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Geology is the Way

Le arenarie di mare profondo di Cala del Leone (Quercianella, Livorno)

In Toscana, a sud della città di Livorno, il panorama cambia da noiose (beh, per noi geologi di sicuro) pianure con case e città ad un paesaggio costiero meraviglioso con scogliere, piccole insenature e colline boscose a ridosso di acque cristalline. La costa nei dintorni di Cala del Leone, fra Quercianella e Calafuria, è particolarmente suggestiva. Questi affioramenti costieri, se oltre al paesaggio volete gustarvi un po’ di geologia, offrono bellissimi affioramenti di ofioliti e della loro copertura sedimentaria (come vi ho mostrato, ad esempio, nel post su Castiglioncello) e su alcuni dei depositi di avanfossa più importanti dell’Appennino, l’arenaria Macigno dell’Oligocene – Miocene inferiore, di cui ho parlato brevemente nel post precedente su Manarola.

Affioramenti costieri di arenaria Macigno esposti sotto il ponte di Calignaia, a Nord di Cala del Leone.

Queste rocce sono perlopiù arenarie che si sono depositate 30 milioni di anni fa di fronte all’allora sommerso orogene Appenninico. In quel momento, catene elevate come le Alpi si ergevano già al di sopra del livello del mare e venivano smantellate dai fiumi. Questo produceva un enorme apporto sedimentario che, ritornando nel Mar Mediterraneo, produceva sequenze spesse km di correnti torbiditiche di mare profondo.

Strati di torbiditi nell’arenaria Macigno. Ciascuno strato di arenaria rappresenta un evento torbiditico. Gli strati di peliti che li separano marcano periodi di sedimentazione pelagica intercorsi tra i flussi torbiditici.

Le correnti torbiditiche sono misture a bassa densità di acqua e sedimento che, una volta innescate, possono viaggiare per centinaia di km sul fondale marino a velocità che variano da 10 a 30 km/h. Una volta che iniziano a rallentare, i sedimenti che trasportano iniziano a depositarsi sul fondo, a cominciare da quelli più grossolani e pesanti fino a quelli più fini. Nei livelli più fini al tetto si possono sviluppare delle laminazioni parallele e incrociate, dal momento che i sedimenti vengono trascinati dalla corrente torbiditica. Il fango si deposita per ultimo per decantazione quando la torbidite è finita e continua a depositarsi dalla colonna d’acqua come sedimentazione pelagica fra un evento torbiditico e il successivo. Il deposito che ne risulta è una sequenza gradata di arenaria fining upward che contiene sabbia grossolana o anche ghiaia alla base e sedimenti fini e argille al tetto (un post più approfondito qui).

Le torbiditi esposte a Cala del Leone sono a grana molto grossolana e molti strati sono stati prodotti da flussi concentrati e iperconcentrati – torbiditi molto dense che indicano che siamo nella parte di più alta energia della conoide sottomarina, in prossimità della sorgente del sedimento.

Infatti, basta muoversi attorno per trovare strutture come queste (usare lo slider):

Questo è un contatto erosionale. Lo strato al di sopra, un’arenaria grossolana con un conglomerato basale, tronca lo strato sottostante, costituito da arenaria a grana media. Questi sono strati amalgamati prodotti da erosione e successiva deposizione di strati di granulometria simile. I processi di amalgamazione sono comuni in ambienti caratterizzati da flussi torbiditici e si possono verificare quando una corrente torbiditica erode il fondale marino al momento della deposizione. In questo caso, la presenza di amalgamazione è evidenziata dalla superficie erosionale curvilinea e dall’aumento improvviso di grana, ma ci sono altri esempi, qui a Cala del Leone, dove questi fenomeni sono meno ovvi.

L’erosione e successiva deposizione causatada una serie di eventi torbiditici può produrre complesse sequenze deposizionali, in cui ogni nuovo strato di arenaria può amalgamarsi con quello precedente, rendendo difficile ricostruire la sequenza di eventi. Per esempio guardate l”affioramento qui sotto. Prima di usare lo slider (che ho spostato tutto a destra per non tentarvi…), quandi livelli distinti, separati da superfici erosionali, si possono riconoscere?

Questo non era per niente facile. Gli strati 1 e 2 sono separati solo da una sottile superficie erosionale marcata da una debole incremento di grana. Lo strato 2 chiude a cuneo tra lo strato 1 e lo strato 3. Lo strato 3 è troncato a metà da un grosso canale che si è formato quando si è deposto lo strato 4. Infine lo strato 4 mostra la tipica sequenza fining upward che inizia con un conglomerato basale a continua fino ad arenarie a grana media.

Rip up clasts di peliti sono molto comuni nelle torbiditi che affiorano qui. Nella foto si nota anche la variazione progressiva di grana da grossolana a molto fine dal basso verso l’alto. Alla sommità si intravede una laminazione piano parallela.

C’è però un’altra grossa evidenza, esposta in piena vista, che processi erosivi accompagnano la deposizione di queste correnti torbiditiche. Vedete i clasti più fini, di colore biancastro che riempiono il canale alla base dello strato 4? Quelli sono rip-up clasts o clay chips. Si formano quando una corrente torbiditica erode il fondale marino, strappando via frammenti di fango. Il fango è molto coesivo rispetto alla sabbia e può resistere come clasto soffice mentre viene trasportato dalla corrente di torbida.

Flussi di densità concentrati
Come ho anticipato all’inizio del post, queste torbiditi non mostrano sequenze in stile Bouma. Questi flussi sono molto densi e la separazione dei sedimenti è spesso incompleta. In queste foto potete vedere dettagli della base dei depositi che mostrano sabbie poco classate e ghiaie. C’è una certa tendenza ad una diminuzione di grana verso il tetto ma tutto qui è generalmente ancora ben mescolato. Queste sono caratteristiche di flussi di densità concentrati (e iperconcentrati).

Lo strato al tetto, amalgamato con l’arenaria alla base, è veramente poco gradato. Questo è un esempio di flusso concentrato in cui le particelle non sono state in grado di separarsi. Cala del Leone, Quercianella, Italia.

Verso la cima!
Non è molto comune riuscire a vedere la parte sommitale degli strati torbiditici qui. Un po’ perché molti sono troncati, erosi ed amalgamati, ma c’è un altro motivo di cui vi racconterò la prossima volta (NIENTE SPOILER!).
In quei pochi casi in cui si riesce a vedere bene la parte sommitale degli strati, si possono osservare arenarie e siltiti a grana fine con laminazioni parallele e incrociate ben sviluppate. Queste strutture si formano poiché, duranti gli ultimi stati di deposizione di una torbidite, il sedimento più fine viene trascinato sul fondo dal flusso turbolento, producendo delle forme di fondo. La laminazione piano parallela si forma a velocità più elevate, mentre i ripple marks, responsabili per la formazione di laminazioni incrociate, si formano quando il flusso è più lento.
Non potevo assolutamente terminare questo post senza mostrarvi alcuni esempi di questo passaggio dal terreno. Ancora una volta mi sono divertito a fare dei piccoli sketch, ma non credo proprio che sia necessario qui.

Come si può ben vedere, dentro questo strato, si passa, dal basso verso l’alto da laminazione parallela a laminazione incrociata da ripples. Di fatto, nella parte più alta, si nota un’altra struttura tipica delle torbiditi: una laminazione convoluta in cui le lamine disegnano della forme concave e convesse. Perché? Questo è un argomento per un altro post!

Bibliografia e Letture Consigliate
Bracci, G., Dalena, D., & Bracaccia, V. (1984). Caratteristiche sedimentologiche dell’arenaria di Calafuria (Toscana). Atti Soc Tosc Sci Nat Mem Serie A, 91, 189-202.
Cornamusini, G. (2004). Sand-rich turbidite system of the Late Oligocene Northern Apennines foredeep: physical stratigraphy and architecture of the ‘Macigno costiero’(coastal Tuscany, Italy)Geological Society, London, Special Publications222(1), 261-283.

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