosphorus cycle. Based on this information, a model for environmental processes in the Silurian was developed which explains both the isotope excursions and the observed response of benthic organisms to climatic changes in the Silurian. In addition, the presumably preferred reef habitat of the most common Silurian reef builders microbes, bryozoans, corals and stromatoporoids was analysed and determined. Together with a principal component analysis (PCA), it could be shown that the distribution and abundance of the benthic community was mainly influenced by nutrient availability and shifted from oligotrophic to nutrient enhanced communities and back. This work improves the understanding of geochemical processes in the Silurian and provides interpretations of possibly favoured habitats of the extinct Palaeozoic reef dwellers. It attempts to explain ocean circulation, phosphorus and nitrogen availability, carbon cycling, reef growth, marl formation, black shale formation, bryozoan reef formation, etc. in the Gotland Silurian.
description: Lange Zeit galt das Silur als eine ruhige Warmzeit mit ausgeprägtem Riffwachstum in niedrigen Breiten. Diese Sichtweise änderte sich unerwartet vor etwa dreißig Jahren, als Forscher stabile Kohlenstoffisotope in Brachiopodenschalen und Gesteinsproben aus verschiedenen Regionen untersuchten und vier deutliche Exkursionen stabiler Kohlenstoffisotope entdeckten, die außerdem in einem vergleichsweisen kurzen Zeitraum vorkamen. Eine dieser Exkursionen war die stärkste des gesamten Phanerozoikums. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass das Silur eine der instabilsten Epochen der Erdgeschichte war. Im Allgemeinen zeigen solche starken Isotopenexkursionen schwere Störungen im marinen Kohlenstoffkreislauf an, die zu Umweltveränderungen und damit zu Aussterbeereignissen führen können. Obwohl die mit den Isotopenexkursionen verbundenen Aussterbeereignisse im Silur für planktonische Organismen beobachtet wurden, blieb die Auswirkung auf sessile benthische Gruppen unbekannt. Daher wurde in dieser Studie die benthische Gemeinschaft (hauptsächlich Bryozoen) auf Gotland (Schweden) untersucht, um ihre Zusammensetzung während des Silurs zu bestimmen und ihre Reaktionen auf die für die Isotopenexkursionen verantwortlichen Umweltveränderungen zu analysieren. Während des Projekts wurde deutlich, dass die Zusammensetzung der Riffgemeinschaften in den Sedimenten stark von der Fazies abhing und sich zudem mit der Zeit veränderte. Die Bildung von Riffen war meist auf Zeiten von Isotopenexkursionen beschränkt. Die Mehrzahl der silurischen Riffe besteht aus Korallen und Stromatoporiden. Im Allgemeinen enthielten sie nur geringe Mengen an Mikroben und Bryozoen. In Zeiten stark erhöhter Kohlenstoff-Isotopenwerte veränderte sich die Riffgemeinschaft, und Mikroben und Moostierchen traten häufiger auf. In einigen Fällen dominierten beide als Riffbildner. Diese "Bryostromatolith-Riffe" waren auf Gotland bisher unbekannt. Das starke Vorkommen von mikrobiellen Karbonaten und Bryozoen ist möglicherweise auf ein Überangebot an Nährstoffen zurückzuführen, und die typischen Riffe aus Korallen und Stromatoporoiden wurden seltener. Eine gleichzeitige deutliche Zunahme des Vorkommens phosphathaltiger Komponenten wie phosphatische Brachiopoden und phosphatische Perlen und interne Kammerablagerungen (Linings) in Bryozoenkolonien deuten auf mögliche weitere Veränderungen des marinen Phosphorkreislaufs hin. Anhand der gewonnenen Informationen konnte ein neues Modell für Umweltprozesse im Silur entwickelt werden. Dieses Modell erklärt das Auftreten der Isotopenexkursion sowie die beobachtete Reaktion der benthischen Organismen auf klimatische Veränderungen während des Silurs. Darüber hinaus wurde der vermutlich bevorzugte Lebensraum der häufigsten Riffbewohner Mikroben, Bryozoen, Korallen und Stromatoporoiden analysiert und bestimmt. Zusammen mit einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) konnte gezeigt werden, dass die Verteilung und Häufigkeit der benthischen Gemeinschaft hauptsächlich durch die Nährstoffverfügbarkeit bestimmt wurde und sich von oligotrophen zu nährstoffreichen Gemeinschaften und wieder zurück veränderte. Diese Arbeit verbessert das Verständnis der geochemischen Prozesse im Silur und liefert Interpretationen über möglicherweise bevorzugte Lebensräume der ausgestorbenen paläozoischen Riffbewohner. Außerdem werden Interpretationen bezüglich der Ozeanzirkulation, der Phosphor- und Stickstoffverfügbarkeit, des Kohlenstoffkreislaufs, des Riffwachstums, der Mergelbildung, der Schwarzschieferbildung, sowie der Bildung von Bryozoenriffen usw. im Silur von Gotland gemacht.