RICERCA ITALIANA     

Relazioni paleogeografiche tra Toscana, Corsica, Sardegna, Calabria e Sicilia Orientale prima della deformazione alpina. Evoluzione cinematica dell’area compresa tra il Golfo del Leone e l’attuale Avampaese Adriatico-Apulo-Ionico a partire dall’Oligocene superiore.

Università di Pisa

Abstract

A cavallo tra gli anni sessanta e gli anni settanta, le diverse campagne oceanografiche effettuate permisero ai ricercatori del Lamont-Doherty Observatory di correlare e datare le principali anomalie magnetiche dell’Atlantico Centrale e Settentrionale e pertanto di ricostruire con buona attendibilità la storia di apertura di questo oceano. Una volta noti i parametri del moto relativo dell’Europa rispetto all’America e dell’Africa rispetto all’America il passo successivo fu quello di calcolare il moto relativo dell’Africa rispetto all’Europa o dell’Europa dispetto all’Africa ricavando così la storia dell’interazione tra queste due placche a partire dall’inizio del Giurassico medio quando l’Africa cominciò ad allontanarsi dall’America con un movimento di prevalente trascorrenza sinistra rispetto all’Europa. In modelli semplici con Terra a raggio costante e con movimenti delle placche senza significativa deformazione interna, l’area mediterranea in tempi alpini veniva considerata un sistema cinematico interamente dominato dal sistema Atlantico. Attraverso questo approccio furono elaborati modelli previsionali ricavati dalle lineazioni magnetiche dell’Atlantico e questi modelli furono messi a confronto con le conoscenze disponibili di geologia regionale. La corrispondenza tra dati calcolati e dati osservati era tanto buona da essere stupefacente tra il Giurassico medio e l’Oligocene medio-superiore. A partire da questo momento, invece, dati calcolati e dati osservati erano in profondo disaccordo nella gran parte del Mediterraneo Centrale e Occidentale. Il disaccordo riguardava sia la direzione dei vettori di spostamento che mostravano deviazioni fino a 90° sia la magnitudo dei vettori che mostravano variazioni fino ad oltre il 500%. Questa differenze erano ovviamente troppo grandi per essere contenute all’interno dell’errore standard. Nella seconda metà degli anni settanta, l’apparente contraddizione tra tettonica globale e tettonica regionale è stata risolta attraverso l’introduzione del meccanismo del rollback che controlla l’arretramento dell’asse della flessura nella placca inferiore e influisce pesantemente sui parametri connessi (velocità di apertura dei bacini retroarco, velocità di propagazione del fronte della compressione). La tettonica globale, in effetti, è in grado di definire le condizioni al contorno di un sistema cinematico dominato da un sistema di ordine maggiore (come nel caso del Mediterraneo rispetto all’Atlantico) ma non è in grado di prevedere e tanto meno quantificare il ruolo dell’arretramento flessurale della placca inferiore che in caso di sprofondamento passivo può determinare imponenti processi estensionali nelle aree retroarco e può innescare velocità di migrazione del sistema catena-avanfossa fino a cinque o sei volte più grandi della velocità di convergenza tra le placche rigide ai margini del sistema.
La ricerca proposta si prefigge di ricostruire il puzzle peritirrenico ricollocando nella loro posizione originaria elementi oggi dispersi in Toscana Meridionale, Calabria e Sicilia Orientale ma che prima dell’apertura del Bacino Algero-Provenzale e del Bacino Tirrenico formavano una fascia continua che bordava il margine orientale della Sardegna e della Corsica. Una volta ricostruito questo puzzle, la ricerca sarà orientata ad elaborare uno o più modelli cinematici che dovranno rispettare le condizioni al contorno fissate dalle placche rigide e soddisfare tutti i vincoli interni al sistema fissati dalla geologia regionale. Il Progetto prevede tra le sue principali attività:
• comparazione tra il basamento pre-alpino della Sardegna e il basamento delle unità a crosta continentale dell’Arco Calabro-Peloritano;
• studio delle copertura sedimentarie mesozoico-terziaria delle unità tettoniche interne di derivazione continentale della Toscana Meridionale della Calabria e della Sicilia Orientale; studio delle coperture mesozoico-terziarie della Sardegna Orientale e loro comparazione con le precedenti;
• studio dei depositi di tipo flysch, che esprimono l’incorporazione di domini di avampaese in sistemi di avanfossa;
• studio dei più importanti depositi discordanti sulle precedenti unità, che forniscono indicazioni sul loro primo coinvolgimento nella tettonica compressiva;
• elaborazione di uno o più modelli cinematici dell’area peritirrenica a partire dall’Oligocene superiore. Questa parte della ricerca prevede l’uso intensivo di strumenti GIS per la definizione delle condizioni al contorno. Si prevede di utilizzare i poli di rotazione e le velocità angolari fornite dai vari modelli disponibili in letteratura per ricostruire al computer le posizioni relative dei margini di placca in vari momenti. Verranno quindi riposizionati all’interno del sistema i vari pezzi del mosaico verificando momento per momento la compatibilità tra i vettori di spostamento delle placche rigide, le strutture tettoniche che si vanno producendo e i vettori di arretramento flessurale nelle aree di avampaese. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Paolo Scandone Università degli Studi di PISA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo finale del Progetto è l’elaborazione di un modello cinematico che descriva compiutamente l’evoluzione geologica dell’area peritirrenica a partire dall’Oligocene superiore. La scelta dell’Oligocene superiore come limite cronologico inferiore del modello deriva dal fatto che in questo periodo il contesto geodinamico del Mediterraneo Centrale è abbastanza ben definito, con un sistema di subduzione Europa-immergente in corrispondenza della Corsica e della Sardegna e un sistema Africa-immergente nelle Alpi, con il Bacino Terziario Ligure-Piemontese impostato in corrispondenza della trasforme che doveva accomodare l’opposta subduzione, il vulcanismo calc-alcalino delle Sardegna e il plutonismo orogenico delle Alpi accompagnato da subordinati episodi vulcanici. Tanto nel segmento a subduzione Europa-immergente quanto nel segmento a subduzione Africa-immergente dovevano esistere prima della fine dell’Oligocene condizioni di arco neutrale nel quale la velocità di convergenza tra placche era compensata dalla velocità di arretramento flessurale della placca inferiore con conseguente migrazione spazio-temporale del sistema catena-avanfossa-avampaese verso l’esterno. A partire dalla fine dell’Oligocene, l’aumento della velocità di arretramento flessurale della placca Africana non compensato dalla velocità di convergenza tra le placche determinò l’apertura nel Mediterraneo Occidentale e nel Tirreno di bacini estensionali a crosta oceanica e a crosta continentale assottigliata. Nel modello che si intende costruire i principali parametri cinematici che verranno utilizzati sono rappresentati da:
• velocità di convergenza tra la placca europea e la placca africana Vc;
• velocità di arretramento dell’asse di flessura nella placca africana Vflr;
• velocità di propagazione verso l’esterno del fronte orogenico Vofp;
• velocità di apertura dei bacini estensionali post-collisionali Vext.
Il primo parametro viene ricavato dai modelli che descivono la storia di apertura dell’Oceano Atlantico attraverso lo studio delle lineazioni magnetiche. L’importanza di questi modelli ai fini della ricostruzione dell’evoluzione tettonica del Mediterranea risiede nel fatto che sono in grado di vincolare le condizioni al contorno attraverso la rilocazione dei margini indeformati degli avampaesi europeo e africano in momenti cronologicamente ben definiti. Gli altri tre parametri non sono invece ricavabili dal sistema di equazioni che descrive l’interazione Africa-Europa e devono pertanto essere dedotti attraverso studi di geologia regionale. L’arretramento flessurale della piastra inferiore è geologicamente descritto dalla migrazione spazio-temporale dei depositi silicoclastici di tipo flysch nei diversi domini paleogeografici. L’inizio della deposizione di un flysch, infatti, è l’espressione più evidente dell’incorporazione di un’area di avampaese in un bacino di avanfossa. Sezioni bilanciate attraverso l’Appennino consentono la ricollocazione palinspastica dei vari domini deposizionali e pertanto consentono di ricavare il parametro spazio. Datando la base dei flysch nei vari domini diventa un termine noto anche il parametro tempo e può essere ricavata la velocità di arretramento flessurale della placca in subduzione. Utilizzando le stesse ricostruzioni palinspastiche è possibile ricavare la velocità di propagazione del fronte orogenico se sono note l’età dei depositi più recenti coinvolti nel trasporto tettonico (parte alta dei depositi di tipo flysch) e l’età dei depositi più antichi che suturano la prima fase di trasporto (depositi di tipo thrust-top). La geologia marina, infine fornisce i valori dell’ultimo parametro necessario per l’elaborazione del modello cinematico che è la velocità di apertura dei bacini estensionali Algero-Provenzale e Tirrenico. E’ evidente che
Vext.= Vflr - Vc
e che
Vofp = Vc + Vext.
Queste relazioni cinematiche spiegano perché a partire dall’Oligocene superiore, con l’accelerazione della velocità di arretramento flessurale della placca africana e l’apertura dei bacini Algero-Provenzale e Tirrenico il sistema cinematico mediterraneo non è più dominato dal sistema Atlantico, pur essendo da questo controllato per quanto riguarda le condizioni al contorno.
Il modello cinematico dell’area peri-tirrenica rappresenta l’obiettivo finale del Progetto e il suo raggiungimento è ovviamente condizionato dalla definizione delle condizioni al contorno (che, come già detto sono deducibili dai modelli di apertura dell’Atlantico) e dalla disponibilità o meno di ricostruzioni palinspastiche realistiche all’interno della cornice delimitata dai margini indeformati degli avampaesi rigidi europeo e africano. Una ricostruzione palinspastica dell’area peritirrenica riferita a più momenti geologici rappresenta un obiettivo intermedio il raggiungimento del quale è una tappa cruciale del Progetto. Il modello cinematico, infatti, potrà essere definito in termini quantitativi realistici solo dopo aver risolto soddisfacentemente il puzzle peritirrenico, con la rilocazione nella loro posizione originale delle varie tessere del mosaico che sono oggi disperse tra la Toscana e la Sicilia Orientale. Questa è la ragione per la quale sono stati fissati i seguenti obiettivi a breve-medio termine:
• definizione del basamento pre-alpino delle falde di ricoprimento dell’Arco Calabro-Peloritano e la sua comparazione con il basamento sardo;
• definizione delle coperture carbonatiche mesozoico-terziarie delle unità a basamento cristallino dell’Arco Calabro-Peloritano e la loro comparazione con le coperture mesozoico-terziarie della Sardegna Orientale e con la successione del Gruppo dello “Pseudoverrucano” in Toscana meridionale;
• definizione dei depositi oligo-miocenici discordanti sulle falde di ricoprimento dell’Arco Calabro-Peloritano e dell’Appennino settentrionale e loro comparazione con le successioni oligo-mioceniche della Sardegna Orientale e della Corsica Orientale;
Tutti i proponenti di questo Progetto di Ricerca sono perfettamente consci che il raggiungimento di questi obiettivi intermedi rappresenta un punto irrinunciabile che può condizionare il successo o il fallimento dell’intero Progetto. <<<

Risultati parziali attesi

Il Progetto proposto ha caratteristiche di ricerca di base e in quanto tale ha valenza metodologica piuttosto che potenzialità applicative dirette. Il principale contributo atteso è un significativo avanzamento delle conoscenze geologiche sull’area del Mediterraneo Centrale attraverso un approccio integrato che va dalla geologia strutturale alla geologia stratigrafica, alla paleontologia ed alla geomatica.
Le attività di ricerca proposte seguono uno schema di flusso a cascata, per cui ogni prodotto finito in tempi brevi diventa elemento di input per un prodotto più complesso da conseguire in tempi intermedi, fino al prodotto a più lungo termine, rappresentato dal modello cinematico dell’area peri-Tirrenico, che ha come parametri di ingresso le conclusioni di tutte le ricerche precedenti. I proponenti sono ben consci del fatto che se si rompesse un anello della catena, il progetto sarebbe destinato al fallimento. D’altro canto la consapevolezza di questo rischio rende la sfida scientifica più interessante, stimolando la massima cooperazione tra i ricercatori nel rispetto di una tabella di marcia che ha tempi stretti ma in ogni caso realistici.
Seguendo lo schema di flusso delle attività di ricerca, i prodotti che saranno resi disponibili sono i seguenti:
1. carte del basamento in Corsica-Sardegna e nell’Arco Calabro-Peloritano, con le caratteristiche salienti delle unità pre-alpine;
2. carte della copertura mesozoico-terziaria in Sardegna Orientale e nell’Arco Calabro-Peloritano e della successione dello “Pseudoverrucano” in Toscana Meridionale, con la distribuzione delle facies in diversi intervalli cronologici;
3. logs di sezioni stratigrafiche nelle successioni mesozoico-paleogeniche pre-orogene e nelle successioni terrigene oligo-mioceniche di tipo thrust-top e correlazioni tra le varie sezioni colonnari;
4. database per la gestione automatica di tutte le informazioni stratigrafiche, attivo anche in rete;
5. carte dell’area centro-mediterranea mostranti la posizione relativa della placca europea e della placca africana in tempi diversi, dedotte dai modelli esistenti sull’apertura dell’Oceano Atlantico. I margini indeformati degli avampaesi europeo ed africano contenuti in queste carte vanno a costituire le condizioni al contorno nelle carte elencate al punto successivo;
6. carte paleogeografiche riferite a tempi diversi, nelle quali lo spazio all’interno dei margini stabili degli avampaesi viene riempito attraverso la rilocazione palinspastica delle unità e dei domini interessati dalla deformazione alpina/appenninica;
7. modello dell’evoluzione cinematica dell’area peri-tirrenica a partire dall’Oligocene superiore;
8. database contenente i parametri descrittivi del modello, interrogabile anche in rete.
In conclusione, i risultati attesi documentabili attraverso prodotti fruibili, soddisfano pienamente gli obiettivi del Progetto di Ricerca. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Già nei primi anni settanta unità tettoniche interne a basamento oceanico e a basamento continentale dell’Arco Calabro-Peloritano venivano interpretate come frammenti di un edificio tettonico alpino, originariamente continuo dalla Corsica Orientale al Marocco, migrati nel corso della tettonica neogenica. In particolare, veniva riconosciuto un sistema orogenico Europa-vergente, interessato da metamorfismo alpino cretacico-paleogenico, accavallato in toto sulla catena appenninica neogenica Africa-vergente. In questa ricostruzione l’Unità di Longobucco (=Unità della Sila), collocata alla base della catena alpina, era interpretata come un elemento “austroalpino” Africa-vergente trasportato al fronte della catena alpina quando questa assunse una destinazione africana. L’Unità di Stilo, collocata al tetto della catena alpina, era invece interpretata come un elemento di origine europea sovrascorso con vergenza appenninica sulla catena alpina prima dell’inizio dell’apertura tirrenica. In più di trenta anni nuovi dati analitici sono stati raccolti e nuove idee sono maturate che hanno integrato e in parte modificato il vecchio schema. Sono state anche proposte correlazioni a scala regionale tra unità dell’Arco Calabro-Peloritano (l’Unità della Sila e l’Unità Longi-Taormina) e unità equivalenti affioranti nel Maghreb (Complessi Kabilidi, Falde Ghomaridi e Dorsale Calcarea Interna), nella Cordigliera Betica (Complesso Malaguide) e nell’Appennino Settentrionale (“Pseudoverrucano” Auctt.). Nonostante i progressi fatti, lo stato delle conoscenze è non ancora sufficiente per ricostruire il puzzle peritirrenico e ricollocare nella loro posizione originaria frammenti oggi dispersi tra il Tirreno Settentrionale, la Toscana Meridionale, la Calabria e la Sicilia Orientale che prima dell’apertura del Bacino Algero-Provenzale e del Bacino Tirrenico dovevano formare una fascia continua lungo il margine orientale della Sardegna e della Corsica.
Calabria e Sicilia Orientale. Riferendoci all’Unità della Sila, le conoscenze sulla sua copertura mesozoico-terziaria non permettono ancora di ricostruire il complesso sistema deposizionale all’interno del quale coesistevano sedimenti della stessa età ma di ambienti molto diversi, da scarpata, a bacino, ad alto morfologico in ambiente pelagico. La stratigrafia dei termini più giovani del Cretacico inferiore, rappresentati da depositi più o meno condensati in facies di Scaglia, è praticamente sconosciuta e non è accertata, pertanto, l’estensione temporale verso l’alto della successione. L’Unità della Sila è ricoperta in discordanza dai depositi aquitaniani della Formazione di Paludi che giacciono sul basamento cristallino e su vari termini della successione mesozoico-terziaria. I depositi terrigeni della Formazione di Paludi contengono giganteschi olistoliti di calcari marnosi tipo Scaglia e di calcilutiti a tintinnidi tipo Maiolica. Il contesto nel quale si sono prodotti questi franamenti all’interno di un bacino satellite è tuttavia ancora incompreso. Spostandosi nella Sicilia Orientale, appare necessario implementare l’analisi di facies nelle varie scaglie dell’Unità Longi-Taormina. Manca, infine, un confronto tra il basamento cristallino delle unità della Sila e di Longi-Taormina e il basamento pre-alpino della Sardegna Orientale. Per quanto riguarda l’Unità di Stilo, non esistono indagini sulla sua copertura mesozoico-terziaria condotte con moderni criteri stratigrafici. Somiglianze tra le successioni carbonatiche mesozoiche della Calabria e quelle della Sardegna Orientale erano già state messe in evidenza negli anni settanta. A tutt’oggi, tuttavia, mancano studi stratigrafici di dettaglio che permettano comparazioni attendibili. Sui diversi termini dell’Unità di Stilo giace in discordanza la successione terrigena miocenica della Formazione di Stilo-Capo d’Orlando. Su questa formazione esistono ottimi lavori stratigrafici e sedimentologici. Tuttavia i rapporti tra i depositi marini che formano il grosso della successione e i depositi continentali a mammiferi che si trovano alla base sono ancora tutti da definire. E’ ancora da definire, inoltre, il coinvolgimento o meno della Formazione di Stilo-Capo d’Orlando nel trasporto tettonico dell’Unità di Stilo sulla catena alpina in Calabria settentrionale. Per quanto riguarda il basamento pre-alpino, esistono evidenti somiglianze con il basamento della Sardegna Orientale, ma mancano studi comparativi approfonditi.
Toscana Meridionale e Tirreno Settentrionale. In Toscana Meridionale sono note da lungo tempo unità tettoniche di incerta collocazione paleogeografico-strutturale e tra queste il Gruppo dello “Pseudoverrucano”, collocato da alcuni autori nell’ambito del Dominio Subligure esterno e da altri nella parte interna del Dominio Toscano in posizione limitrofa con il Gruppo del Verrucano. La successione stratigrafica, ancora da studiare nel dettaglio, mostra significative analogie con successioni affioranti in Calabria, in particolare con la copertura mesozoica dell’Unità della Sila. Il Gruppo dello “Pseudoverrucano” assieme al resto delle falde appenniniche è ricoperto in discordanza angolare, da depositi miocenici il cui significato geodinamico non è stato ancora definitivamente chiarito. Per alcuni autori la parte bassa di questi depositi, Miocenica inferiore-media, si è deposta in bacini piggy-back in un contesto di tettonica compressiva. Per altri autori, invece, la deposizione è avvenuta in bacini estensionali che hanno accompagnato l’apertura precoce del Bacino Tirrenico, l’assottigliamento crostale in Toscana e la completa riorganizzazione dell’edificio a falde (“serie ridotta Auctt.”). Questi depositi non sono stati ancora studiati a sufficienza e non sono mai stati confrontati in modo analitico con i depositi tirrenici del Miocene inferiore-medio che affiorano nell’Isola di Pianosa (Formazione di Marina del Marchese) e nella Corsica Orientale (Formazione di St. Antoine e Formazione di Aghione nella Piana di Aleria) e che sono stati incontrati in perforazione nella Dorsale Elba-Pianosa.
Sardegna orientale. Da lungo tempo è stata riconosciuta una stretta relazione tra Blocco Sardo-Corso, Appennino Settentrionale e Arco Calabro-Peloritano per la presenza di successioni tipiche del paleo-margine europeo disperse tra la Toscana Meridionale e la Sicilia Orientale. Il basamento sardo è considerato un segmento dell’orogene ercinico sud-europeo con una zonazione tettono-metamorfica prograda che passa da una zona esterna” sud-occidentale poco metamorfica ad una “zona a falde” nella Sardegna Centrale e infine ad una “zona assiale” a nord. La “zona esterna” è caratterizzata da una successione completa dal Cambriano al Carbonifero inferiore, con una deformazione polifasica tipica di una catena a thrust e pieghe. La zona a falde è strutturata in diverse unità tettoniche aventi direzione di trasporto tettonico prevalente verso S con successioni litostratigrafiche simili che vanno dal Cambriano medio al Carbonifero basale e con metamorfismo in facies scisti verdi. La zona assiale è caratterizzata da un complesso metamorfico di alto grado e da un complesso migmatitico. Esistono analogie tra il basamento sardo e il basamento pre-alpino delle varie unità dell’Arco Calabro-Peloritano, in particolare tra il basamento poco metamorfico della “zona esterna” sarda e il basamento dell’Unità di Stilo nell’area tipo, tra le unità con metamorfismo di facies scisti verdi della “zona a falde” e il basamento dell’Unità della Sila, e infine tra le metamorfiti di alto grado della “zona assiale” sarda e metamorfiti di alto grado formanti in Calabria Settentrionale e Calabria Meridionale falde di basamento sprovviste di copertura alpina. Mancano, tuttavia, studi comparativi di dettaglio. Per quanto riguarda le successioni della copertura Mesozoico-Terziaria della Sardegna Orientale, esistono spiccate somiglianze con i termini coevi della Calabria e dei Peloritani, ma anche in questo caso mancano studi comparativi di dettaglio. <<<