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Rend. Online Soc. Geol. It., Vol. 17 (2011) - (DOI 10.3301/ROL.2011.53)

The effects of the Late Pliensbachian-Early Toarcian climate changes on the carbonate factory of the Apenninic Platform

A. Trecalli (*), J. Spangenberg (**), T. Aadatte (***), K. B. Föllmi (***) & M. Parente (*) 


(*) Dipartimento di Scienze della Terra, Università di Napoli “Federico II”, 80138-Napoli, Italy.

albertotrecalli@gmail.com
(**) Institut de minéralogie et géochimie, Université de Lausanne, 1015-Lausanne, Switzerland
(***) Institut de géologie et paléontologie, Université de Lausanne, 1015-Lausanne, Switzerland

 

Abstract 

The Late Pliensbachian-Early Toarcian was characterized by a transition from semi-arid and relatively cool to humid and warm greenhouse climatic conditions.
Across the same time interval, the global sedimentary archive contains evidence of two severe perturbations of the global carbon cycle, witnessed by prominent carbon isotope excursions (CIE) in marine carbonates and continental and marine organic matter. The first one straddles the Pliensbachian-Toarcian boundary, the second occurred at the end of the tenuicostatum ammonite zone (ca 183 Ma) and is associated with the early Toarcian oceanic anoxic event (T-OAE). The CIEs are associated with abrupt climatic change, ocean acidification, widespread oceanic anoxia and major episodes of extinction and/or accelerated biotic turnover.
Most of what we know about the T-OAE comes from the record of relatively deep-water successions, much less is known of the response of shallow-water neritic environments. While many carbonate platforms in the Tethyan realm were drowned during the late Early Jurassic, the Apenninic Carbonate Platform (ACP) continued growing in shallow-water: its geological record contains an important archive of the response of shallow water carbonate platform ecosystems to global warming and ocean acidifi cation.
We report the results of a high-resolution sedimentologic and geochemical study of two carbonate platform successions cropping out in the southern Apennines (Italy).
We performed a detailed facies analysis and produced a detailed record of the carbon-isotope ratio of carbonate and organic matter. Total phosphorus was investigated to trace changes in nutrient input and availability while the composition of clay minerals assemblages was used as a proxy of climatic change.
Chemostratigraphic correlation with basinal reference δ13C curves allows unprecedented high-resolution dating of our sections and the precise correlation of carbonate platform biostratigraphy to standard ammonite zones. In the fi rst part of the studied sequences, the most prolifi c carbonate producers are the large bivalves of the “Lithiotis” facies and the green alga Palaeodasycladus mediterraneus: both occur in rock-forming abundance, witnessing optimal environmental conditions. The Lithiotis/Palaeodasycladus carbonate factory survived in the ACP across the
Pliensbachian-Toarcian boundary interval, when the increased frequency and thickness of pelitic interlayers, the increase of kaolinite and phosphorous content indicate enhanced weathering and nutrient supply. The demise of these massive biocalcifiers coincides with the onset of the early Toarcian CIE. The rising branch of the early Toarcian CIE corresponds to a massive accumulation of ooids.
The occurrence of oolitic limestones, abruptly replacing biogenic facies dominated by large bivalves and calcareous algae, is a well known feature of all the Tethyan carbonate platforms that were not drowned during the T-OAE. In absence of the prolific biocalcifiers, wiped out by extinction, the chemical precipitation in the form of oolites, assisted or not by microbial activity, could represent the only effective way to buffer the post-acidification rebound of alkalinity in the Toarcian shallow ocean.

 

KEY WORDS: Pliensbachian-Toarcian, Toarcian oceanic anoxic event, chemostratigraphy, Apenninic Carbonate Platform, stable isotopes.

La successione sedimentaria miocenica affi orante nel settore
Nord-Orientale della Stretta di Catanzaro è costituita da depositi
terrigeni, evaporitici e carbonatici depositatesi all’interno di un
bacino sedimentario controllato da un complesso sistema di faglie
trascorrenti orientate NW-SE.
La sedimentazione ha inizio tra il Serravalliano e il Tortoniano
con i depositi di ambiente alluvionale-torrentizio del Conglomerato
del Corace seguite dalle arenarie e calcareniti di Tiriolo di ambiente
costiero che evolvono a facies schiettamente marine costituite dalle
argille marnose di Gagliano caratterizzate nella porzione superiore
da peliti euxiniche e diatomiti che segnano l’inizio della Crisi di
Salinità del Messiniano (CSM). In questa fase si depositano in
tutto il Mediterraneo, lungo i margini del bacino, facies selenitiche
e calcari micritici (Lower Evaporites). Nell’area di studio affi orano
esclusivamente le facies micritiche CdB-1 di probabile origine
batterica correlabili al CdB type 2 di MANZI et alii (2010) ed alle
facies di origine batterica di GUIDO et alii (2007), sviluppatesi durante
la prima fase della CSM tra 5,96 e 5,6 Ma. La fase successiva è
caratterizzata da una fase tettonica intra-messiniana e da un rapido
abbassamento del livello marino con lo sviluppo di un corpo caotico
costituito da slumps, blocchi di seleniti (sub-unità 1 del conglomerato
del Riato) e brecce carbonatiche (CdB-2) che evolvono verso l’alto con
trend fi ning e thinning-upward ad associazioni di facies con canali e
barre, con una drastica diminuzione dell’alimentazione intrabacinale
evaporitica e carbonatica a vantaggio di quella proveniente dalle unità
metamorfi che e plutoniche dell’Arco Calabro Peloritano.
La fase fi nale della CSM è registrata dallo sviluppo di un sistema
deposizionale fl uvio-deltizio che passa verso le aree bacinali a depositi
pelitici-sabbiosi, contenenti biofacies ad ostracodi (Lago Mare), e a
corpi selenitici in facies banded e massive di secondo ciclo.
La successione sedimentaria del settore NO della Stretta di
Catanzaro defi nisce un’architettura deposizionale riscontrabile nel
modello evolutivo proposto da ROVERI et alii (2008), caratterizzata da
corpi caotici (sub-unità 1 e 2 del conglomerato di Riato e CdB-2),
derivanti dalla cannibalizzazione dei depositi evaporitici e dei calcari
primari, e che registrano un graduale ritorno ad un’alimentazione
extra-bacinale derivante dall’erosione delle unità sedimentarie
serravallinae-tortoniane e metamorfi che-plutoniche dell’unità della
Sila.

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