Riassunto analitico
Questo studio è focalizzato sull’analisi dell’evoluzione parallela di sistemi di piattaforma carbonatica e pelagici dell’Appennino settentrionale. In particolare sono stati analizzati i fattori che hanno determinato l’origine e la morte di una piattaforma originatasi sul prisma di accrezione appenninico (Form. di San Marino) e i sedimenti coevi depositatesi nell’adiacente bacino di avanfossa (Form. Marne di Vicchio). Lo studio integrato di chemiostratigrafia, microfacies e analisi composizionale della successione carbonatica ha individuato 3 fasi evolutive. La prima corrisponde ad un periodo di massima produttività carbonatica seguita da un periodo di crescita e da una seguente fase di declino e morte della piattaforma. L’evoluzione iniziale è avvenuta in acque eutrofiche e in ambiente trasgressivo ad alta energia, durante un periodo caldo del mediterraneo. È seguita una fase di transizione caratterizzata da diminuzione della produttività carbonatica e da deposizione intermittente di materiale terrigeno. La terza fase, morte della piattaforma, è contraddistinta da facies di approfondimento (areniti ibride a grana fine a marne sabbiose). La morte della piattaforma deriva dalla combinazione di diversi fattori regionali e globali. La tettonica sinsedimentaria ha innescato la subsidenza del bacino intensificando gli apporti detritici. La sovrapposizione di eventi paleoclimatici e paleogeografici (Monterey Event; Middle Miocene Climate Optimum) ha contribuito agli apporti di materiale terrigeno e nutrienti al bacino, dovuti a un’intensa alterazione meteorica delle zone emerse. Lo studio del 13C conferma che la produzione carbonatica della piattaforma è stata influenzata dall’evento globale di fertilità. Nella parte massiva della successione, i valori del carbonio presentano una buona correlazione con la curva globale di riferimento di Zachos et al. 2008. Nella porzione medio-superiore della sezione, l’incremento degli apporti detritici ha influenzato il segnale spostando il 13C verso valori più negativi, evidenziando l’impatto dei fattori locali rispetto a quelli globali. Lo studio degli isotopi dello stronzio ha permesso la datazione della piattaforma nella porzione massiva tra 16.9 Ma e 16.1 Ma. Per comprendere i processi che hanno influenzato il sistema di piattaforma-bacino, sono state effettuate analisi di isotopi stabili e biomarkers su sedimenti bacinali di avanfossa (Form. di Vicchio). Diversi tipi di composti quali alcani, alchenoni, GDGTs, sono stati estratti. è stato misurato il 13C del composto C31, derivante da cere di foglie di piante terrestri, il quale indica che la vegetazione continentale dell’area mediterranea (Burdigaliano-Serravalliano) era caratterizzata da piante C3 appartenenti ad un ecosistema di prateria arbustiva (Magill et al., 2013). Le stime delle paleo-temperature sono state effettuate attraverso l’indice TEX86 e confermano la fase calda attraversata dal mediterraneo durante l’intervallo 18-15.5 Ma. Lo studio dei GDGTs ha aiutato a discriminare la provenienza del materiale organico contenuto nei sedimenti bacinali e ha evidenziato un incremento del segnale marino in corrispondenza alla fase di annegamento della piattaforma. Il prosperare dei batteri marini conferma le condizioni eutrofiche del mediterraneo durante il Langhiano superiore. La fertilità delle acque che inizialmente ha favorito lo sviluppo di organismi di tipo oligofotico, successivamente, rafforzato da input locali, ha contribuito al progressivo aumento e successivo eccesso della concentrazione di nutrienti nelle acque. Questo ha comportato un aumento della torbidità delle acque e l’abbassamento dei livelli di ossigenazione del fondo portando alla crisi del sistema carbonatico.
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Abstract
The PhD project aims to constrain the Middle Miocene paleoenvironmental evolution of the shelf-slope system in the Northern Apennines. More specifically it focuses on factors controlling the inception and demise of a shallow-water shelf on wedge-top basin in the accretionary prism and the coeval adjacent inner foredeep sediments. Samples were collected in the Torriana outcrop (Marecchia Valley), representative of the entire shallow-water succession. A detailed chemostratigraphic study, microfacies and compositional analysis have been performed allowing to identify three phases through which the carbonate ecosystem evolved. 1.The healthy phase of the carbonate shelf, originated in a high-energy transgressive setting and evolved in eutrophic waters, during a warm period. 2.The transitional stage is marked by a reduction of carbonate productivity and by terrigenous intermittent pulses. 3.The drowning succession corresponds to deepening upward facies (fine-grained hybrid arenites, sandy marls). The demise of the carbonate shelf might have resulted from a combination of regional and global factors controlling the detrital input, the nutrient budget and the deepening of the basin. Synsedimentary tectonics triggered subsidence of the basin and enhanced terrigenous discharge. The superposition of paleoclimatic and paleoceanographic events (Monterey Event, Middle Miocene Climate Optimum) could have contributed with the intense weathering and remarkable detrital and nutrients supply. The stable isotope study confirms that the carbonate production was influenced by the global fertility event. The carbon signature shows good correlation with Zachos et al. 2008 reference carbon curve, in the basal massive facies. In the middle-upper part of the section, the increase of terrigenous supply from continental runoff could have slightly dragged the 13C signature to lower values, highlighting the impact of local factors vs global ones. Strontium analyses performed on oyster shells permitted the absolute dating of the S. Marino Fm, constraining the massive portion of the shelf to 16.9 Ma and 16.1 Ma. In order to understand processes that affected the shelf-slope-system, biomarkers and stable isotopes have been performed on samples collected in foredeep basinal sediments (Vicchio Marl Fm), coeval with the S. Marino Fm. Different compounds as alkanes, alkenones and GDGTs have been extracted. 13C on C31 Terrestrial plant leaf waxes alkane has been measured since regional temperatures, aridity and pCO2 is registered by continental vegetation and reflected by their alkanes 13C. The carbon ratio of C31 compound indicates that the Burdigalian and Langhian continental vegetation in the Mediterranean regions where characterized by C3 plants belonging to a wooded grassland ecosystem according to Magill et al. 2013. Alkenones concentration where low, and it wasn’t possible to measure them from our samples. Ocean water paleo-temperature variation, calculated from TEX86 index derived from GDGTS, was estimated and confirms a warm stage of the Mediterranean regions during 18-15.5 M.a. Moreover, GDGTs helped to discriminate between marine and terrestrial organic matter contributions to the basinal setting, and shows a bloom of marine organic matter in correspondence to the drowning shelf phase. The flourishing of marine bacteria confirms the high eutrophic conditions of the Mediterranean Sea during the late Langhian stage. The fertility event initially may have favoured the development of oligophotic organisms, but successively, combined with local inputs, contributed to the increase, and then excess, of nutrient concentration. The increased water turbidity to which associated low oxygen concentrations at the sea floor, set the crisis of the carbonate system.
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