RICERCA ITALIANA     

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 "G. d'Annunzio" CHIETI-PESCARA - SCIENZE DELLA TERRA - CHIETI(CH)

Responsabile dell'Unità di ricerca

Isabella RAFFI

Descrizione

Il progetto di ricerca dell'Unità di Chieti è incentrato sullo studio della storia evolutiva dei nannofossili calcarei in alcuni intervalli critici del Paleocene superiore-Eocene inferiore (da circa 61 Ma a circa 52 Ma). Scopo del progetto è di delineare i modelli di estinzione, comparsa e la distribuzione quantitativa di taxa prescelti, prendendo in considerazione particolari momenti che registrano notevoli innovazioni evolutive nei nannofossili. L'obbiettivo finale è cercare di decifrare la possibile relazione tra questi microfossilli calcitici e i cambiamenti climatico-ambientali, e di valutare quanto possa essere valida l'affermazione che i cambiamenti climatici sono stati fattori importanti sul controllo dei processi evolutivi entro la comunità dei nannofossili calcarei (Aubry, 1998).
Nei 2 anni previsti, il presente progetto di ricerca si propone di perseguire i seguenti obiettivi:
1. Ricostruzione delle tendenze evolutive a lungo termine e, negli intervalli critici, a breve termine dei taxa prescelti:
Durante l'intervallo considerato, l'innovazione tassonomica e la diversificazione dei nannofossili calcarei è avvenuta in fasi successive (Aubry, 1998) e ha coinvolto molti componenti dell'associazione: questi segnali evolutivi saranno l'oggetto del presente programma di ricerca. Tra circa 61 e 50 Ma numerosi eventi evolutivi hanno interessato i nannofossili: le comparse, in successione, nel record stratigrafico dei generi Toweius, Sphenolithus, Fasciculithus, Heliolithus e Discoaster, comportano un sostanziale cambiamento delle associazioni paleoceniche. Questi taxa diventano la componente maggiore di tali associazioni, e rappresentano una notevole innovazione morfologica entro la comunità del fitoplancton. Tutti i suddetti taxa, eccetto Sphenolithus, si diversificano rapidamente durante il Paleocene superiore, tra circa 58 e 55 Ma (Chron C26n e parte inferiore del Chron C24r). Successivamente, alcuni generi mostrano una fase di declino che avviene in corrispondenza della transizione Paleocene/Eocene (nel Chron C24r) prima della loro scomparsa definitiva: Heliolithus scompare nella parte alta del Paleocene, Fasciculithus si estingue in modo graduale nella parte basale dell'Eocene. Nel contempo, tra 55 e 51 Ma, il nuovo genere Tribrachiatus si evolve e Discoaster e Sphenolithus si diversificano.
La ricerca proposta si articolerà come segue:
le analisi prevedono l'acquisizione di dati sui modelli evolutivi dei taxa considerati, con particolare enfasi sui cambiamenti evolutivi prominenti, registrati in intervalli critici, più precisamente nel Paleocene medio (entro il Chron C26r) e nell'ambito dell'Eocene inferiore.
Nel Paleocene, distinti eventi evolutivi avvengono anche fra i foraminiferi planctonici, come ad esempio la rapida diversificazione e radiazione del genere Morozovella e l'acquisizione dei fotosimbionti (Norris, 1997; Kelly et al., 1996). In corrispondenza degli intervalli suddetti, sono state messe in evidenza anomalie climatiche caratterizzate da escursioni del delta 13C e aumenti di temperatura negli oceani, simili a quelli del PETM, anche se meno intense. Queste perturbazioni ambientali "transienti" avvengono a ~58 Ma (il "Mid-Paleocene biotic event"; Bralower et al., 2002) e a ~53 Ma (l'early Eocene Thermal Maximum "Elmo" – "ETM"; Lourens et al., in press). Saranno effettuate analisi quantitative sulle associazioni a nannofossili in corrispondenza di questi eventi. Lo scopo del progetto è definire l'eventuale ruolo dei segnali evolutivi durante questi due eventi critici, per valutare la possibile influenza del segnale evolutivo sull'ambiente. A questo fine, ci si propone di verificare se esiste una relazione tra cambiamenti evolutivi e variazioni del record isotopico, o se si registrano effetti delle variazioni di pCO2 sulla calcificazione dei nannofossili (attraverso la ricostruzione dei flussi dei carbonati associati alla composizione delle associazioni).
Lo studio sarà effetutato su sedimenti oceanici del Cenozoico inferiore recuperati durante l'Ocean Drilling Program (ODP) Leg 208 (nel Walvis Ridge, nell'Oceano Atlantico meridionale; Zachos et al., 2004). Queste successioni sedimentarie risultano stratigraficamente complete ed indisturbate; in particolare, nei Sites 1262 e 1267 sono presenti successioni continue dal Maastricthiano all'Eocene inferiore. Nel materiale considerato per lo svolgimento del presente progetto sono in corso studi dettagliati da parte di altri ricercatori , che riguardano diverse linee di ricerca:
l'analisi dell'evoluzione climatica e oceanografica del Paleocene, attraverso lo studio degli isotopi stabili; lo studio in dettaglio del PETM; lo studio dell'intervallo che registra l'optimum climatico nell'Eocene inferiore ("EECO"); lo studio dell'evoluzione climatica e oceanografica nell'Eocene in quest'area oceanica delle medie latitudini. La ricerca proposta si integra strettamente con alcuni di questi studi. I dati biostratigrafici, raccolti in via preliminare, nei Site 1262 e 1267 costituiscono la base per delineare i principali trend evolutivi di riferimento su cui saranno svolte le indagini di dettaglio descritte.
1.1 Materiale: I campioni che verranno analizzati nel presente studio provengono dalle successioni sedimentarie dei Site 1262 e 1267 recuperati durante il Leg 208 dell'Ocean Drilling Program. La scelta delle due successioni è stata fatta in base ai dati preliminari di uno studio biostratigrafico che si sta completando nell'intervallo Paleocene superiore-Eocene inferiore (da parte delle Unità di Ricerca di Chieti e Padova). Per quanto riguarda le analisi sulle associazioni in corrispondenza dell'evento "ELMO" nell'Eocene inferiore, le analisi quantitative sulle associazioni a nannofossili saranno eseguite anche nel Site 1263.
Il programma di ricerca proposto è collegato ad alcuni dei progetti in corso sul materiale del Leg 208, decritti precedentemente. A complemento dei dati generati durante il presente programma, verranno considerati i risultati dello studio quantitativo, in alta risoluzione, delle associazioni a nannofossili del PETM nel Ste 1262 (in corso di studio da I.Raffi), allo scopo di incrementare le informazioni sui segnali evolutivi registrati nell'intervallo di tempo considerato.
1.2 Metodi: Informazioni sulle modalità di diversificazione e variabilità temporale della diversità nei taxa selezionati verranno acquisite mediante l'analisi quantitativa delle associazioni, svolta su campionature in media e alta risoluzione. Negli intervalli critici, le analisi saranno svolte sugli stessi campioni analizzati per gli altri studi paleoambientali. Lo scopo è di osservare la variabilità evolutiva alla scala della variabilità climatica. In campioni scelti saranno eseguite analisi morfometriche, e valutati i flussi di carbonato sulla base della presenza di determinati taxa. A completamento delle analisi sulla composizione delle associazioni a nannofossili, sarà valutato il loro stato di conservazione (mediante osservazioni qualitative e conteggi sulla frammentazione degli esemplari). Tale valutazione è necessaria per una corretta interpretazione degli eventuali cambiamenti osservati nell'ambito delle associazioni.
2. Discussione dei record evolutivi ottenuti sui nannofossili, e correlazione con i dati geochimici e i dati sui foraminiferi, e con altri record evolutivi:
Una parte dei dati quantitativi ottenuti sarà confrontata con i dati riguardanti foraminiferi planctonici e parametri geochimici ottenuti nelle stesse successioni. Più precisamente, attività di collaborazione, col confronto dei risultati ottenuti, è programmata con C. Kelly (University of Wisconsin), che sta svolgendo uno studio sugli effetti degli eventi climatici a lungo e breve termine sui foraminiferi planctonici dello stesso intervallo di tempo, e con J. Zachos (University of California, Santa Cruz), L. Lourens (University of Utrecht), U. Röhl and T. Westerhold (University of Bremen ), che stanno svolgendo studi sulle variazioni climatiche e oceanografiche ricostruite con i dati degli isotopi stabili (J.Z. and L.L. nell'intervallo dell'Eocene inferiore, U.R. and T.W. nell'intervallo del Paleocene superiore). E' prevista un'attività di collaborazione nell'acquisizione dei dati micropaleontologici, e di confronto dei rispettivi dati, con alcuni ricercatori delle Unità di ricerca dell'Università di Padova (per le analisi riguardanti gli eventi evolutivi del Chron C26r) e dell'Università di Milano (per le analisi riguardanti la storia evolutiva del genere Discoaster nel Paleocene superiore). Confronti saranno fatti con i dati micropaleontologici e geochimici ottenuti in altre successioni di mare profondo e dell'area Tetidea, in corso di studio dalle Unità di Ricerca del presente Programma, come le Unità di Ricerca dell'Università di Padova e dell'Università di Milano. Il confronto di dati da differenti successioni sedimentarie è importante per mettere in evidenza l'eventuale influenza del fattore biogeografico sulle variazioni osservate nelle associazioni a nannofossili durante fasi o eventi critici della storia evolutiva, presi in esame.