RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Caratterizzazione stratigrafica, paleoambientale e geochimico-petrografica di eventi al passaggio Triassico-Giurassico nei margini passivi dell'area alpina e centro atlantica: un approccio integrato

Università di riferimento

Università degli Studi di PERUGIA - SCIENZE DELLA TERRA - PERUGIA(PG)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Simonetta CIRILLI

Descrizione

Lo scopo di questo progetto è quello di caratterizzare i tempi, l'entità e le fasi evolutive che hanno portato all'estinzione di massa alla fine del Triassico e al recovery registrato al Giurassico inferiore. La ricerca si svolgerà attraverso uno studio integrato basato su approcci di tipo stratigrafico, sedimentologico, paleontologico e geochimico. Si tenterà di mettere a fuoco i cambiamenti paleoambientali e paleoclimatologici più significativi e i loro effetti in scenari paleogeografici differenti, con l'obiettivo di comprendere meglio i principali fattori che controllano l'architettura delle sequenze deposizionali e le relazioni causa-effetto dell'estinzione di massa al passaggio T-G. L'Unità di PG contribuirà a questo progetto con:
A) Analisi di facies e stratigrafia sequenziale. Saranno condotte analisi di facies, microfacies e petrofacies con lo scopo di ricostruire le dinamiche dei vari ambienti deposizionali. Questi studi saranno eseguiti in ambienti marini carbonatici e carbonatico-silicoclastici (piattaforme carbonatiche e bacini) e in ambienti continentali. Sarà inoltre portato avanti uno studio stratigrafico dettagliato (in collaborazione con Padova) nei bacini continentali Mesozoici del Nord Africa e Sud America, dove le lave basaltiche della CAMP (Provincia Magmatica Centro-Atlantica) sono intercalate a rocce sedimentarie. Saranno collezionati dati stratigrafici di superficie e, dove possibile, di sottosuolo per dettagliare la litostratigrafia e l'organizzazione delle facies sedimentarie ed arrivare a definire una ciclostratigrafia e stratigrafia sequenziale ad alta risoluzione per le successioni e le aree indagate. Lo scopo è quello di discriminare i fattori principali che controllano, sia a scala locale che globale, le variazioni degli ecosistemi. Si cercherà pertanto di indagare se e come tali variazioni siano relazionabili alla crisi biologica tardo triassica e al conseguente calo di produttività carbonatica e/o ad altri fattori di controllo come tettonica e clima. Nel Triassico sup. questo approccio sembra appropriato in relazione al particolare momento geodinamico rappresentato dal rifting del margine tetideo. L'assenza di fenomeni glacio-eustatici nel Triassico fornisce l'opportunità di poter distinguere i segnali climatici (cicli Milankoviani e circolazione monsonica) da quelli tettonici, anche e soprattutto integrando questi studi con dati geochimici (es: isotopi stabili del C e O, elementi in tracce) e con la magnetostratigrafia (in collaborazione con Milano).
B)Studi sul quantitativo, grado di preservazione e tipologia della sostanza organica (SO). L'accumulo, la composizione e la preservazione della SO nelle rocce sedimentarie è il risultato dell'interazione di numerosi fattori direttamente o indirettamente legati alle fluttuazioni paleoambientali e alla storia diagenetica dei corpi sedimentari: configurazione fisiografica dell'ambiente sedimentario, produttività della biomassa, degradazione biologica, processi di trasporto e di sedimentazione, processi diagenetici precoci e da seppellimento. L'abbondanza totale e relativa dei singoli componenti organici può fornire informazioni sull'area sorgente e sulla storia deposizionale e diagenetica del corpo sedimentario ospite. La quantità e la tipologia di SO può essere quindi usata per caratterizzare i sistemi deposizionali e le loro eventuali migrazioni rispetto alle masse continentali. Variazioni cicliche dei parametri che caratterizzano le facies organiche permetteranno di evidenziare cicli di differente ordine nell'ambito delle successioni studiate. Lo scopo è di definire le forze che hanno guidato le variazioni delle facies organiche. L'integrazione dei dati forniti dallo studio della SO con quelli derivanti dagli studi sedimentologici, biostratigrafici e geologico regionali ci permetterrano di definire con maggior risoluzione le sequenze deposizionali.
C) Studi sulla paleo-produttività con lo scopo di documentare i cambiamenti spaziali e temporali della produzione di fitoplancton unicellulare (dinoflagellati e nannoplancton calcareo, quest'ultimo soprattutto per il Giurassico inf.), che rappresenta una delle più importanti sorgenti di carbonio organico nell'ambiente marino. Lo studio investigherà le cause e gli effetti di questi cambiamenti, con particolare attenzione alla loro influenza sul clima. Studi quantitativi sulla produttività primaria del fitoplancton forniscono un importante contributo alla comprensione dei meccanismi che regolano i sistemi climatici, in quanto sono responsabili della partizione della CO2 tra oceano ed atmosfera e quindi dell'effetto serra.
D)Studi integrati biochimici e palinologici saranno utilizzati per trovare evidenze di batteri metanotrofici nella frazione organica. Tale studio sarà effettuato in corrispondenza dei livelli che registrano una escursione isotopica negativa del carbonio al passaggio T-G la cui origine è stata in parte relazionata ad un rilascio termico di metano. Le analisi biochimiche possono evidenziare la presenza di specifici biomarkers (es. diplopterolo) derivanti dall'ossidazione aerobica del metano ad opera dei batteri metanotrofici. L'abbondanza di specifici palinomorfi (spheromorphs), già segnalati in corrispondenza del limite Triassico-Giurassico, sarà confrontata con i biomarkers per stabilire una loro possibile affinità con batteri metanotrofici.
E) Studi biostratigrafici basati su sporomorfi, cisti di dinoflagellati, foraminiferi, alghe calcaree, radiolari e nannoplancton calcareo (soprattutto per il Giurassico inferiore) forniranno un framework necessario per considerazioni di carattere evolutivo e paleoambientale. Lo scopo fondamentale sarà quello di eseguire correlazioni interregionali nell'intervallo di tempo Triassico–Giurassico. Le difficoltà legate alle correlazioni biostratigrafiche ad ammoniti nei differenti domini potrebbero essere superate usando un approccio biostratigrafico integrato. Inoltre una base biostratigrafica ben definita porterà a precise correlazioni fra i tassi di sedimentazione e il timing del turnover fossile al limite T-G. Correlazioni biostratigrafiche ad alta risoluzione saranno ulteriormente dettagliate tramite studi di tipo qualitativo e dove possibile mediante la biostratigrafia quantitativa. I metodi statistici utilizzati comprendono le correlazioni grafiche e le associazioni unitarie.
F) Studi di paleoecologia coinvolgeranno sia gruppi marini (dinoflagellati, acritarchi, tasmaniti, foraminiferi, alghe calcaree, radiolari, nannoplancton calcareo) che terrestri (sporomorfi). Lo studio sarà basato sulla determinazione di ranges stratigrafici ad alta risoluzione e trends di diversità/abbondanza delle associazioni. Analisi statistiche (es. PCA, analisi dei componenti principali) verranno utilizzate per l'elaborazione dei dati disponibili. Lo scopo di questo studio consiste nella definizione degli stadi evolutivi che caratterizzano l'estinzione di massa alla fine del Triassico e il recovery nel Giurassico inferiore: la fase di background, la fase di estinzione, seguita da una fase di sopravvivenza con un minimo in diversità e infine la fase di ricolonizzazione, caratterizzata da un rapido aumento della diversità. Questa tipica sequenza di eventi sarà individuata mediante la determinazione delle tipologie di comportamento delle specie (extinction species, holdover species, progenitor species, disaster species, survivor species and Lazarus species) e della loro abbondanza in ogni stadio evolutivo. Particolare attenzione sarà rivolta all'intervallo di ricolonizzazione che segue l'estinzione, con lo scopo di evidenziare le principali dinamiche evolutive che hanno portato alla ricostruzione degli ecosistemi. A questo scopo saranno utilizzati numerosi parametri ecologici tra cui le variazioni di abbondanza dei taxa euritopici e i trends di diversificazione. Lo studio dell'intervallo di ricolonizzazione avrà inoltre lo scopo di individuare se l'estinzione dei gruppi considerati (es. cisti di dinoflagellati, foraminiferi, sporomorfi) fu seguita da un intervallo di sopravvivenza (feedback positivo). Inoltre, si cercherà di stabilire se le variazioni di abbondanza e diversità dei foraminiferi bentonici durante il Triassico e Giurassico inf. siano legate alla crisi biotica e/o alla modificazione delle preferenze paleoambientali (es. da piattaforma ad ambiente batiale) di alcuni taxa.
G) Studi paleoclimatologici basati sulle associazioni a sporomorfi e sull'integrazione, soprattutto per il Giurassico inferiore, con i dati relativi alle associazioni a nannoplancton calcareo. La distribuzione dei principali tipi di vegetazione (macroflora) fornisce la miglior valutazione dei cambiamenti climatici globali che hanno influenzato le terre emerse e rappresenta uno strumento indipendente per testare i modelli paleoclimatologici. Allo stesso tempo lo studio delle associazioni microfloristiche, di accertata affinità paleobotanica, permette di individuare la composizione della comunità delle piante parenti, il loro habitat ecologico e le condizioni climatiche che ne influenzarono la crescita. L'uso degli sporomorfi come indici paleoclimatologici sarà accoppiato allo studio delle facies climatico-sensitive e ai dati geochimici e paleomagnetici. Uno dei modelli scelti per l'elaborazione dei dati quantitativi ottenuti dalle associazioni a sporomorfi, è un modello ampiamente utilizzato nel campo della geologia degli idrocarburi (Sporomorph EcoGroup (SEG) Model). Il modello si basa su principi attualistici, assumendo l'esistenza di definiti tipi di paleo-comunità vegetali caratteristiche di un certo tipo di habitat. Vengono in questo modo individuati sei ecogruppi a sporomorfi (SEGs), categorie di spore e pollini, distinte in base alle preferenze ecologiche delle piante che li hanno prodotti. Molteplici sono i proxies paleambientali e paleoclimatologici ottenibili dall'applicazione di questo modello. Per quanto riguarda l'ecosistema marino, il clima influenza direttamente la temperatura, la concentrazione in nutrienti e la salinità delle acque oceaniche superficiali; è prevedibile pertanto che questi fattori controllino le associazioni a nannoplancton calcareo e a dinoflagellati e la dinamica dei bloom di questi organismi. La composizione delle associazioni permette di stimare la concentrazione in nutrienti nelle acque oceaniche di superficie e può dunque essere utilizzata come indice delle condizioni paleoambientali, spesso controllate dal paleoclima.
Il programma di ricerca presentato si fonda su numerosi dati già disponibili, derivanti dalle ricerche condotte negli ultimi anni dai partecipanti al progetto, come per es: quelli provenienti dall'Appennino Settentrionale, Sudalpino, Sicilia, Iran Centro orientale, provincia Australasiana (Timor, Sulawesi, Seram), Libia. Ulteriori campagne geologiche e studi di dettaglio verranno eseguiti in aree chiave e integrati, quando possibile, con dati di sottosuolo.
Le aree proposte per nuove indagini sono:
- Le successioni Triassico superiore e Giurassico inferiore dei Carpazi Occidentali (Tatra Mountains); é già in atto una collaborazione con il gruppo di ricerca slovacco coordinato dal Dr. J. Michalík (Geol. Inst., Bratislava).
- Le successioni del Triassico superiore e Giurassico inferiore dell'Atlante tunisino. Una recente collaborazione con l'Università di Sfax ci permetterà di visitare e campionare vari affioramenti e di esaminare alcuni dati di pozzi ubicati in Cap Bon e nel Golfo di Gabes.
- Le successioni continentali appartenenti alla CAMP caratterizzate da lave basaltiche associate a rocce sedimentarie in collaborazione con l'Unità di Padova. Nel dettaglio verranno campionati gli affioramenti del Portogallo (Santiago do Cassen Basin), le successioni del Brasile settentrionale (bacino del Marahao) e Bolivia meridionale (rift Entre Rios) e Ande centrali (Perù); verrano inoltre campionati altri affioramenti in Marocco (Meseta, Alto Altante).
- Verranno estese le ricerche in Sudalpino in collaborazione con l'Unità di Milano.
Le tematiche illustrate sono da anni portate avanti dalle varie unità afferenti a questo progetto in stretta collaborazione tra tutti i ricercatori coinvolti, come emerge dalle pubblicazioni presentate in varie riviste e congressi internazionali anche a garanzia della multidisciplinarietà del progetto stesso.

Le specializzazioni dei ricercatori dell'Unità di Perugia coprono tutte le esigenze richieste dal progetto; sono previste e già in atto collaborazioni con specialisti di altre sedi, inseriti in questa Unità che copriranno i settori più scoperti. Sono inoltre attive collaborazioni con ricercatori di università e centri di ricerca stranieri che lavorano su tematiche analoghe; in particolare l'Unità di PG é inserita nel progetto internazionale IGCP 458: "Triassic/Jurassic boundary events: Mass extinction, global environmental change, and driving forces". Presso il Dipartimento di Scienze della Terra dell'Univ. di PG sono disponibili laboratori e strumenti tecnici di alto standard qualitativo (microscopio a scansione elettronica, microsonda elettronica, microscopio ottico Axiolab Zeiss con camera digitale, laboratorio per sezioni sottili fornito di macchina per sezioni sottili Logitech automatica, laboratorio di palinologia e petrografia della sostanza organica, laboratorio per calcimetrie e analisi mineralogiche). Le analisi geochimiche e biochimiche sulla sostanza organica saranno eseguite in laboratori esterni già utilizzati per ricerche precedenti. Per poter ottenere risultati concreti nell'arco dei due anni previsti, il progetto sarà organizzato come segue: un'accurata revisione critica dei dati a disposizione in modo da creare un database sui cui fondare i passi successivi di tale ricerca; campagne geologiche in aree chiave descritte nel progetto; elaborazione integrata dei dati; presentazione dei risulati ottenuti alla comunità scientifica attraverso pubblicazioni in riviste internazionali e workshop.