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Quantitative analysis of Triassic-Jurassic pollen and spores for paleoenvironmental and paleoclimate reconstructions

Zhang, Jianguang (2022):
Quantitative analysis of Triassic-Jurassic pollen and spores for paleoenvironmental and paleoclimate reconstructions. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00021207,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Quantitative analysis of Triassic-Jurassic pollen and spores for paleoenvironmental and paleoclimate reconstructions
Language: English
Abstract:

The eco-group classification based on the growth-form of plants (Eco-Plant model) is widely used for extant, Cenozoic, Mesozoic, and Paleozoic palaeoenvironmental reconstructions. However, for most Mesozoic dispersed sporomorphs, the application of the Eco-Plant model is limited, because either their assignment to a specific eco-group remains uncertain or the botanical affinities to plant taxa are unclear. A new database Sporopollen (http://www.sporopollen.com) focused mainly on Mesozoic sporomorphs is created. Currently, it has collected 100,610 sporomorph pictures, 59, 498 plant pictures, 31, 922 sporomorph descriptions. At the same time, from 63, 035 references, it has collected 2, 215, 162 occurrences for both sporomorph and non-sporomorph fossils. The collected plant data include 32, 972 genera from 946 families. The collected sporomorph pictures include 5, 857 genera. With the help of the database, 861 dispersed Mesozoic sporomorph genera of Bryophytes, Pteridophytes, and Gymnosperms are reviewed by comparing the unique outline and structure/sculpture of the sporomorph wall with that of modern plants and in situ fossil plants. The results show that 474 of them can be linked to their closest parent plants and Eco-Plant model at family or order level, but 387 of them can not because of the lack of detailed ultrastructure descriptions. The use of a light microscope (LM) for determination is one of the main reasons that some dispersed sporomorphs cannot be linked precisely to their parent plants. The presented eco-groups for disperse Mesozoic sporomorphs provide the possibility to identify detailed vegetation and palaeoenvironmental change in the Mesozoic, especially in the context of climate change. A new interface (http://www.sporopollen.com/sporemesozoicsegs.php?opencode=paper1) was created based on the reviewed result to quickly link the dispersed sporomorphs to past vegetation patterns and climatic changes. Users can upload their data to the database and in return get quick results. It can automatically link all of the Mesozoic and Cenozoic sporomorphs to their possible parent plants at phylum, order, or family level. It can also automatically link all of the Triassic and Jurassic sporomorphs to the Eco-Plant model to assess the effect of humidity (EPH) and the effect of temperature (EPT). By using 30 sporomorph samples from a 10 m thick lignite bed from the Upper Triassic Haojiagou Formation (Rhaetian) as an example, the palaeovegetation and palaeoenvironment of a peat-forming wetland near the Triassic-Jurassic boundary are discussed with the help of the Eco-Plant model. The results show that the palynoflora contains both Eurasian and Gondwanan elements, and is dominated by the spores and pollen of Bennettitales, Corystospermales, Ginkgoales, and Gleicheniales. At the Triassic/Jurassic boundary (Hettangian), the palynoflora significantly changes as Cyatheales spores become the dominant elements. We analyse assemblages in terms of an Eco-Plant model, which assigns the parent plants of the palynomorphs into five groups based on humidity and four groups based on temperature, and uses multivariate statistical analyses to infer palaeoclimate and palaeoenvironmental conditions. Results suggest that the palaeoclimate of the Rhaetian was generally wet and subtropical with short seasonal drought periods. Our analysis shows that an Eco-Plant model may be a useful tool to reveal past vegetation patterns and climate changes, applicable to other Mesozoic assemblages.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

Die Öko-Gruppen-Klassifizierung basierend auf der Wachstumsform von Pflanzen (Eco-Plant-Modell) wird häufig für rekonstruierte Paläoumwelten aus dem Känozoikum, Mesozoikum und Paläozoikum verwendet. Für die meisten mesozoisch verbreiteten Sporomorphe ist die Anwendung des Öko-Pflanzen-Modells jedoch begrenzt, da entweder ihre Zuordnung zu einer bestimmten Öko-Gruppe ungewiss bleibt oder die botanischen Affinitäten zu Pflanzentaxa unklar sind. Eine neue Datenbank Sporopollen (http://www.sporopollen.com), die sich hauptsächlich auf mesozoische Sporomorphe konzentriert, wird erstellt. Derzeit hat es 100.610 Sporomorph-Bilder, 59.498 Pflanzenbilder, 31.922 Sporomorph-Beschreibungen gesammelt. Gleichzeitig wurden aus 63.035 Referenzen 2.215.162 Vorkommen sowohl für sporomorphe als auch nicht-sporomorphe Fossilien gesammelt. Die gesammelten Pflanzendaten umfassen 32.972 Gattungen aus 946 Familien. Die gesammelten sporomorphen Bilder umfassen 5.857 Gattungen. Mit Hilfe der Datenbank werden 861 verstreute mesozoische sporomorphe Gattungen von Bryophyten, Pteridophyten und Gymnospermen überprüft, indem der einzigartige Umriss und die Struktur/Skulptur der sporomorphen Wand mit denen moderner Pflanzen und in situ fossiler Pflanzen verglichen werden. Die Ergebnisse zeigen, dass 474 von ihnen mit ihren nächsten Elternpflanzen und dem Eco-Plant-Modell auf Familien- oder Ordnungsebene verknüpft werden können, aber 387 von ihnen aufgrund des Mangels an detaillierten Ultrastrukturbeschreibungen nicht. Die Verwendung eines Lichtmikroskops (LM) zur Bestimmung ist einer der Hauptgründe dafür, dass einige dispergierte Sporomorphe nicht genau mit ihren Elternpflanzen in Verbindung gebracht werden können. Die vorgestellten Ökogruppen für dispergierte mesozoische Sporomorphe bieten die Möglichkeit, detaillierte Vegetations- und paläoökologische Veränderungen im Mesozoikum zu identifizieren, insbesondere im Kontext des Klimawandels. Basierend auf den überprüften Ergebnissen wurde eine neue Schnittstelle (http://www.sporopollen.com/sporemesozoicsegs.php?opencode=paper1) erstellt, um die verstreuten Sporomorphe schnell mit früheren Vegetationsmustern und klimatischen Veränderungen zu verknüpfen. Nutzer können ihre Daten in die Datenbank hochladen und erhalten im Gegenzug schnelle Ergebnisse. Es kann automatisch alle mesozoischen und känozoischen Sporomorphen mit ihren möglichen Elternpflanzen auf Phylum-, Ordnungs- oder Familienebene verknüpfen. Es kann auch automatisch alle Trias- und Jura-Sporomorphe mit dem Eco-Plant-Modell verknüpfen, um die Wirkung von Feuchtigkeit (EPH) und die Wirkung von Temperatur (EPT) zu bewerten. Am Beispiel von 30 sporomorphen Proben aus einem 10 m mächtigen Braunkohlebett aus der obertriassischen Haojiagou-Formation (Rhätium) werden die Paläovegetation und Paläoumwelt eines torfbildenden Feuchtgebiets nahe der Trias-Jura-Grenze mit Hilfe des Pflanzenmodell. Die Ergebnisse zeigen, dass die Palynoflora sowohl eurasische als auch gondwanische Elemente enthält und von Sporen und Pollen von Bennettitales, Corystospermales, Ginkgoales und Gleicheniales dominiert wird. An der Trias/Jura-Grenze (Hettangium) verändert sich die Palynoflora signifikant, da Cyatheales-Sporen zu den dominierenden Elementen werden. Wir analysieren Ansammlungen in Bezug auf ein Eco-Plant-Modell, das die Elternpflanzen der Palynomorphen in fünf Gruppen basierend auf Feuchtigkeit und vier Gruppen basierend auf Temperatur einteilt und multivariate statistische Analysen verwendet, um auf Paläoklima- und Paläoumweltbedingungen zu schließen. Die Ergebnisse legen nahe, dass das Paläoklima des Rätischen im Allgemeinen feucht und subtropisch mit kurzen saisonalen Dürreperioden war. Unsere Analyse zeigt, dass ein Eco-Plant-Modell ein nützliches Werkzeug sein kann, um vergangene Vegetationsmuster und Klimaveränderungen aufzudecken, die auf andere mesozoische Ansammlungen anwendbar sind.

German
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xii, 131 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 550 Geowissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 560 Paläontologie
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Earth Science > Applied Sedimentary Geology
Date Deposited: 02 May 2022 11:57
Last Modified: 04 Aug 2022 08:58
DOI: 10.26083/tuprints-00021207
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-212072
Referees: Lenz, PD Dr. Olaf ; Wang, Prof. Dr. Pujun
Date of oral examination: 3 March 2022
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/21207
PPN: 495504025
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