RICERCA ITALIANA     

Correlazioni tra underplating e magmatismo effusivo nelle Alpi tra il tardo Carbonifero ed il Permiano

Università degli Studi di Trieste

Abstract

Il significato geodinamico del magmatismo Permo-carbonifero ai margini dell'Adria è ampiamente dibattuto. Nel dominio Sudalpino esistono importanti espandimenti lavici, prevalentemente acidi ed intermedi, ben rappresentati nella regione Dolomitica. Inoltre affiora nella Zona Ivrea-Verbano, esposta in seguito alla collisione Alpina, una sezione di crosta inferiore interessata da underplating magmatico nello stesso periodo. Assumendo che la Zona Ivrea-Verbano sia rappresentativa di quanto avveniva nel Permo-carbonifero alla base della crosta nella regione Dolomitica, lo studio integrato delle due zone offre la possibilità di studiare l'evoluzione dei magmi eruttati in superficie sulla base di quanto realmente esposto nella zona di underplating. Studi geocronologici recenti (U/Pb su zirconi) dimostrano che il picco termico legato all'intrusione di magmi basici nell'Ivrea è avvenuto a 287±3, ed è stato seguito da un raffreddamento molto lento, tale da raggiungere la temperatura di chiusura della sistematica Sm/Nd in rocce femiche a circa 270 Ma.
Dati preliminari suggeriscono la possibilità che l'evento di underplating sia iniziato già a circa 310 Ma, con intrusioni basiche e conseguente riscaldamento della crosta inferiore. Se così, la crosta inferiore dell'Adria sarebbe rimasta parzialmente fusa per quasi 40 Ma. Questa condizione avrebbe influenzato pesantemente sia la reologia della crosta che l'evoluzione dei magmi "underplated". Il progetto prevede studi geocronologici necessari a chiarire la successione di eventi tra 310 e 270 Ma, allo scopo di quantificare nel tempo l'evoluzione del processo di underplating. Successivamente, il confronto geochimico tra i prodotti effusivi presenti nella regione Dolomitica (e, in volumi minori, nella Zona Strona-Ceneri) ed i processi evolutivi nella zona di underplating porranno dei limiti più vincolanti all'interpretazione geodinamica del magmatismo Permo-Carbonifero ai margini della placca Adria. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Silvano SINIGOI Università degli Studi di TRIESTE

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il significato geodinamico degli eventi magmatici che si sono sviluppati tra il tardo Carbonifero ed il Permiano nel Sudalpino è ancora ampiamente dibattuto, probabilmente a causa della complessità geodinamica che ha interessato l'area tra l'orogenesi Ercinica e l'apertura della Tetide. Il magmatismo Permo-carbonifero nel Sudalpino comprende prodotti sia effusivi che intrusivi. Vulcaniti sono rappresentate principalmente dal Distretto Vulcanico Atesino, nella regione Dolomitica, mentre la Zona Ivrea-Verbano rappresenta un esempio della crosta inferiore interessata, nello stesso periodo, da underplating magmatico, e successivamente esposta in seguito alla collisione alpina.
L'obiettivo del programma è di interpretare il magmatismo effusivo del Distretto Vulcanico Atesino assumendo che la crosta inferiore sottostante alla regione Dolomitica sia stata interessata, nello stesso periodo, da processi magmatici analoghi a quanto attualmente esposto nell'Ivrea-Verbano. Lo studio integrato delle due aree offre quindi una possibilità, pressoché unica, di interpretare l'attività effusiva sulla base di quanto realmente avveniva, in concomitanza, nella crosta inferiore.
Il confronto petrologico sarà basato principalmente sui dati disponibili, già abbondanti per entrambe le aree, e richiederà una minima integrazione. Ciò che manca è una ricostruzione temporale degli eventi magmatici: dati preliminari suggeriscono che il processo di underplating nella Zona Ivrea-Verbano si sia sviluppato per un periodo molto lungo, e che la crosta inferiore, riscaldata dall'intrusione di magma femico, sia rimasta parzialmente fusa per almeno 15 Ma, e forse più. Il programma è di definire lo sviluppo temporale del processo di underplating, datando l'inizio dell'intrusione di magma femico (rappresentato da dicchi femici-ultrafemici) ed il raffreddamento finale al di sotto del solidus dei metasedimenti. Inoltre, l'età del vulcanesimo deve essere definita con maggiore accuratezza, per comprendere le relazioni tra l'attività effusiva ed il periodo di "incubazione" nella crosta inferiore.
Obiettivo del programma di ricerca è di arrivare ad un quadro petrogenetico internamente consistente che giustifichi le caratteristiche petrologiche e geochimiche delle due aree, in un comune contesto geodinamico. I risultati potranno essere applicati alla comprensione dei processi petrogenetici di aree vulcaniche attive, dove la zona di residenza ed evoluzione dei magmi nella crosta inferiore può essere indagata esclusivamente con metodologie geofisiche indirette, come InSAR o tomografia sismica. <<<

Risultati parziali attesi

Il programma proposto prevede l'interpretazione del vulcanesimo Permo-Carbonifero del Sudalpino sulla base di quanto avveniva contemporaneamente nella crosta inferiore, esposta nell'Ivrea-Verbano. I risultati dovrebbero comportare dei limiti ben più stretti alle speculazioni sulla relazione tra underplating e vulcanismo e sul significato geodinamico degli eventi magmatici.
L'ipotesi di lavoro prevede che il processo di underplating si sia sviluppato per un periodo molto più lungo rispetto alla complementare attività effusiva. L'età di 310 Ma potrebbe rappresentare l'inizio del processo, con intrusioni basiche nella crosta inferiore che causavano un progressivo riscaldamento fino alla locale anatessi. Il picco termico sarebbe stato raggiunto a circa 287 Ma, con la crescita del corpo gabbrico e l'attività vulcanica, prevalentemente acida, in superficie. Successivamente la crosta inferiore sarebbe rimasta al limite dell'anatessi almeno fino a 270 Ma, e forse fino a circa 250 Ma. Se così, la presenza prolungata di una crosta inferiore parzialmente fusa avrebbe condizionato sia la reologia della stessa che il chimismo delle vulcaniti prodotte. Questo quadro, pur essendo consistente con il modello termico attualmente in fase di elaborazione, rimane soltanto un'ipotesi in attesa dei dati programmati, che potrebbero avvalorarlo o cambiarlo significativamente. <<<

Durata

12 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Il magmatismo Permo-carbonifero nel Sudalpino è rappresentato da due principali manifestazioni: l'underplating mafico del settore meridionale della Zona Ivrea-Verbano (IVZ) nelle Alpi Occidentali, e il vulcanismo acido e intermedio del Distretto Vulcanico Atesino (AVD) e plutoni alto-crostali ad esso associati (Cima D'Asta, Bressanone-Chiusa, Ivigma e Mt. Croce). Il significato geodinamico di questa fase magmatica è ancora ampiamente dibattuto: alcuni autori la considerano tardo-orogenica, sulla base del carattere calc-alcalino delle vulcaniti (e.g., Di Battistini et al., 1988, Bonin et al., 1993), mentre altri la considerano come magmatismo entro-placca in un contesto transtensionale (e.g., Rottura et al., 1998, Dal Piaz et al., 1993).
Contemporaneamente, la crosta inferiore della placca Adria era localmente interessata da processi di underplating magmatico. Un esempio di crosta inferiore "underplated" alla transizione tra il Permiano ed il Carbonifero è rappresentato dalla Zona Ivrea-Verbano esposta nelle Alpi Occidentali in seguito alla collisione Alpina. Pertanto è possibile interpretare il magmatismo dell'ADV sulla base dei processi avvenuti nella zona di underplating rappresentata dall'IVZ.
Il Distretto vulcanico Atesino è costituito principalmente da prodotti effusivi riolitici, frequentemente di tipo ignimbritico, associati a minori andesiti. I margini meridionale e nord-occidentale di quest'area sono caratterizzati dalla presenza di intrusioni poco profonde essenzialmente granodioritico-tonalitiche con minori corpi gabbro-dioritici (Rottura et al., 1998, e referenze citate). Le composizioni isotopiche suggeriscono un'origine anatettica per i magmi più acidi ed ibrida per quelli intermedi (Rottura et al., 1998). L'età stimata per queste manifestazioni vulcaniche è di circa 270-275 Ma e fino a 301 Ma per le plutoniti, ma i dati geocronologici sono al momento ancora limitati (Sassi et al., 1985; Visonà, com. pers.,).

La Zona Ivrea-Verbano espone, nel suo settore centro-meridionale, uno dei più voluminosi corpi gabbrici permiani dell'arco Alpino (Rivalenti et al., 1975, 1981,1984; Pin and Sills, 1986). In quest'area il corpo gabbrico, intruso nella crosta inferiore rappresentata dalla Formazione Kinzigitica ad una profondità compresa tra 15 e 25 Km (Demarchi et al., 1998), presenta una potenza di quasi 10 km. Il rilevamento dettagliato di quest'area ha evidenziato una struttura megascopica arcuata, definita sia dalla foliazione che dal banding, generalmente concordanti, di tutte le litologie del corpo gabbrico (Quick et al., 1992,1994, 2003). Le caratteristiche strutturali sono simili a quanto osservato nei gabbri delle ofioliti (Nicolas 1989; Quick et al., 1992). Ferma restando l'evidente differenza di collocazione geologica tra il gabbro dell'Ivrea e quelli delle ofioliti, la loro analogia strutturale suggerisce un processo di messa in posto simile almeno dal punto di vista meccanico. Complessivamente, le osservazioni strutturali possono essere spiegate assumendo che il corpo gabbrico sia cresciuto a partire da una camera magmatica di dimensioni ridotte (qualche km di diametro) che veniva continuamente alimentata da fuso basaltico. Il materiale cristallizzato alla base ed ai fianchi della camera magmatica veniva continuamente trasposto e di conseguenza stirato e foliato in condizioni che variavano progressivamente da sinmagmatiche a subsolide allontandosi dalla camera magmatica (modello "gabbro-glacier", Quick et al., 1992). Questo meccanismo di crescita giustifica le caratteristiche del "tetto" del corpo gabbrico che, a Sud di Varallo, assume le caratteristiche di una "stretching fault" sinmagmatica (Means, 1989; Snoke et al., 1999). Il modello proposto è consistente con una tettonica estensionale durante la crescita del corpo gabbrico, in accordo con la presenza di blastomiloniti Permiane osservate nella Formazione Kinzigitica (Brodie and Rutter, 1989, Mulch et al., 2002).
La composizione chimica dei gabbri è fortemente condizionata dalla presenza di un'importante percentuale di componente crostale (circa 30%; e.g. Voshage et al., 1990, Sinigoi et al., 1991, 1994). All'interno del corpo gabbrico sono presenti dei setti, estremamente stirati e trasposti parallelamente alla foliazione, di metasedimenti granulitici provenienti dalla Formazione Kinzigitica. Dati di densità, geochimici e di campagna hanno permesso di dimostrare che questi setti sono stati incorporati nel corpo gabbrico dal tetto dell'intrusione, dopo che l'estrazione e la migrazione verso l'alto di fusi anatettici al tetto aveva creato uno strato di restite crostale con densità superiore a quella del fuso basaltico (Sinigoi et al.,1995). I setti crostali incorporati continuavano a fondere, liberando il componente crostale impoverito, contaminante dei gabbri. Questo processo implica una fusione frazionata della crosta, con produzione di magmi granitici prodotti in una prima fase da una crosta fertile, che migrano verso l'alto, e successivi magmi charnockitici, prodotti da una fase di fusione più avanzata, considerati come i principali contaminanti dei gabbri (Sinigoi et al.,1996). La modelizzazione termica suggerisce che questo processo può durare diverse decine di milioni di anni (Annen & Sparks, 2002, Peressini et al., in progress).
I fusi anatettici complementari a questo processo possono essere rappresentati dai graniti dei Laghi, intrusi nel Permiano nell'adiacente Zona Strona-Ceneri (Pinarelli et al., 1988), e dalle rioliti affioranti a SE della linea della Cremosina. Su queste ultime, però, i dati petrologici e geochimici sono virtualmente inesistenti: gli unici dati disponibili (isocrone Rb/Sr su roccia totale, Hunziker e Zingg, 1980) forniscono età grossolanamente coincidenti con quelle dei Graniti dei Laghi (Pinarelli et al., 1988), delle vulcaniti di Lugano (Stille & Buletti, 1987) e delle vulcaniti dell'ADV (Rottura et al., 1998, e referenze citate.; Visonà, com. pers.).

Per quanto riguarda l'età dell'intrusione del Complesso Basico dell'Ivrea-Verbano, esiste un'ampia bibliografia (Pin, 1986; Voshage et al., 1990; Vavra et al., 1996, 1999; Henk et al., 1997; Mayer et al., 2000) che indica un'età genericamente Permiana. Dati SHRIMP recenti su zirconi, effettuati dall'unità di Trieste con il contributo COFIN 2002, hanno evidenziato i seguenti punti:
1) Gli zirconi separati da 10 campioni di gabbro, raccolti a diverse profondità nel complesso, sono cristallizzati a 287±3 Ma.
2) Campioni gabbrici raccolti vicino a setti metasedimentari incorporati nel Complesso (Paregneiss bearing belt, Sinigoi et al., 1996) contengono un numero significativo di zirconi ereditati con età di circa 310 Ma, che testimoniano un evento anatettico che ha interessato la crosta inferiore.
3) Isocrone interne Sm/Nd danno età prossime a 270 Ma per i gabbri e circa 250 Ma per gabbri con granato, e sono interpretabili come età di raffreddamento (Voshage et al., 1987; Mayer et al., 2000). Considerando che la temperatura di chiusura della sistematica Sm/Nd in rocce gabbriche senza granato è verosimilmente superiore o prossima a 750°, sembra probabile che le rocce crostali associate al Complesso Basico siano rimaste parzialmente fuse per circa 15 Ma. <<<