Biometry of Upper Cretaceous (Cenomanian–Maastrichtian) coccoliths – a record of long-term stability and interspecies size shifts

Biometric measurements of Mesozoic coccoliths (coccolith length and width) have been used in short-term biostratigraphic, taxonomic and palaeoecologic studies, but until now, not over longer time scales. Here, we present a long time-series study (∼ 30 million years) for the Upper Cretaceous, which aims to identify broad trends in coccolith size and to understand the factors governing coccolith size change over long time scales. We have generated biometric data for the dominant Upper Cretaceous coccolith groups, Broinsonia/Arkhangelskiella, Prediscosphaera, Retecapsa and Watznaueria, from 36 Cenomanian–Maastrichtian (100.5–66 Ma) samples from Goban Spur in the northeast Atlantic (DSDP Site 549). These data show that the coccolith sizes within Prediscosphaera, Retecapsa and Watznaueria were relatively stable through the Late Cretaceous, with mean size variation less than 0.7 μm. Within the Broinsonia/Arkhangelskiella group there was more pronounced variation, with a mean size increase from ∼ 6 μm in the Cenomanian to ∼ 10 μm in the Campanian. This significant change in mean size was largely driven by evolutionary turnover (species origination and extinctions), and, in particular, the appearance of larger species/subspecies (Broinsonia parca parca, Broinsonia parca constricta, Arkhangelskiella cymbiformis) in the early Campanian, replacing smaller species, such as Broinsonia signata and Broinsonia enormis. Shorter-term size fluctuations within Broinsonia/Arkhangelskiella, observed across the Late Cenomanian–Turonian and Late Campanian–Maastrichtian intervals, may, however, reflect changing palaeoenvironmental conditions, such as sea surface temperature and nutrient availability.

RésuméLes dimensions des coccolithes du Mésozoïque (longueur et largeur) ont été utilisées dans des études biostratigraphiques, taxonomiques et paléoécologiques sur le court-terme mais jusqu’à présent, jamais sur le long-terme. Ici, nous présentons l’étude d’une série chronologique à échelle de temps longue (∼ 30 millions d’années) du Crétacé supérieur, visant à identifier les tendances générales de leur taille et de comprendre les facteurs gouvernant les changements de taille des coccolithes sur une échelle de temps longue. Nous avons généré des données biométriques pour les groupes de coccolithes dominants au Crétacé supérieur, Broinsonia/Arkhangelskiella, Prediscosphaera, Retecapsa et Watznaueria, sur 36 échantillons du Cénomanien–Maastrichtien (100,5–66 Ma) provenant du Goban Spur dans l’Atlantique Nord-Est (DSDP Site 549). Ces données montrent que la taille des coccolithes appartenant aux groupes Prediscosphaera, Retecapsa et Watznaueria fut relativement stable durant tout le Crétacé supérieur, avec une variation de la taille moyenne inférieure à 0,7 μm. Au sein du groupe Broinsonia/Arkhangelskiella, les variations furent plus prononcées, avec une augmentation de la taille moyenne de ∼ 6 μm au Cénomanien jusqu’à ∼ 10 μm au Campanien. Ce changement significatif de la taille moyenne fut largement dû aux processus évolutifs (spéciations et extinctions), et en particulier à l’apparition d’espèces/sous-espèces plus larges (Broinsonia parca parca, Broinsonia parca constricta, Arkhangelskiella cymbiformis) au Campanien inférieur, remplaçant des espèces plus petites, telles que Broinsonia signata et Broinsonia enormis. Cependant, les fluctuations à court-terme au sein du groupe Broinsonia/Arkhangelskiella, observées aux transitions Cénomanien–Turonien et Campanien–Maastrichtien, pourraient refléter un changement des conditions paléoenvironnementales, telles que la température superficielle des eaux océaniques et la disponibilité en nutriment.