RICERCA ITALIANA     

ADRIA: promontorio della placca africana o microplacca?

Università degli Studi di Camerino

Abstract

Saranno studiati i margini dei bacini mesozoici dell’area centro-mediterranea, sotto l’aspetto stratigrafico-strutturale, cinematico, paleotettonico e paleoambientale al fine di vincolare il moto di Adria nel contesto dell’evoluzione cinematica del Mediterraneo.

La problematica sul moto di Adria nasce dal conflitto tra i dati paleomagnetici che indicano una sostanziale coerenza tra il moto Adria e quello di Africa (Channell et al., 1979; Channell et al., 1996; Muttoni et al., 2001; Besse & Courtillot, 2002) e importanti evidenze geologiche e geofisiche che impongono di considerare un percorso di Adria indipendente da quello di Africa, durante parte del Mesozoico. Le più rilevanti evidenze geologiche sono: la presenza del bacino Ionico interposto tra Adria e Africa e la vistosa sovrapposizione tra Adria ed Eurasia che si ottiene considerando la prima come un semplice promontorio di Africa nell'ambito del fit della Pangea a 200 Ma (Torsvik & Van der Voo, 2002; Wortmann et al., 2001). Sebbene il moto di Adria rappresenti un problema cruciale nella ricostruzione cinematica dell’area Alpino-mediterranea, rimane ancora non sufficientemente vincolato.

Con il presente progetto di ricerca viene proposto un metodo che combina in maniera interattiva l'analisi geologica con la modellizzazione cinematica. La sperimentazione del metodo costituirà parte integrante dell’obbiettivo del progetto. Tale metodo consiste nel creare una serie di modelli cinematici plausibili, vincolati dal modello globale di rotazione delle grandi placche, in modo che ognuno di essi rappresenti una delle ipotesi possibili e cinematicamente consistenti di separazione della microplacca Adriatica rispetto ad Africa. E' chiaro che le diverse simulazioni di evoluzione tettonica determinano effetti diversi per quanto riguarda la dinamica dei margini (strutture geologiche, cinematiche, cambiamenti e distribuzioni di facies, uplift, subsidenza, etc.). I modelli cinematici, che non hanno però la capacità di prevedere in modo diretto la dinamica dei margini, in quanto descrivono solo le componenti orizzontali dei movimenti, verranno integrati con procedure di modellizzazione dei bacini che hanno invece la capacità di relazionare i movimenti orizzontali con quelli verticali registrati dai dati geologici.
Il modello che prevede la dinamica dei margini più aderente ai dati geologici osservati sarà quindi adottato per definire i parametri cinematici che descrivono il movimento Adria-Africa. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Eugenio Turco Università degli Studi di CAMERINO

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obbiettivo del presente progetto e quello di contribuire a vincolare il moto di Adria nel contesto dell’evoluzione cinematica del Mediterraneo.
Nonostante la grande mole di dati paleomagnetici prodotti (Channell et al., 1979; Channell et al., 1996; Muttoni et al., 2001; Besse &amp; Courtillot, 2002) che hanno sempre indicato una sostanziale coerenza tra il moto Adria e quello di Africa, esistono importanti evidenze geologiche e geofisiche che impongono di considerare, durante parte del Mesozoico, un percorso di Adria indipendente da quello di Africa. Le evidenze più rilevanti sono:

1. La presenza del bacino Ionico interposto tra Adria e Africa, che per caratteristiche di profondità, spessore crostale, flusso di calore ed anomalie gravimetriche, può essere considerato un relitto di crosta oceanica mesozoica (Biju-Duval et al., 1977; Finetti, 1985; Catalano et al., 2001);
2. La vistosa sovrapposizione tra Adria ed Eurasia che si ottiene considerando la prima come un semplice promontorio di Africa nell'ambito del fit della Pangea a 200 Ma (Torsvik &amp; Van der Voo, 2002; Wortmann et al., 2001).

In generale, per quanto riguarda il moto relativo tra Adria ed Africa, i dati paleomagnetici non possono essere considerati vincolanti, soprattutto a causa della loro scarsa risoluzione (spesso si hanno 10° di incertezza in paleolatitudine). Le ricostruzioni paleotettoniche alla scala del Mediterraneo richiedono invece una maggiore accuratezza, paragonabile a quella fornita dalle anomalie magnetiche marine.

Il moto tra Africa ed Eurasia, ricavato dalle isocrone magnetiche dell'Oceano Atlantico, costituisce una cornice fondamentale per la ricostruzione della storia tettonica del Mediterraneo, ma la presenza della microplacca Adriatica interposta limita notevolmente l'efficacia di questo approccio. Adria infatti entra in gioco nello sviluppo di quattro catene orogeniche: gli Appennini, le Alpi, le Dinaridi e le Ellenidi. Il moto di Adria quindi, pur rappresentando il problema cruciale nella ricostruzione dell’area Alpino-mediterranea, rimane ancora non sufficientemente vincolato.

Considerata l’inadeguatezza dei dati paleomagnetici proponiamo, col presente progetto di ricerca, un metodo di trattamento dei dati geologici adatto a vincolare il moto di Adria. La sperimentazione del metodo, illustrato al punto successivo, “descrizione del programma di ricerca”, costituisce parte integrante dell’obbiettivo del progetto.
La realizzazione del progetto passa attraverso obbiettivi intermedi che consistono in:
- ricostruzione e modellizzazione della dinamica del margine meridionale del Bacino Ionico in Sicilia;
- ricostuzione e modellizzazione della dinamica dei domini Adriatici;
- modellizzazione cinematica del Mediterraneo centrale.

Il raggiungimento di tali obbiettivi nei tempi previsti dal Progetto comporta uno stretto coordinamento tra le singole unità di ricerca, che dovranno sviluppare argomenti specifici, in aree appositamente scelte, con criteri condivisi. I nuovi dati e le nuove interpretazioni dovranno convergere in un database, accessibile a tutti i partecipanti. Questo spirito di collaborazione e di condivisione, indispensabile per il buon esito del progetto, è pienamente recepito da tutte le unità di ricerca. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

INTRODUZIONE
Adria e Apulia sono spesso usati come sinonimi per indicare una regione a crosta continentale che collega la massa continentale africana a quella Europea nel Mediterraneo centrale. La crosta di Adria, spessa 30-35 Km, è composta, nella sua porzione superiore, da una potente successione di carbonati in facies di piattaforma o di bacino, di età Permiano-Paleogene. A partire dall’Oligocene il dominio adriatico è contornato da bacini flessurali di avanfossa dove si depositano diversi chilometri di sedimenti sinorogenici. Le parti stabili ed indeformate di questa regione sono rappresentate dall’attuale Mare Adriatico, dalla porzione più orientale del bacino del Po e dalle aree affioranti in Apulia, Gargano, Istria e in parte del Sud Alpino. La regione adriatica, nell’ambito dell’area mediterranea si caratterizza per l’alto spessore litosferico ed il basso flusso di calore (Cavazza et al., 2004). I suoi margini attuali sono intensamente deformati a seguito dello sviluppo di quattro catene: gli Appennini, le Alpi e le Dinaridi e le Ellenidi. L’unica porzione di margine rimasta indeformata, corrisponde alla scarpata apula che marca la transizione verso il bacino Ionico.

Durante gli ultimi decenni diversi autori (Channell et al., 1979; Lowrie, 1986; Bosellini, 2002; Wortmann et al., 2001; Anderson, 1987; Platt et al., 1989) hanno dibattuto se durante gli ultimi 200 Ma Adria ha rappresentato un promontorio della più grande placca africana o se si è mossa come microplacca indipendente. Il moto tra Africa ed Eurasia, ricavato dalle isocrone magnetiche dell'Oceano Atlantico, costituisce una cornice fondamentale per la ricostruzione della storia tettonica del Mediterraneo, ma l‘incertezza sulla presenza di eventuali microplacche interposte tra le due placche maggiori limita notevolmente l'efficacia di questo approccio. Il moto di Adria rimane quindi uno dei problemi cruciali per qualunque tentativo di ricostruzione cinematica dell’area Alpino-Mediterranea. La mancanza di solidi vincoli cinematici (quali quelli forniti dalle anomalie magnetiche marine) ha lasciato alla sola indagine paleomagnetica il compito di produrre vincoli quantitativi riguardo al moto di Adria. Le più recenti interpretazioni degli Apparent Polar Wander Path (APWP) indicano che il moto di Adria è stato coerente con quello dell’Africa sin dal Permiano (e.g., Rosenbaum, 2004 e riferimenti inclusi).

Nonostante il risultato dei dati paleomagnetici sia largamente condiviso (Channell et al., 1979; Lowrie, 1986; Anderson, 1987; Channell et at al., 1996; Muttoni et al., 2001; Besse &amp; Courtillot, 2002), esistono importanti evidenze geologiche e geofisiche che impongono di considerare, durante parte del Mesozoico, un percorso di Adria indipendente da quello di Africa. I più rilevanti tra questi dati sono:
· La presenza del bacino Ionico interposto tra Adria e Africa;
· La vistosa sovrapposizione tra Adria ed Eurasia che si ottiene nell’ambito nel fit classico della Pangaea A (e.g., Torsvik &amp; van der Voo, 2002), quando si considera Adria come un promontorio fisso di Africa (Wortmann et al., 2001).

In generale, per quanto riguarda il moto relativo tra Adria ed Africa, i dati paleomagnetici non possono essere considerati vincolanti, soprattutto a causa della loro scarsa risoluzione (spesso si hanno 10° di incertezza in paleolatitudine). Le ricostruzioni paleotettoniche alla scala del Mediterraneo richiedono invece una maggiore accuratezza, paragonabile a quella fornita dalle anomalie magnetiche marine.

IL BACINO IONICO
Questo bacino è caratterizzato da profondità superiore a 4000 m, ridotto spessore crostale, basso flusso di calore e forte anomalia gravimetrica positiva di Bouguer. L’insieme di tutte queste caratteristiche ha indotto diversi autori a considerare il Bacino Ionico un relitto di crosta oceanica (Biju-Duval et al., 1977; Finetti, 1985; Catalano et al., 2001). I margini ancora conservati di questo oceano sono ricoscibili nella costa nord orientale africana, nella scarpata apula ed in quella maltese.
L’elevata profondità del Bacino Ionico non ha permesso finora di perforare la potente successione che copre il suo basamento, il quale rimane al momento sconosciuto. Stamfpli &amp; Mosar (1999), Stamfpli et al. (2001), Stampfli &amp; Borell (2002; 2004) e Garfunkel (2004) , basandosi sulla correlazione con il Bacino Sicano (Sicilia) e sul pattern di subsidenza dei margini dello Ionio, comparato con quello determinato lungo il margine orientale Neotethyan (Oman, Zagros, Levante) ipotizzano un età permiana del Bacino Ionico e suggeriscono che la sua crosta possa essere una delle più antiche croste oceaniche ancora in posto. Tuttavia, se si ipotizza una continuità dello Ionio con il bacino di Lagonegro (Appennino meridionale), i cui depositi triassici non necessariamente poggiavano su crosta oceanica, il rift del Bacino Ionico potrebbe invece iniziare nel Triassico medio. Nonostante questa incertezza, si può comunque affermare che lo svincolo di Adria da Africa inizia almeno a partire dallo sviluppo del rift lagonegrese. In ogni caso la formazione del bacino ionico implica l’esistenza di un limite divergente tra Africa ed Adria. Assumendo che la crosta sotto lo Ionio sia oceanica, Della Vedova &amp; Pellis (1989) e Verzhbitskii, (2001) sulla base di misure di flusso di calore della piana abissale del Mare Ionio, hanno stimato che l’età di formazione della crosta oceanica varia tra 200 e 140 Ma. Anche Finetti (1985) e Catalano et al. (2001) suggeriscono che l’apertura oceanica del bacino Ionico poteva continuare anche durante il Giurassico.

IL FIT DELLA PANGEA A 200 MA
Nella configurazione al Giurassico inf., quando si ruota indietro nel tempo Adria solidale con Africa dalla sua posizione attuale, usando i parametri di rotazione per il moto di Africa ed Iberia rispetto ad Eurasia, emerge un grosso problema geometrico di sovrapposizione di Adria con Iberia (Stamfli &amp; Mosar, 1999; Wortmann, 2001; Stamfpli et al., 2001; Torsvik &amp; Van der Voo, 2002; Schettino &amp; Scotese, 2005).
Stampfli &amp; Mosar (1999) suggeriscono di risolvere il problema della sovrapposizione di Adria, nel fit della Pangea, separando la porzione settentrionale di Adria (Adria s.s.) da Apulia e posizionando la prima più ad oriente rispetto alla seconda. Un movimento laterale sinistro tra Adria s.s. ed Apulia durante il Cretaceo sup.-Eocene porterebbe infine alla configurazione attuale. In questa ipotesi il promontorio africano sarebbe quindi limitato alla sola area di Apulia. Ciò richiede però l’esistenza di un limite di placca nell’ambito di Adria del quale non esistono chiare evidenze geologiche (Finetti, 2005). Più recentemente Stampfli &amp; Borel (2004) propongono un modello alternativo, nel quale si ipotizza che Adria sia stata solidale con Africa a partire dal Triassico medio. Secondo questi autori l'attività tettonica nel bacino Ionico cessò già nel Triassico, prima dell'inizio dell'apertura dell'oceano Ligure-Piemontese. In questo scenario la sovrapposizione tra Adria ed Eurasia viene eliminata mediante un bilanciamento dello stretching subito durante la fase di rifting che precede la formazione della Tetide Alpina.
Utilizzando i dati del modello di rotazione globale di Schettino &amp; Scotese (2005) risulta però che l'ipotetico promontorio africano (placca Adriatica) si sovrapporrebbe ad Eurasia, nel fit della Pangea, per molte centinaia di Km. Quest'ultima considerazione implica che un fit accettabile della Pangea non può essere ottenuto per mezzo di un semplice bilanciamento dello stretching di Adria.

MODELLI DI EVOLUZIONE DEL’AREA MEDITERRANEA <br />Le prime ricostruzioni paleotettoniche del Mediterraneo, basate su isocrone magnetiche dell'Oceano Atlantico e l'uso di poli di rotazioni euleriane finite delle placche litosferiche, sono state proposte da Dewey et al. (1973). Il metodo, per quell'epoca altamente innovativo, consentiva di costruire carte paleogeografiche all'interno di precisi vincoli spazio/temporali, quindi di definire i movimenti relativi tra coppie di placche e prevedere le strutture tettoniche che ne derivavano. Successivamente numerosi altri modelli sono stati proposti per l'evoluzione del Mediterraneo (Sengor et al., 1984; Dercourt et al. 1986; Dewey et al. 1989; Stampfli &amp; Borel, 2002; Schettino &amp; Scotese, 2002). Nessuno di questi ha però risolto in maniera soddisfacente il problema della placca Adriatica. Gran parte dei modelli fin’ora proposti prevedono una connessione oceanica tra Tetide alpina giurassica ed il Mare Ionio (Dercourt et al., 1986; Sengor et al., 1984; Catalano et al., 1995), in contrasto con la diffusione in Apulia, Istria ed Africa degli stessi tipi di dinosauri (Nicosia et al., 2006), la cui presenza implica necessariamente l’esistenza di un ponte continentale cretacico tra Adria ed Africa.

Nell'ultimo decennio sono stati sviluppati potenti strumenti software per le ricostruzioni cinematiche, alcuni dei quali sono stati descritti da Scotese et al. (1997) e Schettino (1998). Essi consentono di ruotare poligoni sulla sfera intorno a poli euleriani, di determinare le velocità angolari e quelle lineari, di elaborare in maniera automatica rotazioni incrementali, di generare isocrone virtuali e di visualizzare i campi di velocità tra coppie di placche, fornendo così al modello la capacità di prevedere la dinamica dei limiti di placca. Questi pacchetti software (in particolare il PCME di Schettino, 1998) consentono di determinare poli di rotazione utilizzando isocrone magnetiche, continent-ocean boundaries (COBs) e slip-vectors. Sono quindi adatti sia per la modellizzazione diretta che a quella inversa.
I modelli elaborati con tali software sono a tutti gli effetti modelli matematici che determinano l'evoluzione geologica di una regione, in particolare la dinamica dei margini. Ciò consente di confrontare a posteriori i risultati ottenuti con i dati geologici disponibili al fine di verificare la correttezza dei modelli cinematici proposti.

I MARGINI DI ADRIA
Nell’area del Mediterraneo centrale ed in particolare nelle Alpi meridionali, nella catena appenninica, in Sicilia ed in Apulia, sono presenti potenti successioni di rocce sedimentarie di età mesozoica che hanno registrato, gli eventi del rifting del bacino Ionico e di quello Ligure-Piemontese. La conoscenza di questi eventi riveste quindi una particolare importanza per la ricostruzione della dinamica dei margini di Adria. Con il progresso delle conoscenze soprattutto in campo stratigrafico, variazioni di facies prima attribuite a tettonica sono state reinterpretate in chiave oceanografica. Un caso tipico è l’annegamento delle piattaforme carbonatiche, per decenni interpretato come causato da accelerazioni della subsidenza e/o eustatismo. Oggi sappiamo che il variare di condizioni a contorno di una piattaforma, come la temperatura ed il contenuto dei nutrienti delle acque, possono, in condizioni di subsidenza costante, rallentarne lo sviluppo, determinandone l’annegamento, con il conseguente passaggio verticale a facies pelagiche. Quindi diverse interpretazioni stratigrafiche possono determinare ipotesi contrastanti sulla storia della subsidenza e sulla dinamica dei margini (Bosellini &amp; Winter, 1975 e Farinacci et al., 1981). Accanto alle variazioni di facies che, se interpretate correttamente, registrano fedelmente la dinamica dei margini, un altro metodo, sempre più usato, nell’analisi della dinamica dei margini è la geohistory analysis. I dati geologici, stratigrafici e strutturali vengono interpretati in termini quantitativi sulla base di modelli teorici che descrivono la risposta isostatica conseguente allo strectching della litosfera (McKenzie, 1978; Wernicke, 1985). Il modello di McKenzie distingue due fasi di subsidenza del bacino, ovvero due componenti che determinano la subsidenza totale: una subsidenza tettonica di sin-rift ed una subsidenza termica di post-rift. Questo modello di subsidenza bifasica sembra verificarsi per la maggior parte dei bacini (Ziegler &amp; Cloething, 2004; Ziegler, 1992). Il modello estensionale di McKenzie assume che lo stretching sia uniforme per tutto lo spessore della litosfera e che questa si comporti in maniera duttile seguendo il modello isostatico locale di Airy. In realtà, le proprietà viscoelastiche della litosfera fanno si che questa si pieghi in risposta a carichi che sussistono per lunghi periodi (Egan, 1992). La flessione della litosfera in risposta al carico viene definita dalla teoria dell’isostasia flessurale regionale (Walcott, 1970; Turcotte, 1979; Beaumont, 1978; Watts et al., 1982; Egan, 1992), la quale assume che la litosfera si comporti come una lastra elastica mentre l’astenosfera sottostante si comporti come un fluido.

Recentemente sono stati sviluppati pacchetti di software per la modellizzazione sia diretta che inversa dello sviluppo di bacini sedimentati estensionali che utilizzano la risposta isostatica flessurale della litosfera. Tra questi i più versatili sono:
STRETCH [Badley Earth Sciences (Computing) Limited (lincolnshire, UK), 1999] per la modellizzazione diretta; FLEX DECOMP [Badley Earth Sciences (Computing) Limited (lincolnshire, UK), 1999] per la modellizzazione inversa.
Questi software possono essere utilizzati per investigare gli aspetti più significativi dell’architettura di un bacino. Essi costituiscono un formidabile ausilio ai pacchetti di software per le ricostruzioni paleotettoniche (e.g. PCME), in quanto la dinamica dei margini di bacini estensionali da essi modellizzata è confrontabile con quella predetta dai modelli cinematici. Maggiori dettagli sulle applicazioni di questi software sono riportati nel modello B dell’Unità di Ricerca di Camerino. <<<