SAPROPEL E ASTROCRONOLOGIA

INSOLAZIONE E MONSONI La circolazione monsonica deriva da variazioni stagionali di RE al suolo entro la fascia intertropicale. E’ quindi intuitivo che le variazioni di Ins possono modificare l’intensità del fenomeno monsonico.

MONSONI ATTUALI Fenomeno intenso nell’emisfero N, dove nella fascia intertopicale insistono ampie aree emerse; per lo stesso motivo, è molto più debole nell’emisfero S. Un caso paradigmatico è l’Africa settentrionale, dove piove quasi solo per effetto di un forte monsone estivo, la cui storia è registrata nei sedimenti marini del Golfo di Guinea e del Mediterraneo.

MONSONI ATTUALI L’intensità del fenomeno monsonico viene misurata in termini di mm/pioggia yr-1. La risposta è quindi asimmetrica: poichè piove solo durante la stagione estiva, l’intensità invernale del ciclo è insignificante (una stagione è dominante sull’altra). Se l’intensità del monsone può cambiare nel tempo, esistono prove tangibili del fenomeno nel record geologico?

I LAGHI AFRICANI La temporanea presenza di grandi laghi in Africa settentrionale durante il Pleistocene è dimostrata da diverse prove, ma il record geologico è scarso. Esiste un proxy indiretto: nei sedimenti marini del Golfo di Guinea si riconoscono orizzonti discreti formati da diatomee d’acqua dolce, trasportate dal vento per migliaia di km

DIATOMEE D’ACQUA DOLCE Le diatomee devono essere cresciute entro laghi del Nordafrica durante fasi di massima intensità del monsone estivo, quando la piovosità era altissima Durante intervalli di massima intensità del monsone invernale, l’area si è inaridita e i laghi prosciugati. Le diatomee sono state quindi trasportate dagli alisei all’Atlantico.

INSOLAZIONE A 30°N In base a quanto appena discusso, il fattore determinante è l’insolazione estiva a ~30°N, dove domina l’effetto della precessione. Confrontando il paesaggio sahariano attuale e passato, è chiaro che il monsone estivo odierno è molto debole. Per giustificare la persistenza di laghi nell’area, è necessario immaginare l’esistenza di una soglia che divide un mondo “umido” da quello attuale, arido.

MONSOON INDEX Quindi, i massimi di intensità del monsone africano corrispondono a minimi di precessione. Si stima che in queste condizioni la portata del Nilo aumenti di 4-5 volte (es. ca. 8000 anni fa, durante il Last African Pluvial Event).

MONSONE & MEDITERRANEO Attualmente, il monsone africano non interessa direttamente il Mediterraneo. Tuttavia, è significativo che il runoff al dominio levantino, sempre molto ridotto, sia dovuto quasi solo al Nilo.

IL NILO Il flusso del Nilo è somma di due stream principali: Nilo bianco, che nasce dal Lago Vittoria, e ha un regime caratterizzato da una portata ridotta ma costante; Nilo azzurro, che nasce dal lago Tana, ha una portata potenziale enorme ma un regime fortemente stagionale, controllato dal monsone.

IL MONSONE NEL MEDITERRANEO Un monsone estivo molto intenso alle sorgenti del Nilo aumenta il runoff al settore levantino durante l’estate, con sviluppo di un grande plume “leggero” sulle acque dense del Mediterraneo orientale. In teoria, queste condizioni possono perturbare i meccanismi di formazione delle LIW, con conseguenze drammatiche per la circolazione profonda e, in particolare, sulla ventilazione dei fondali nel Mediterraneo centro-orientale. E nella pratica?

MONSONE vs. VENTILAZIONE Le prove geologiche di temporanei eventi di crisi del meccanismo di circolazione profonda nel Mediterraneo esistono. Si tratta dei cosiddetti SAPROPEL: sedimenti pelagici scuri, talvolta laminati, ricchi di materia organica (> 2%: sono rocce madri degli idrocarburi).

GENESI DEI SAPROPEL L’attuale produttività del Mediterraneo è molto bassa, tanto che sul fondale si accumula pochissimo sedimento organogeno. Tuttavia, a partire dal Miocene (~15 Ma), nei sedimenti profondi del Mediterraneo orientale ricorrono orizzonti discreti ricchi in C organico, che in casi estremi arriva al 30%. A partire dal Pliocene, i sapropel compaiono anche nel record di Italia meridionale e Sicilia e, nel corso del Pleistocene, anche nei bacini occidentali (es. Tirreno, Mare di Alboran). Malgrado gli studi, l’origine dei sapropel rimane sostanzialmente un mistero; in genreale vengono interpretati come eventi di anossia del fondale.

RUNOFF E SAPROPEL Dato per assodato il ruolo del Nilo (e, quindi, della precessione), possono agire due meccanismi genetici per i sapropel del Mediterraneo centro-orientale. Entrambi implicano modificazioni della circolazione “normale” a causa di gradienti di densità fra le acqua native e il runoff del Nilo, ma con sviluppi differenti.

MODELLI GENETICI STAGNATION MODEL: prevede una netta stratificazione della colonna d’acqua per gradiente alotermico, che impedisce la ventilazione al fondo. PRODUCTIVITY MODEL: prevede l’innesco di un sistema alternativo di circolazione, con produttività superficiale che eccede la capacità di digestione della materia organica al fondo.

STAGNATION MODEL Sistema di circolazione alternativo: formazione di sapropel a) il runoff impedisce la formazione delle LIW: il nutriclino risale entro la zona fotica, con comparsa di un DCM molto marcato a ~120-150 m di profondità; b) l’abbondanza di Corg produce una OMZ molto netta  aumenta in modo drammatico il BOD; c) per assenza di sinking, i tenori di O2 non sono sufficienti per la respirazione al fondo.

PRODUCTIVITY MODEL Sistema di circolazione alternativo: formazione di sapropel a) la MAW entra in una circolazione inversa, con upwelling ed eutrofizzazione della zona fotica; b) OMZ molto netta  elevato BOD, sostenuto dalle “MAW” sino a ~350 m di profondità; c) per assenza di sinking, la respirazione al fondo è inibita.

MED SAPROPEL E CICLICITA’ I sapropel del Mediterraneo si sono depositati durante minimi estremi di precessione, che avvengono in “cluster” di 3-5 entro intervalli di massima eccentricità. Quindi, correlando i sapropel del Mediterraneo con la curva dell’insolazione otteniamo una cronologia assoluta che possiamo utilizzare per la datazione di eventi associati.

PATTERN DI DISTRIBUZIONE Se si considerano successioni complete, si osserva come questi cluster di sapropel si correlino molto ben fra loro, come dimostra la parallelizzazione fra sezioni in Romagna (Val Marecchia), Calabria (Singa) e Sicilia (Punta Piccola e Monte San Nicola).

C B A O

CRONOLOGIA BASATA SUI SAPROPEL

ASTROCRONOLOGIA Avete ormai imparato quanto sia fumoso il concetto di “deep time”, e sapete che, sino agli anni ‘80, l’unico strumento per dare età assolute alla Scala del Tempo Geologico (GTS) è stata la radiometria. La Teoria astronomica del clima ha fornito un metodo nuovo (ed indipendente) per datare i fenomeni geologici in modo molto più efficace di quello radiometrico.

QUALI CAMBIAMENTI CICLICI? Oltre ai cicli dei dati “strumentali” (es. δ18O), nel record geologico sono presenti molte altre ciclicità, registrate talora in modo spettacolare entro le successioni sedimentarie. Come detto, la ciclicità è uno straordinario “cronometro” del tempo geologico, una volta acquisito la giusta chiave con cui sbloccarla (ci si è riusciti, faticosamente, con il d18O).

LA PERVASIVA CICLICITÀ DI MILANKOVITCH Nel record stratigrafico sono presenti molte testimonianze delle variazioni climatiche: nelle delle faune, nella flora, nella litologia, e in altre proprietà geochimiche e mineralogiche. Basta osservare la litologia delle successioni (in particolare, quelle pelagiche) per renderci conto che l’organizzazione ciclica dei sedimenti è molto diffusa. Es., in molti affioramenti di Scaglia o di Maiolica si osservano alternanze regolari di strati, più o meno calcarei, con caratteristici profili di erosione. Queste alternanze sono denominate “couplets” (“coppiette”). La loro regolarità ed estensione supraregionale ha da sempre suggerito il coinvolgimento di fattori climatici globali (come le variazioni dei parametri orbitali) nel loro pattern di deposizione.

“COUPLETS” MARNA-CALCARE Affioramento di Trubi a Capo Spartivento (Calabria), dove si evidenziano numerose, regolari alternanze di marne (colore grigio) e calcare (bianco). L’età è Pliocene Inferiore (Zancleano). In questo esempio la ciclicità è elementare (2 tipi litologici).

Trubi del Pliocene Inferiore (Zancleano) a Punta di Majata (AG), nota anche come “Scala dei Turchi”. E’ la sezione “simbolo” dell’Astrociclostratigrafia

WHITE BEIGE WHITE GRAY

“TUNING” DEL PLIOCENE DEL MEDITERRANEO Chronology of the Rossello Composite section based on the correlation of small-scale carbonate cycle patterns to the La90 precession and 65° N summer insolation curves.