RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

RICOSTRUZIONE AD ALTA RISOLUZIONE DELL'EVOLUZIONE PALEOCLIMATICA, PALEOCEANOGRAFICA ED ECO-BIOSTRATIGRAFICA DEL BACINO MEDITERRANEO NEL TARDO QUATERNARIO (0-450 KY BP)IN BASE ALL'ANALISI DI TRACCIANTI FAUNISTICI, FLORISTICI, CHIMICI ED ISOTOPICI.

Università di riferimento

Università degli Studi di URBINO "Carlo BO" - Geodinamica e sedimentologia - PESARO(PU)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Paolo COLANTONI

Descrizione

Il contributo dell’unità di ricerca di Urbino sarà relativo alla identificazione delle fluttuazioni osservabili nel record biogeochimico e sedimentologico dell’Adriatico centrale nel corso dell’Olocene e alla correlazione delle stesse con quelle osservate in altre aree per lo stesso periodo al fine di consentirne un’interpretazione in chiave paleoclimatica. A questo scopo il progetto è suddiviso in tre fasi: 1) identificazione, tra le associazioni a foraminiferi bentonici e a dinoflagellate, di specie-indice sensibili a parametri ambientali diversi (salinità, contenuto di ossigeno, condizioni trofiche) per l’area oggetto dello studio; 2) analisi stratigrafico-sequenziale con valutazione critica di vecchi elementi e acquisizione di nuovi dati (carotaggi e profili sismici) sul record olocenico 3) caratterizzazione della risposta del sistema sedimentario e biologico (microrganismi) alle fluttuazioni climatiche dell’Olocene in base all’analisi del materiale recuperato tramite carotaggio. ANALISI SEDIMENTOLOGICA, MICROPALEONTOLOGICA, CHIMICA E ISOTOPICA DI SEDIMENTI RECENTI In questa fase saranno utilizzati campioni prelevati tramite box-corer nel tratto di mare prospiciente la costa che comprende il promontorio del Monte Conero per caratterizzare le fluttuazioni stagionali e interannuali nelle associazioni a foraminiferi bentonici e a dinoflagellate. I dati ottenuti saranno corredati dalla definizione delle caratteristiche geochimiche (isotopi stabili e rapporto Mg/Ca) sui gusci dei foraminiferi per verificarne la variabilità in condizioni ambientali note. Sui campioni, inoltre, saranno effettuate analisi sedimentologiche al fine di ampliare il quadro delle conoscenze relative alle condizioni idrodinamiche dell’area. Foraminiferi bentonici La storia oceanografica recente dell’Adriatico centro-settentrionale è caratterizzata da una crescente eutrofizzazione in conseguenza degli aumentati apporti di nutrienti convogliati dal Po (Justić, 1987; Degobbis and Gilmartin, 1990; Justić et al., 1995). Attraverso l’aumento dei flussi di materia organica sul fondo e una notevole diminuzione dell’ossigenazione del fondale, l’eutrofizzazione ha indotto un notevole cambio nelle associazioni a foraminiferi bentonici a partire da ca. 150 anni fa (Barmawidjaja et al., 1995). Questa particolare condizione crea l’opportunità di verificare la risposta delle associazioni a foraminiferi a condizioni di stress ambientale che possono simulare fasi di eutrofizzazione e disaerobia nel passato. In questo contesto, le associazioni a foraminiferi bentonici costituiscono un ottimo strumento di ricostruzione ambientale. La loro sensibilità ai cambiamenti nel contenuto di ossigeno disciolto e ai flussi di materia organica dall’ambiente pelagico li rende infatti un eccellente strumento per ricostruire i cambiamenti di circolazione oceanica e paleoproduttività nel passato (Van der Zwaan et al., 1999). Osservazioni effettuate sulle associazioni adriatiche recenti mostrano notevoli variazioni interannuali consentendo l’identificazione di indicatori (paleo)ambientali la cui distribuzione sembra essere influenzata da parametri diversi (Duijnstee et al., 2004). Tuttavia, l’identificazione di tali specie indicatrici è ancora largamente da sviluppare. Al fine di chiarire meglio la risposta delle singole specie alle variazioni di diversi parametri chimico-fisici, l’unità operativa di Urbino analizzerà la distribuzione delle associazioni recenti su campioni prelevati tramite box-corer. L’area scelta per questa indagine, il tratto di mare prospiciente la costa che comprende il promontorio del Monte Conero, presenta al suo interno situazioni idrodinamiche e fondali molto differenti offrendo quindi la possibilità di verificare la distribuzione della componente biotica in condizioni diverse. Per caratterizzare la risposta delle singole specie alle variazioni dei parametri chimico-fisici sarà studiata la distribuzione delle associazioni recenti provenienti da tre transetti batimetrici effettuati durante le campagne PRISMA 1996/97 e su campioni da prelevare. In particolare, saranno ottenuti dati relativi all’abbondanza di esemplari viventi (Rose Bengal stained) nella loro distribuzione laterale e verticale nel sedimento. Il campionamento, parzialmente già effettuato, è corredato da misurazioni di alcuni parametri chimico-fisici (pH, Eh, temperatura) effettuate al momento del campionamento. Le analisi della distribuzione verticale delle associazioni verranno effettuate con una spaziatura di 1 campione ogni centimetro. La disponibilità di diversi set di campioni prelevati in diversi periodi dell’anno, consentirà di valutare l’influenza delle variazioni stagionali e interannuali nell’ambito della stessa area. Al fine di verificare i cambiamenti delle associazioni per un più lungo intervallo di tempo, saranno prelevati nuovi campioni (box-core) nella stessa area. Cisti di dinoflagellate a parete organica Sugli stessi campioni utilizzati per l’analisi dei foraminiferi bentonici verranno analizzate le associazioni a cisti di dinoflagellate a parete organica (dinocisti) in modo da avere un quadro relativo alle condizioni di produttività e di temperatura della colonna d’acqua superficiale. Come è ben noto, l’Adriatico centro-settentrionale è caratterizzato, soprattutto nella sua porzione occidentale, da un livello trofico generalmente elevato, condizione che si è aggravata negli ultimi decenni (e.g., Vollenweider et al., 1992). Gli effetti delle condizioni di eutrofia (e spesso di distrofia) cui è frequentemente soggetta quest’area portano ad un aumento della componente microalgale (soprattutto Diatomee e Dinoflagellate). Le Dinoflagellate sono, insieme alle Diatomee, uno dei gruppi fitoplanctonici più abbondanti anche nell’Adriatico e alcuni generi o specie possono dare luogo a fenomeni di fioriture, “maree colorate” e, a volte, sono responsabili della produzione di tossine. Alcuni gruppi di Dinoflagellate producono una cisti quiescente (ipnozigote) in seguito a riproduzione sessuale (Dale, 1983). Le cisti differiscono dalle cellule mobili planctoniche di Dinoflagellate perché esse perdono i flagelli trasversale e longitudinale e, quindi, sedimentano sui fondi marini dopo essere state prodotte. La parete organica di alcune cisti di Dinoflagellate consiste di una sostanza tipo-sporopollenina che si conserva nei sedimenti. Le dinocisti possono così essere utilizzate come indicatori delle variazioni di condizioni trofiche nelle acque superficiali (Sangiorgi e Donders, 2004 in press) e di inquinamento in ambienti costieri anche dovute all’influenza dell’uomo (Dale & Fjellså, 1994; Dale, 1996; Sætre et al., 1997; Thorsen & Dale, 1997; Dale et al., 1999; Sangiorgi et al., 2001). Inoltre, un particolare gruppo di Dinoflagellate (appartenenti al gruppo dei Protoperidinioidi) si nutre di Diatomee (è quindi eterotrofo). Le Diatomee sono considerate i maggiori produttori primari nelle acque, ma la loro preservazione è difficile soprattutto se si considerano acque sottosature di silice (sostanza di cui è costituita la loro parete cellulare). Poiché i Protoperidinioidi si cibano principalmente di Diatomee, la potenziale produttività delle acque può essere studiata attraverso l’analisi della concentrazione di queste cisti (e.g., Zonneveld 1995; Targarona, 1997). Le Dinoflagellate autotrofe vivono nella zona fotica e molte specie hanno il loro intervallo ottimale di temperatura così che la presenza e l’abbondanza di una cisti di una certa specie nell’associazione può essere indicativa della temperatura superficiale delle acque (SST = Sea Surface Temperature). E’ quindi possibile ricostruire il clima del passato e la produttività delle acque marine analizzando le associazioni di cisti nelle registrazioni stratigrafiche. Le cisti di Dinoflagellate a parete organica hanno dimostrato di essere indicatori molto sensibili anche per piccole fluttuazioni climatiche (es. quelle dell’Olocene). Esse evidenziano sia periodi di elevata produttività e conservazione della sostanza organica dovuta allo sviluppo di condizioni di anossia nella colonna d’acqua (come avviene durante la deposizione dei sapropel) sia periodi di elevata produttività senza sviluppo di anossia (e.g., Sangiorgi et al., 2002; Giunta et al., 2003). ANALISI STRATIGRAFICO-SEQUENZIALE E IDENTIFICAZIONE DEI SITI IDONEI AL CAROTAGGIO DELLE SEQUENZE OLOCENICHE E’ da tempo noto che durante l’ultimo massimo glaciale (15-18ka BP) la piattaforma continentale dell’alto e medio Adriatico era emersa fino all’orlo della Depressione Medio Adriatica (DMA) (Van Straaten, 1965; Rizzini, 1974; Colantoni et al, 1979; Ciabatti et al., 1987). Di conseguenza, sedimenti marini di lowstand (LST) si accumulavano nella DMA mentre l’attuale piattaforma era ricoperta da depositi alluvionali. La successiva risalita post-glaciale del mare ricoprì con depositi trasgressivi (TST) la piana alluvionale apportando dapprima sabbie di spiaggia e successivamente sabbie e peliti di ambiente lagunare e di transizione ricoperti a loro volta dal prisma costiero e dalla coltre limosa attuale di highstand (HST). Tale evoluzione ha consentito, durante l’Olocene, la deposizione di una spessa coltre sedimentaria ben identificabile attraverso l’analisi dei profili sismici. La buona copertura di profili Sparker 1000J, Uniboom e SBP 3.5 kHz disponibili per l’area di piattaforma consentirà l’identificazione dei siti più idonei al recupero delle sequenze oloceniche. In particolare, l’analisi sarà volta a rintracciare sequenze oloceniche di spessore tale da poter essere recuperato per intero tramite carotaggio a gravità. Il confronto con i profili sismici Sparker 1000J nella parte italiana della depressione meso-adriatica permetterà, inoltre, di comparare le sequenze deposizionali delle due aree secondo i principi della stratigrafia sequenziale. Sulla base dell’analisi dei profili sismici già disponibili sarà infatti condotta una revisione critica volta a migliorare le conoscenze inerenti l’evoluzione dei sistemi deposizionali tardo quaternari della piattaforma adriatica e della zona della depressione mesoadriatica. Questo studio permetterà di riconoscere i principali cicli deposizionali recenti e di inquadrarli in un contesto di evoluzione sedimentaria del bacino. Alla luce dei dati sedimentologici disponibili (Borsetti et al., 1995) le sequenze sedimentarie riconosciute nelle aree di piattaforma saranno quindi confrontate con le conoscenze sul bacino profondo, esplorato solo con pochi profili, al fine di riconoscerne il significato genetico e, in particolare, l’influenza delle variazioni paleoclimatiche e del livello marino sulle stesse. ANALISI STRATIGRAFICA INTEGRATA DEI SEDIMENTI RECUPERATI TRAMITE CAROTAGGIO NELL'AREA DELL'ADRIATICO CENTRALE Sedimentologia, Micropaleontologia e Geochimica Sui sedimenti recuperati tramite carotaggio sarà condotta un’analisi stratigrafica integrata ad alta risoluzione al fine di individuare le fluttuazioni del record bio-geochimico a scala secolare. In particolare, saranno condotte analisi quantitative delle associazioni a foraminiferi planctonici e a cisti di dinoflagellate al fine di ricostruire fluttuazioni della paleoproduttività e ottenere una storia dettagliata delle variazioni delle masse d’acqua superficiali. Sugli stessi campioni saranno condotte analisi delle associazioni a foraminiferi bentonici per ricavare informazioni sulle condizioni di ossigenazione e di accumulo di materia organica sul fondale. L’integrazione dei dati relativi alle associazioni planctoniche e bentoniche consentirà di ottenere un inquadramento paleoceanografico dettagliato. Sugli stessi campioni utilizzati per l’analisi micropaleontologica saranno effettuate, in collaborazione con altre unità operative che partecipano al progetto, analisi chimiche (elementi vicarianti del Ca2+) e isotopiche (isotopi stabili del carbonio e dell’ossigeno) Queste analisi verranno effettuate su specie selezionate di foraminiferi planctonici e bentonici in modo da ottenere indicazioni riguardo all’evoluzione dei parametri idrografici e un quadro dettagliato della variabilità delle condizioni chimico- fisiche, in particolare, temperatura e salinità, di diverse parti della colonna d’acqua durante il periodo considerato. L’analisi delle caratteristiche tessiturali e composizionali dei sedimenti recuperati, forniranno un’altra importante chiave di lettura degli ambienti deposizionali attuali e passati. La determinazione dei minerali argillosi presenti nella coltre limosa olocenica ha già fornito importanti indicazioni sulla circolazione delle acque (Tomadin, 2000) e sulle variazioni e pulsazioni a breve e medio termine (Colantoni et al., 2000). Un’attenta revisione dei dati corredata da nuove determinazioni dovrebbe quindi essere particolarmente utile e proficua. Infine, saranno effettuate analisi quantitative delle associazioni a spore e pollini al fine di ottenere un inquadramento della contemporanea evoluzione climatica e vegetazionale in ambiente continentale. Sulle serie temporali così acquisite saranno condotte analisi spettrali al fine di identificare eventuali modulazioni periodiche dei segnali ottenuti. Inquadramento cronostratigrafico delle sequenze studiate L’analisi delle associazioni a foraminiferi planctonici dovrebbe consentire di ottenere un’eco-biostratigrafia ad alta risoluzione per l’intervallo studiato. Su questa base saranno effettuate correlazioni con le ecozone già identificate in altre aree del Mediterraneo (si veda Sprovieri et al., 2003). Inoltre, al fine di ottenere un’affidabile cronologia saranno effettuate alcune datazioni radiometriche (AMS 14C). L’elaborazione di dati quantitativi e la caratterizzazione delle ciclicità controllanti i segnali ottenuti dovrebbero consentire di ottenere una calibrazione “climatostratigrafica” e di effettuare correlazioni con le altre regioni dell’area mediterranea e con il record evidenziato in oceano. I principali obiettivi dell’unità di Urbino sono quindi: • identificazione di specie-indice dei parametri ambientali nelle associazioni a foraminiferi bentonici e a cisti di dinoflagellate. • identificazione dei siti di carotaggio per il recupero in “gravity core” dell’intervallo olocenico nell’area prospiciente al tratto di costa che comprende il promontorio del Monte Conero. • definizione di un preciso schema di riferimento temporale per l’Olocene dell’Adriatico centrale basato sull’integrazione di un ampio spettro di informazioni crono-stratigrafiche ad alta risoluzione (eco-biostratigrafia, datazioni 14C, stratigrafia isotopica, stratigrafia chimica, stratigrafia sequenziale); • ricostruzione ad alta risoluzione dell’evoluzione ambientale del bacino Adriatico centrale negli ultimi 10.000 anni. sulla base di traccianti sedimentologici, faunistici (foraminiferi planctonici e bentonici), floristici (dinoflagellate) ed isotopici e comparazione con i risultati ottenuti per l’intervallo coevo dalle altre UU.OO. partecipanti al progetto; • Ricostruzione ad alta risoluzione della contemporanea evoluzione climatica e vegetazionale in ambiente continentale attraverso lo studio di spore e pollini. • Identificazione di modulazioni cicliche dei segnali ottenuti per l’Olocene dell’Adriatico centrale e correlazione con eventi registrati a scala globale al fine di identificarne il significato paleoclimatico.