CAPITOLO 3 CARATTERISTICHE DEI SEDIMENTI CARBONATICI PARTICELLARI Descrizione: 1- COLORE 2- NATURA DEI COMPONENTI E LORO RAPPORTI TESSITURALI 3- STRUTTURE SEDIMENTARIE 4- CLASSIFICAZIONE 5- AMBIENTI SEDIMENTARI 1- COLORE Il colore della frazione granulometrica più fine dei sedimenti carbonatici particellari, tipicamente la micrite (si veda più avanti), da indicazioni sulle condizioni chimicofisiche, riducenti o ossidanti, dell ambiente di deposizione. Si parla in questo caso di colore autigeno della micrite (anche del cemento, si veda oltre). Ambiente riducente --------------------------------- Ambiente ossidante Nero, grigio, bruno, verde, azzurro, giallo, ocra, arancio, rosso, violetto. Lo spettro verso il nero indica condizioni via via più riducenti. Lo spettro verso il viola indica condizioni via via più ossidanti. 2- NATURA DEI COMPONENTI E LORO RAPPORTI TESSITURALI Una roccia carbonatica particellare è costituita da granuli biogeni e/o chimici immersi in una massa di fondo data da micrite e/o cementati tra loro da cemento calcitico o di altra natura. 2-1 GRANULI BIOGENI I GRANULI BIOGENI o bioclasti derivano nella maggior parte dei casi dalla disgregazione di gusci o parti scheletriche di organismi marini. I gruppi fossili più comuni che vanno a costituire i bioclasti delle rocce carbonatiche particellari sono: molluschi, coralli, echinodermi, foraminiferi, alghe calcaree, gasteropidi, brachiopodi, ecc. La loro abbondanza relativa nel tempo geologico è variata, come illustrato nello schema di Figura 3-1 (P è Paleozoico, M è Mesozoico e C è Cenozoico). 3. 1
Fig. 3-1 Nelle figure che seguono, da Figura 3-2 a Figura 3-12, sono riportati alcuni esempi di fossili presenti comunemente nelle rocce carbonatiche particellari. Il riconoscimenti di tali fossili richiede basi di Paleontologia e non puo' essere affrontato in queste dispense. Tra i granuli biogeni ricordo le oncoliti: granuli subsferici di dimensioni maggiori di 2 mm dati dalla crescita di feltri di alghe blu-verdi attorno ad un nucleo centrale (Fig. 3-9). Fig. 3-2. Fusulina. Fig. 3-3. Fusuline. 3. 2
LE ROCCE SEDIMENTARIE vs. 2005 Fig. 3-4. Alveoline, Orbitoline. Fig. 3-6. Gasteropodi. Fig. 3-8. Brachiopodi (Tetractinella). Fig. 3-5. Nummuliti, Discocicline. Fig. 3-7. Bivalvi (Daonelle). Fig. 3-9. Oncoliti (feltri di alghe blu-verdi che intrappolano sedimento calcareo). 3. 3
LE ROCCE SEDIMENTARIE vs. 2005 Fig. 3-10. Columnalia di crinoidi. Fig. 3-11. Crinoide. Fig. 3-12. Alghe Dasycladacee. Per una visione completa dei principali gruppi fossili, si consulti la pagina della collezione paleontologica del Dipartimento di Scienze della terra di Milano presso: http://users.unimi.it/vertpal/collezione%20paleontologica/apertura.htm 2-2 GRANULI CHIMICI Tra i piu' importanti granuli chimici vi sono le OOLITI e gli OOIDI. Le ooliti sono piccoli granuli di dimensioni inferiori ai 2 mm, costituiti da lamine concentriche di carbonato di calcio precipitate chimicamente attorno ad un granulo di qualunque origine (e.g., bioclasto). Si formano in acque soprassature, tipicamente (ma non esclusivamente) in ambienti ad alta energia, e hanno strutture costituite da cristalli disposti tangenzialmente alla superficie. Sono, in altre parole, strutture con un nucleo rivestito da involucri regolari di forma simmetrica, globosa o ovoidale con un nucleo di varia natura rivestito da involucri concentrici. Nomenclatura: Ooliti, quando lo spessore degli involucri supera le dimensioni del nucleo. Ooliti superficiali, quando lo spessore degli involucri è inferiore o uguale alle dimensioni del nucleo. Ooidi, termine generico quando non si riconoscono gli involucri (per esempio, le ooliti micritizzate per attività batterica). 3. 4
LE ROCCE SEDIMENTARIE vs. 2005 Fig. 3-13. Ooliti con cemento calcitico. Fig.3-14. Ooidi con cemento calcitico. PISOLITI e PISOIDI sono invece strutture subsferiche con un nucleo rivestito da involucri regolari molto ravvicinati di carbonato di calcio di precipitazione; hanno quindi origine chimica, come le ooliti. Il nucleo è in genere formato da frammenti litici; sono frequentemente associati a croste inorganiche (paleosuoli); si distinguono dalle ooliti essenzialmente su base granulometrica, avendo dimensioni maggiori di 2 mm. Attenzione inoltre a non confondere le pisoliti con le oncoliti. Fig. 3-15. Esempio di Pisoliti vadose con tipica gradazione inversa 2-3 MICRITE E CEMENTO La matrice carbonatica, detta micrite, è la frazione granulometrica ben selezionata (omogenea) presente tra particelle (biogene o chimiche; vedi sopra) di granulometria maggiore. La matrice è costituita da fango microcristallino di granulometria inferiore a 4 microns; è solitamente scura e composta da carbonato a grana finissima. Essa deriva da: disintegrazione di alghe calcaree verdi; disintegrazione di coccolitoforidi; abrasione di parti dure di organismi; precipitazione chimica diretta. 3. 5
Fig. 3-16. matrice micritica (micrite) marrone scuro presente tra bioclasti. Il cemento è costituito da cristalli di calcite che riempiono gli spazi tra i granuli (porosità) lasciati liberi dalla matrice, provocando la cementazione del sedimento. Generalmente sono cristalli limpidi e trasparenti di abito aciculare (cemento a palizzata) o euedrale (cemento a mosaico). Fig. 3-17. Nella foto di Figura 3-17, il cemento a palizzata riveste i granuli (in questo caso ooliti) formando una palizzata di cristalli con asse maggiore perpendicolare alla superficie del granulo, mentre il cemento a mosaico riempie gli spazi vuoti tra i granuli (porosità) formando un mosaico di cristalli euedrali. Il cemento a palizzata è quindi di prima generazione mentre quello a mosaico di seconda generazione. 3. 6
3- STRUTTURE SEDIMENTARIE Le strutture sedimentarie delle rocce carbonatiche particellari possono essere di origine biogena (bioturbazioni; vale quanto detto al Capitolo 2), fisica (gravità, correnti, moto ondoso; vale quanto detto al Capitolo 2), o chimica. Tra le tante strutture chimiche tipiche delle rocce carbonatiche vi sono le stiloliti, le fenestrae, i riempimenti geopetali. Fig. 3-18. Stiloliti. Fig. 3-19. Fenestrae in sedimenti sopratidalli. Le stiloliti (Fig. 3-18) sono il risultato dello scioglimento di parte del sedimento calcareo in seguito a presso-soluzione per carico litostatico e/o tettonico. Le stiloliti hanno la forma di 'suture craniche' sottolineate da veli scuri di materiale argilloso insolubile. Le Fenestrae (Fig. 3-19) si formano in ambienti sopratidali per disseccamento e contrazione del sedimento carbonatico che provoca la formazione di cavità millimetriche riempite da cemento calcitico. Nei riempimenti geopetali (Fig. 3-20), il cemento calcitico tardivo riempie una cavità nel sedimento lasciata libera dalla matrice. Ad esempio, la camera di abitazione di un gasteropodo, parzialmente riempita da micrite (scura) e cemento calcitico (bianco). L'interfaccia micrite/cemento indica la superficie paleo-orizzontale. Fig. 3-20. Riempimenti geopetali. Il cemento (bianco) ha riempito la cavità di un gasteropode lasciata libera dalla matrice (scura). 3. 7
4- CLASSIFICAZIONE GRANULOMETRICA Le rocce carbonatiche particellari si classificano su base granulometrica utilizzando la tabella seguente. (Altri schemi di classificazione delle rocce carbonatiche - non utilizzati in questo Corso - sono quello di FOLK, 1959 e DUNHAM, 1982). Dimensione granuli Nome roccia Classe granulometrica Maggiori di 2 mm Calciruditi Ruditica Tra 2 e 0.0625 mm Calcareniti Arenitica Minori di 0.0625 mm Calcilutiti Lutitica Classe granulometrica Ruditica Arenitica Lutitica Visibilità dei granuli Visibili ad occhio nuto, maggiori di 2 mm Visibili ad occhio nuto, minori di 2 mm Invisibili ad occhio nudo 5- AMBIENTI SEDIMENTARI L'ambiente di deposizione principale dei sedimenti carbonatici è quello di piattaforma carbonatica (Fig. 3-21). Nella parte interna della laguna (area 0 in Fig. 3-21), verso cioè la zona costiera soggetta all'azione delle maree (piana tidale), abbiamo, in codizioni di clima arido, la deposizione di croste evaporitiche con strutture a tepee, laminazioni e croste di gesso, duomi anidritici, suoli calcarei con pisoliti vadose (Fig. 3-22); inoltre, presenza di alternanze di feltri algali e livelli ricchi in particolato carbonatico che prendono il nome di stromatoliti (Fig. 3-23). Fig. 3-21. Bora Bora. Da 0 a 5 gli ambienti sedimentari discussi nel testo. 3. 8
LE ROCCE SEDIMENTARIE vs. 2005 Fig. 3-22 Fig. 3-23 Nella laguna dominano calcilutiti con bioturbazioni, calcilutiti/calcareniti a bioclasti (bivalvi, gasteropodi, foraminiferi), calcilutiti/calciruditi ad oncoliti, accumuli di alghe Dasycladacee (biocalcareniti e biocalciruditi ad alghe Dasycladacee), ecc., reefs "secondari" (patch reefs, knobs ecc.). In Figura 3-24 esempio di calcilutite/calcirudite a oncoliti, in Figura 3-25 biocalcirudite ad alghe Dasycladacee. Fig. 2-24 Fig. 3-25 Nella porzione di laguna verso la barriera corallina e il mare aperto dominano le barre costituite da accumuli di bioclasti e/o ooliti. Quando fossilizzano questi sedimenti diventano bio-calcareniti (Fig. 3-26) e oo-calcareniti (Fig. 3-27). 3. 9
LE ROCCE SEDIMENTARIE vs. 2005 Fig. 3-26 Fig. 3-27 Nella zona del reef (barriera corallina; Fig. 3-28) ad altissima energia dove frangono le onde oceaniche dominano le biocostruzioni a coralli, spugne, briozoi, ecc., che quando fossilizzano danno origine alle biolititi (Fig. 3-29). Fig. 3-28 Fig. 3-29 Verso il mare aperto, oltre la barriera corallina, lungo la scarpata che collega la barriera alla piana abissale, si deposita detrito di biocostruzioni smantellato dall'azione meccanica delle onde oceaniche. Tale detrito carbonatico ha granulometria decrescente dal reef verso la piana abissale (da calciruditi subito sotto il reef a calcareniti fino a code fini calcilutitiche di torbide calcaree verso la piana abissale). 3. 10
Fig. 3-30 In Figura 3-30 una calcirudite a brachiopodi e bioclasti di scarpata.. Nella piana abissale lontano dalla scarpata dominano le emipelagiti date dalla decantazione al fondo di gusci di organismi planctonici che vivono nella zona fotica soprastante. Le emipelagiti possono essere costituite da resti di organismi a guscio siliceo (radiolari, diatomee) o carbonatico (nannofossili, foraminiferi planctonici). Esse hanno granulometria lutitica, sono cioè delle calcilutiti (o radiolariti, diatomiti). In Figura 3-30 la distribuzione delle emipelagiti negli oceani attuali. Fig. 3-30 ---FINE SEDIMENTI CARBONATICI PARTICELLARI--- 3. 11