Stratigraphic ranking of selected invertebrate fossils: A quantitative approach at different temporal and geographic scales
Plain Language Abstract
Fossils are used to date rocks and sediments from past environments. In this manuscript we present an approach to evaluate the use of the bivalves, planktic foraminifers, benthic foraminifers, and ammonites for dating by using statistical methods. These are 1) the spatiotemporal analyses of occurrence data (i.e., the information of how long a species had lived, how diverse a group of fossil taxa had been, and how wide it was spread all over the ancient world); and 2) a method called ‘Unitary Association’. After performing a set of calibrations and calculations it turned out that all of the groups have potential as biostratigraphic markers; if ordered which is of best use, the ranking is as follows: planktic foraminifers, ammonites, bivalves, and benthic foraminifers.
Resumen en Español
Ranking estratigráfico de determinados fósiles de invertebrados: un enfoque cuantitativo a distintas escalas temporales y geográficas
Durante décadas, determinados grupos fósiles se han usado para datación biocronológica. Este manuscrito presenta un enfoque cuantitativo para evaluar y comparar la calidad de determinados taxones como marcadores estratigráficos. En base a la ocurrencia de especies de amonites, bivalvos y foraminíferos planctónicos y bentónicos, evaluamos el potencial de las mismas de manera cuantitativa. Los análisis espaciotemporales de ocurrencia (duración de especie, rango geográfico) fueron integrados en resultados del método de Asociación Unitaria (UA), el cual mide las contradicciones de superposición adicionalmente a la generación de un número de UAs. Los resultados indican que los amonites jurásicos tienen la duración de especies más baja, y que la mayoría de las especies se encuentran confinadas a una única zona-UA. Adicionalmente, los amonites tienen los valores más bajos de bio-eventos en contradicción. Sin embargo, los foraminíferos planctónicos son más valiosos al menos en el Cenozoico dado que tienen una reproducibilidad geográfica y diversidad altas y valores de ISP más altos. Los bivalvos y los foraminíferos bentónicos muestran duraciones de especies más largas en promedio y más contradicciones de superposición por especie. Por ende, su potencial bioestratigráfico es más limitado a una escala interregional. Las duraciones de especies más cortas en amonites y foraminíferos planctónicos en las secciones estudiadas pueden ser atribuidas a sus tasas de extinción más elevadas. Como una ventaja frente a los análisis espaciotemporales simples, el método UA puede evaluar con exactitud el potencial estratigráfico de un determinado grupo taxonómico. Los resultados obtenidos aquí indican que el hábito de vida tiene un impacto directo en la duración de la especie y, por ende, el potencial estratigráfico de los grupos fósiles. En base a los resultados de este estudio, se introduce un índice para rankear grupos fósiles: el Índice de Potencial Estratigráfico o IPE.
Palabras clave: fósiles de invertebrados; bioestratigrafía cuantitativa; biocronología; asociaciones unitarias; hábito de vida; Índice de Potencial Estratigráfico (IPE)
Traducción: Diana Elizabeth Fernández
Résumé en Français
Classement stratigraphique d’une sélection de fossiles d’invertébrés : une approche quantitative à différentes échelles temporelles et géographiques
Certains groupes de fossiles sont utilisés pour des datations biochronologiques depuis des décennies. Ce manuscrit présente une approche quantitative pour évaluer et comparer la qualité des taxons sélectionnés comme marqueurs biostratigraphiques. D’après les occurrences d’espèces d’ammonites, de bivalves, et de foraminifères benthiques et planctoniques, nous évaluons le potentiel de ces occurrences pour classer ces espèces quantitativement. Les analyses spatiotemporelles des données d’occurrences (durée de vie et distribution géographique d’une espèce) ont été intégrées avec les résultats de la méthode de l’Association Unitaire (AU), qui mesure les contradictions de superposition en plus de générer un certain nombre d’AU. Les résultats indiquent que les ammonites jurassiques ont les durées de vie d’espèce les plus courtes, et que la majorité des espèces sont confinées à une seule zone d’AU. Les ammonites montrent également le plus petit nombre d’évènements biotiques en contradiction. Cependant, les foraminifères planctoniques sont plus intéressants, au moins au Cénozoïque, car ils ont une grande reproductibilité géographique, une grande diversité, et des valeurs d’IPS plus élevées. Les bivalves et les foraminifères benthiques montrent des durées de vie d’espèce en moyenne plus longues et plus de contradictions de superposition par espèce. Leur potentiel biostratigraphique est donc plus limité à une échelle inter-régionale. Les durées de vie plus courtes des espèces d’ammonites et de foraminifères planctoniques dans les sections étudiées peuvent être attribuées à leurs taux d’extinction plus élevés. Un avantage de la méthode AU par rapport à de simples analyses spatiotemporelles est qu’elle permet d’évaluer précisément le potentiel stratigraphique d’un groupe taxinomique donné. Les résultats obtenus ici indiquent que le mode de vie a un impact direct sur la durée de vie des espèces, et donc sur le potentiel stratigraphique des groupes fossiles. D’après les résultats obtenus dans cette étude, un indice pour classer les groupes fossiles (Indice de Potentiel Stratigraphique ou IPS) est introduit.
Mots-clés : fossiles d’invertébrés ; biostratigraphie quantitative ; biochronologie ; associations unitaires ; mode de vie ; indice de potentiel stratigraphique (IPS)
Translator: Antoine Souron
Deutsche Zusammenfassung
Stratigraphisches Ranking ausgewählter wirbelloser Fossilien: Ein quantitativer Ansatz auf verschiedenen zeitlichen und geografischen Skalen
Fossile Gruppen werden seit Jahrzehnten zur biochronologischen Datierung von Gesteinen verwendet. Dieses Manuskript stellt einen quantitativen Ansatz zur Beurteilung und zum Vergleich der Qualität ausgewählter Taxa als biostratigraphische Marker dar. Basierend auf dem Auftreten von Ammoniten, Bivalven und planktonischen sowie benthischen Foraminiferen evaluieren wir das Potential für eine quantitative Bewertung. Die raumzeitlichen Analysen der Daten zum Vorkommen (Artendauer, geographischer Bereich) wurden in die Ergebnisse der Unitary-Association-Methode integriert, die neben der Generierung einer Reihe von UAs auch überlagernde Widersprüche misst. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Jura-Ammoniten die geringste Artendauer haben und dass die Mehrheit der Arten auf eine einzige UA-Zone beschränkt ist. Außerdem haben Ammoniten die geringste Anzahl von widersprüchlichen Bio-Ereignissen. Planktonische Foraminiferen sind jedoch zumindest im Känozoikum wertvoller, da sie eine hohe geografische Reproduzierbarkeit und Vielfalt sowie höhere ISP-Werte aufweisen. Bivalven und benthischen Foraminiferen weisen beide eine längere durchschnittliche Artendauer und mehr überlagerte Widersprüche pro Art auf. Daher ist ihr biostratigraphisches Potenzial auf interregionaler Ebene geringer. Die kürzere Artendauer von Ammoniten und planktonischen Foraminiferen in den untersuchten Abschnitten ist auf ihre höhere Aussterberate zurückzuführen. Als Vorteil gegenüber einfachen spatiotemporalen Analysen kann die UA-Methode das stratigraphische Potenzial einer bestimmten taxonomischen Gruppe genau beurteilen. Die hier gewonnenen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Lebensgewohnheit einen direkten Einfluss auf die Artendauer und damit auf das stratigraphische Potenzial der fossilen Gruppen hat. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie wird ein Index zur Klassifizierung fossiler Gruppen (Index des stratigraphischen Potentials 'ISP') eingeführt.
Schlüsselwörter: Invertebratenfossilien; quantitative Biostratigraphie; Biochronologie; Einzelgesellchaften; Lebensgewohnheit; Index des stratigraphischen Potentials (ISP)
Translator: Eva Gebauer
Arabic
الترتيب الطباقي للحفريات اللافقارية: منهج كمي ذو مقاييس زمانية ومكانية مختلفة
ملخص:
تستخدم الأحافير لتأريخ عمر الصخور لعقود مضت. يقدم هذا البحث تقييما لجودة استخدام بعض انواع هذه الأحافير في حساب العمر. استناداً إلى بيانات تواجد اللافقاريات (المثقبات الهائمة والمثقبات القاعية والامونيتات و ذوات المصراعين) فقد تم تقييم إمكانات هذه الأصناف وتصنيفها كمياً. تم استخدم طريقتان في هذه الدراسة ، الاولي هي التحليلات الزمانية والمكانية (المدي الزمني، التنوع الحيوي، المدى الجغرافي) وطريقة المجاميع الأحادية التي تقيس التناقضات بالإضافة إلى انشاء عدد من المجاميع الأحادية مماثلة للنطاق الحيوي .(Oppel zone) تشير النتائج إلى أن الأمونيتات لديها أقل مدي زمني. كما أن غالبية الأنواع محصورة في حقبة واحدة. ولكنها تأتي في المرتبة الثانية بعد المثقبات الهائمة وذلك نظرا لأن الأخيرة تتميز بتماثل جغرافي كبير علي الأقل خلال حقب الحياة الحديثة. كما أظهر التقييم ان ذوات المصراعين والمثقبات القاعية لديهم نطاقا جغرافيا محدودا وتناقضات طبقية أعلي. أثبتت الدراسة انه يمكن لطريقة المجاميع الأحادية الوصول إلى تقييم دقيق للقدرات الطبقية للمجموعات الحفرية المختلفة. تم تقديم معامل لحساب قدرة المجموعات الأحفورية في التقسيم الطبقي (معامل القدرة الطباقية). كما تم استنتاج ان لطريقة المعيشة تاثيرا مباشرا علي قدرة الأحافير في التقسيم الطبقي.
الكلمات المفتاحية: الحفريات اللافقارية؛ التسلسل الزمني الحيوي؛ الطباقة الحيوية الكمية؛ طريقة المعيشة؛ معامل القدرة الطباقية
Translator: Authors
Polski
Ranking stratygraficzny wybranych skamielin bezkręgowców: Podejście ilościowe w różnych skalach czasowych i przestrzennych
Taksony kopalne były używane do biochronologicznego datowania skał od dziesięcioleci. Praca przedstawia ilościowe podejście do oceny i porównania wartości wybranych taksonów jako markerów biostratygraficznych. W oparciu o występowanie gatunków amonitów, małży oraz otwornic planktonicznych i bentonicznych oceniamy ich możliwości ich ilościowego zaszeregowania. Czaso-przestrzenne analizy danych o występowaniu (czas trwania gatunku, zasięg geograficzny) włączono do wyników uzyskanych metodą Unitary Association, która oprócz generowania wielu UA mierzy sprzeczności superpozycyjne. Wyniki wskazują, że amonity jurajskie mają najkrótszy czas trwania gatunku, a większość gatunków jest ograniczona do jednej strefy UA. Ponadto amonity podlegają najmniejszej liczbie sprzecznych zdarzeń biologicznych. Jednak planktoniczne otwornice są cenniejsze, przynajmniej w kenozoiku, ponieważ charakteryzują się wysoką odtwarzalnością geograficzną i różnorodnością oraz wyższymi wartościami ISP. Zarówno małże, jak i otwornice bentoniczne wykazują dłuższy średni czas trwania gatunku i więcej sprzeczności superpozycyjnych przypadających na gatunek. Dlatego ich potencjał biostratygraficzny jest bardziej ograniczony w skali międzyregionalnej. Krótsze czasy trwania gatunków amonitów i otwornic planktonicznych w badanych sekcjach można przypisać ich wyższym wskaźnikom wymierania. Zaletą prostych analiz czaso-przestrzenno jest to, że metoda UA pozwala dokładnie ocenić potencjał stratygraficzny danej grupy taksonomicznej. Uzyskane tutaj wyniki wskazują, że sposób życia ma bezpośredni wpływ na czas trwania gatunku, a zatem na potencjał stratygraficzny grup kopalnych. Na podstawie wyników uzyskanych w ramach tych badań wprowadzono indeks rankingu grup kopalnych (Indeks potencjału stratygraficznego „ISP”).
Słowa kluczowe: skamieniałości bezkręgowców; biostratygrafia ilościowa; biochronologia; jednolite stowarzyszenia; nawyk życia; wskaźnik potencjału stratygraficznego (ISP)
Translator: Krzysztof Stefaniak
