RICERCA ITALIANA     

In cerca dei Global Stratopye Sections and Points (GSSPs) dei piani Burdigaliano e Langhiano e implicazioni paleoceanografiche

Università degli Studi di Parma

Abstract

Questo progetto si propone di individuare sezioni idonee per essere proposte come candidate per l'istituzione dei Global Stratotype Sections and Points (GSSPs) dei piani Burdigaliano e Langhiano in accordo con le prospettive della Subcommission of Neogene Stratigraphy (SNS). Il lavoro più urgente e pressante, quindi, è quello di studiare sezioni che presentino il più possibile i requisiti richiesti. Il programma di ricerca è focalizzato sulla biostratigrafia ad alta risoluzione, basata sul plancton calcareo, dell’intervallo stratigrafico compreso fra l’Aquitaniano superiore e il Langhiano inferiore. A tutt'oggi, il Burdigaliano e il limite con il sottostante Aquitaniano non sono ancora ben definiti, sia da un punto di vista biostratigrafico che magnetostratigrafico e ciclostratigrafico. Il Langhiano, studiato in un precedente progetto COFIN 2000 (responsabile nazionale: Prof. R. Sprovieri) da alcuni dei partecipanti alla presente ricerca, viene ripreso in esame perché in nessuna delle sezioni già studiate è stata individuata, con sufficiente dettaglio, la sua base (come storicamente intesa) e, quindi, il suo limite con il Burdigaliano.
L’analisi del plancton calcareo, il paleomagnetismo e la ciclicità sedimentaria sono gli strumenti che saranno utilizzati per raggiungere l’obiettivo del presente programma di ricerca. Inoltre, attraverso lo studio dei foraminiferi bentonici e la geochimica isotopica (ossigeno e carbonio), verranno ricostruite le condizioni paleoambientali e paleoceanografiche dell’intervallo stratigrafico compreso fra l’Aquitaniano superiore e il Langhiano inferiore.
Le aree che si intendono investigare sono distribuite nell'area mediterranea sia in sezioni di superficie (Turchia, Grecia, Italia e Spagna) che in pozzi (Site 372 ubicato nel Bacino Balearico) e in aree oceaniche (Site 126 4 nell’Oceano Atlantico e Site 714 nell’Oceano Indiano). <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Silvia Maria Iaccarino Università degli Studi di PARMA

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo principale di questo progetto è di individuare, attraverso la stratigrafia integrata (biostratigrafia ad alta risoluzione basata sul plancton calcareo, magnetostratigrafia e ciclostratigrafia) dell’intervallo stratigrafico Aquitaniano superiore-Langhiano inferiore, una o più sezioni che possano essere candidate per la istituzione dei Global Stratotype Sections and Points (GSSPs) dei piani Langhiano e Burdigaliano. Una biostratigrafia ad alta risoluzione di quest’ intervallo dovrebbe offrire un contributo per il conseguimento degli obiettivi che la Subcommission of Neogene Stratigraphy (SNS) dell’ International Commission on Stratigraphy (ICS) si è prefissata per i prossimi anni. Questi obiettivi sono quelli di ultimare l’istituzione dei GSSPs dei piani del Neogene che ancora ne sono privi, ossia del Langhiano e del Burdigaliano. Si ricorda che un’accurata biostratigrafia integrata a plancton calcareo è stata un valido strumento per la definizione dei GSSP dei piani del Neogene, avendo messo in evidenza bioventi secondari che hanno aumentato notevolmente la risoluzione biostratigrafia dei precedenti schemi zonali.
Per raggiungere l’obiettivo di questo progetto di ricerca è quindi fondamentale:
1) individuare successioni di mare profondo continue che abbraccino i limiti Aquitaniano/Burdigaliano e Burdigaliano/Langhiano, sia nell’area mediterranea che in regioni oceaniche;
2) migliorare la risoluzione degli schemi biostratigrafici esistenti, attraverso un’analisi quantitativa ad alta risoluzione delle associazioni a foraminiferi planctonici e a nannofossili calcarei;
3) ottenere una biocronologia degli eventi a plancton calcareo tramite la calibrazione magnetostratigrafica e se possibile astronomica che, almeno per l’area mediterranea, è al momento pressoché inesistente;
4) riconoscere variazioni paleocologiche e paleoceanografiche con lo studio delle associazioni a foraminiferi bentonici e l’analisi della composizione isotopica dell’ossigeno e del carbonio dei gusci dei foraminiferi. Tali variazioni, se inserite in un inquadramento temporale accurato, possono contribuire a migliorare la comprensione dell’evoluzione geodinamica e paleoceanografica del Paleomediterraneo durante l’intervallo considerato, notoriamente caratterizzato da importanti eventi climatici, paleoceanografici e tettonici. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Negli ultimi venti anni, la Subcommission of Neogene Stratigraphy (SNS), in cui alcuni dei proponenti il presente progetto sono coinvolti, ha focalizzato i propri sforzi nel dare chiarezza e stabilità alla cronostratigrafia del Neogene attraverso la scelta e la definizione di GSSP delle sue serie e dei suoi piani. Ad oggi, sono stati formalizzati nella International Stratigraphic Chart, attraverso l’istituzione di GSSP, la base della serie Pleistocene (Aguirre e Pasini, 1985), dei piani Gelasiano (Rio et al., 1998), Piacenziano (Castradori et al., 1998), Zancleano (base della serie Pliocene, Van Couvering et al., 2000), Messiniano (Hilgen et al., 2000a) e Tortoniano (Hilgen et al., 2005) e la base del Neogene (Steininger et al., 1997). Al momento, è in preparazione la proposta per la definizione del GSSP della base del piano Serravalliano nella sezione di Ras il Pellegrin a Malta (Hilgen et al., in stampa). Questi risultati sono stati ottenuti grazie ai notevoli progressi conseguiti negli studi recenti di stratigrafia integrata ad alta risoluzione (ciclostratigrafia, magnetostratigrafia, biostratigrafia del plancton calcareo, geochimica degli isotopi stabili, datazioni radiometeriche) da parte di diversi gruppi di ricerca principalmente Italiani e Olandesi.
Tali studi hanno permesso di ottenere un inquadramento stratigrafico astronomicamente calibrato per numerose successioni neogeniche sia dell’area mediterranea che delle regioni oceaniche (per esempio, per il Miocene si citano Shackleton and Crowhurst, 1997; Hilgen et al., 2000b, 2003; Caruso et al., 2002; Lirer et al., 2002; Sprovieri M. et al., 2002; Holburn et al., 2005; Abels et al., 2005).
La datazione delle successioni mediterranee, in cui sono stati definiti i GSSP dei piani del Neogene, è basata sulla correlazione dei cicli sedimentari con le curve delle variazioni dei parametri orbitali terrestri (eccentricità, precessione, obliquità) e dell’insolazione (astronomical tuning), che ha permesso di ottenere età assolute attraverso calibrazioni dirette (di primo ordine) e non su estrapolazioni della velocità di sedimentazione.
Recentemente è stata pubblicata una revisione della Geological Time Scale del Neogene, chiamata “Astronomical Tuned Neogene Time Scale (ATNTS 2004), nella quale i bioeventi a plancton calcareo, le inversioni paleomagnetiche e la maggior parte dei limiti delle unità cronostratigrafiche sono state calibrati attraverso il tuning astronomico (Lourens et al., 2004). La pubblicazione di questa scala quindi rappresenta un notevole risultato, dal momento che per la prima volta la scala temporale di un intero Sistema è basata sulla calibrazione astronomica (annual report of SNS, Hilgen 2004). Tuttavia per l’intervallo temporale compreso tra 14 Ma e la base del Miocene (23.03 Ma, Lourens et al., 2004) i dati esistenti derivano soltanto da datazioni astronomiche oceaniche e la base dei piani Burdigaliano e Langhiano devono ancora essere formalizzati.
Le sezioni tipo dei piani Burdigaliano e Langhiano sono ubicate nell’area di Bordeaux (Deperet, 1892) e nella valle del Rodano (Demarcq e Carbonnel, 1975) in Francia e nella regione delle Langhe in Piemonte (Italia) (Cita e Premoli Silva, 1960) rispettivamente, e sono state riesaminate abbastanza recentemente da Poignant et al. (1997), Pouyet et al. (1997), Cahuzac et al. (1997) and Fornaciari et al. (1997). Gli stratotipi sono caratterizzati da facies sedimentarie sfavorevoli per stabilire una biocronologia accurata e, quindi, sono poco adatte per la definizione dei GSSP, che dovrebbero garantire il riconoscimento delle unità cronostratigrafiche a scala globale (Rio et al., 1997). In conformità con i criteri seguiti per la definizione dei GSSP dei piani più recenti, i GSSP del Langhiano e del Burdigaliano quindi dovrebbero essere definiti in successioni di mare profondo, astronomicamente calibrate, affioranti nell’area mediterranea dove sono stati istituiti gli stratotipi storici. Purtroppo, nell’area mediterranea non sono state ancora individuate successioni con le caratteristiche idonee alla definizione dei GSSP dei piani suddetti.
Nell’ambito della SNS è stato istituito un working group (in cui sono coinvolti alcuni dei partecipanti al presente progetto) la cui finalità è quella di individuare successioni adatte per la definizione dei GSSP del Langhiano e del Burdigaliano, sia nell’area mediterranea che nelle regioni extra mediterranee, e i migliori criteri guida per il riconoscimento della base di tali piani. Uno dei problemi maggiori è rappresentato dal fatto che i ben noti record sedimentari del bacino umbro-marchigiano, che coprono l’intervallo temporale compreso fra l’Aquitaniano e il Langhiano (Montanari et al., 1997), non sembrano essere particolarmente adatti per la calibrazione astronomica. Pertanto, è argomento di discussione se si debbano definire i GSSP in successioni affioranti non calibrate astronomicamente (abbandonando così l’ambizione di avere tali GSSP correlati direttamente ad una scala temporale astronomica) o in successioni di pozzo (ODP) ma calibrate astronomicamente (ad esempio, Ceara Rise, ODP Leg 154) (annual report SNS 2004, 2005).
Un precedente progetto sul Langhiano (Di Stefano et al. in stampa) non ha evidenziato sezioni utili alla definizione del GSSP di questo piano. Infatti la Sezione di Moria (Italia centrale), che pur comprende il limite non presenta le condizioni necessarie per lo studio biostratigrafico ad alta risoluzione. In questo progetto, comunque, si e’ ottenuta una calibrazione magnetostratigrafica della maggior parte degli eventi a plancton calcareo del Langhiano (Site 372, Abdul Aziz et al., in stampa), mentre la calibrazione astronomica è ancora in fase di perfezionamento.
La comparsa di Praeorbulina sicana è il bioevento raccomandato da Rio et al. (1997) per riconoscere la base del Langhiano; secondo Lourens et al. (2004) e’ preferibile posizionare il limite Burdigaliano/Langhiano vicino sia al Crono C5Cn che alla FO di P. sicana e ubicarlo provvisoriamente al tetto del Crono C5Cn.1n datato astronomicamente a 15.974 Ma.
Per quanto riguarda il Burdigaliano non esistono studi recenti. Il piano Burdigaliano nel suo stratotipo è definito da sedimenti marini di acque basse, difficili da datare affioranti nel bacino di Aquitania. In letteratura il Burdigaliano tipo è caratterizzato dalle Zone N5, N6 e dalla parte bassa della N7 di Blow (1969) (in Iaccarino, 1985) e alla NN2 di Martini, 1971 (in Bizon e Muller, 1979). La parte inferiore del Burdigaliano di Saucats, che costituisce la formazione stratotipica del Burdigaliano (Cahuzac et al., 1997), e’ stata datata con gli isotopi dello stronzio a 20.5-20.6 Ma secondo la scala di Cande e Kent (1992) e a 20.0-20.1 Ma secondo la ricalibrazione di Lourens et al. (2004). Si rimarca, comunque, che nella letteratura più recente non esiste consenso sul criterio da adottare per il limite Aquitaniano/Burdigaliano e, di conseguenza, sull’età del limite stesso. Infatti, i criteri proposti per indicare tale limite sono i seguenti: 1) la scomparsa (LO) di Paragloborotalia kugleri (limite N4/N5) a 21.12 Ma (Berggren et al., 1995); 2) la comparsa (FO) di Helicosphaera ampliaperta (limite MNN2a/MNN2b) (Fornaciari et al., 1996) datata a 20.43 Ma; 3) il tetto del Crono C6An (Berggren et al., 1995) datato a 20.04 Ma; 4) la comparsa (FO) di Sphenolithus belemnos (limite NN3/NN4) datata a 19.03 (Haq et al., 1987). Si sottolinea che le età di questi eventi sono stati ricalibrati da Lourens et al. (2004), che provvisoriamente fanno coincidere il limite Aquitaniano/Burdigaliano con la FO di H. ampliaperta (evento assente nello stratotipo dell’Aquitaniano e presente in quello del Burdigaliano - Poignant et al., 1997a, b), datata astronomicamente a Ceara Rise a 20.43 Ma (età che approssima quella base del Burdigaliano tipo nell’area di Saucats).
Dal momento che i bioeventi rappresentano uno dei criteri guida per la definizione dei GSSP, è fondamentale tenere conto dell’evoluzione climatica, paleoceanografica e geodinamica che influenza fortemente la distribuzione latitudinale e areale delle associazioni faunistiche e floristiche e quindi anche il sincronismo degli eventi stessi.
Nel Miocene inferiore – medio, il sistema climatico globale e’ caratterizzato da un riscaldamento, iniziato nell’Oligocene superiore, che culmina nel Langhiano inferiore (optimum climatico del Neogene), e seguito da un rapido raffreddamento evidenziato anche dal record isotopico (e.g. Flower e Kennett, 1994; Zachos et al., 2001). Durante l’optimum climatico, le associazioni a foraminiferi planctonici raggiunsero la massima diversificazione in corrispondenza della Zona N8 di Blow (1969) (Cifelli, 1969; Jenkins, 1973) e le associazioni tropicali e subtropicali a foraminiferi planctonici (Thunell e Belyea, 1982; Kennett et al., 1985) e a coccolitoforidi (Haq, 1980) erano latitudinalmente molto estese. Il successivo raffreddamento globale, ha determinato una marcata contrazione delle province tropicali e subtropicali (e.g. Flower e Kennett, 1994). Anche le associazioni a foraminiferi bentonici subirono un significativo turnover evolutivo fra circa 17 e 13.5 Ma (Woodruff, 1985; Thomas, 1985; Miller e Katz, 1987; Thomas and Vincent, 1987). Queste variazioni sembrano coincidere con le escursioni isotopiche del carbonio (Monterey carbon excursion) e sembrano essere connesse con variazioni della concentrazione dei nutrienti e della corrosività delle acque di fondo associate a cambiamenti della circolazione (Woodruff, 1985; Miller e Katz, 1987; Woodruff e Savin, 1989).
Per quanto riguarda le associazioni a plancton calcareo del Mediterraneo, esse mostrano una forte somiglianza con quelle delle regioni tropicali oceaniche fino al Miocene inferiore (Burdigaliano), ma già nel Miocene Medio si differenziano notevolmente in conseguenza della contrazione latitudinale delle province tropicali dovuta al raffreddamento globale e della chiusura della Tetide ad est (Iaccarino, 1985). Dalla differenziazione delle associazioni mediterranea e oceaniche tropicali è nata, quindi, l’esigenza di istituire schemi zonali specifici per l’area mediterranea, fra i quali si ricordano quelli di Iaccarino (1985), Fornaciari e Rio (1996), Fornaciari et al. (1996), Foresi et al. (1998). Il record biostratigrafico ad alta risoluzione recentemente ottenuto per il Serravalliano e Langhiano ha determinato un miglioramento della risoluzione biostratigrafica con conseguente emendamento degli schemi zonali precedenti (Sprovieri et al., 2002 e Di Stefano et al, in stampa).
Si auspica quindi che studi biostratigrafici di dettaglio (integrando foraminiferi planctonici e nannofossili calcarei) di successioni del Miocene Inferiore possano migliorare la risoluzione biostratigrafica di questo intervallo e definire i migliori eventi per l’individuazione dei limiti Aquitaniano/Burdigaliano e Burdigaliano/Langhiano sia nella regione mediterranea che in aree oceaniche.
Un riesame della letteratura precedente ha permesso di individuare alcune aree del Mediterraneo in cui affiorano successioni stratigrafiche caratterizzate da facies marine profonde, quindi potenzialmente favorevoli a studi di biostratigrafia ad alta risoluzione, che abbracciano l’intervallo considerato. Si segnalano alcune successioni stratigrafiche affioranti nell’Isola di Zante, Grecia occidentale (Bizon and Horstman, 1969); in quella di Cipro (Barroz e Bizon, 1974, 1977); in quella di Maiorca, Arcipelago delle Baleari (Bizon et al., 1968); nell’area di Antalya, Turchia (Bizon et al., 1974); nella Cordigliera Betica, Spagna (Molina, 1979); nelle Isole Maltesi (Giannelli e Salvatorini, 1972; Mazzei, 1985); in Sardegna (Iaccarino et al., 1984; Mazzei e Oggiano, 1990; Francolini, 1994); nell’Isola di Pianosa, Mar Tirreno Settentrionale (Foresi et al., 2000); in Sicilia (Amore, 1969; Catalano &amp; D’Argenio, 1982; Lentini et al., 1987; Di Stefano, 1993, 1995). Per i riferimenti bibliografici si rimanda alle singole unità di ricerca.
Nell’area mediterranea si segnala, inoltre, il DSDP Leg 42 Site 372, la cui successione si estende fino alla base del Burdigaliano (Shipboard Scientific Party, 1978), seppure non in modo continuo a causa del metodo di carotaggio utilizzato.
Fra le successioni oceaniche di pozzi DSDP/ODP non sono molti i sites che presentano una successione continua del Miocene inferiore/medio con una buona preservazione delle associazioni a plancton calcareo, con un record magnetostratigrafico e/o una calibrazione astronomica. In numerosi sites l’intervallo Miocene inferiore/Miocene medio presenta lacune, oppure sedimentazione condensata, oppure dissoluzione delle associazioni a plancton calcareo. Le successioni più idonee per la ricerca proposta sono le seguenti: ODP Leg 208 Site 1264 (Walvis Ridge), ODP Leg 154 Site 925 (Ceara Rise), DSDP Leg 82 Site 563 e ODP Leg 162 Site 982 nell’Oceano Atlantico, ODP Leg 115 Site 714 nell’Oceano Indiano e ODP Leg 202 Site 1237 nell’Oceano Pacifico sud orientale. <<<