CICLOSTRATIGRAFIA CICLOSTRATIGRAFIA

Транскрипт

1 CICLOSTRATIGRAFIA CICLOSTRATIGRAFIA: metodologia di indagine la cui finalità è la taratura cronologica e la correlazione di successioni sedimentarie, basata sul riconoscimento e sul conteggio dei vari ordini di ciclicità in esse contenute (Fischer, 1986). La ciclostratigrafia è una branca della stratigrafia che si occupa di identificare, caratterizzare, correlare e interpretare variazioni cicliche (periodiche o quasiperiodiche) nella registrazione stratigrafica, ed in particolare della loro applicabilità in geocronologia, migliorando l accuratezza e la risoluzione degli inquadramenti stratigrafico-temporali (circolare ISSC 100, 25 gennaio 2002) CICLO SEDIMENTARIO: Repetitive groups of rock units components that tend to occur in certain order (American Geological Institute, 1972) Un ciclo è costituito da almeno 3 unità (litofacies) che si ripetono nello stesso ordine o quasi. Se sono soltanto due, si parla di ripetizioni, alternanze o ritmi. Un fenomeno ciclico, non direttamente associato alla sedimentazione, come ad esempio quello delle stagioni, può però esser registrato nel record stratigrafico-deposizionale da una semplice alternanza (varve).

2 Fo te: ple.co /archeologia/ etodi-di-datazio e- ar e/ Varve Fo te: ple.co /archeologia/ etodi-di-datazio e- ar e/

3 Alcuni fondamentali contributi: GILBERT(1895): stratificazioni ritmiche delle successioni cretaciche del Colorado (Usa), calcolata durata approssimativa di parte del Cretacico superiore (risultati molto vicini a quelli delle scale geocronologiche attuali). MILANKOVITCH (1941): influenza delle variazioni orbitali sul clima, solide basi matematiche alla teoria del controllo astronomico nelle epoche glaciali.

4 Tra le successioni sedimentarie, quelle carbonatiche esibiscono il carattere ciclico in maniera decisamente più evidente. Da Bosellini, 1991 D. Masetti Cici peritidali - successione retica (Triassico sup.) esposta nella parete occidentale della Pietra Grande (Gruppo delle Dolomiti del Brenta).

5 Da Bosellini, 1996

6 La progradazione di una tidal flat produce un corpo cuneiforme in cui si sovrappongono, dal basso verso l alto, facies sub-, inter- e sopratidali. Immagini tratte da Bosellini, 1991 Ciclo peritidale: è assimetrico, organizzato verticalmente secondo il tipo A-B-C, A-B-C, A-B-C Contatti netti disconformi separano l unità sopratidale di un ciclo da quello subtidale del ciclo soprastante.

7 MODELLO AUTOCICLICO (Ginsburg, 1971) poiché interamente legato ai processi sedimentari interni all ambiente deposizionale laguna 1-2 ma da Bosellini, 1991 Si ritiene che il tempo necessario per lo sviluppo di un singolo ciclo, attraverso questo meccanismo, possa variare tra i 10 e 100 ka (cicli ad alta frequenza), in funzione dell ampiezza della piattaforma, dei tassi della subsidenza e della velocità di produzione del sedimento carbonatico. Controllo sedimentazione di tipo locale + tasso subsidenza costante + rifornimento sedimento poco variabile = cicli peritidali di spessore all'incirca costante.

8 MA esistono sequenze peritidali caratterizzate da notevole variazione dello spessore dei cicli, organizzate in gruppi in cui si assiste ad un graduale assottigliamento dei singoli cicli verso l alto. Esistono anche tematiche cicliche shallowing upward che non rispecchiano la classica organizzazione peritidale. MODELLO(I) ALLOCICLICO(I) poiché legato a processi fondamentalmente controllati da fattori esterni all ambiente sedimentario Tra i meccanismi responsabili: Movimenti tettonici durata e frequenza variabile degli eventi tettonici non potrebbero produrre il ciclico arrangiamento registrato nei cicli shallowing-up. Cambiamenti climatici influiscono in modo diretto o indiretto sulla produttività carbonatica (temperatura, salinità, piovosità, sviluppo vegetazione in eventuali aree continentali, variazioni apporti sedimento terrigeno verso fascia costiera ) Variazioni eustatiche del livello del mare il maggior controllo sulla produttività carbonatica avviene attraverso le fluttuazioni glacio-eustatiche del livello del mare, direttamente connesse ai cambiamenti climatici.

9 Perturbazioni orbitali (Cicli di Milakovic, 1941) La teoria di Milankovitch (1941) lega i parametri orbitali ai cambiamenti climatici globali avvenuti sulla Terra (cicli climatico-orbitali). Nell insieme, le perturbazioni dell orbita terrestre si manifestano sottoforma di periodiche variazioni dell energia solare che raggiunge la superficie terrestre, influenzando la distribuzione delle fasce climatiche del globo e il contrasto stagionale (estate-inverno). Con l'eccentricità attuale, la differenza tra le distanze Terra-Sole che si hanno al perielio (punto dell'orbita più vicino al sole) e all afelio (punto dell'orbita più lontano dal sole) causa un aumento del 6,8% nella radiazione solare che raggiunge la Terra.

10 Rappresentazione schematica della complessa interazione dei processi che agiscono nella massa d acqua oceanica, innescati da variazioni climatiche globali (da Poletti et al. 2004) Alle alte latitudini: alto contrasto stagionale: diminuzione volume masse di ghiaccio continentale, risalita eustatica. basso contrasto stagionale incremento volume masse di ghiaccio continentale, abbassamento eustatico I ritmi astronomici di Milankovitch possono anche far variare la T delle masse oceaniche e quindi il loro volume così come innescare variazioni climatiche nelle aree tropicali di mare basso, ovvero influenzare la carbonate factory.

11 APPLICAZIONI DELLA CICLICITA ORBITALE: 1. la ciclicità sedimentaria controllata dalle perturbazioni orbitali può essere utilizzata come strumento per calibrare le scale geocronologiche. 2. comprensione del legame tra ciclicità sedimentaria e variazioni climatiche a grande scala; in questo senso la ciclostratigrafia orbitale si rivela uno strumento potenzialmente di grande importanza per la comprensione dell evoluzione climatica. Come: è necessario correlare la ciclicità al tipo di variazione orbitale dalla quale deriva e misurare la durata dei cicli, cioè tradurre gli spessori sedimentari in termini di tempo assoluto. Le metodologie utilizzate per la traduzione temporale di un espressione ciclica sedimentaria può essere il conteggio delle varve nei depositi lacustri o evaporitici, il riconoscimento della gerarchia dei cicli, ecc ORDINE I II III IV V VI INTERVALLO DI DURATA > 50 Ma 3-50 Ma Ma ka ka ka Vail et al., 1991

12 CICLI PERITIDALI NELLA SUCCESSIONE TRIASSICA DI LOFER, Fisher, 1966 (MODELLO ALLOCICLICO) Esempio di controllo climatico-orbitale sulla deposizione in ambiente di piattaforma carbonatica (mare sottile): cicli peritidali di durata approssimativa di 50 ka attribuiti a deboli variazioni eustatiche innescate da variazioni di volume di una piccola calotta glaciale, in accordo con il ritmo di 41 ka dell obliquità dell asse terrestre. Immagini tratte da Fischer, 1964

13 CICLI DIAGENETICI NELLA SUCCESSIONE MEDIO TRIASSICA DEL LATEMAR, Goldhammer et al.,1987 (MODELLO ALLOCICLICO) Esempio di controllo climatico-orbitale sulla deposizione in ambiente di piattaforma carbonatica (mare sottile): ogni strato corrisponde ad un ciclo generato da una piccola oscillazione del livello del mare, ricollegabile ad un meccanismo glacioeustatico indotto da perturbazioni orbitali. I cicli deposizionali di base sono organizzati in raggruppamenti di ordine maggiore (megacicli), secondo il prevalente rapporto di 5:1 (tendenza verticale thinning-up). Relazione interpretabile come risultato di fluttuazioni eustatiche generate da cicli di precessione (20 ka) modulati da un ciclo di eccentricità (100 ka). Latemar Diagenetic cap (esposizione subaerea) Unità subtidale Archivio foto Masetti D. Ciclo diagenetico (shallowing up) Archivio foto Masetti D.

14 CICLI SUBTIDALI DEL MEMBRO INFERIORE DEI CALCARI GRIGI, GRIGI Claps 1993 (MODELLO ALLOCICLICO) Meccanismo allociclico glacioeustatico. L oscillazione gliacioeustatica è controllata da periodicità simili a quelle previste dalla teoria di Milankovic: Due ordini di ciclicità (da Claps, 1993) - precessione degli equinozi - 21 ka (cicli V ordine) - eccentricità ka (cicli IV ordine) Archivio foto Masetti D. Ciclo base: carbonati subtidali a cui si sovrappongono livelli centimetrici di argilla verdastra. Semplificando, rispecchia alternanza di: - condizioni sedimentazione carbonatica (attiva produttività): unità subtidale - concentrazione materiale terrigeno in sospensione (stasi della produttività): livelli di argilla Da Avanzini et al., 2006

15 RITMI CLIMATICI DEI CARBONATI PELAGICI E EMIPELAGICI (MODELLO ALLOCICLICO) Ritmiche oscillazione parametri orbitali previste da Milankovitch ritmi litologici metrici - decimetrici (es.: coppie calcare-marna) Meccanismi suggeriti prevedono l alternarsi di: cicli di produttività (apporti carbonatici) cicli di diluizione (apporti terrigeni) cicli di dissoluzione (carbonatica) cicli di ossido-riduzione (apporto materia organica al fondo e tenore O 2 ) Esempio degli Scisti a Fucoidi aptiani-albiani (Bacino umbro-marchigiano) Semplificando, in sintesi: Coppie calcare-marna (circa 10 cm): precessione (20 ka) Gruppi di coppie calcere-marna (bundles): eccentricità corta (100 ka) Gruppi di bundles: eccentricità lunga (400 ka) Archivio foto Masetti D. Osservate anche fluttuazioni abbondanza foraminiferi planctonici riconducibili a tali frequenze

16 Interazioni tra clima, circolazione oceanica ed i diversi tipi di sedimentazione pelagica (da Poletti et al. 2004)

17 Ciclicità ad alta frequenza degli Scisti a Fucoidi (Umbria). Gli strati più spessi sono i livelli più carbonatici dei bundles (da Erba et al., 1989)

18 Foto Masetti D. L ispessimento verso l alto degli strati è dovuto al progressivo incremento del carbonato di calcio rispetto all argilla (Depositi bacinali retici Lombardia)

19 Cicli di Ossido-Riduzione Archivio foto Masetti D.