Corso di Sedimentologia: Golfo Persico, evaporiti e dolomie

Corso di Sedimentologia

Corso di SEDIMENTOLOGIA Il GOLFO PERSICO - LE EVAPORITI - LE DOLOMIE Prof. Giovanni Vezzoli Università di Milano-Bicocca (DISAT) November 14, 2024

La Serie Sedimentaria Miocenica

1/35La Serie Sedimentaria Miocenica Evento Messiniano (~ 6 Ma). La spedizione marina effettuata dalla nave Glomar Challenger nel 1970 nel Mar Mediterraneo trovò, a circa 3 km di profondità, depositi evaporitici (gessi) del Miocene superiore L'ipotesi fatta fu che Mar Mediterraneo si fosse "prosciugato" in seguito alla chiusura dello stretto di Gibilterra . I.m. attuale profondità batiali o abissali sedimenti quaternari e pliocenici diapiri CICLO 2 ? carbonati carbonati CICLO 1 ? sedimenti pre-messiniani ? ?

Cicli Deposizionali Miocenici

20 /35La Serie Sedimentaria Miocenica Vi sono 2 cicli deposizionali principali:

• Evaporiti Inferiori (ciclo 1)
• Evaporiti Superiori (ciclo 2)

I.m. attuale profondità batiali o abissali sedimenti quaternari e pliocenici diapiri CICLO 2 ? carbonati carbonati CICLO 1 ? sedimenti pre-messiniani ? ? L'unità del ciclo 2 (evento che ha interessato un'area più vasta) si espande su quella del ciclo 1. Almeno una fase di emersione (discordanza) al centro dei bacini maggiori separa i 2 cicli suggerendo probabilmente un essiccamento completo.

Distribuzione delle Evaporiti Messiniane

21 / 35La Serie Sedimentaria Miocenica 0 20° Messinian evaporites EUROPE gypsum/halite/gypsum "Trilogy" undifferentiated gypsum-halite only gypsum . A hyperhaline anoxic deep basins ATLANTIC OCEAN DSDP-ODP sites 45° GULF OF LIONS VdGB .371 evaporites recovered o 121 no evaporites recovered PYRENEES PROVENÇAL BASIN CORSICA BASIN IBERIA 12209123 372 132 8-974 653 · 373 133 124 O134 TYRRHENIAN BASIN RHODES BASIN FLORENCE RIDGE GIBRALTAR STRAIT ALGERIAN BASIN 371 SICILY AEGEAN SEA 9786 .378 A 1264 A. 376 CRETE 129 375 968 967 ISRAELI SHELF ALBORAN BASIN LIBYAN MARGIN LEVANT BASIN NILE CONE AFRICA SIRT BASIN ASIA 400 km orogenic front passive margin transcurrent fault MEDITERRANEAN HERODOTUS BASIN 966/965 9.377} 125 RIDGE PRUS ARC RIF 973 0 HELLENIDES CILICIA-ADANA BASIN 975 CORSE SARDINIA 656 40° VALENCIA BASIN BALEARIC ISLANDS 654 652 APENNINES ADRIATIC BASIN BLACK SEA 380 0 3810 SORBAS BAŞIN BETIC CORDILLERA 121976 977 TUNISIA IONIAN 374 BASIN APODO127 35° Fig. 1. Distribution of Messinian evaporites and location of the DSDP-ODP boreholes which recovered Messinian deposits. The location of the main hyperhaline anoxic deep basins on top of the Mediterranean Ridge is also shown: Ap, Aphrodite; A, Atlante; B, Bannock; D, Discovery; K, Kryos; M, Medee; T, Thetis; Ty, Tyro; U, Urania. Modified from Rouchy and Caruso (2006) and Manzi et al. (2012).

Formazione Vena del Gesso

22 / 35La Serie Sedimentaria Miocenica 6 SUPRA aumento di erosione intraformazionale 5 TRANSIZ ritmiti di gesso clastico, gesso autoctono (selenite) e pelite calcarea: crescita dei cristalli interrotta da dilui- zione e rimaneggiamento intermittente da moto ondo- so o corrente fluviale; V_VVV VV 3 SUB O INTER VVVVVVI VVVVVVV I.V. V V V V V VVVVVI selenite autoctona con inclusioni di tappeti algali: cri- stallizzazione sul e sotto il fondo; diminuzione Î di dimensioni dei cristalli (orientati secondo la regola del Mottura) = fase evaporitica principale 2 stromatolite gessosa o carbonatica -> gessarenite con 1 SUB pelite laminata, bituminosa: ambiente euxinico wave ripples Spess. max. = 30 m Formazione Vena del Gesso (Ciclo 1- Emilia-Romagna) 23 / 35 - selenite caotica in matrice pelitica (con framm. di ar- gilla e vegetali): colata subaerea selenite clastica con noduli diagenetici e lenti di peliti arrossate: trasporto fluviale o da tempeste, esposizio- ne subaerea 4 diminuzione di profondità

Le Rocce Dolomitiche

La dolomite CaMg(CO3)2 è un minerale comune nelle rocce sedimentarie in tutto il record geologico ma molto raramente si forma in grandi quantità negli ambienti carbonatici attuali Fino agli anni '80 i geologi ritenevano che la dolomite fosse quasi esclusivamente d'origine secondaria (sostituzione di un precedente sedimento o roccia di calcare). Negli ultimi 30 anni però nuovi studi si sono concentrati sulla precipitazione chimica primaria della dolomite How extreme rains brought a deadly disease to Australia p. 872 Excess deaths caused by coal pp. 878 & 941 Transient neurogenesis prepares mice for motherhood pp. 881 & 958 Science $15 24 NOVEMBER 2023 science.org NAAAS THE DOLOMITE PROBLEM Resolving an epic geologic mystery pp. 883 & 915

Caratteristiche della Dolomite

24 / 35Le Rocce Dolomitiche · La dolomite è il componente più abbondante della maggior parte dei grandi depositi di carbonato accumulati nella zona intertidale · Sebbene però i mari di oggi siano ancora sovrasaturi di carbonato di calcio e magnesio come quelli del passato, la dolomite non precipita a temperatura ambiente · La precipitazione primaria della dolomite è limitata ad alcune lagune ipersaline aiutata dall'azione di microrganismi How extreme rains brought a deadly disease to Australia p. 872 Excess deaths caused by coal pp. 878 & 941 Transient neurogenesis prepares mice for motherhood pp. 881 & 958 Science $15 24 NOVEMBER 2023 science.org NAAAS THE DOLOMITE PROBLEM Resolving an epic geologic mystery pp. 883 & 915

Precipitazione Primaria della Dolomite

25 /35Le Rocce Dolomitiche Gli studi sulla precipitazione primaria di dolomite sono nati dall'osservazione che molte rocce dolomitiche sono caratterizzate dalla generale assenza di coralli e dalla grande presenza di stromatoliti, alghe verdi di ambiente intertidale "Undoubtedly, the ability of microbes to overcome the kinetic factors inhibiting dolomite precipitation is the indispensable component driving the reaction" (Mckenzie & Vasconcelos, 2009) How extreme rains brought a deadly disease to Australia p. 872 Excess deaths caused by coal pp. 878 & 941 Transient neurogenesis prepares mice for motherhood pp. 881 & 958 Science $15 24 NOVEMBER 2023 science.org NAAAS THE DOLOMITE PROBLEM Resolving an epic geologic mystery pp. 883 & 915

Serie Sedimentaria Sudalpina

26 /35La Serie Sedimentaria Sudalpina La Dolomia Principale (Triassico Sup. Norico; 227 - 210 Ma) è un grande complesso di piattaforma carbonatica con facies tipiche di piana peritidale, dove localmente sono presenti facies di margine o di pendio superiore con piccole biocostruzioni. Dolomie massicce e poco stratificate (spessore max 2000 m) con frequenti i livelli con laminazione stromatolitica e fenestrae e presenza di brecce e slumping. Campo dei Fiori Dolomite Zu Limestone Riva di Solto Shale A 10 4 44 Zorzino Lmst 1 4 Dolomia Principale 1 " Dark bedded dolomite" 1 = 0. 0. 0.0. 1. 0. . 0,5 Castro FM. . .. .. . _ San Giovanni z 11 ILConchodon Dolomite IRHAET 944 4 1 Dolomie Zonate 14 4000/1 NORIAN PizzAlla Marle

Dolomitizzazione Secondaria

27 /35Le Rocce Dolomitiche La dolomitizzazione secondaria è invece una reazione che si attua mediante dissoluzione del carbonato di calcio e simultanea precipitazione di dolomite da una soluzione acquosa che attraversa il sedimento sciolto (oppure la roccia). How extreme rains brought a deadly disease to Australia p. 872 Excess deaths caused by coal pp. 878 & 941 Transient neurogenesis prepares mice for motherhood pp. 881 & 958 Science $15 24 NOVEMBER 2023 science.org NAAAS THE DOLOMITE PROBLEM Resolving an epic geologic mystery pp. 883 & 915

Condizioni per la Dolomitizzazione Secondaria

28 /35Le Rocce Dolomitiche Perché possa verificarsi la dolomitizzazione secondaria sono necessarie 2 condizioni:

1. Un alto rapporto Mg2+/Ca2+ (almeno 10:1; nell'acqua marina attuale è ~ 3:1) nella soluzione in modo da permettere la reazione
2. Un meccanismo (e il tempo necessario) in grado di far fluire attraverso il sedimento/roccia la soluzione "dolomitizzante" in modo che si possa formare un sedimento o una roccia dolomitica

Realizzazione delle Condizioni di Dolomitizzazione

29 / 35Le Rocce Dolomitiche Queste due condizioni possono realizzarsi durante:

1. La diagenesi precoce in ambienti ipersalini (p. es., sabkha) e ambienti salmastri
2. La diagenesi tardiva nei calcari (rocce) per movimenti di fluidi ricchi in Mg

Dolomitizzazione in Ambienti Sabkha

30 / 35Le Rocce Dolomitiche In ambienti come la sabkha la precipitazione del gesso favorisce la dolomitizzazione del sedimento vicino alla superficie perché: · Fissa il Ca e rimuove lo ione SO42- · Aumenta il rapporto Mg2+/Ca2+ nella soluzione residua (~ 40:1) favorendo la sostituzione del calcio da parte del magnesio e quindi dolomitizzando il sedimento. 4 5-20 km laguna, piattaforma piana tidale 5-10 m sabbie fanghi saturati di acqua LA DOLOMITIZZAZIONE SI ATTUA IN PROSSIMITÀ DELLA SUPERFICIE letto roccioso

Schema di Ambiente Sedimentario Dolomitico

31 / 35Le Rocce Dolomitiche A questo punto lo schema completo di un ambiente sedimentario capace di produrre livelli evaporitici e dolomitici è: croste dolomitiche lago ipersalino flusso circolazione capillare oceano DOLOMITIZZAZIONE DELLE CALCARENITI + gesso e aragonite + + + + + + + + + basamento + sedimenti aragonitici scheletrici salamoie di riflusso limiti della dolomitizzazione

Applicazione del Modello alle Rocce Triassiche Alpine

32 / 35Le Rocce Dolomitiche Questo modello viene applicato alla dolomitizzazione delle rocce Triassiche Alpine (p.es. Calcare di Esino) laguna ipersalina scogliera bacino C 0 00 1 D VD D La dolomitizzazione attraverso la percolazione delle soluzioni ipersaline provenienti dalle lagune di retroscogliera era facilitata dalla grande porosità della zona marginale di reef.

Porosità delle Dolomie

33 / 35Le Rocce Dolomitiche Le dolomie sono normalmente più porose dei calcari perchè la formazione di cristalli dolomitici (di forma romboedrica) a spese del precedenti granuli calcarei è un processo che produce una porosità secondaria INTERCRYSTALLINE POROSITY IS PRODUCED BY RECRYSTALLIZATION OF LIMESTONE TO DOLOMITE. THE LIMESTONE MAY BE LEACHED WHILE DOLOMITIZATION OCCURS. ARAGONITE OOLITE INTERCRYSTALLINE POROSITY DOLOMITIZATION OF GRAINS MAY BE SELECTIVE OF MAGNESIAN CALCITE MICRITE ENVELOPES WHILE THE ARAGONITE IS DISSOLVED. POROSITY Mg CALCITE ARAGONITE DOLOMITE

Meccanismi Attuali di Dolomitizzazione

34 / 35Le Rocce Dolomitiche Questi meccanismi sono tipici attualmente, oltre alla zone del Golfo Persico, anche nelle piane tidali di Andros (Bahamas) e Bonaire (Antille Olandesi). ARUBA Curacao Bonaire VENEZUELA Caracas

Conferenza sulle Dolomiti

35 / 35Le Rocce Dolomitiche Ci sono Dolomiti e Dolomiti Seconda edizione della Giornata seminariale "Incontri di Geologia". Relatore: Prof. Alfonso BOSELLINI Giovedì 30 novembre 2017 36 / 35