Ciclicità sub-milankoviana nelle Evaporiti Messiniane: analisi sedimentologiche, petrografiche, geochimiche e geochimico-isotopiche

Abstract

É stato condotto uno studio integrato delle differenti unità della crisi di salinità del Messiniano (MSC) per ricostruire le variazioni paleoceanografiche e paleoambientali che governarono l’evento e di riconoscere ed indagare la presenza di ciclicità deposizionali alla scala milankoviana e sub-milankoviana. I principali risultati ottenuti da questa indagine multidisciplinare rivolta a numerose tematiche della crisi di salinità del Messiniano sono qui riassunti. Pre-MSC: Sono stati indagati tre differenti proxy isotopici (87Sr/86Sr, δ18O, δ13C) per campioni, costituiti da foraminiferi planctonici, evaporiti e molluschi, provenienti da differenti sezioni del bacino di Sorbas. I dati isotopici mostrano un trend a lungo termine, con valori compresi all’interno del range oceanico globale. Sono state individuate distinte oscillazioni alla scala precessionale che riflettono un’influenza significativa di acque dolci durante la fase umida del ciclo. I risultati suggeriscono che il Mediterraneo occidentale non subì una completa disconnessione dall’oceano globale né prima né durante la prima fase della MSC e che i differenti forzanti climatico-orbitali giocarono un ruolo fondamentale nell’evoluzione geochimica, nel condizionamento della natura dei depositi e nella risposta ecologica delle comunità planctoniche del bacino. 1° Stadio MSC: I profili 87Sr/86Sr di cinque cicli deposizionali dell’unità delle evaporiti primarie inferiori (bacino della Vena del Gesso) ha permesso di evidenziare un trend di deriva rispetto a valori distintamente oceanici, sintomo di un progressivo isolamento idrologico del bacino. L’andamento dei valori ha permesso di identificare un controllo astronomico sulla deposizione del gesso e di evidenziare una variabilità alla scala sub-milankoviana. Sono stati studiati diversi esempi di ciclicità litologica in diversi cristalli di selenite. Analisi spettrali sugli spessori degli accrescimenti mostrano una relazione con forzanti climatici ad altissima frequenza. I risultati relativi allo studio micro-sedimentologico, la relazione tra numero di episodi di crescita e spessore di un bancone e la compatibilità con l’influenza di ciclicità climatiche alla scala pluriannuale suggeriscono che queste fasi di crescita rappresentino episodi annuali di deposizione e che la durata della deposizione del gesso possa essere ristretta ad un periodo di circa 3000 anni. Sono stati inoltre caratterizzati geochimicamente (87Sr/86Sr) altri affioramenti di gessi primari inferiori di differenti aree del Mediterraneo. È stato indagato il contenuto biologico dei cristalli, caratterizzato qualitativamente e morfologicamente per confermare l’elevato potenziale di queste rocce come archivio geobiologico fossile. 2° Stadio MSC: L’indagine dell’unità inferiore del deposito salino di Realmonte (AG) ha permesso di evidenziare la presenza di oltre 280 cicli deposizionali, caratterizzati dall’alternanza di minerali argillosi, polyhalite, salgemma e kainite, per i quali è stato possibile ricostruire una ciclicità di tipo climatico-stagionale. Studi sulla frequenza degli spessori dei singoli cicli misurati hanno permesso di individuare l’influenza di forzanti climatici di ciclicità pluriennale. Sono stati caratterizzati geochimicamente (87Sr/86Sr) i depositi salini profondi del bacino levantino. Le analisi hanno permesso di verificare l’appartenenza del corpo salino al 2° stadio MSC e di attribuire alla porzione basale della sequenza indagata un’età pre-MSC. Questi dati hanno fornito un importante supporto all’interpretazione dei log di pozzo e delle indagini sismiche per ricostruire questa successione messiniana. 3° Stadio MSC: Lo studio geochimico di associazioni a foraminiferi rinvenute all’interno delle successioni ipoaline dello stadio Lago Mare ha permesso di dimostrare come Mediterraneo ed Atlantico potessero essere saltuariamente comunicanti durante la fase terminale della MSC.

An integrated multi-proxy study (stratigraphy, facies analysis, petrography, sedimentology, isotope geochemistry, microbiology) of the different geological unit deposited during the Messinian salinity crisis (MSC), is here proposed. The main purpose of this research is the reconstruction of the paleoceanographic and paleoenvironmental conditions that controlled this event and the identification and investigation of different depositional cyclicities at milankovian and sub-milankovian scale. The main results of this multidisciplinary investigation aimed at a number of issues of the Messinian salinity crisis are here summarized. Pre-MSC – Three different geochemical proxies (87Sr/86Sr, δ18O, δ13C) were investigated in order to reconstruct the conditions of the Mediterranean at the onset of the MSC. Fifty samples, consisting of planktonic foraminifers, evaporites and mollusks belonging to different sections of the Sorbas basin were analyzed. The isotopic data show a long-term trend with the major part of values plotting within the Global Ocean range and distinct oscillations at precessional scale. These variations reflect an important influence of continental fresh water during the humid phase of the precessional cycle. These results suggest that the Western Mediterranean was efficiently connected with the Atlantic ocean before and during the first stage of the MSC. Different climate-driven forcings played a fundamental role in the evolution of water geochemistry, in sediments deposition and in the ecological response of planktonic communities of the Sorbas basin. 1st Stage MSC – 87Sr/86Sr high resolution profiles were realized for five cycles of the Primary Lower Gypsum unit (PLG) of the Vena del Gesso basin (Northern Apennines). The new values show a geochemical trend shifting from the Global Ocean Sr signature, suggesting a progressive paleohydrologic isolation of the basin. The trend of values within a single cycle permitted to identify an astronomical control on the precipitation of gypsum and show geochemical oscillations at sub-milankoviana scale. Different type of lithological cyclicity were identified in different primary selenite crystals. Spectral analyses on the thickness variations of these phases of growth suggest a strict relationship with pluriannual climate forcings. Micro-sedimentological studies, the relation between the number of growth phases and the total thickness of a single gypsum bank and the clear presence of a pluriannual climate forcings suggest that these growth bands represent episodes of annual deposition and that the gypsum deposition within a single precessional cycle represent less than 3000 years. Several other PLG outcrop were geochemically (87Sr/86Sr) characterized. Furthermore, the biological content of PLG crystals was studied, in order to confirm the high potential of these rocks as a biological fossil archive. 2nd Stage MSC – The investigation of the lower unit of the Realmonte (AG) salt deposit permitted to identify more than 280 depositional cycles, consisting of the alternation of clay minerals, polyhalite, halite and kainite, characterized by a seasonal cyclicity. Spectral analysis on thickness variations shows the influence of pluriannual climate forcings on salt deposition. The deep Messinian deposits of the Levantine basin were geochemically (87Sr/86Sr) characterized. These analyses allowed to verify that the salt deposit belong to the second stage of MSC and that the basal portion of the investigated sequence belong to the pre-MSC stage. These values provide an important support to the interpretation of well logs and seismic data in order to reconstruct this Messinian succession. 3rd Stage MSC – The geochemical (87Sr/86Sr) study of different foraminifer assemblages found within hypoaline successions of the Lago Mare period permitted to demonstrate that the Mediterranean sea could be sporadically connected with the Atlantic ocean during the last stage of the MSC.