Appunti di Sedimentologia - INTRODUZIONE AI CARBONATI, LA SEDIMETAZIONE CARBONATICA

Fonte: http://www.digilands.it/natura-illustrata/scienzacultura/triassico/index.html (18.01.2013 ore 13.36) 

CARBONATE ARE BORN, NOT MADE (frase di un geologo canadese), questa frase rispecchia il centro focale della sedimentazione carbonatica. 

Al contrario dei depositi silicoclastici, infatti, i depositi carbonatici hanno una stretta correlazione con il mondo biologico, e gli organismi nel particolare. 

I 3 principali principi della sedimentazione carbonatica sono quindi: 

1. ORIGINE ORGANICA; 
2. AUTOCOSTRUENTI; 
3. LABILITA’ DIAGENETICA (ossia hanno una cementazione precoce). 

A questi va ad aggiungersi il fatto che la produzione dei carbonati è molto localizzata. 

La CRESCITA e PRODUZIONE dei carbonati ha quindi stretti legami con l’ambiente oceanico, e ai fattori biologici, geografici, fisici e chimici degli ambienti oceanici, ossia: 

1. CHIMISMO DELLE ACQUE; 
2. LUCE;
3. PROFONDITA’; 
4. LATITUDINI; 
5. TEMPERATURA E SALINITA’; 
6. NUTRIENTI; 
7. CORRENTI.

Si analizzano ora i diversi fattori di controllo in una deposizione carbonatica: 

CHIMISMO DELLE ACQUE --> 

Nel caso del tempo geologico, la composizione chimica del mare è stata soggetta a cicli secolari di fluttuazione di calcite e aragonite. La curva di Sandberg ha messo in evidenza come esista una buona correlazione o corrispondenza (anche se non perfetta) tra i periodi di mare aragonitico e i periodi di mare calcitico, e gli episodi climatici di Greenhouse (quando non abbiamo calotte glaciali) e di Icehouse (quando ci sono calotte glaciali). Per la precisione: 

• Greenhouse --> mare calcitico; 
• Icehouse --> mare aragonitico. 

Attualmente ci troviamo in un periodo di Icehouse (aragonite). Il chimismo calcitico o aragonitico delle acque ovviamente si riflette sugli organismi, sulle loro strutture o gusci. Ci sono organismi che sviluppano un guscio aragonitico (come i coralli, infatti oggi c’è diffusione dei coralli come produttori di barriere), mentre altri che prediligono un guscio calcitico (le rudiste). Altri organismi invece hanno famiglie sia con guscio aragonitico e altre con guscio calcitico come le rudiste. 

Altro fattore chimico condizionante nelle acque è il rapporto Mg/Ca. Questo rapporto è inversamente proporzionale al contenuto di calcite nelle acque: la calcite più stabile è quella a basso contenuto di Mg (LOW-Mg CALCITE), e corrisponde ai periodi di mare calcitico (greenhouse), mentre nei periodi di mare aragonitico privilegiava una calcite meno stabile, ad alto contenuto di Mg (HIGH-Mg CALCITE), che provoca la deposizione di depositi evaporitici in gesso (MgSO4) (tantè che nel messiniano, miocene, ci fu una diffusa deposizione di gesso nel Mar Mediterraneo che corrispondeva ad un passaggio a Mare aragonitico). 

LUCE --> 

La penetrazione della luce segue una curva che decresce in maniera esponenziale all'aumentare della profondità. Quindi la massima produzione carbonatica, almeno nell'attuale avviene nei primi 10-20 m. Ovviamente più l’acqua risulta trasparente, più questa zona di produzione può spingersi in profondità. Nelle zone carbonatiche o del Pacifico si ha produzione di CaCo3 anche fino a 80-100 m, tuttavia 100 m è il limite massimo della zona eufotica, ossia il livello dove l’O2 prodotto per fotosintesi e quello consumato per la respirazione sono bilanciati. 

ZONA OLIGOFOTICA --> zona con poca luce dominata dalle alghe rosse. 

NUTRIENTI --> 

Un fattore limitante alla penetrazione della luce sono i nutrienti disciolti in acqua. Per esempio, in Sud America, abbiamo ad Est bassa penetrazione della luce per l’immissione di sedimenti da parte del Rio delle Amazzoni, mentre ad W per la risalita di correnti di upwelling (correnti fredde ricche di nutrienti) abbiamo diminuzione della trasparenza dell’acqua. Anche nel Mediterraneo la produzione dei coralli è ostacolata dai troppi nutrienti: difatti i coralli sono abituati a zone con pochi nutrienti quindi vivono in ambiente OLIGOTROFICO (nel Mediterraneo penetrazione luce: 90m). 

PROFONDITA’ --> 

La produzione carbonatica si concentra nella zona fotica, zona di penetrazione della luce. 

LATITUDINE --> 

La latitudine è un altro fattore condizionante la distribuzione e crescita delle facies carbonatiche. 

Difatti i coralli riescono a sopravvivere fino a latitudine di 35° Nord e Sud (l’Italia si trova sui 40° Nord); le Holimea (alghe verdi) fino a 30°; le alghe rosse e i foraminiferi si trovano sia in contesti tropicali che temperati. Molluschi, briozoi e brachiopodi diventano più abbondanti man mano che ci si sposta verso le alte latitudini. 

In generale la zona di crescita attuale e maggiore delle facies carbonatiche si ha tra gli 0° e i 20° di latitudine, scomparendo oltre i 40°. 

PRINCIPALI PRODUTTORI CaCO3

Cretacico sup --> rudiste; terziario, nell’intervallo paleogenico --> LBF (large Beuttric Foraminifer = Numuliti); terziario più attuale --> coralli. 

Tutti questi fattori, più temperatura e salinità, hanno portato gli autori a distinguere 2 principali associazioni faunistiche di produzione di CaCO3: 

1. I CHLOROZOAN (alghe verdi + coralli) --> rispecchiano tipiche associazioni da onda tropicale; 
2. I FORAMOL (foraminiferi + molluschi) --> associazioni tipiche di aree temperate fredde. 

Le associazioni foramol tendono ad avere distribuzione di temperatura più ampia, difatti nel cretacico sup, nonostante le diffuse condizioni tropicali (greenhouse), avevamo il momento di massima espansione delle piattaforme carbonatiche ad opera della prevalente associazione foramol. 

Pertanto per ogni zona di produzione carbonatica (tropicale >22°C, Subtropicale 22-18°C, temperata 18-10°C, fredda 10-5°C e polare <5°C) gli autori hanno associato una associazione faunistica preponderante. Fu James, nel 1997, a semplificare queste associazioni distinguendo l’associazione PHOTOZOAN, ossia organismi legati alla luce (ad es alghe verdi e coralli) come tipiche associazioni di climi tropicali e subtropicali, e l’associazione HETEROZOAN, ossia organismi eterotrofi (ad es bivalvi) come tipici di acque temperate-fredde. 

In generale, la crescita degli organismi che producono CaCO3 segue una curva sigmoidale chiamata CURVA DI CRESCITA (Neumann, 1976). 

Fonte: appunti del dott. Gilberto Cerasuolo 

Riassumendo in un grafico generale la precipitazione carbonatica in contesti marini può essere di 2 tipi: 

1. ABIOTICA --> per precipitazione da acque sovrasature in CaCO3; 
2. BIOTICA --> legata al mondo biologico, agli organismi --> 

• INDOTTA dagli ORGANISMI --> ad es le stromatoliti che generano depositi a MUD-MOUND; 
• CONTROLLATA dagli ORGANISMI --> per es dei grani scheletrici --> 
• ORGANISMI ETEROTROFI (bivalvi) --> ambiente temperato freddo; 
• ORGANISMI AUTOTROFI (coralli, alghe verdi) --> ambiente tropicale.

Fonte: Appunti del dott. Gilberto Cerasuolo