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 PADOVA - MINERALOGIA E PETROLOGIA - PADOVA(PD)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Giuliano BELLIENI

Descrizione

Il programma della nostra unità di ricerca è teso a definire: 1) la correlazione temporale della provincia magmatica
Centro-Atlantica (CAMP) con il limite Triassico-Giurassico (Tr/G); 2) l'estensione superficiale e il volume totale della CAMP; 3) il
volume di gas emessi dalla CAMP e il loro impatto climatico.

- Campionatura di vulcaniti CAMP e di rocce sedimentarie associate, ed analisi geochimiche e geocronologiche.
La CAMP copre una superficie enorme, probabilmente superiore a 7 milioni di km2. La presenza di basalti CAMP in numerose aree è segnalata in base a studi geologici regionali, ma spesso non è supportata da studi geocronologici e geochimici che permettano di stabilire con certezza la reale appartenenza alla CAMP di questi basalti. In effetti solo recentemente è stato possibile stabilire che estesi e voluminosi affioramenti di basalti presenti nel Brasile settentrionale (su un'area di circa 2 milioni di km2; Marzoli et al., 1999; De Min et al., 2003), in Africa ed Europa (Sebai et al., 1991; Deckart et al., 1996; Jourdan et al., 2003) sono contemporanei e geochimicamente simili a basalti continentali del Nord-America (Hames et al., 2000; Olsen et al., 2003), insieme ai quali compongono la CAMP. Una migliore conoscenza della reale estensione superficiale e dei volumi di basalti CAMP preservati è fondamentale per comprendere il possibile effetto della CAMP sulle transizioni climatiche al limite Tr-G. Ovviamente la effettiva presenza di basalti CAMP in numerose regioni può essere accertata solo tramite: 1) un lavoro di campionatura dettagliato accompagnato da una stima della superficie coperta e dei volumi di basalti preservati; 2) una dettagliata stratigrafia e campionatura delle rocce sedimentarie associate, in combinazioni con analisi paleomagnetiche e datazioni assolute col metodo 40Ar/39Ar dei basalti, in modo da stabilirne la relazione temporale con il limite Tr/G e con scale paleomagnetiche; e 3) analisi geochimiche (comprese analisi isotopiche Sr-Nd-Pb-Os) che possano stabilire l'affinità CAMP dei basalti, evoluzioni geochimiche locali e globali e correlazioni fra colate basaltiche di varie regioni della CAMP, come quelle che abbiamo potuto stabilire fra basalti del Nord America e Marocco. Questo approccio multidisciplinare, è già stato sperimentato con successo durante precedenti campagne in Marocco, svolte in collaborazione anche con colleghi stratigrafi, sedimentologi e palinologi dell'Università di Perugia. Come descritto precedentemente, dettagliati studi stratigrafici, combinati ad analisi paleomagnetiche, geochimiche e geocronologiche dei basalti e stratigrafiche, sedimentologiche e palinologiche dei sedimenti intercalati sono già stati svolti da Olsen e collaboratori in Nord-America e dal nostro gruppo sull'Alto Atlante in Marocco (Marzoli et al., 2004; Knight et al., 2004). I risultati ottenuti indicano che le vulcaniti CAMP del Nord America sono state messo in posto 20-40 Ka dopo il limite Tr/G, mentre almeno il 60-70% delle vulcaniti CAMP dell'Alto Atlante precedono il limite. Pertanto è necessario investigare questa correlazione temporale fra vulcaniti CAMP e il limite Tr/G in altri bacini sedimentari. Per il presente progetto di due anni intendiamo focalizzare la nostra attenzione sulle seguenti regioni: il bacino del Maranhao (Brasile settentrionale) e il rift Entre Rios (Bolivia meridionale) in Sud America; i bacini dell'Algarve e di Santiago do Cacem (Portogallo).

- Europa
In Europa gli unici affioramenti di colate vulcaniche CAMP si rinvengono in Portogallo, con possibili resti di prodotti lavici forse affioranti in Francia (Pelvoux) e nei Pirenei franco-Spagnoli. Precedenti campagne geologiche in Nord Africa, svolte dal nostro gruppo con il finanziamento del Fondo della Ricerca Scientifica Svizzero, hanno principalmente interessato i bacini dell'Alto Atlante (Marocco centrale). In taluni casi (Portogallo) dove l'appartenenza alla CAMP è già affermata (Youbi et al., 2003, Rapaille et al., 2003) si propone uno studio petrologico-stratigrafico di dettaglio. In questa regione infatti, ideale estensione del magmatismo dell'Alto Atlante in territorio europeo, è possibile tentare per via indiretta, attraverso la valutazione di anche minime variazioni composizionali, una correlazione stratigrafica comparativa con le tholeiiti del Marocco. Bisogna inoltre tener conto del fatto che le tholeiiti sono qui intervallate da sedimenti ancora poco studiati su cui verranno effettuate indagini in collaborazione con l'unità di Perugia.
In altri casi (es. Alpi e Pirenei Francesi) dove esistono solo scarse indicazioni di età e chimismo (Chavalier et al., 2003; Rossi et al., 2003), si valuterà l'appartenenza o meno di tali magmi alla Central Atlantic Magmatic Province e la loro eventuale collocazione stratigrafica in rapporto ai litotipi di contorno.
Il progetto di ricerca (interdisciplinare) intende estendere le ricerche sulla "Central Atlantic Magmatic Province" in Europa meridionale anche al fine di verificare i limiti di estensione di tale provincia in questa parte continentale e di evidenziare eventuali variazioni chimiche e isotopiche riconducibili a variazioni locali delle sorgenti litosferiche.

- Sud America
Il bacino del Maranhao è particolarmente interessante perché è l'unico bacino dell'emisfero meridionale in cui siano presenti per
certo vulcaniti CAMP (Bellieni et al., 1990; Marzoli et al., 1999; De Min et al., 2003), poggianti su e intercalate a rocce sedimentarie continentali (Petri e Fùlfaro, 1983). Una campionatura esplorativa e studi geocronologici e geochimici preliminari dei
basalti CAMP hanno mostrato che il vulcanesimo nel Maranhao è durato alcuni milioni d'anni (198.5 +/-0.8 - 190.5 +/-1.6 Ma; Marzoli et al., 1999), ed è caratterizzato da composizioni geochimiche alquanto variabili (De Min et al., 2003). E' nostra intenzione svolgere una campionatura dettagliata delle vulcaniti e dei sedimenti associati in modo da: 1) stabilire se le rocce sedimentarie contengano associazioni di fossili e palinomorfi che permettano di datarle; 2) definire precise correlazioni stratigrafiche fra basalti e sedimenti; 3) stabilire se le vulcaniti siano caratterizzate unicamente da polarità paleomagnetiche normali (probabilmente
Giurassiche), o se, come i più antichi basalti del Marocco, mostrino uno o più fenomeni di inversione (probabilmente Triassiche
superiori); 4) definire la variazione temporale delle composizione dei basalti per tentare eventuali correlazioni geochimiche con
basalti CAMP di altre regioni. Un secondo possibile obiettivo potrebbero essere lo studio dei bacini Mesozoici della Bolivia meridionale (rift di Entre Rios) in cui basalti che probabilmente appartengono alla CAMP sono associati a rocce sedimentarie continentali di probabile età Giurassica (Semperè et al., 2002; Bertrand, comm. pers, 2003). I basalti boliviani hanno composizioni tholeiitiche, e una preliminare datazione 40Ar/39Ar (step heating), svolta su una roccia totale non particolarmente fresca, ha dato uno spettro perturbato, con età 40Ar/39Ar apparenti crescenti con la temperatura e valori massimi intorno a 190-195 Ma. Il volume complessivo dei basalti "CAMP" boliviani sembra essere piuttosto importante (centinaia di Km3?), e la loro localizzazione a oltre 800 km dai più vicini basalti CAMP certi (Anarì; Brasile) indicherebbe che la reale estensione della CAMP fosse ben più grande di 7 milioni di km2.

- Geochimica delle vulcaniti CAMP e analisi delle fasi gassose in inclusioni fluide e vetrose.
Vista l'enorme superficie globale della CAMP che al momento attuale è stimato essere di circa 7 milioni di km2, l'inquinamento atmosferico derivato dall'emissione dei gas può avere provocato le condizioni per una eventuale estinzione di massa al limite Tr/G. Tuttavia questa ipotesi può essere supportata solo da una stima quantitativa del volume dei gas immessi nell'atmosfera dalle eruzioni vulcaniche del CAMP. Il contenuto di CO2 e SO2 nei basalti della CAMP sono ignoti. Stime delle concentrazioni di questi
gas sono state fatte o in base a comparazioni con basalti attuali (Beerling e Berner, 2002) o in base ad analisi di rocce totali
(McHone, 2003). Notiamo che è improbabile che analisi di rocce totali possano dare informazioni sul contenuto pre-eruttivo di fasi
gassose, particolarmente tenendo conto dell'età dei basalti CAMP e del loro stato di preservazione. E' ovvia la necessità di stimare
direttamente il contenuto delle fasi gassose nei basalti CAMP. Questo è possibile solo tramite analisi in situ di inclusioni fluide e vetrose che sono presenti in minerali mafici di alcuni basalti CAMP. La stima dei tenori di SO2 è possibile tramite analisi in
Microsonda Elettronica, mentre il contenuto in CO2 può essere determinato tramite analisi FTIR o RAMAN.

- Collaborazioni nazionali e internazionali
Il programma previsto per il nostro gruppo di ricerca è da considerarsi la continuazione delle ricerche iniziate sia presso
l'Università di Padova (Bellieni e Busà) che presso l'Università di Ginevra (Marzoli). Durante gli anni precedenti abbiamo potuto
stabilire collaborazioni molto fruttuose, oltreché con ricercatori delle università di Perugia, Trieste e Milano, anche con numerosi ricercatori stranieri. Queste indispensabili collaborazioni saranno mantenute anche per il completamento del programma qui proposto.
In dettaglio le collaborazioni con ricercatori stranieri riguarderanno:
- il lavoro di campionatura: Prof. M. Ernesto (Università di San Paolo, Brasile); Dott. T. Semperè (IRD, Lima, Perù e La Paz,
Bolivia); Prof. N. Youbi (Università di Marrakech, Marocco); in collaborazione con le Università di Milano e Perugia;
- le analisi REE e isotopiche Sr-Nd-Pb: Prof. H. Bertrand (ENS, Lione, Francia);
- le analisi isotopiche Re-Os: Dr. L. Reisberg (CNRS, Nancy, Francia);
- la geocronologia 40Ar/39Ar: Dr. C. Verati (Università di Nizza, Francia);
- le analisi paleomagnetiche: Prof. M. Ernesto (Università di San Paolo, Brasile); Dr. G. Muttoni (Università di Milano);
- le analisi Raman: Prof. R. Moritz (Università di Ginevra, Svizzera);
- le analisi FTIR: Dr. R. Clocchiati (CNRS, Saclay, Francia).

In conclusione, le principali fasi in cui si articolerà la ricerca riguardano:
1) campagne geologiche in Bolivia, Brasile, Portogallo per la definizione dei caratteri vulcanologici e la raccolta di campioni relativi a sequenze vulcaniche e sedimentarie alla base e/o intercalate alle vulcaniti; queste campagne saranno svolte almeno parzialmente in collaborazioni con colleghi delle altre unità partecipanti a questo progetto (Perugia e Milano);
2) studi petrografici ed analisi chimiche degli elementi maggiori, in traccia (Padova e Trieste) e REE (Lione);
3) composizione in microsonda delle pricipali fasi minerali (Padova);
4) geochimica isotopica Sr-Nd (Trieste e Padova), Pb (Lione) e Os (Nancy);
5) determinazione di età del magmatismo attraverso datazioni 40Ar/39Ar (Nizza);
6) studi di paleomagnetismo su formazioni vulcaniche e sedimentarie (Sao Paulo);
7) composizione chimica delle inclusioni vetrose, analisi in microsonda elettronica (Padova), FTIR (Saclay) e RAMAN (Ginevra).