Geologia e Litologia principi di stratigrafia 2010 2011
annuncio pubblicitario
UNIVERSITÀ DELL’INSUBRIA Anno accademico 2010 - 2011 Corso di Geologia e Litologia Laurea in Scienze dell’Ambiente e della Natura Stratigrafia UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DELL’INSUBRIA DIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIMICHE ED AMBIENTALI Via Lucini, 3 22100 Como Dai Principi di Stratigrafia ai modelli di evoluzione paleoambientale = LA STRATIGRAFIA E’ LA MAMMA DELLA GEOLOGIA Sabrina CAPELLETTI Strumento indispensabile per la ricostruzione dell’evoluzione geologica della Terra è rappresentato dalla STRATIGRAFIA e dai suoi principi STRATIGRAFIA = Branca della Geologia che si occupa dello studio e dell'interpretazione dei materiali stratificati (rocce, sedimenti e suoli), esaminandone l'origine l'organizzazione tridimensionale (verticale e orizzontale) i rapporti cronologici La stratigrafia si articola in vari campi di studio, differenziati a seconda del parametro considerato; si aggiunge il prefisso adeguato alla parola stratigrafia (lito-, pedo-, crono-, bio-, magneto-, climato-, ecc) Litostratigrafia per rocce sedimentarie e sedimenti sciolti si basa sulla analisi delle caratteristiche litologiche dei corpi rocciosi e sulla loro posizione nella successione stratigrafica unità fondamentale: strato – corpo tridimensionale litologicamente,tessituralmente o strutturalmente distinguibile dai materiali soprastanti, sottostanti o adiacenti ogni strato rappresenta un evento deposizionale, cioè l'attuarsi di un processo sedimentario in seguito all'attività di un determinato agente sedimentario (= morfogenesi, resistasia) strato strato Qualche principio….. Ambienti sedimentari Caso di studio La STRATIGRAFIA studia gli strati di cui sono costituiti i corpi rocciosi riconoscendone: - forma - distribuzione - composizione litologica - contenuto fossilifero - proprietà geochimiche e geofisiche - successione originaria - relazioni d‘età Questo rappresenta una base per la ricostruzione della sequenza degli eventi geologici e climatici che hanno portato alla formazione dei corpi rocciosi D’ausilio alla Stratigrafia vi sono: Sedimentologia (ricostruzione delle processi e degli ambienti di deposizione dei corpi litoidi sedimentari, descrizione della natura dei sedimenti e della forma di tali corpi sedimentari al momento della loro origine) Tettonica (dal greco “Tectàinomai” costruisco, studio delle deformazioni e dei movimenti della litosfera che hanno portato alla giacitura attuale delle rocce) Studio della stratigrafia Studio di un affioramento Carotaggio Studio di affioramenti Un nostro esempio recente…. carotaggi Elementi di Stratigrafia: Facies Dal latino “aspetto”= insieme dei caratteri litologici e paleontologici di una roccia Ogni facies dipende dall’ambiente fisico, chimico e biologico in cui la roccia si è formata La facies di un deposito sedimentario descrive l’ambiente fisico e le condizioni ambientali in cui tale deposito si è formato Facies Il termine facies si riferisce a tutte le caratteristiche di una particolare unità di roccia (o sedimento) Tali caratteristiche derivano dall’ambiente di deposizione detto “AMBIENTE SEDIMENTARIO” Ogni Ambiente Sedimentario imprime le proprie “impronte distintive” sui sedimenti creando una facies particolare Così, una facies rappresenta un tipo distinto di roccia per una data area o ambiente Facies di ambiente marino = Rosso ammonitico Principi fondamentali della litostratigrafia Principio di originaria sovrapposizione degli strati Principio di originaria orizzontalità degli strati Legge di Walther Principio di originaria continuità laterale degli strati Principio di intersezione Principio di inclusione Principio di successione faunistica Leggi di Stenone Principio di originaria orizzontalità degli strati Principio di originaria superposizione degli strati Principio di originaria continuità laterale degli strati Principi applicabili con sicurezza alle rocce sedimentarie Principio di Sovrapposizione In una sequenza di rocce sedimentarie (deposte orizzontalmente), le rocce più vecchie giacciono al di sotto delle più recenti. Ciò è sempre vero ma attenzione alla tettonica! Sovrapposizione stratigrafica: in condizioni normali, osservando una successione sedimentaria gli strati più antichi si trovano inferiormente, e viceversa gli strati più recenti si trovano in posizione più elevata o superiore. In altre parole ogni strato e' piu' recente di quello che e' a lui sottostante ed e' piu' antico di quello che lo sovrasta. Principio di sovrapposizione Il principio geologico fondamentale della stratigrafia, applicata alla sequenze sedimentarie, è quello della sovrapposizione per il quale le successioni sedimentarie sono originariamente ordinate con gli strati inferiori più antichi di quelli superiori, riflettendo la meccanica della deposizione dei sedimenti, che avviene infatti dall' alto verso il basso, per cui ogni nuovo strato ricopre il precedente. Questo principio puo' non essere applicabile nel caso di sedimenti deposti in ambiente continentale o quando si tratta di stratigrafia in aree coinvolte da altri processi geologici, quali per esempio intrusioni filoniane Il principio stratigrafico della sovrapposizione e' anche alla base della metodologia di datazione usata durante gli scavi archeologici, in cui vengono spesso riconosciuti livelli archeologici piu' antichi man mano che lo scavo si approfondisce. Principio di originaria sovrapposizione Strati giovani Strati vecchi Principio di Orizzontalità originaria Le rocce sedimentarie si depongono con geometrie (sub)orizzontali parallelamente alla superficie terrestre (sul particolato sedimentario agisce la forza di gravità) Se non sono intervenuti movimenti tettonici gli strati si depositano orizzontalmente. Questo principio non sempre e' valido, in quanto in ambienti deposizionali particolari, come margini di piattaforma, depositi esterni di scogliere, la stratificazione avviene lungo superfici inclinate, in questo caso si parla di clinostratificazione. Principio di orizzontalità originaria Principio di originaria continuità laterale all’atto della formazione, gli strati si estendono in tutte le direzioni fino a ridursi ad uno spessore nullo o a terminare contro i bordi del bacino di deposizione. L’originaria continuità laterale degli strati è spesso persa per erosione e/o tettonica (faglie). Lateral Continuity Quindi: le rocce sedimentarie si formano orizzontalmente le une sulle (dopo le) altre (e sono spesso separate da discordanze con associate lacune temporali). Così i metodi per datarle e correlarle si basano su informazioni fossilizzate le une sulle (dopo le) altre (spesso separate da discordanze con lacune temporali). Charles Lyell (1797-1875) Principio di intersezione Principio di inclusione Principio di intersezione (cross-cutting) Un evento che interrompe una roccia tagliandola trasversalmente (intersecandola) è più giovane della roccia tagliata. Gli eventi possono essere: paraconcordanze, discordanze angolari, intrusioni magmatiche e faglie. Faglia (giovane) che taglia una sequenza sedimentaria (vecchia) Principio di Intersezione Se entro una serie di strati si incontra un livello litologico che interseca gli altri, quest‘ ultimo è sicuramente più giovane della serie di strati attraversati ( esempio dicco) Dicco magmatico (giovane) che intrude una sequenza sedimentaria (vecchia) Paraconcordanza Discordanza angolare Discordanza angolare Principio di inclusione una roccia inclusa in un’altra è più vecchia della roccia includente. Principio di successione faunistica Leonardo Da Vinci (1452-1519) si occupa dei fossili che si trovano sui monti e ironizza con coloro che credono nel Diluvio Universale: "Della stoltizia e semplicità di quelli che vogliono che tali animali fussin in tal lochi distanti dai mari portati dal diluvio. Come altra setta d'ignoranti affermano la natura o i celi averli in tali lochi creati per infrussi celesti....E se tu dirai che li nichi [le conchiglie] che per li confini d'Italia, lontano da li mari, in tanta altezza si vegghino alli nostri tempi, sia stato per causa del diluvio che lì li lasciò, io ti rispondo che credendo che tal diluvio superassi il più alto monte di 7 cubiti - come scrisse chi 'l misurò! - tali nichi, che sempre stanno vicini a' liti del mare, doveano stare sopra tali montagne, e non sì poco sopra la radice de' monti...." William Smith (1769-1839) Principio di successione faunistica " . . . each stratum contained organized fossils peculiar to itself, and might, in cases otherwise doubtful, be recognized and discriminated from others like it, but in a different part of the series, by examination of them.” Legge di Walther Johannes Walther (1860-1937) Concetto di facies sedimentaria Depositional Environments Facies Una facies sedimentaria è l’insieme delle caratteristiche di una roccia sedimentaria che derivano dall’ambiente deposizionale. Ogni facies rappresenta un ambiente di sedimentazione Quando un ambiente di sedimentazione cambia per variazioni di condizioni, allora si avrà anche un cambio di facies che riscontrerò in un corpo sedimentario sia verticalmente che lateralmente (per la legge di Walther) Legge di Walther "Facies adjacent to one another in a continuous vertical sequence also accumulated adjacent to one another laterally" Different kinds of sediments are deposited adjacent to each other as result of lateral variation in depositional environments. A vertical sequence of different sedimentary rocks must record the superimposition of those same environments over time. Legge di Walther I sedimenti della stessa facies si depositano gli uni accanto agli altri. I sedimenti di facies contigue si depositano gli uni accanto agli altri (eteropia laterale). A causa di trasgressioni e regressioni, i depositi di facies migrano lateralmente e si sovrappongono a depositi di facies contigue Calcare Reef Argilla Siltite Piattaforma Spiaggia subtidale Arenaria Spiaggia intertidale Esempi di variazione laterale e verticale di facies nel tempo Trasgressione = innalzamento relativo del livello del mare Legge di Walther Regressione = abbassamento relativo del livello del mare Trasgressioni, regressioni e migrazioni di facies Ambienti sedimentari Ambienti di Sedimentazione = Aree e condizioni ambientali in cui sedimenti vengono depositati ed accumulati, distinte da altre aree di sedimentazione sulla base di caratteristiche: Fisiche (geomorfologia dell’area, tipologia del materiale deposizionale, temperatura, attività energia e direzione degli agenti di trasporto ecc….) Chimiche (parametri chimici come salinità, pH, O2, CO2 ecc…, reazioni chimiche come precipitazione, dissoluzione ecc…) Biologiche (attività biologiche degli organismi, resti organici ecc…) Ambiente = insieme delle condizioni e dei processi dominanti nel tempo e nel luogo dove le rocce si formavano, un “paesaggio” del passato. Utilizzo delle rocce sedimentarie per le ricostruzioni paleogeografiche, cioè degli ambienti e delle vicende geologiche del passato L’interpretazione e la ricostruzione degli ambienti di deposizione passati dipendono dall’identificazione delle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche di una roccia sedimentaria che possono essere relazionate ai parametri ambientali I più importanti criteri per l’interpretazione dell’ambiente di sedimentazione includono lo studio dei caratteri litologici, delle associazioni di facies e delle strutture sedimentarie Ambienti di sedimentazione Continentale Di Transizione Marino Ambienti di sedimentazione Classificazione degli ambienti sedimentari AMBIENTE DEPOSIZIONALE PRIMARIO AMBIENTE PRINCIPALE Fluviale SUB - AMBIENTE Braided system (anastomizzato) Meandering system (a meandri) Alluvial fan (conoide alluvionale) Desertico Continentale Lacustre Glaciale Palustre Di delta Estuario Di transizione Di spiaggia Lagunare Tidale Neritico Marino Oceanico Piattaforma continentale Barriera corallina Scarpata continentale Piana abissale Ambienti Continentali Vi sono 5 principali sistemi continentali di deposizione: FLUVIALE DESERTICO LACUSTRE GLACIALE PALUSTRE …tra loro comunque collegati! Ambienti Continentali Sistemi fluviali Ambienti Continentali Conoidi alluvionali Ambienti Continentali Sistemi Lacustri Ambienti Continentali Sistemi Glaciali Ambienti Continentali Ambienti Palustri Ambienti di transizione DELTA SPIAGGIA ESTUARIO LAGUNARI TIDALI Ambiente marino Neritico Oceanico Ambiente marino Ambiente neritico Continental shelf (piattaforma continentale) Reef (barriera corallina) Ambiente marino Ambiente oceanico Abyssal plain (Scarpata continentale) Continental slope (Piana abissale) Valutazione degli ambienti sedimentari: un caso reale Progetto di Ricerca “STUDIO DEI SEDIMENTI RECENTI NELLA CITTÀ DI COMO: ANALISI MULTIDISCIPLINARI ED IMPLICAZIONI PER L’EVOLUZIONE AMBIENTALE DEL BACINO IDROGRAFICO LARIANO” Dottorato di Ricerca in Scienze Ambientali XX ciclo Dottoranda: Sabrina Capelletti Ricostruzione di dettaglio dell’assetto dei depositi recenti e dell’evoluzione paleoambientale recente del ramo terminale del Bacino di Como successivamente alla fine dell’ultima fase di massima espansione glaciale Progetto CARG (Realizzazione Foglio 75 Como in scala 1:50000) Progetto CDP (Como Drilling Project) (Progetto di ricerca multidisciplinare per lo studio del sottosuolo nell’area urbana di Como) Contribuire alla realizzazione di una migliore modellazione del comportamento fisico e delle caratteristiche meccaniche dei depositi recenti nel sottosuolo della città di Como Le attività di studio e d’indagine previste consentono, oltre a una ricostruzione dell’assetto del sottosuolo della città di Como, una caratterizzazione geotecnica dei terreni presenti – comprendenti elevati spessori di sedimenti soffici molto compressibili - e un inquadramento dei fenomeni fisici in atto Le carote di S. Abbondio SAI La carota SAI è composta (dall’alto in basso) da materiale di riporto, ghiaia e sabbia di ambiente di conoide e di versante e da sabbia di spiaggia lacustre (fino a fondo foro) SAII La carota SAII a partire da 540 cm è costituita da limi glacio-lacustri e da argille glacio-lacustri (fino a fondo foro) SAII 13.230 +/- 120 anni BP Dettaglio della carota con indicazione del punto dove è stato trovato un macroresto organico COORDINAMENTO CAMPAGNA GEOGNOSTICA NELL’AREA URBANA COMO Università degli Studi dell’Insubria – Dip. Scienze Chimiche ed Ambientali – in convenzione con il Comune di Como (Assessorato ai LL.PP.) nell’ autunno 2005 ha dato il via alla realizzazione di 2 nuove perforazioni nell’area dei giardini di Piazza Verdi in Como Area di cantiere CAMPAGNA GEOGNOSTICA NELL’AREA URBANA COMO S1 70 m di profondità Carote a vista in cassette Piezometro S2 70 m di profondità Carote sigillate in fustelle di pvc Assestimetro Analisi geotecniche Analisi litostratigrafiche Analisi fisiche Analisi chimiche Analisi biostratigrafiche Sondaggio 1 Stratigrafia Esempi di evidenze stratigrafiche Sondaggio 1 Sondaggio 1 Serie di campionamenti per analisi: chimiche, archeobotaniche, palinologiche, granulometriche Sondaggio 1 Frammento di legno ritrovato a 14,60 m dal p.c. Radici e carbone ritrovati a 16,50 m dal p.c. Frammenti di gusci ritrovati a 14,55 m dal p.c. Metri Stratigrafia essenziale di S1 0 7 Riporti antropici Depositi alluvionali (sabbia, ghiaia) 17 Limi lacustri e palustri con presenza di sedimenti organici 32 Argille glacio - lacustri con intercalazioni di sabbia e ghiaia 70 0 7 17 Datazione Radiocarbonio Campione ricco di carboni alla profondità di 31,95 m ha mostrato un’età 14C di 15140±70 yr B.P. 32 (GrA-30878 sample, Rijkuniversiteit Groningen). 70 Analisi stratigrafica area urbana Como Sono state raccolte e catalogate 147 stratigrafie di sondaggi geologici e pozzi per acqua realizzati dagli anni ’60 ad oggi nell’area urbana di Como. Tale materiale è stato fornito da Comune di Como, A.C.S.M. e Studi Geologici privati Carta Ubicazione Sondaggi Como Elaborazione dati stratigrafici Traccia della sezione Elaborazione dati stratigrafici Sezione interpretata in Capelletti 2002, e Comerci 2004. Modello geologico 3D della geometria spaziale dei depositi di Como Interpretazione paleoambientale delle prime fasi del Tardiglaciale nell’area comasca Interpretazione paleoambientale di una fase avanzata del Tardiglaciale nell’area comasca Interpretazione paleoambientale a circa 13.000 anni BP Interpretazione paleoambientale. Evoluzione della piana di Como nell’Olocene Per concludere….. Un simile insieme di dati, confortato anche dai risultati delle altre analisi in corso sul bacino sommerso, sulla circolazione idrogeologica profonda, e sui parametri chimico-fisici del corpo idrico lacustre, dovrebbe consentire di costruire un MODELLO ragionevolmente completo dell’ EVOLUZIONE OLOCENICA DELL’AREA URBANA DI COMO, e delle tendenze evolutive di una serie di fenomeni ambientali connessi. Tale modello fornirà quindi indicazioni rilevanti anche per il resto del bacino lariano, e per altri bacini lacustri alpini con caratteri analoghi. Fine
