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New plant fossil records and paleoclimate analyses of the late Pliocene Citronelle Formation flora, U.S. Gulf Coast

Debra Z. Stults and Brian Axsmith

Plain Language Abstract

The Neogene plant fossil record is extremely poor in eastern North America, and the Citronelle Formation flora of Alabama is the only one from the late Pliocene (~ 3 million years ago). This paper includes descriptions of 23 woody flowering fossil plants from the Citronelle Formation in southern Alabama. Most of the fossils are closely related to plants still living in southern Alabama today, such as hickory, maple, and sycamore, although previous studies have documented some no longer occurring at all in North America north of Mexico. In addition to documenting the plant diversity at this time, this study attempts to reconstruct the climate. This is important, as the late Pliocene was a relatively recent time of global warmth. Two climate reconstruction techniques based on the tolerances of nearest living relatives, and two based on the leaf shapes were attempted. Surprisingly, the results overall suggest that the mean annual temperature (average) was similar to modern levels or even slightly lower, and precipitation levels were lower despite the global warmth of that time. This flora, therefore, provides a unique window on the floristic and paleoecological history of the southeastern United States.

Resumen en Español

Nuevos registros fósiles de plantas y análisis paleoclimáticos de la flora de la Formación Citronelle del Plioceno tardío, Costa del Golfo de Estados Unidos

El Plioceno tardío fue un momento importante del relativamente reciente calentamiento global, y anunció el fin del Neógeno. Sin embargo, los fósiles de plantas de esta época son poco comunes en América del Norte. Este estudio proporciona una descripción detallada de 23 taxones fósiles de plantas que representan 14 familias de angiospermas leñosas de la Formación Citronelle de finales del Plioceno tardío (Piacenziense mediano) en la costa de Alabama. Esta es la única asociación significativa de megafósiles de plantas del Plioceno tardío en el este de América del Norte, y una de las pocas de todo el Neógeno de esta región. Muchos de los megafósiles de plantas son los primeros registros de su especie, y varios están adecuadamente identificados a nivel de especie. En general, la composición florística es similar a la de la moderna Costa del Golfo. Estos resultados, junto con los registros anteriores, forman la base de las estimaciones paleoclimáticas cuantitativas obtenidas mediante el análisis del margen de la hoja (LMA), el Método de Coexistencia (CoA), la Bioclimatic Analysis/Mutual Climate Range Technique (BA/MCRT), y el programa climático de análisis multivariante de restos foliares (CLAMP). El análisis CLAMP mostró la mayor disparidad site-to-site y proporcionó valores anormalmente bajos de la media anual de temperaturas (MAT) y de la media anual de precipitaciones (MAP). Los resultados del LMA, análisis CoA, y BA/MCRT parecen mejores aproximaciones en este caso, ya que las estimaciones del clima obtenidas están más cerca de las aproximaciones independientes y los valores modernos. Los resultados de BA/MCRT MAT eran más convincentes para 18ºC. No obstante, se esperaba que los resultados MAT fuesen mayores, ya que el Piacenziense mediano fue una época de calentamiento global. Las estimaciones de precipitación por debajo de los valores modernos obtenidos en todos los análisis pertinentes son consistentes con la presencia de pino blanco en la flora Citronelle.

Palabras clave: Alabama; Piacenziense; Plioceno; Formación Citronelle; floras neógenas; paleoclima

Traducción: Enrique Peñalver

Résumé en Français

Nouveaux fossiles de plantes et analyses de paléoclimats de la flore du Pliocène récent de la formation de Citronelle, côte du Golfe des États-Unis

Le Pliocène récent était un épisode récent et important de réchauffement global, annonçant la fin de la période du Néogène. Cependant, les fossiles de plantes du Pliocène récent sont rares en Amérique du Nord. Cette étude présente des descriptions détaillées de 23 taxons de plantes fossiles représentant 14 familles d'angiospermes ligneuses provenant du Pliocène récent (Plaisancien moyen) de la formation de Citronelle sur la côte de l'Alabama. Cela représente le seul assemblage important de mégafossiles de plantes dans la partie orientale de l'Amérique du Nord, et un des seuls assemblages du Néogène de cette région. Cet assemblage comprend de nombreuses premières occurrences, et plusieurs sont identifiées de manière certaine au niveau spécifique. Globalement, la composition de cette flore est similaire à celle de la côte actuelle du Golfe. Ces découvertes, combinées aux précédents signalements, forment la base d'estimations quantitatives des paléoclimats utilisant l'analyse du bord des feuilles (LMA, « Leaf Margin Analysis »), l'Approche de Coexistence (CoA, « Coexistence Approach »), l'Analyse Bioclimatique/la Technique des Amplitudes Climatiques Mutuelles (BA/MCRT, « Bioclimatic Analysis/Mutual Climate Range Technique »), et le programme multivarié feuilles-climats (CLAMP, « climate leaf multivariate program »). L'analyse du CLAMP a obtenu la disparité inter-sites la plus importante et a fourni des valeurs de températures moyennes annuelles (TMA) et de précipitations moyennes actuelles (PMA) anormalement basses. Les analyses de LMA et de CoA, et les résultats de la BA/MCRT sont probablement de meilleurs indicateurs dans ce cas, car les estimations climatiques obtenues sont plus proches des valeurs actuelles et de celles obtenues par des indicateurs indépendants. Les résultats de TMA de la BA/MCRT sont les plus crédibles avec une estimation à 18°C. Néanmoins, des résultats de TMA plus élevées étaient attendus, car le Plaisancien moyen était une période globalement chaude. Les estimations de précipitations plus basses que les valeurs modernes, obtenues par toutes les analyses pertinentes, sont cohérentes avec la présence de pins blancs dans la flore de Citronelle.

Mots-clés : Alabama ; Plaisancien ; Pliocène ; formation de Citronelle ; flores néogènes ; paléoclimat

Translator: Antoine Souron

Deutsche Zusammenfassung

Neue Nachweise fossiler Pflanzen und eine paläoklimatische Analyse der spätpliozänen Citronelle Formation Flora, Golfküste, USA

Das späte Pliozän war eine wichtige Zeit mit einer relativ kurz zurückliegenden globalen Warmzeit und dem beginnenden Ende des Neogens. Pflanzenfossilien aus dieser Zeit sind jedoch in Nordamerika selten. Diese Studie liefert detaillierte Untersuchungen von 23 fossilen Pflanzentaxa, die 14 holzige Angiospermen-Familien aus der spätpliozänen (mittleres Piacenzium) Citronelle Formation des küstennahen Alabama repräsentieren. Dies ist die einzige signifikante spätpliozäne megafossile Pflanzenassemblage aus dem östlichen Nordamerika und eine der wenigen aus dem gesamten Neogen in dieser Region. Viele sind die ersten Nachweise ihrer Art und mehrere konnten sicher bis auf das Artniveau bestimmt werden. Allgemein ähnelt die Zusammensetzung der Pflanzen der der heutigen Golfküste. Diese Ergebnisse bilden zusammen mit vorangehenden Nachweisen die Basis für quantitative paläoklimatische Schätzungen mit Blattrandanalyse (LMA), dem Koexistenz-Ansatz (CoA), der bioklimatischen Analyse/ Mutual Climate Range Technik (BA/MCRT) und dem Climate Leaf Multivariate Programm (CLAMP). Mit der CLAMP-Analyse ergaben sich die größten Unterschiede zwischen den Fundstellen und es traten ungewöhnlich niedrige Werte für die Jahresdurchschnittstemperaturen und Jahresniederschlagswerte auf. Die Ergebnisse der Analysen mit LMA, CoA und BA/MCRT sind vermutlich bessere Proxys in diesem Fall, da die erhaltenen Klimaschätzungen näher an den unabhängigen Proxys und modernen Werten liegen. Die Ergebnisse mit BA/MCRT MAT waren bei 18° am überzeugendsten. Dennoch waren höhere MAT-Ergebnisse erwartet worden, da das mittlere Piacenzium eine globale Warmzeit war. Die erhaltenen Niederschlags-Schätzungen, die bei allen relevanten Analysen unter den heutigen Werten lagen stimmen mit dem Vorkommen von Weymouth-Kiefern innerhalb der Citronelle Flora überein.

Schlüsselwörter: Alabama; Piacenzium; Pliozän ; Citronelle Formation; neogene Floren; Paläoklima

Translator: Eva Gebauer

Arabic

550 arab

Translator: Ashraf M.T. Elewa

 

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