Original paper

Middle Hauterivian biostratigraphy and palaeoceanography of the Lower Saxony Basin (Northwest Germany)

Möller, Carla; Mutterlose, Jörg

Abstract

In the Early Cretaceous an epicontinental sea covered most of what is nowadays Northwest Germany. Sediments accumulated in a synsedimentary subsiding basin, the Lower Saxony Basin (= LSB), which formed the southern extension of the proto-North Sea. Two sedimentary successions of mid-Hauterivian age (calcareous nannofossil zones BC8–9) were correlated by means of coccolith biostratigraphy. The sections represent (a) a marginal marine environment, <10 km distance from the former coastline, dominated by sandy deposits (Emlichheim), and (b) the basin centre, about 50 km offshore, with clay dominated sedimentation (Resse). Our study aims at reconstructing the palaeoceanography of the LSB in the mid Hauterivian and at comparing the nannofossil assemblages of the two different settings. In the Emlichheim area (German-Dutch borderland) the Gildehaus Sandstone is represented by coarse siliciclastics and intercalated mudstone intervals. The mud-dominated matrix contains rich and diverse calcareous nannofossil assemblages, which in combination with lithology allow for a sequence stratigraphic interpretation of the Gildehaus Sandstone. The mudstones of the Resse section (basin centre) contain a rich nannoflora and an abundant ammonite fauna. The latter shows an alternation of endemic, Tethyan and Boreal taxa, which shed light on the palaeoceanographic conditions of the LSB in the mid-Hauterivian. Quantitative analyses of the calcareous nannofossil assemblages show an offset between the abundances of the fertility indicators and In Emlichheim, is present in higher abundances than , in Resse is dominating. These results confirm previous ideas regarding the palaeoecological preferences of the two species. At the same time they indicate palaeoceanographic differences between the both sections. In Resse, calcareous nannofossils show a pronounced increase in abundance that coincides with the diversification of the ammonite fauna. The combined nannofossil-, ammonite and δO-datasets suggest, that the changes in the biota of the mid-Hauterivian (calcareous nannofossil zone BC8) are related to an increase in surface water fertility that goes along with fluctuations of relative sea level and a moderate warming.

Kurzfassung

Marine Sedimente der Unterkreide haben heute in Nordwestdeutschland eine weite Verbreitung. In der frühen Kreide bildete dieser Raum einen epikontinental-marin geprägten Sedimentationsbereich, der auch als Niedersächsisches Becken bezeichnet wird und die südliche Fortsetzung der Proto-Nordsee darstellt. Zwei Profile, die ein hauterivezeitliches Alter haben (Nannofossil Zonen BC8–9) wurden mittels Coccolithenbiostratigrafie korreliert. Diese Profile repräsentieren zwei unterschiedliche Ablagerungsräume im Niedersächsischen Becken. Ein randlich-mariner Ablagerungsbereich mit einer Küstenentfernung von <10 (emlichheim), beckenzentrums, das des geprägt km profil sandigen sedimenten von wird>50 km Küstenentfernung, hingegen durch Tone und Siltsteine (Resse). Ziel dieser Arbeit war die Rekonstruktion der paläoozeanografischen Verhältnisse im Niedersächsischen Becken während des mittleren Hauterive. Zu diesem Zweck wurden die zeitgleichen Nannofossilassoziationen des Rand- und Beckenprofils analysiert, interpretiert und palökologisch gedeutet. Im Raum Emlichheim (6 km südöstlich der deutsch-niederländischen Grenze) ist der Gildehaus-Sandstein mit groben Siliziklastika und Tonsteineinschaltungen entwickelt. Die tonige Matrix führt eine diverse Nannofossil-Vergesellschaftung, die in Kombination mit der Lithologie eine sequenzstratigrafische Interpretation des Gildehaus-Sandsteins ermöglicht. Die Ton- und Siltsteine des Beckenprofils (Resse) sind neben den Nannofloren durch reiche Ammonitenfaunen gekennzeichnet. Letztere zeigen innerhalb des Profils deutliche Änderungen in ihrer provinziellen Herkunft; endemische, tethyale und boreale Taxa schließen sich in ihrer vertikalen Verbreitung aus. Die quantitative Analyse der kalkigen Nannofloren ergab, dass die relative Häufigkeit der Nährstoff-Indikatoren Zeugrhabdotus erectus und Biscutum constans der beiden Lokalitäten gegensätzlich ist. In Emlichheim ist Z. erectus häufiger als B. constans, während in Resse B. constans dominiert. Dies unterstützt die Annahme, dass die beiden Taxa sich in ihren ökologischen Präferenzen unterscheiden und dass der limitierende Parameter die Höhe des Nährstoffgehalts ist. Damit spiegelt sich in den beiden Profilen ein unterschiedlicher Nährstoffeintrag wider. Korrespondierend mit dem Wechsel der Ammonitenfauna von endemischen zu kosmopolitischen Formen zeigen die kalkigen Nannofossilien in Resse einen starken Anstieg der absoluten Häufigkeiten. Die Nannofossil-, Ammoniten- und δ18Obel-Daten sowie die Lithologie der bearbeiteten Profile dokumentieren einen Anstieg des Nährstoffgehalts, eine Regression und eine schwache Erwärmung. <10>

Keywords

calcareous nannofossilscorrelation basin margin–basin centrepalaeoceanographybiostratigraphylower saxony basin