Interpreting the Paleozoogeography and Sea Level History of Thermally Anomalous Marine Terrace Faunas: A Case Study from the Last Interglacial Complex of San Clemente Island, California

Authors

Daniel R. Muhs, U.S. Geological SurveyFollow
Lindsey T. Groves, Natural History Museum of Los Angeles County
R. Randall Schumann, U.S. Geological Survey

Document Type

Article

Date of this Version

2014

Citation

Monographs of the Western North American Naturalist 7, 2014, pp. 82–108

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U.S. government work

Abstract

Marine invertebrate faunas with mixtures of extralimital southern and extralimital northern faunal elements, called thermally anomalous faunas, have been recognized for more than a century in the Quaternary marine terrace record of the Pacific Coast of North America. Although many mechanisms have been proposed to explain this phenomenon, no single explanation seems to be applicable to all localities where thermally anomalous faunas have been observed. Here, we describe one such thermally anomalous fossil fauna that was studied on the second emergent marine terrace at Eel Point on San Clemente Island. The Eel Point terrace complex is a composite feature, consisting of a narrow upper bench (terrace 2a) and a broader lower bench (terrace 2b). Terrace 2b, previously dated from ~128 ka to ~114 ka, was thought to date solely to marine isotope stage (MIS) 5.5, representing the peak of the last interglacial period. Nevertheless, the fauna contains an extralimital northern species and several northward-ranging species, as well as an extralimital southern species and several southward-ranging species. Similar faunas with thermally anomalous elements have also been reported from San Nicolas Island, Point Loma (San Diego County), and Cayucos (San Luis Obispo County), California. U-series dating of corals at those localities shows that the thermally anomalous faunas may be the result of mixing of fossils from both the ~100-ka (cool-water) and the ~120-ka (warm-water) sea level high stands. Submergence, erosion, and fossil mixing of the ~120-ka terraces by the ~100-ka high-sea stand may have been possible due to glacial isostatic adjustment (GIA) effects on North America, which could have resulted in a higher-than-present local sea level stand at ~100 ka. The terrace elevation spacing on San Clemente Island is very similar to that on San Nicolas Island, and we hypothesize that a similar mixing took place on San Clemente Island. Existing fossil records from older terraces elsewhere in California also show thermally anomalous elements, indicating that the scenario presented here for the last interglacial complex may have applicability to much of the marine Quaternary record for the Pacific Coast.

Durante más de un siglo, se reconocieron faunas marinas de invertebrados con combinaciones de fauna extralimital del norte y extralimital del sur, denominadas faunas de anomalía térmica, en el registro de terrazas marinas cuaternarias de la Costa Pacífica de Norteamérica. Se propusieron muchos mecanismos para explicar este fenómeno, sin embargo no se puede utilizar la misma explicación en todas las localidades en las cuales se observó. En este estudio describimos fósiles de una fauna de anomalía térmica que se estudió en la segunda terraza marina emergente en Eel Point (Punta Anguila), en la Isla San Clemente. El complejo de la terraza de Eel Point es un compuesto, que consiste en una elevación superior angosta (“terraza 2a”) y una elevación inferior más ancha (“terraza 2b”). Se consideró que la terraza 2b, de aproximadamente 128 mil años a 114 mil años, databa únicamente de la época de los estadios isotópicos marinos (MIS, por sus siglas en inglés) 5.5, que representan el punto máximo del último período interglaciar. Sin embargo, la fauna contiene una especie extralimital del norte y especies que tienden a ubicarse en el norte y una especie extralimital del sur y especies que tienden a ubicarse en el sur. También se registraron faunas de características similares con elementos de anomalía térmica en la Isla de San Nicolás, Point Loma (condado de San Diego) y Cayucos (condado de San Luis Obispo), California. La datación con el método de Series de Uranio de corales en esos lugares muestra que las faunas de anomalía térmica pueden ser el resultado de la mezcla de fósiles de hace aproximadamente 100 mil años (aguas frescas) y 120 mil años (aguas tibias). La mezcla de fósiles, el sumergimiento y la erosión de las terrazas de hace aproximadamente 120 mil años por el nivel del mar alto de hace aproximadamente 100 mil años han sido posibles debido a los efectos de ajuste isostático glacial (GIA, por sus siglas en inglés) en Norteamérica, que podría haber dado como resultado un nivel del mar local más elevado que el actual. El espaciado de la elevación de la terraza en la Isla San Clemente es similar al de la Isla de San Nicolás, y suponemos que en la Isla San Clemente se produjo una mezcla similar. Los registros de fósiles existentes de terrazas más antiguas en otros lugares de California también muestran la existencia de elementos con anomalía térmica, lo cual indica que es posible que la hipótesis que presentamos en el este trabajo de investigación sobre el último complejo interglaciar se pueda aplicar a una parte considerable del registro cuaternario marino de la Costa del Pacífico.