RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Metodologie integrate (maturità della materia organica, inclusioni fluide, mineralogia e geochimica delle argille, tracce di fissione ed età U-Th/He) per la ricostruzione dei carichi tettonico/sedimentari e dell'esumazione in Appennino meridionale (confine calabro-lucano) e in Sicilia orientale (catena sedimentaria a pieghe e sovrascorrimenti)

Università di riferimento

Università degli Studi di CAMERINO - SCIENZE DELLA TERRA - CAMERINO(MC)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Maria Chiara INVERNIZZI

Descrizione

Le indagini relative al presente programma di ricerca saranno concentrate sulle Liguridi affioranti al confine calabro-lucano e in particolare sui terreni dell'Unità del Frido, caratterizzata da grado metamorfico medio-basso e sui terreni dell'Unità nord-calabrese, non metamorfica. Queste unità costituivano il prisma di accrezione oceanico. L'area di affioramento delle unità ofiolitifere nella Lucania meridionale si estende tra Latronico e Castelluccio Inferiore (margine occidentale) e S.Costantino Albanese e Terranova del Pollino (margine orientale). Quest'area costituisce gran parte del territorio submontano-collinare che si estende a settentrione della Catena del Pollino, a formare una fascia ampia in media 10 km e lunga circa 40 km, parallela alla dorsale montuosa carbonatica (Schiattarella, 1998). In questa fascia predominano unità di copertura (Unità del Frido e Unità Nord-Calabrese, sensu Bonardi et al., 1988), ma gli affioramenti di corpi serpentinitici ed associate masse di metabasiti sono in più siti arealmente e volumetricamente significativi. Gli obiettivi di questa ricerca sono così riassumibili: - acquisizione di dati quantitativi sulla storia termica delle diverse unità affioranti al confine calabro-lucano (finalizzati alla valutazione dei carichi tettonico/sedimentari e dell'età di esumazione di queste unità) attraverso l'uso congiunto di analisi di inclusioni fluide, fission tracks ed età U-Th/He, minerali argillosi, e, subordinatamente, maturità della materia organica dispersa nei sedimenti (in collaborazione con l'Unità di Ricerca -U.R.- di Roma Tre). Questi metodi, applicati insieme, costituiscono infatti il miglior approccio per la determinazione della storia termica e dei pattern regionali di metamorfismo di successioni sedimentarie coinvolte nella costruzione di una catena. - Validazione dei metodi utilizzati attraverso il confronto sistematico tra differenti metodologie d'indagine e, ove possibile, attraverso la correlazione dei dati (in collaborazione con l'U.R. di Roma Tre). Questo obiettivo prevede l'utilizzo dei dati acquisiti per la calibrazione di modelli d'evoluzione termico-strutturale delle successioni analizzate attraverso l'ausilio di applicazioni software. - Confronto dei caratteri strutturali, mineralogici, geochimici e geocronologici, nonché dei carichi tettonico/sedimentari e dei tempi di esumazione delle unità di mare profondo appartenenti ai domini "interni" con quelli delle unità dei domini più "esterni" dell'Appennino meridionale. Il transetto proposto, infatti, si colloca in una posizione più "interna" rispetto ad aree già parzialmente indagate con metodologie analoghe e sopra descritte. METODOLOGIE Per la realizzazione degli obiettivi, l'U.R. di Camerino utilizzerà le seguenti metodologie: RILEVAMENTI DI DETTAGLIO ED ANALISI STRUTTURALE E MICROSTRUTTURALE (in microscopia ottica, SEM e catodoluminescenza) volta, ove necessario, all'individuazione e caratterizzazione cinematica dei principali contatti tettonici, nonché allo studio delle rocce di faglia. ANALISI DELLE INCLUSIONI FLUIDE (I.F.) Questo studio consente di ricostruire le condizioni di temperatura e pressione alle quali cristallizza di un minerale, la composizione e l'origine del fluido in esso contenuto, nonché le successive modificazioni di detti parametri nel corso della storia deformativa del cristallo. La temperatura di omogenizzazione (Th) e la temperatura di fusione (Tm) del fluido, acquisite attraverso l'analisi microtermometrica, danno indicazioni sulla densità (ed, eventualmente, sulla temperatura minima di intrappolamento) e sulla composizione del fluido nelle inclusioni. Durante l'acquisizione dei dati si terrà conto dei limiti insiti in questo tipo di studio (ridotte dimensioni delle I.F., possibile "riapertura" del sistema con conseguente riequilibrio termico, variazioni di volume delle inclusioni), prevedibili specialmente nel caso di minerali "soffici" come gesso e calcite (Goldstein & Reynols, 1994). Le campionature per l'analisi delle I.F. saranno finalizzate principalmente allo studio dei minerali in vene sin- e post-tettoniche. Ci si avvarrà, per alcuni campioni selezionati, dello studio della catodoluminescenza per evidenziare zonature nei minerali da mettere in relazione con i dati ottenuti dalla microtermometria ed individuare eventuali trend, variazioni di temperatura e composizione dei fluidi. Ciò consentirà una migliore ricostruzione della storia termica delle unità tettoniche. ANALISI DELLE FISSION TRACKS (F.T.) Il metodo di datazione con le F.T. si basa sulla fissione spontanea del 238U che provoca un difetto lineare (o traccia) all'interno dei cristalli dei minerali: il numero di tracce è quindi proporzionale al tempo in cui si sono accumulate e alla concentrazione di 238U. Durante il raffreddamento di una roccia, l'"orologio" F.T.. comincia a girare nel momento in cui si passa al di sotto della temperatura di chiusura (Tc, temperatura alla quale sono stabili il 50% delle tracce che si formano). Il metodo è più frequentemente applicato su apatite (Tc = 100±10°C) e zircone (Tc = 250±40°C). In realtà, Esiste un intervallo di temperature nel quale le tracce si accorciano fino a sparire del tutto (partial annealing zone, PAZ) che per l'apatite è compreso tra 60 e 120°C. La misura della lunghezza delle tracce in apatite fornisce, quindi, indicazioni sulle temperature raggiunte dai minerali e, più in generale, sulla storia termica. Si è quindi in grado di discriminare eventuali episodi di riscaldamento o di variazioni dei tassi di raffreddamento. Alcuni software dedicati permettono lo studio quantitativo di questi fenomeni, fornendo l'evoluzione tempo-temperatura della roccia in esame. ANALISI DELLE ETA' U-Th/He Il metodo termocronologico del U-Th/He costituisce un completamento naturale al metodo delle F.T.. L'U-Th/He in apatite è un termocronometro recente che da informazioni su temperature ancora inferiori (Tc= 75±5°C). L'U-Th/He é uno dei primi metodi radiometrici sperimentati per la datazione assoluta delle rocce ma come tecnica di datazione era stata abbandonata a causa della facile diffusione dell'elio con la temperatura. E' proprio a causa di questa caratteristica, che si possono utilizzare le età "apparenti" dell'elio per la termocronologia a bassa temperatura. Da esperimenti di diffusione in laboratorio si è visto che le età dell'elio in apatite con l'aumentare della temperatura definiscono un andamento analogo alle età delle F.T., ma in una zona che è situata 40° e 80°C. Le due zone essenzialmente non si sovrappongono, cioè le apatiti possono risiedere a temperature a cui le F.T. sono stabili ma non così l'elio. Le età dell'elio possono significativamente restringere la gamma delle storie termiche plausibili e soprattutto permettere di esercitare un controllo indipendente sulla porzione più superficiale dei percorsi predetti dai modelli termici estrapolati dalla distribuzione delle F.T. in apatite o di altri parametri. ANALISI DEI MINERALI ARGILLOSI - Analisi mineralogica qualitativa e semiquantitativa mediante diffrazione a raggi X attraverso l'ausilio dei software SIROQUANT e LINKFIT e mediante analisi al SEM (Scanning Electron Microscopy); - Evoluzione delle reazioni smectite -> strati misti illite/smectite (I/S) -> illite -> muscovite e smectite->strati misti clorite/smectite (C/S)->clorite mediante diffrazione a raggi X e computer modelling (software NEWMOD); a) Stima degli indici di cristallinità dei minerali argillosi calibrati con la scala CIS (Crystalinity Index Standard scale); b) Individuazione dei politipi dell'illite e misura delle dimensioni della cella elementare della muscovite (parametro b) mediante AEM (Analytical Electron Microscopy), attraverso l'applicazione della retta di regressione proposta da Guidotti et al. (1989), e decomposizione del profili di diffrazione a raggi X, utilizzando la riflessione (060); c) Determinazione dello spessore dei cristalliti e dello strain dell'illite e I/S, nonché di altri minerali argillosi, attraverso l'analisi dei profili di diffrazione (metodo modificato di B-W-A e codificato nel programma Mudmaster); - Analisi chimica mediante fluorescenza a raggi X (FRX; elementi maggiori ed in traccia), attivazione neutronica (NA; elementi delle terre rare) ed analisi isotopica della frazione argillosa (isotopi del Nd, del Pb e dell'ossigeno, K/Ar, Rb/Sr). FASI DELLA RICERCA La ricerca si articolerà in quattro fasi FASE 1 (Durata: mesi 1) - Revisone critica del materiale bibliografico e dei dati già esistenti FASE 2 (Durata: mesi 4) - Rilevamenti geologico-strutturali, analsi meso-strutturale campionatura e contestualizzazione stratigrafica dei campioni Ci si propone di effettuare una campionatura sui diversi termini di copertura caratterizzati da differenti condizioni strutturali, lungo alcuni transetti discontinui (date le condizioni di affioramento e le complesse geometrie strutturali) all'interno delle aree comprese nelle tavolette S. Severino Lucano, S. Costantino Albanese e Viggianello. In dettaglio verranno analizzati i terreni appartenenti a: - l'Unità del Frido (sensu Bonardi et al. 1988), costituita da rocce basiche ed ultrabasiche, metabasiti, quarziti, argilloscisti e metacalcari, che comprendono buona parte della sezione tipo descritta da Vezzani (1969); - il mélange tettonico di Episcopia e San Severino, costituito da rocce ofiolitiche (megablocchi di serpentiniti) e da blocchi di crosta continentale immersi in una matrice serpentinoso-filladica, che segue l'Unità del Frido; - i terreni dell'Unità Nord-Calabrese (Giurassico superiore-Oligocene superiore), in contatto tettonico sull'Unità del Frido, anch'essa di suite ofiolitica, ma non metamorfica, quali: a) la Formazione di Timpa delle Murge, costituita da pochi metri di radiolariti ed argilliti silicifere, il cui passaggio alla formazione sovrastante è marcato dalla comparsa di quarzareniti all'interno delle argilliti; b) la Formazione delle Crete Nere, costituita da alternanze di quarzareniti in strati e banchi e argilliti grigio scure, ricche di sostanza organica; c) la Formazione del Saraceno, costituita da torbiditi calcaree, spesso silicizzate, con aumento verso l'alto della frazione silicoclastica, ascritta all'Eocene sup.-Oligocene sup. FASE 3 (Durata: mesi 12) - Preparazioni dei campioni, analisi di Laboratorio, prima interpretazione dei risultati analitici La preparazione dei campioni (sezioni doppio lucidate) e le analisi petrografiche e microtermometriche sulle inclusioni fluide, nonché le indagini microstrutturali e al SEM di rocce di faglia saranno effettuate presso i laboratori del Dipartimento di Scienze della Terra e presso il Centro Grandi Apparecchiature dell'Università di Camerino. Per le analisi in catodoluminescenza ci si avvarrà, invece, dei laboratori di Orsayterre (Université Paris XI) con i cui ricercatori è in corso, da alcuni mesi, una collaborazione scientifica. Considerate le litologie e le unità tettoniche in studio, si ritiene necessario un numero pari a circa 30 campioni per il confine calabro-lucano. Inoltre verranno analizzati ca. 10 campioni, di supporto alla ricerca dell'U.R. di Roma Tre, per lo studio di un transetto in Sicilia orientale. La preparazione e l'analisi dei campioni per le tracce di fissione saranno effettuate presso i laboratori del Dipartimento di Scienze della Terra e Geologico-ambientali dell'Università di Bologna. La fase di irraggiamento sarà effettuata presso i laboratori dell'Union College (Schenectady, NY - USA) con i quali esiste una collaborazione già in atto. Si prevede l'analisi di un numero complessivo di 20 campioni che comprendono 4 campioni di supporto alla ricerca dell'U.R. di Roma tre. Dai concentrati di apatite di circa 10 campioni tra quelli preparati a Bologna, verranno selezionati alcuni grani privi di inclusioni e il contenuto di 4He verrà determinato presso l'Istituto di Geoscienze e Georisorse - CNR, con sede a Pisa. Questi grani, saranno poi analizzati con ICP-MS del Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Pisa per la determinazione di U e Th. Le analisi mineralogiche per via diffrattometrica e le analisi chimiche saranno eseguite sia sulla roccia totale sia sulla frazione inferiore a 2 micron presso i laboratori dell'IMAA-CNR di Tito Scalo, Potenza, e, subordinatamente, del Natural History Museum (UK) con il quale è già in corso una collaborazione da alcuni anni e presso gli X-Ral Laboratories (Canada). E' prevista anche un'analisi al SEM per la caratterizzazione di alcuni minerali e del fabric. Verranno eseguite analisi in AEM di muscoviti per il calcolo del parametro b0. Le analisi isotopiche verranno eseguite sulla frazione argillosa. In questa fase si prevede anche di interpretare i dati mineralogici per definire i pattern regionali di metamorfismo di basso e bassissimo grado e di integrare i dati mineralogici (tipo di politipi di illite, cristallinità, ecc.) con quelli chimici (contenuto degli elementi in tracce e terre rare) ed isotopici (composizione isotopica della frazione argillosa). Questi diversi tipi di analisi saranno effettuati presso i laboratori esteri sopra citati. Lo studio mineralogico sarà effettuato su circa un centinaio di campioni, tra questi saranno opportunamente selezionati i campioni da sottoporre ad analisi chimica ed isotopica. L'U.R. di Roma tre eseguirà inoltre analisi di maturità della materia organica su un totale di ca. 20 campioni. FASE 4 (Durata: mesi 5) - Confronto ed integrazione dei dati ottenuti. Elaborazione finale del modello di evoluzione termico-strutturale delle successioni studiate. Sintesi per il confine calabro-lucano e confronto con settori limitrofi. In questa fase ci si dedicherà principalmente alla calibrazione, con i dati acquisiti, dei modelli termico-strutturali, realizzati attraverso l'ausilio di software dedicati, per la ricostruzione dei carichi tettonico-sedimentari delle successioni studiate e dei tempi e delle velocità di esumazione. In particolare, l'U.R. di Camerino utilizzerà un programma che utilizza, come base di dati, le tracce di fissione. La modellazione dei dati di tracce di fissione è un tipico problema "inverso", in quanto dai dati di laboratorio si ricostruisce la storia termica dei singoli campioni analizzati. In questa fase verrà usato il programma AFTSolve in cui i dati misurati al microscopio (età dei singoli cristalli, lunghezze) vengono utilizzati come input assieme ai vincoli geologici (età stratigrafica, temperatura attuale, eventi termici, ecc.). Il programma utilizza l'algoritmo Monte Carlo per generare storie termiche "sintetiche" completamente casuali. Dopo diverse migliaia di simulazioni, viene scelta la storia termica i cui parametri (età, lunghezze) sono statisticamente più simili a quelli misurati al microscopio. Il software fornisce inoltre una valutazione della maturità della sostanza organica, espressa come Ro. Tale stima è molto utile in quanto consente un raffronto con i dati di maturità termica della materia organica, generalmente ben correlati con gli altri indicatori inorganici utilizzati in questa ricerca. Per alcuni settori significativi, sarà possibile usufruire della collaborazione con l'U.R. di Roma Tre che garantirà la modellazione termico-strutturale con software dedicato Bmod-1D.