GEOLOGICAL HISTORY OF INNER SHELF QUATERNARY SUCCESSIONS 

FROM THE SOUTHEASTERN MEDITERRANEAN, ISRAEL

Avital A.

1, 2

, Almogi-Labin A.

2*

, Benjamini C.

1

1

Department of Geological and Environmental Sciences, Ben-Gurion University of the Negev, Israel

2

Geological Survey of Israel, Jerusalem 95501, Israel - * almogi@mail.gsi.gov.il

Abstract

The southeastern Mediterranean shelf located in the distal part of the Nile Delta was subjected to sea level oscillations during the Upper

Quaternary. To study the history of this key area, two cores drilled offshore Ashqelon, southern Mediterranean coast of Israel in water

depths of 9.5 and 25 m, were analyzed. TL, U-Th and 

14

C dating techniques and some foraminiferal biomarkers enabled for the first time

to correlate shallow water sedimentary successions representing the last 330,000 y with their deep-sea equivalents. Facies and faunal

analyses indicate that most of the sediments were deposited in near-shore environments with only short intervals of continental episodes.

Key words: Southeastern Mediterranean, Nile delta, Upper Quaternary, Chronostratigraphy, Foraminifera

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

6

Introduction

The present-day sedimentological regime of the SE Mediterranean

was established during the Pliocene. Clastic sediments derived from

the delta of the Nile River have been accumulated on the inner shelf

of southeastern Mediterranean, transforming it from a carbonate

platform in the Miocene to a series of protruding deltas in the Plio-

Pleistocene-Holocene. Late Quaternary climatic conditions severely

altered both marine and coastal environments. Repeated shifts of the

shoreline, caused by interglacial/glacial transgressions and

regressions, were responsible for considerable facies oscillations. La-

teral and horizontal discontinuities in inner shelf records were en-

countered, hampering an accurate regional correlation and environ-

mental reconstruction. The aim of this study is to establish a multiple

stratigraphic framework and to reconstruct the regional paleoenviron-

ments during the last 330 kyr using continuous 83-100 m long cores

from the SE Mediterranean shelf.

Material and methods

The region selected for this study is the off Ashqelon inner shelf

area, southern Israel, which seems to represent more accurately the

variability of the Nilotic cell. Two boreholes, 83 and 100 m long,

taken 0.5 and 2.5 km off Ashqelon, at 9.5 and 25 m water depths,

respectively were selected for this study. Data collected consists of

sedimentology (grain size analysis, carbonate content, petrography of

indurated horizons), and quantitative foraminiferal studies for

reconstruction of the marine environments and correlation. Dating

techniques included AMS

14

C, (TIMS) U-Th, and luminescence (1),

enabling correlation to marine isotope stages (MIS) chrono-

stratigraphy (2) and sea level oscillations (3).

Results and discussion

The inner shelf of the distal, easternmost end of the Nile River delta

records in great detail the history of past climates and sea level

changes. The Upper Quaternary sequence begins with carbonate-rich

~20 m thick silicicalstic unit, dated at ~335±24 to 231±9 kyr, which

records the interglacial marine isotope stage (MIS) 9 and 7.3 and the

intervening glacial MIS 8. Most of this period was arid. Low

sedimentation rates of ~13 cm/ky and high carbonate content of up to

81% are accompanied by oligotrophy of the sea?oor. Benthic

foraminifera species richness is high (up to ~100 species, H(S) = ~3.6;

Equitability = ~0.5) and the assemblages is composed of tropical-

subtropical species including the symbiont bearing Amphisorus

hemprichii, Peneroplisspp. and Sorites orbiculus(4).This indicates

severe reduction or cut off of Nilotic input and establishment of a

carbonate ramp on the southern continental shelf off Israel.

During the interval 223-175 kyr, silty-sandy marine sediments were

deposited rapidly representing major increases in Nilotic input and

near-shore marine productivity (5). Fresh water (6) and ?uviatile input

(7) into the eastern Mediterranean caused major changes. Sedimen-

tation rates exceeding more than 50 cm/kyr, gradual reduction in car-

bonate content and the replacement of the symbiont-bearing larger

foraminifera assemblage with opportunistic species responding to the

increase in organic matter indicate transition to euotrohpy and that the

carbonate ramp and its accompanying vegetation ceased to exist.

Sea level fell towards the end of the penultimate glacial, MIS 6.4-

6.3, with the shoreline migrating westwards as demonstrated by

intertidal beachrocks in the eastern core. Between 139±12 and 128

kyr continued cooling and sea level fall of ~-130 m is evidenced by

the accumulation of loamy paleosol.

During the last interglacial MIS 5, between 128-70 kyr, resumption

of Nile River activity is indicated by the accumulation of marine sands

and silty sands. Sea levels were oscillated at a relatively high level,

and the warm climate varied from humid to dry (6). During substages

5.5, 5.3 and 5.1 (~125, ~100, and ~80 kyr respectively) the shoreline

was at least 5 km east of the present coastline (8). A break in the

marine sedimentation occurred during MIS 5.4 (~110 kyr) when sand

dunes formed 2 km west of the present coastline under arid

conditions.

In the early part of the last glacial, ~70-~55 kyr, when sea level was

at -60 to -55 m (3) marine sands and indurated sandstones accu-

mulated in the west at a low rate, re?ecting reduced Nile River

contribution. Between ~50 and ~19 kyr, sea level gradually fell to

–120 m. The entire shelf became exposed and a paleosol corres-

ponding to the onshore Netanya Hamra developed (1). This paleosol

formed under arid conditions; however intensive pedogenetic activity

took place during the more humid interval, between 36-25 kyr (6), and

subsequently during deglaciation.

As the early Holocene sea level rose, rates of sedimentation

increased rapidly to ~400 cm/1000 y and sands and silty sands cove-

red the entire pre-Holocene exposed shelf. Towards the east silty clays

of a brackish/fresh water origin accumulated. This unit seems to be

intimately linked to the rapid sea level rise, high rate of deposition,

and humid climate conditions prevailing in the early part of the

Holocene, and is known from various parts of the coastal plain.

References

1-Porat N., Avital A., Frechen M., and Almogi-Labin A., 2003.

Chronology of upper Quaternary offshore successions from the

southeastern Mediterranean Sea, Israel. Quat. Sci. Rev. 22: 1191-1199.

2-Imbrie J., Hays J.D., Martinson D.G., McIntyre A., Mix A.C., Morley

J.J., Pisias N.G., Prell W.L., Shackleton N.J., 1984. The orbital theory of

Pleistocene climate: support from a revised chronology of the marine 

d

18

O

record, Pp. 269-305. In:Berger A., Imbrie J., Hays J., Kukla G., Saltzman

B. (eds), Milankovitch and climate, Reidel Publishing Company.

3-Waelbroeck C., Labeyrie L., Michel E., Duplessy J.C., McManus J.F.,

Lambeck K., Balbon E. and Labracherie M., 2002. Sea-level and deep

water temperature changes derived from benthic foraminifera isotopic

records. Quat. Sci. Rev, 21: 295-305.

4-Langer M., and Hottinger, L., 2000. Biogeography of selected “larger”

foraminifera. Micropaleontology, 46: 105-126.

5-Rossignol-Strick M., 1985. Mediterranean Quaternary sapropels, an

immediate response of the African monsoon to variation of insolation.

Palaeogeogr., Palaeoclimat., Palaeoecol.,.49: 237-263.

6-Bar-Matthews M., Ayalon A., Gilmour M., Matthews A., and

Hawkesworth C.J., 2003. Sea-land oxygen isotopic relationships from

planktonic foraminifera and speleothems in the Eastern Mediterranean

region and their implication for paleorainfall during interglacial intervals.

Geochim. Cosmochim. Acta,67: 3181-3199.

7-Calvert S.E., and Fontugne M.R., 2001. On the late Pleistocene-

Holocene sapropel record of climatic and oceanographic variability in the

eastern Mediterranean. Paleoceanography, 16: 78-94.

8-Reiss Z., and Issar A., 1961. Subsurface Quaternary correlation in the

Tel Aviv region. GSI Bull.32: 10-26.