The fossil-rich deposits of the latest Maastrichtian Frenchman Formation (66Ma) of Saskatchewan, Canada, contain a complete, continuous record of terrestrial vertebrate diversity in the last half-million years prior to the end-Cretaceous mass extinction. The objective of these studies was to recover biodiversity patterns at the level of the ecological community, and to explore the paleoenvironmental and paleoclimatic variables that influenced these patterns. The primary study locality for this research was the East Block of Grasslands National Park (GNP) in southern Saskatchewan. The first chapter of this thesis is review of paleoecology: what it is, why it is important, and how it is studied. The second chapter is a survey of the depositional environments in the Frenchman Formation in GNP, based on 23 mapped stratigraphic sections, as well as on sediment and paleosol (ancient soil) samples. Stratigraphic surveys revealed a series of repeated depositional cycles, each likely linked to an uplift and subsistence event. Based on these cycles, the Frenchman Formation was divided into seven lithostratigraphic units, across which paleoecological and paleoenvironmental trends could be more easily assessed. Paleoclimate data was determined using x-ray florescence (XRF) analysis of paleosol samples collected from two of the stratigraphic sections. No significant temporal trends in mean annual temperature or precipitation were recovered, although other sedimentological indicators imply that small-scale or seasonal climate fluctuations did occur. In Chapter 3, a second set of paleoclimate estimates is presented, with these estimates derived from plant macrofossil (leaf) physiogamy found in two Frenchman Formation paleofloral sites. Climate estimates were calculated using leaf margin analysis (LMA) and the Climate Leaf Analysis Multivariate Program (CLAMP), and compared with other paleoclimate estimates for the Western Interior Basin. The LMA and CLAMP estimates were not significantly different from those derived from the paleosol analyses, and were broadly similar to estimates from coeval sites in Montana and Wyoming. Based on the presence of inertinite (fossil charcoal) in one paleofloral site, the marked disparity in floral diversity between the two sites was suggested to be reflective of ecological succession following a disturbance by fire. Chapter 4 explores trends in vertebrate diversity throughout the Frenchman Formation, based on some 7400 fossils from 38 vertebrate microsites. Fossils were collected, along with the lithostratigraphic information necessary to place them in a chronological context, and were sorted, identified and catalogued. Temporal variations in alpha (within-site) and beta (among-site) diversities were explored. On the level of the ecological community, no significant overall trends in vertebrate diversity were recovered, although small-scale biodiversity patterns were discovered. A distinct turnover in turtle family diversity was found, coinciding with an increased occurrence of coastal-like taxa in the upper part of the formation. These diversity trends may be linked to increased brackish-water conditions associated with the Cantapeta Advance, a marine transgression described from coeval deposits in Wyoming. This study lends support to the catastrophic theory of the end-Cretaceous extinction, and underlines the importance of exploring both local and regional driver of paleodiversity. Furthermore, it demonstrates that focusing on the pre-extinction diversity patterns of single vertebrate groups (i.e. dinosaurs) can be misleading, as the group diversity can fluctuate independently of the overall diversity. These results have important implications for our understanding of the timing and cause of the Cretaceous mass extinction on local scales, and demonstrate the benefits of assessing paleodiversity patterns on multiple ecological levels. / Les dépôts du Maastrichtien (66Ma) de la formation Frenchman (Saskatchewan, Canada) sont connus pour leur richesse fossilifères. Ils contiennent ainsi un enregistrement continu et complet de la diversité des vertébrés terrestres pour les dernières 500 milles ans avant l'extinction de masse de la fin du Crétacé. L'objective de ces études était de reconstruire les patrons de la biodiversité au niveau de l'écologie des communautés, et d'explorer les variables paléoenvironnementales et paléoclimatiques qui ont influencé ces patrons. La principale localité étudiée était le Bloc Est du Parc National des Prairies dans le sud du Saskatchewan. Le deuxième chapitre se concentre sur l'étude des environnements de dépôts de la formation Frenchmann (GNP), reposant sur l'analyse de 23 sections stratigraphiques cartographiées, ainsi que sur des échantillonnages sédimentaires et des paléosols (sols anciens). L'étude stratigraphique a révélé une série de cycles de dépôts répétés, et en s'appuyant sur ces cycles, la formation Frenchman peut alors être divisée en 7 unités lithostratigraphiques. Les données paléoclimatiques ont été déterminées grâce à une analyse par spectrométrie de fluorescence X (SFX) des échantillons de paléosols. Aucune tendance temporelle significative dans la moyenne annuelle des température ou des précipitations n'a pu être enregistrée, bien que d'autres indicateurs sédimentaires montrent que le climat a pu fluctuer de façon saisonnière ou á une très petite échelle. Le chapitre 3 présente une deuxième ensemble de d'estimations paléoclimatiques dérivées provenant de la physiogamie de macrofossile de plantes (feuilles) trouvés dans les sites paléofloraux des deux formations Frenchman. Les estimations climatiques ont été calculées grâce à l'analyse des bords des feuilles ainsi que le Climate Leaf Analysis Multivariate Program (CLAMP). Les estimations basées sur les paléoflores ne présentaient pas de différences significatives avec celles obtenues par l'analyse des paléosols, et étaient majoritairement semblables aux estimations des sites du même âge dans le Montana et le Wyoming. Reposant sur la présence d'inertinite (charbon de bois fossile) dans un des sites paléofloraux, l'importante disparité observée au sein de la diversité florale des deux sites a été interprétée comme reflétant la succession écologique faisant suite à des feux de forêts. Le chapitre IV explore les tendances de la diversité au sein des assemblages de vertébrés au sein de la formation Frenchman. Pour se faire ont été étudiés environ 7400 fossiles récoltés sur les 38 microsites à vertébrés du Parc National des Prairies. Ils ont ensuite été triés, identifiés et catalogués. S'en est suivie une exploration des variations temporelles des diversités alpha et beta. D'un point de vue de l'écologie des communautés, aucune tendance significative au sein de la diversité des vertébrés n'a été observée, même si les diversités des groupes indépendants de vertébrés ont effectivement varié, généralement de façon asynchrone. Un renouvellement distinct de taxons de tortues a été noté, coïncident avec une occurrence croissante de taxons côtiers dans la partie supérieure de la formation. Cette étude démontre que le déclin de la diversité pré-extinction, annonciateur de l'extinction de masse caractéristique du Crétacé, n'était pas global dans la nature. De plus, elle démontre que se concentrer sur un seul groupe de vertébrés (i.e. dinosaures) pour comprendre les patrons de la diversité pré-extinction peut conduire à des interprétations trop générales, la diversité d'un groupe pouvant fluctuer indépendamment au sein de la diversité totale. Ces résultats ont d'importantes implications pour notre compréhension de la chronologie et des causes de l'extinction de masse Crétacé sur des échelles locales, et démontrent les bénéfices d'évaluer les patrons de la paléodiversité sur des échelles écologiques plus larges.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121373 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Bamforth, Emily |
| Contributors | Hans Carl Larsson (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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