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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

UNITA' DI RICERCA

italiano - english
Bibliografia
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Programma di ricerca

Evoluzione Biologica e Cambiamenti Globali: storia evolutiva degli ecosistemi pelagici in alcuni intervalli del Tardo Mesozoico-Cenozoico Inferiore registrata nei sedimenti dell' Ocean Drilling Program (ODP) e affioranti a terra
Università di riferimento
Università degli Studi di PADOVA - GEOLOGIA, PALEONTOLOGIA E GEOFISICA - PADOVA(PD)
Responsabile dell'Unità di ricerca
Domenico RIO
Descrizione
All'interno del contesto del progetto nazionale, l'Unità di Padova ha deciso di concentrarsi sullo studio di tre intervalli di tempo del Paleogene inferiore, critici per l'evoluzione del plancton calcareo: 1) la parte media de Paleocene medio (Chron C26r), 2) la transizione Eocene Inferiore-Eocene Medio (principalmente entro il Chron C22) e 3) la transizione Eocene Medio-Eocene Superiore (principalmente nel Chron C17). Il materiale utilizzato nel presente progetto sarà: i) sezioni pelagiche su terra provenienti dal Veneto nei tre 3 intervalli di tempo considerati, ii) successioni provenienti dal Walvis Ridge (Oceano Atlantico Sud-orientale, Leg 208) per la parte media del Paleocene e la transizione Eocene Inferiore-Eocene Medio, e iii) una successione del Blake Nose (Oceano Atlantico Nord-Occidentale, Leg 171) per la transizione Eocene Medio-Eocene Superiore. Le competenze offerte dall'unità di ricerca di Padova entro il progetto nazionale riguarderanno: a) il lavoro di campagna, b) la paleontologia del plancton calcareo e dei foraminiferi bentonici e c) alcune analisi mineralogiche-geochimiche. Le analisi degli isotopi stabili saranno affidate ad un laboratorio esterno. Uno dei compiti dell'Unità di Padova, che richiederà il maggior impegno in termini di tempo, sarà la ricerca in campagna ed il campionamento di nuove sezioni, negli intervalli critici considerati.

PALEOCENE MEDIO. La parte media del Paleocene (Chron C26r) è probabilmente uno degli intervalli del Cenozoico più straordinari per l'evoluzione del plancton calcareo. Infatti, in questo intervallo di tempo compaiono in rapida sequenza "bauplan" di nannofossili calcarei, totalmente nuovi e vincenti, come sfenoliti, fasciculiti ed elioliti (da cui a loro volta discende il "lineage" dei discoasteridi; Aubry, 1998; Bown et al., 2004). In coincidenza con questa radiazione del fitoplancton calcareo, i foraminiferi planctonici eterotrofi "inventarono" su larga scala relazioni simbiotiche con alghe. La fotosimbiosi è considerata un adattamento a condizioni oligotrofiche (Haynes, 1965; Lee et al., 1979; Norris, 1996) e sembra avere favorito la rapida diversificazione del genere Morozovella (Norris, 1996; Kelly et al., 1996). Sebbene l'evoluzione climatica del Paleocene non sia stata documentata in studi in alta risoluzione, sembra che, all'incirca in questo intervallo di tempo giunga a termine l'anomalia dei gradienti verticali del immagine 13C delle acque oceaniche (che seguì la catastrofe alla fine del Cretaceo) e che, dopo un intervallo di tempo di diversi milioni di anni, l'ecosistema pelagico sia tornato al suo stato normale di funzionamento (D'Hondt et al., 1998). Inoltre in corrispondenza alla parte media del Paleocene inizia la risalita globale del immagine 13C dei carbonati marini sino ad arrivare ai valori più elevati dell'intero Cenozoico nel "late Paleocene immagine 13C maximum". Le domande che ci poniamo sono: C'è una relazione tra i cambiamenti nel plancton calcareo e le variazioni ambientali registrate entro il Chron C26r? E' stata l'evoluzione del fitoplancton calcareo che ha permesso all'ecosistema pelagico di ritornare in uno stato normale di funzionamento? O, viceversa, il ritorno dell'ecosistema pelagico alle sue condizioni normali ha favorito l'esplosione evolutiva del plancton calcareo? Non sono disponibili, attualmente, studi in alta risoluzione che permettano di chiarire i rapporti temporali fra i cambiamenti all'interno del plancton calcareo ed i "proxy" del sistema climatico. La chiarificazione dei rapporti temporali fra evoluzione organica e quella climatico-paleoambientale potrebbe contribuire alla comprensione dei processi coinvolti. Al fine di dare una risposta a queste domande proponiamo di effettuare studi quantitativi del plancton calcareo e dei "proxy" del sistema climatico, nell' intervallo che va dalla base del Chron C26r al "mid Paleocene warming event" di Bralower et al., (2002), in due aree chiave: La regione veneta nella Tetide centrale (Sudalpino) e il Walvis Ridge (Oceano Alantico sud-orientale). Nella regione veneta ci concentreremo sulla sezione Ardo Sud recentemente descritta (Agnini et al., 2004a,b) dove questo intervallo è ben rappresentato. Nel Walvis Ridge studieremo i sedimenti recuperati nei Site 1262 e 1267 ODP Leg 208 (Zachos et al., 2004).

TRANSIZIONE EOCENE INFERIORE-EOCENE MEDIO. Una delle caratteristiche climatiche prominenti del Paleogene inferiore è il cosiddetto "Early Eocene Climatic Optimum" (EECO), tarato tra 52 e 50 Ma (Zachos et al., 2001; Biozone a nannofossili calcarei NP12-NP13). Subito dopo l'EECO, i "record" oceanici mostrano una significativa risalita degli isotopi stabili dell'ossigeno che sembra iniziare a circa 50 Ma nel magnetochron C22r, alla fine dell'Eocene Inferiore (Zachos et al., 2001). Questo è il primo di 4 eventi maggiori che punteggiano il deterioramento climatico del Cenozoico (Miller et al., 1987). Questo evento sembra corrispondere ad una forte regressione globale ed ad un massimo di "hiatus" nei sedimenti oceanici (Miller et al., 1987; Zachos et al., 1994). Inoltre esso potrebbe corrispondere all'inizio dell'intensificazione della produttività del plancton siliceo e del seppellimento del Corg., responsabili probabilmente di un'inversione dell'effetto serra (McGrowran, 1989). Recentemente, dati degli isotopi del boro nella calcite dei foraminiferi planctonici hanno portato all'ipotesi (peraltro molto discussa) di una diminuzione e di una marcata variabilità dei valori della pCO2 (Pearson e Palmer, 2000). L'Eocene Inferiore terminale è un intervallo con una forte pressione evolutiva e la parte inferiore dell'Eocene Medio (Biozona a nannofossili calcarei NP15) presenta la massima diversità tassonomica nel plancton calcareo dell'intero Cenozoico (Boersma et al., 1987; Bown et al., 1991). I dati raccolti da noi in Veneto vincolano al magnetochron C22r (Muttoni, Agnini et al., in preparazione) l'inizio dell'evoluzione del "lineage" delle Noelaerhabdaceae (che include Emiliania huxleyi e Gephyrocapsa spp. che sono le forme predominanti nei "bloom" di coccolitoforidi degli oceani attuali). I dati riportati in letteratura (Boersma & Premoli Silva, 1991; Hallock et al., 1991) indicano che approssimativamente, nello stesso intervallo di tempo, all'interno dei foraminiferi planctonici avviene un importante "turnover" caratterizzato dalla comparsa di nuove linee evolutive (Turborotalia, Clavigerinella, e morozovellidi debolmente carenati) e da un'importante diminuzione dei morozovellidi di grandi dimensioni. Non sono disponibili, al momento, studi in alta risoluzione che confrontino in modo diretto e rigoroso i dati ottenuti dal plancton calcareo con quelli paleoambientali. Ed ancora più importante: Quali sono le mutue relazioni tra la pCO2 e la produttività del fitoplancton calcareo nel mondo "supergreenhouse" dell'Eocene Inferiore? Quali sono le reali relazioni tra l'evoluzione del plancton calcareo e le variazioni ambientali? Al fine ottenere informazioni su questi argomenti noi ci proponiamo di studiare in alta risoluzione le stesse due aree (Veneto e Walvis Ridge) considerate sopra. In particolare, studieremo in alta risoluzione il plancton calcareo del magnetochron C22 che abbiamo messo in evidenza recentemente nella sezione di Possagno (Muttoni, Agnini et al., in preparazione) e i nannofossili calcarei dello stesso intervallo nei Sites 1262 e 1267 (ODP Leg 208).

TRANSIZIONE EOCENE MEDIO-EOCENE SUPERIORE. Nel Cenozoico uno dei più significativi eventi nell'evoluzione dei foraminiferi planctonici è il "turnover" che avviene nel magnetochron C17n, nella parte superiore dell'Eocene Medio, quando si estinse la linea evolutiva di Morozovella e la linea evolutiva di Acarinina subì una forte diminuzione in termini di diversità tassonomica e di dimensioni (Wade, 2004). Questo "turnover" è stato spesso associato ad un raffreddamento globale (Lipps, 1986), ma Hallock et al. (1991) hanno suggerito che l'estinzione delle forme oligotrofiche di acque calde e la proliferazione di "taxa" meso-eutrofici, di acque più fredde, sono da mettere in relazione sia ad con un incremento, a più riprese, dei nutrienti disponibili sia ad una piccola riduzione della temperatura delle acque superficiali. Wade (2004) studiando, in alta risoluzione la biostratigrafia e la stratigrafia degli isotopi stabili nella ben datata successione del Site ODP 1052 (Blake Nose; Oceano Atlantico Nord-occidentale), ha concluso che non sembra esserci un legame diretto con il deterioramento climatico, ma piuttosto con l'eutrofizzazione delle acque superficiali, oltre alla perdita delle relazioni simbiotiche, potrebbe essere stata la causa principale di questo turnover faunistico. L'evoluzione dei nannofossili calcarei in questo intervallo è non è ben documentata. Un certo numero di estinzioni e comparse sono riportate in letteratura (ad es. Aubry, 1992), ma le relazioni precise tra il grande cambiamento evolutivo dei foraminiferi planctonici e le modificazioni della comunità del fitoplancton calcareo non sono ancora conosciute. Noi proponiamo di studiare in alta risoluzione la transizione Eocene Medio-Eocene Superiore nella sezione di Alano (Veneto, SudAlpino), dove quest'intervallo è ben rappresentato (Agnini et al., 2004c) e nel Site 1051 (ODP Leg 171) ubicato nell'Oceano Atlantico Nord-Occidentale (Blake Nose; Norris et al., 1998).


METODI E PIANO DI LAVORO
1) Campionatura in alta risoluzione (intervallo di campionatura 5-10 Kyr) per micropaleontologia, geochimica e magnetostratigrafia. Saranno campionate le sezioni: a) Ardo Sud per la parte media del Paleocene, b) Possagno per la transizione Eocene Inferiore-Eocene Medio, e c) Alano per la transizione Eocene Medio-Eocene Superiore. Tutte queste sezioni sono ubicate nelle province di Treviso e Belluno (Sudalpino). Questo lavoro è programmato per l'inverno 2005-2006;
2) Analisi quantitative dei nannofossili calcarei nei tre intervalli tempo prescelti in tutte le sezioni del Veneto indicate sopra e nei Sites ODP 1262 e 1267 (parte media del Paleocene e transizione Eocene Inferiore-Eocene Medio) e 1051 (transizione Eocene Medio-Eocene Superiore);
3) Analisi quantitative delle associazioni a foraminiferi planctonici e bentonici nella sezione di Alano;
4) Magnetostratigrafia e ciclostratigrafia nelle sezioni di Alano e Ardo Sud
5)Analisi mineralogiche e geochimiche (in particolare CaCO3, TOC, Ca/Sr, bulk immagine 13C nelle sezioni di Alano, Possagno e Ardo Sud.
6) Valutazione dei flussi dei carbonati del plancton calcareo seguendo le metodologie proposte da Young e Ziveri (2000) su un "set" di campioni in tutte le sezioni considerate
7) Studi morfologici e strutturali di alcuni taxa di nannofossili calcarei con il microscopio elettronico a scansione (SEM) per stime di volume e massa seguendo il metodo proposto da Tremolada e Young (2002)


COMPITI ED INTERAZIONI CON ALTRE UNITà DI RICERCA
La nostra Unità di Ricerca sarà principalmente coinvolta a) nel lavoro di campagna in Veneto, b) nelle analisi di tre "time slice" sulla base dei nannofossili calcarei con speciale riferimento alle sezioni pelagiche su terra del Veneto, c) nello studio dei foraminiferi planctonici e bentonici della transizione Eocene Medio-Eocene Superiore nella sezione di Alano, d) nell' analisi geochimica delle sezioni pelagiche del Veneto. Quando necessario (ad es. Alano, Ardo, Possagno) le analisi degli isotopi stabili saranno eseguite nel laboratorio del Dipartimento di Geologia dell'Università di Stoccolma.
In stretta collaborazione a) con l'Unità di Ricerca di Milano verranno studiati i foraminiferi planctonici della parte media del Paleocene del Veneto, b) con l'unità di ricerca di Chieti lo studio dei nannofossili calcarei della parte media del Paleocene del Walvis Ridge ed infine c) con l'unità di ricerca di Firenze lo studio dei foraminiferi planctonici della sezione di Possagno. Ci sarà inoltre una stretta collaborazione, per la magnetostratigrafia con il Dipartimento di Scienze della Terra dell'Università di Milano (Muttoni e collaboratori). Gli studi sui sedimenti dei Legs 171 e 208 si varranno della collaborazione di C. Kelly (Università del Wisconsis) per i foraminiferi planctonici del Leg 208, e di B. Wade (Rutgers Univerity, New Jersey) per i foraminiferi planctonici e i dati degli isotopi del Leg 171.