Platforma carbonatată

Marja tipică a raftului carbonatic ( Insulele Cook , Noua Zeelandă ), care arată tranziția între recif ( recif ) și lagună (în dreapta în imagine) și între recif în sine și marea liberă (în stânga), conturând o succesiunea caracteristică a mediilor: stâncă anterioară (spre mare), stâncă bio-construită și recif din spate (spre uscat). Fiecare dintre aceste medii este caracterizat de un anumit ecosistem și de metode specifice de sedimentare .

Termenul de platformă carbonatică înseamnă, în sedimentologie și biologie , o zonă situată într-un mediu marin sau lacustre, caracterizată printr-un relief topografic mai mult sau mai puțin accentuat și printr-o producție ridicată de material carbonat autohton ^[1] de origine preponderent biogenă ^[2] , derivat din acumularea părților dure ale organismelor scheletice de calcar sau din precipitarea carbonatului indusă de activitatea organismelor vii.

Definiție

Termenul derivă din morfologia în general tabulară a acestor corpuri geologice și din faptul că sedimentele componente sunt carbonatice. O platformă carbonată este un complex foarte complex, care include medii diferite.

Termenii raft carbonat și recif de corali nu sunt sinonimi. Un recif de corali este un recif bio-construit și constituie o parte a raftului de carbonat: de obicei centura sa marginală exterioară (mai mult sau mai puțin extinsă). Un exemplu de raft dezvoltat de-a lungul unei coaste continentale, unde reciful este foarte extins, este Marea Barieră de Corali australiană .

Pe de altă parte, au existat în istoria geologică complexe de platforme carbonatice fără un recif real (exemple care au fost studiate pe larg sunt platformele Triasicului , foarte răspândite în Dolomiți și în sudul Alpilor ). Într-adevăr, complexele recifale sunt de fapt prezente doar în anumite perioade ale istoriei pământului.

Descriere

Este important să subliniem că, în timp ce toate celelalte tipuri de sedimente se acumulează pasiv sub acțiunea agenților atmosferici, sedimentele platformei carbonatate (fiind strâns legate de activitatea biologică) „cresc” activ. Deci, în acest caz, biocenoza (comunitatea organismelor vii) este strict interconectată cu mediul sedimentar ( mediul fizic și setul de procese care îl caracterizează) și este o parte activă a acestuia, mult mai mult decât în ​​alte tipuri de mediu. . Cercetătorii au inventat termenul de fabrică ^[3] (literalmente „fabrică”) pentru a defini acest mediu sedimentar ca întregul platformă și comunitatea biologică care o produce, la un moment dat din istoria geologică. O consecință importantă a acestui fapt este că sedimentele platformei carbonatice sunt în cea mai mare parte autohtone (adică provin din același loc de sedimentare sau din zone apropiate), în timp ce sedimentele clastice sunt, în majoritatea cazurilor, aloctone (adică s-au așezat în zone mai sau mai puțin îndepărtate de cele de origine, sub acțiunea agenților atmosferici).

Sedimentare și activitate biologică

Precipitarea carbonatului de calciu are loc în zonele platformei carbonatului în conformitate cu trei modele:

• precipitații abiotice . Controlat de legile termodinamicii . Factorii principali sunt temperatura și presiunea, dar condițiile cinetice ale mediului au și ele o influență semnificativă, cum ar fi energia apei și amestecarea apei cu conținut diferit de CO ₂ ^[4] : îndepărtarea dioxidului de carbon prin diluare sau prin degazare se poate , de fapt , conduce la precipitarea _CaCO3 în apele suprasaturate din carbonat de calciu . Exemple de acest tip sunt cimenturile de calciu aragonit sau magnezian precipitate în apele fierbinți și agitate, adesea în structuri tipice, cum ar fi ooliții .
• precipitații induse biologic . Acest mecanism implică faptul că condițiile de mediu favorabile precipitațiilor sunt determinate de prezența și activitatea organismelor vii și de metabolismul acestora, care, totuși, au o influență redusă sau deloc asupra metodei precipitațiilor în sine și asupra produsului final. Exemple tipice sunt carbonații micritici (nămoluri) de origine bacteriană. În acest caz, activitatea fotosintetică duce la îndepărtarea CO ₂ din sistem, favorizând precipitarea carbonatului de calciu.
• precipitații controlate biologic . În acest caz, organismele determină în mod direct debutul și dezvoltarea precipitațiilor și caracteristicile produsului final. Cel mai tipic exemplu de astăzi sunt coralii și alte organisme care extrag carbonatul de calciu din ape, transformându-l în structuri scheletice prin propriul lor metabolism .

Comunitatea biologică

Amplasarea în lume a principalelor bio-construcții de corali. După cum se poate observa, chiar dacă cele mai multe dintre acestea sunt situate în mări calde, biohermele de corali sunt prezente și la latitudini mari și în apele temperate-reci.

Alge verzi calcaroase aparținând genurilor Halimeda (cu frunze formate din segmente rotunjite) și Penicillus (cu frunze cu smocuri). Aceste organisme contribuie decisiv la construirea multor platforme carbonatice în latitudini temperate-tropicale.

Platformele actuale de carbonat și comunitățile biologice care le susțin se găsesc într-o gamă largă de temperatură, salinitate și adâncime: se găsesc atât în ​​apele reci, la latitudini medii și înalte, cât și în apele calde și sunt produsul activității de comunități foarte diferite. Principalele grupuri care alcătuiesc bio-construcțiile sunt:

• Cianobacterii . De asemenea, cunoscut în mod necorespunzător sub numele de alge albastre-verzi sau chiar alge albastre . Sunt organisme unicelulare , procariote și autotrofe . Acestea sunt organisme coloniale, extrem de eficiente în fotosinteză , fiind capabil de a utiliza , de asemenea , părți ale spectrului cromatice care pot să nu fie utilizate de alge reale și , prin urmare , poate supraviețui în condiții de iluminare foarte slabă, cum ar fi cele de pe fundul mării sau lac mult sub zona fotică . Coloniile de cianobacterii nu au părți scheletice calcaroase, dar activitatea lor metabolică poate induce precipitarea carbonatului de calciu din ape.
• Alge calcaroase. Prezent atât în ​​apele marine (de exemplu multe specii de alge roșii ), cât și în apele dulci (de exemplu caroficee ). Ele sunt, de asemenea, cel mai răspândit grup din latitudine , fiind prezente atât în ​​apele temperate-reci, cât și în apele calde tropico- ecuatoriale . Fiind organisme fotosintetice , acestea sunt limitate la zona fotică , unde lumina soarelui este suficient de puternică pentru a susține fotosinteza.

Colonii ramificate de corali (genul Acropora ) în poziție de viață, din Marea Coralilor ( Oceania ).

• Corali hermatipici . Sunt coralii care trăiesc în simbioză cu algele verzi unicelulare ( Zooxanthellae ). La fel ca toate animalele , ele sunt de fapt organisme heterotrofe , dar care trăiesc în simbioză cu algele verzi, sunt strâns legate de disponibilitatea luminii solare . Prin urmare, acestea sunt limitate la zona fotică. Sunt ambele organisme coloniale și solitare. În ultimul caz, acestea sunt adesea gregare ^[5] .
• Corali aermatici . Corali nesimbiotici cu alge verzi, prin urmare nu se limitează la zona fotică și nu sunt limitați de latitudine, deoarece pot trăi și în ape reci (până la câteva grade Celsius) și adânci. Din nou, ele pot fi atât coloniale, cât și gregare. De multe ori nu produc recifuri organogene reale, dar reușesc să prindă sedimentele pentru a forma maluri organogene (cu puțin relief pe sedimentele din jur), în general cu o morfologie tabulară sau rotunjită ( movilă , pentru a utiliza termenul anglo-saxon). Cu toate acestea, odată cu avansarea mijloacelor tehnologice de investigație oceanografică, s-a constatat că aceste organisme dau naștere și bioermilor reali într-un mediu marin adânc (până la peste 1000 de metri adâncime) ^[6] .
• Vermetide . Sunt gastropode cu o coajă complexă și parțial derulată . Acestea constituie acumulări extinse de-a lungul coastei atât în ​​mările temperate, cât și în cele tropicale, în asociere cu algele calcaroase. Acumularile de cochilii ale acestor organisme, prin procese de cimentare timpurie a carbonatului de calciu, dau naștere la bio-construcții cunoscute sub numele de platforme vermeti sau vermeti trottoir . Acestea sunt prezente în ape cu salinitate normală (36 la mie) până la ape salmastre (aproximativ 25 la mie).
• Ostreide . Moluste bivalve încrustătoare și gregare. Locuiesc la adâncime mică, cimentându-se pe substrat și dând naștere unor bănci organogene de extensie limitată. Se găsesc într-o gamă largă de salinitate, de la normal la hiposalină (adesea aceste maluri se găsesc la gurile râurilor).
• Serpulide . Polihete anelide cu un tub exterior calcaros, gregar, care formează colonii în care indivizii cresc prin cimentare între ei. Se găsesc într-o gamă foarte largă de salinitate, putând trăi (în funcție de specie) în medii de hiposalină și hipersalină și în condiții de schizoal. ^[7]

Un vermetid din genul Serpulorbis în poziția de viață, asociat cu algele coraline (alge roșii).

O bancă sub-fosilă de ostreide (din epoca cuaternară ), într-o poziție de viață. Rețineți cochiliile cimentate împreună, a căror formă se adaptează parțial la cea a spațiului lăsat la dispoziție de exemplarele adiacente.

În realitate, multe alte grupuri faunistice contribuie în mod secundar la construcția de platforme carbonatice, cum ar fi poriferele (bureții), briozoanele , crinoizii, diferite grupuri de bivalvi și gastropode, contribuind la consolidarea sedimentului și la menținerea importanței bio-construcției (precum și ca să crească biodiversitatea fabricii ).

Un serpulid crescut pe o colonie de corali. Rețineți colonia de tip masiv, neramificat.

Diversi factori, cum ar fi o creștere excesivă a ratei de scufundare , o creștere excesivă și bruscă a nivelului mării, o lipsă de substanțe nutritive, variații de temperatură și salinitate datorate schimbărilor în circulația oceanelor, proliferarea necontrolată a prădătorilor organismelor bio-clădiri, poluarea , poate duce la o criză, chiar ireversibilă, a comunității care susține platforma și astfel poate cauza înecarea ^[8] și moartea acesteia. În mod similar, o scădere bruscă a nivelului mării poate duce la apariția unei părți mari a raftului și poate provoca moartea comunității sale biologice.

Tipologie

Clasificarea lui Schlager (2000) este în prezent cea mai urmată în cercetare. Aceasta distinge trei tipuri principale de fabrici :

• Fabrica tropicală (fabrica tropicală), constituită din comunități cu platformă joasă adâncime în apele calde ale zonelor inter-tropicale.
• Fabrica de apă rece (fabrică de carbonat de apă rece), formată din apă comunitară la temperatură scăzută și / sau latitudini medii și ridicate. Pot exista într-o gamă largă batimetrică , de la nivelul mării până la o mie de metri adâncime.
• Acumularea micritică din fabrică ^[9] (fabrica de movile de noroi), cunoscută doar din exemple de fosile, este compusă din sedimente noroioase litificate derivate probabil din activitatea bacteriană; ar putea crește atât în ​​apele adânci, cât și în apele de suprafață.

Fotografie prin satelit a arhipelagului Bahamas. Este de fapt un complex de platforme carbonatate vizibile ca funduri marine la o adâncime semnificativ mai mică decât zonele oceanice înconjurătoare (mai clare în imaginea fotografică), din care insulele actuale constituie doar partea apărută. Cea mai mare platformă este Marea Bahama Bank, care susține insula Andros , cea mai mare din arhipelag. Această platformă este traversată de o limbă de apă adâncă (fundul oceanului)

Această clasificare este urmată în mod substanțial și în această intrare, chiar dacă s-a preferat definirea tipurilor ca platforme mai degrabă decât ca fabrici , din diverse motive esențial didactice ^[10] . În plus, platformele de apă rece au fost subdivizate în continuare în tipuri de adâncime mică și înaltă: platformele de mică adâncime sunt de fapt substanțial diferite de cele adânci, deoarece sunt încă controlate de oscilațiile nivelului mării și datorită prezenței faciesului protejat în o poziție internă. În plus, platformele lacului, care se dezvoltă în apele lacurilor proaspete, hiposaline sau hipersaline, merită un capitol separat.

Platforme tropicale de mică adâncime

Cele mai dezvoltate și cele mai multe platforme tipice carbonații , sunt cele ale unui marin mediu și tropic - ecuatorială climatice , cu ape foarte curate și bine oxigenate, în general , sărace în substanțe nutritive , și sunt indicatori de mediu foarte sensibili la prezența poluării (atât naturale și antropice ) și schimbările climatice . În prezent, acestea se găsesc numai în apele calde (> 20 ° C de temperatură medie anuală), într-o bandă latitudinală între 30 ° S și 30 ° N. Un exemplu tipic de platformă carbonatică actuală îl constituie insulele Bahamas . Acestea sunt zone mai mult sau mai puțin extinse, cu adâncime scăzută a apei (în medie, câțiva metri), cu zone mai adânci ale lagunei interne și adesea mărginite spre mare deschisă de o margine subțire de recif sau bioerm (recif bio-construit). Constructorii de bio-organisme sunt în principal autotrofe (alge calcaroase) sau, în orice caz, strict dependente de lumina solară (construirea recifelor de corali, simbiotice cu alge verzi). Zonele platformei interne se caracterizează prin proliferarea organismelor precum algele calcaroase, corali non-bioconstructivi, crinoizi și moluște . Sedimentele din interiorul zonelor platformei sunt în principal nămoluri carbonatice derivate în principal din dezintegrarea scheletelor calcaroase ale algelor. Particulele și granulele de material carbonat derivate din precipitații chimice neinduse sau controlate biologic, cum ar fi oolitii , sunt frecvente, în special în facies cu energie ridicată, cum ar fi plajele și barele scufundate ^[11] .

Diagrama bloc care prezintă o configurație tipică a zonelor de raft din carbonat tropical, cu alternanță între platforme reale de carbonat și sulcus intra-platformă cu sedimentare a bazinului. Insulele Filipine .

Platformele carbonatate de acest tip sunt caracterizate morfologic, în general, printr-un relief topografic mai mult sau mai puțin accentuat în raport cu zonele înconjurătoare și tind să „crească”, adică să se propage vertical și orizontal, progradând pe sedimentele neritice sau bazinale din jur, datorită surplusul de material carbonat produs de organismele vii. Acest material în exces se acumulează de obicei într-o bandă de resturi externe la marginea platformei, pe panta de legătură cu sedimentele bazinului, cu o dimensiune a granulelor până la foarte grosieră.

Platforme de mică adâncime în apele temperate-reci

Sunt platforme prezente în latitudinile medii și înalte, caracterizate de predominanța organismelor bio-clăditoare complet heterotrofe (moluște, anelide, corali nesimbiotici). Organismele autotrofe (algele calcaroase) sunt deseori prezente într-un procent foarte variabil și uneori oferă o contribuție semnificativă. Bioermii de acest tip au, în general, dimensiuni mai mici. Cele mai frecvente sedimente sunt compuse din fragmente scheletice calcaroase de granulometrie de nisip sau mai mare (granule), în timp ce noroiul carbonatic este mai puțin frecvent. În general lipsesc oolitii și alte tipuri de precipitate abiotice. În general, prin urmare, predomină precipitația biologic controlată a carbonaților. Apele marine în care se dezvoltă aceste platforme sunt caracterizate printr-un aport mai mare de substanțe nutritive decât platformele tropicale.

În Italia, printre cele mai cunoscute bio-construcții de acest tip se numără tegnue ^[12] din Chioggia , larg răspândită în largul coastei nordice a Adriaticii , ale cărei organisme de construcție sunt în principal alge coraline.

Platforme adânci

Există, de asemenea, bioermi din medii marine adânci (de la câteva sute de metri până la 1000-1300 metri adâncime), produși de o mare varietate de taxoni (în principal bacterii, alge și corali). Aceste bioconstrucții pot fi de dimensiuni considerabile, comparabile cu cele ale suprafeței (zeci de metri în înălțime și lungime de la sute de metri la zeci de kilometri). Facies-urile actuale de acest tip sunt încă relativ puțin cunoscute datorită accesibilității lor scăzute, dar sunt substanțial diferite de cele cu adâncime redusă, deoarece nu există în mod evident nicio diferențiere a faciesului lagunelor interne. În acest caz, bioermul constă din nucleul bioconstruit, înconjurat de o fâșie de detritus derivată din dezmembrarea parțială a recifului de curenții de fund și de organisme perforante sau incrustante ^[13] . În comparație cu bioermii de suprafață, sedimentul și detritul interstițial conțin componente predominante derivate din rămășițele organismelor planctonice. Acești bioermi pot fi compuși din material liber sau litificat ^[14] ( litoerme ). În acest din urmă caz, pot ajunge la reliefuri topografice notabile și pante considerabile în zonele de escarpă (până la sub-verticală) ^[15] . Nefiind influențată direct de ocilațiile la nivelul mării, dinamica de creștere a bioermilor adânci depinde mai ales de disponibilitatea oxigenului și a nutrienților și de alți factori precum salinitatea și temperatura, controlate de curenții oceanici . Precipitarea de carbonat de calciu este controlată în principal sau biologic indus, dar există , probabil , o parte din precipitat abiotic în prezența termice arcuri ^[16] de pe fundul mării.

Platforme micritice

În trecutul geologic există multe exemple de platforme carbonatice compuse în întregime sau aproape în întregime din nămol carbonat ( micrit ). Geneza acestor bio-construcții a fost multă vreme dezbătută de geologi. În prezent, cercetătorii acceptă pe scară largă faptul că au origine bacteriană . Micritul care alcătuiește aceste platforme derivă din sedimentul litificat în timpul sau imediat după formare, mai degrabă decât după înmormântare, datorită precipitațiilor induse biologic de activitatea bacteriană ^[3] . Acest tip de facies nu trebuie confundat cu faciesul stromatolitic , caracterizat prin alternarea lamelor de origine algală, chiar dacă cele două facies pot coexista pe aceeași platformă. Faciesul platformei micritice se caracterizează prin absența structurilor de origine sedimentară sau biologică (deși pot exista structuri concentrice sau laminare derivate din precipitarea abiotică a cimenturilor carbonatice). Aceste bio-construcții sunt substanțial diferite de cele derivate din organisme gregare sau coloniale. Comunitățile biologice care dau naștere acestor platforme par să crească în ape mai puțin oxigenate, cu un conținut de nutrienți mai mare decât celelalte tipuri de platforme. Platformele micritice sunt cunoscute încă din Paleozoic și sunt frecvente până în întregul Mesozoic: sunt comune mai ales în Paleozoicul superior (în special în Carbonifer și Permian ) și în întregul Triasic .

Platforme de mediu lac

Platforme carbonații din lac mediu sunt de asemenea cunoscute, a studiat mai ales în marile lacuri ale Africii de fisurii ( Lacul Tanganyika , Lacul Niassa , Lacul Turkana ), iar în unele mari din Asia, America și lacuri australiene ( Lacul Van , un bazin de lac cu apă salmastră în Turcia este un exemplu clasic). Acestea sunt tipuri foarte variate de depozite, care, pentru simplitatea expunerii, pot fi urmărite în trei tipuri de bază, în funcție de tipul de precipitații:

Tromboliți (microbialite de origine bacteriană) pe coasta lacului Clifton ( Australia de Vest).

• Carbonati din precipitatiile abiotice ^[17] .
  • Zăcăminte de travertin produse prin precipitații directe de izvoare minerale bogate în carbonați sau prin amestecarea apei cu conținut diferit de CO ₂ .
  • Depozite la ooizi . Se formează în ape puțin adânci, agitate, formând baruri și plaje. Geneza lor în acest mediu este încă neclară, dar pare similară cu cea a ooliților marini (degazarea CO ₂ produsă de agitarea apelor și precipitarea carbonatului în sferule concentrice în jurul nucleelor ​​preexistente datorită rulării corpusculilor care alcătuiesc nucleele în sine).
• Carbonati din precipitatiile induse biologic. Acestea sunt în principal microbialite , bio-construcții micritice derivate din activitatea cianobacteriilor . În Lacul Van, bio-construcțiile de acest tip ating zeci de metri înălțime și morfologii culmea. Sunt cunoscute și faciesul stromatolitic (laminare plană sau ondulată), oncolitic (laminare concentrică) și trombolitic (cu structură celulară internă neregulată), produs de activitatea biofilmelor algale. În formarea tuturor acestor structuri, activitatea fotosintetică a cianobacteriilor pare să joace un rol cheie, a cărui proliferare îndepărtează CO _{2 din} mediu, inducând precipitarea carbonaților. Comparativ cu analogii marini, totuși, captarea particulelor de sediment pare a fi un factor minor în creșterea bio-construcțiilor. În lacul Tanganyika, microbialitele trombolitice ^{[18] care se} unesc de peste 2 m au format bio-construcții cu aspect reefoid la o adâncime de 10-15 m, care se întind pe sute de kilometri.
• Carbonati din precipitatiile controlate biologic. Produs de proliferarea covoarelor de algă (în special în Charophyceae ), și mai limitat de moluște (foarte importante sunt bivalvele și în special gastropodele , care produc adevărate balustrade). Ostracodele (crustacee cu scoici bivalve) formează local bănci nisipoase care, datorită cimentării, pot da adevărate bio-construcții.

Platformele lacului sunt prezente pe scară largă și în toate climatele, de la temperat și rece-umed până la tropical atât umed cât și arid. Morfologiile sunt la fel de variate, de la tabulare la pinnulare și cumulus pentru microbialite și depozite abiotice, în timp ce pentru depozitele controlate de alge și moluște există în general morfologii de coastă tabulare sau „rampe” ^[19] .

În unele momente ale istoriei geologice, precipitația carbonatelor (atât abiotice, cât și induse sau controlate biologic) în mediul lacului a dat naștere unor clădiri carbonatate de extindere considerabilă (de la zeci la sute de kilometri pătrați și zeci de metri grosime). Un exemplu sunt platformele carbonatate cu alge, ostracode și moluște dezvoltate în Cretacicul inferior al Africii de Vest și coasta de est a Americii de Sud în timpul primei faze a deschiderii Oceanului Atlantic , într-un mediu comparabil cu cel al marilor lacuri ale curentului. Riftul african ^[20] .

Mediul sedimentar

Pentru ca o platformă carbonată să se nască și să persiste, trebuie să existe trei condiții fundamentale:

• Prezența unei benzi marginale rezistente la acțiunea mișcării undelor și a curenților capabili să rețină sedimentul în interiorul platformei, care altfel ar fi ușor îndepărtat de către agenții erozivi. Adesea, dar nu neapărat, este un recif sau recif caracterizat printr-o schelă rigidă, constând în general din schelete de organisme vii și organisme cimentate împreună (coralii sunt exemplul cel mai caracteristic prezent în platformele actuale), pe care le păstrează ca o plasă fină sediment (cu granulometrie variabilă de la nisip la noroi ). Partea exterioară a recifului este caracterizată de alge calcaroase incrustante ( Lithothamnium ), care formează o „crustă” cu rezistență ridicată împotriva valurilor de rupere și exercită funcția principală de protecție a faciesului bio-construit din spatele și a întregii clădiri a platformei. .
• O rată de acumulare de material carbonat care echivalează cu cedarea fundului mării și permite comunității vii să rămână în intervalul de adâncime optim pentru subzistența lor. Pentru comunitatea actuală (în principal corali și alge calcaroase) și pentru majoritatea platformelor fosile, acest interval coincide cu partea superioară a zonei fotice , adică cu intervalul de penetrare maximă a luminii solare (de obicei în apele foarte limpezi din jurul o adâncime de 100-150 m). În acest interval, organismele pot prolifera, în prezența unui aport adecvat de substanțe nutritive, și pot menține raftul, chiar și în regim de creștere a nivelului mării.
• Un relief mai mult sau mai puțin accentuat către sedimentele adiacente, o consecință a primelor două puncte.

Schema generalizată a secțiunii geologice printr-o platformă carbonată. În acest caz, marginea platformei constă dintr-un recif bio-construit, care definește și protejează o lagună internă de curenți și valuri. Spre exterior (spre mare), marginea platformei se degradează rapid într-o escarpă mai mult sau mai puțin pronunțată, a cărei centură cea mai proximală se caracterizează prin sedimente clastice grosiere, derivate din dezmembrarea stâncii. În acest caz, platforma tinde să progreseze pe sedimentele bazinului (deoarece marginea tinde să se deplaseze spre mare în timp).

Din punct de vedere geometric, o platformă carbonată poate fi împărțită în diferite unități morfologice:

• Fore -freef . Este partea cea mai exterioară a platformei, constând dintr-o bandă de resturi care se conectează treptat în exterior cu sedimentele fundului mării. Este compus din straturi de sedimente înclinate spre exterior, a căror înclinație tinde să scadă treptat până când devine orizontală la joncțiunea cu sedimentele normale de noroi ale fundului mării. Pârtiile pot fi, de asemenea, ridicate (până la peste 45º). Uneori granulometria poate fi până la foarte grosieră (pietricele și bolovani), din cauza prăbușirii marginii stâncii. De asemenea, această parte a platformei (cel puțin până la limita zonei fotice) este intens colonizată de organisme precum corali, briozoici , alge și alte nevertebrate care ajută la cimentarea și stabilizarea resturilor. Proprietățile petrofizice precum porozitatea și permeabilitatea sunt maxime în banda cea mai interioară și tind să scadă spre exterior datorită creșterii procentului de material nămolos (nepermeabil).

O câmpie de maree (Golful Florida) colonizată de tinere plante de mangrove . Rădăcinile și frunzele acestor plante, adaptate la un mediu hipersalin sau schizoalin și la un substrat mobil, joacă un rol important în reținerea noroiului carbonatic din partea cea mai interioară a lagunelor tropico-ecuatoriale.

• Recif ( recif ). Este partea mai bine bioconstituită, compusă din organisme de construcție coloniale sau gregare. Este de obicei lipsit de stratificare internă și se caracterizează printr-o porozitate ridicată și permeabilitate inițială, care apoi tinde să scadă brusc odată cu înmormântarea datorită infiltrării nămolului carbonatic și a fenomenelor de recristalizare și cimentare a carbonaților. Partea superioară a recifului este plată și marchează nivelul mareei (dincolo de care organismele constructoare nu pot trăi evident).
• Recif din spate ( recif din spate ). Partea platformei (deseori răspândită ca volum și extensie areală) care se dezvoltă în spatele stâncii, spre sol (în cazul în care platforma se află într-o zonă de coastă continentală sau insulară) sau spre interiorul unui recif sau al unui atol (în cazul în care platforma este izolată). Această unitate este caracterizată de o bandă de resturi de granulometrie de nisip aproape de stâncă, care se estompează intern în sedimente noroioase. Acestea sunt zone lagunare în care pot crește încă recife mici și recife satelitare și unde pot prolifera algele calcaroase și moluștele. Porozitatea și permeabilitatea tind să scadă spre interiorul platformei. La piattaforma interna può essere interessata da canali di marea e può raccordarsi con una piana di marea vera e propria (è il caso delle piattaforme costiere della Florida e di quelle del Golfo Persico ). Localmente, possono esservi aree permanentemente emerse colonizzate da vegetazione e animali terrestri ^[21] .

Margine di piattaforma carbonatica in sezione su una falesia dell'isola di Maiorca (Isole Baleari ). Sono visibili le facies di avanscogliera ( fore-reef ) ben stratificate nella parte bassa dell'immagine. Le facies di scogliera ( reef ) sono caratterizzate da grandi corpi clinoformi con struttura interna massiva, inclinati verso mare, progradanti sui sedimenti di fore-reef . Questi ultimi passano verso destra a facies di retroscogliera ( back-reef ) stratificate.

Lo stesso margine di piattaforma dell'immagine accanto, visto da un'altra angolazione, che mostra più chiaramente la transizione di facies dalla scogliera alle facies di avanscogliera. I corpi clinoformi biocostruiti sono composti da colonie di coralli ermatipici.

È importante notare che questa suddivisione non è solamente morfologica ma anche sedimentologica ed ecologica : ciascuna zona è caratterizzata da una particolare tipologia di sedimento e da una biocenosi ben definita e dotata di caratteri morfologici riconoscibili. Tutti questi caratteri sono riconoscibili anche nei sedimenti del passato geologico e permettono la ricostruzione paleoecologica di scogliere fossili tramite l'analisi della facies sedimentologica e l'analisi paleoecologica della tanatocenosi ^[22] .

Come già accennato, nelle piattaforme di ambiente profondo mancano le facies di back-reef. Siamo infatti in ambiente totalmente subacqueo, al di sotto del raggio d'azione del moto ondoso, e non si possono ovviamente sviluppare facies "protette" verso terra.

Diagenesi

Reef a coralli dal Tortoniano (Miocene Superiore) di Maiorca (Isole Baleari - Spagna ). Gli scheletri dei coralli (originariamente di aragonite ) sono stati dissolti dalle acque meteoriche e le fronde dei coralli stessi sono visibili come modelli esterni, completamente svuotati, entro la matrice carbonatica.

Il materiale carbonatico accumulato dall'attività degli organismi viventi è carbonato di calcio (CaCO ₃ ), sotto forma sia di calcite che di aragonite , dipendentemente dal tipo di organismi (gli scheletri dei coralli attuali per esempio sono aragonitici). L'aragonite, essendo una fase metastabile , tende facilmente a passare in soluzione nelle prime fasi di seppellimento e di diagenesi ^[23] dei sedimenti, e ad essere sostituita da calcite o da dolomite . È ancora più facile che l'aragonite venga dissolta per opera degli agenti atmosferici se la bioerma passa in condizioni di esposizione subaerea (ad esempio, per una fase di abbassamento eustatico ^[24] ).

Essendo i sedimenti carbonatici spesso molto porosi, possono essere interessati dalla circolazione di acque dolci di falda derivata dalle precipitazioni meteoriche sulla parte emersa di una piattaforma. La mescolanza di acque marine e acque dolci all'interno del corpo di piattaforma crea le condizioni per la sostituzione del carbonato di calcio dei sedimenti con dolomite e quindi con la trasformazione del calcare in dolomia . Condizioni favorevoli alla dolomitizzazione dei sedimenti carbonatici si raggiungono anche nelle facies di piana di marea supratidale, in presenza di condizioni evaporitiche ^[25] .

In generale, la piattaforme possono essere affette da fenomeni di carsismo dovuti ad emersioni parziali o totali in conseguenza di variazioni del livello del mare. Si tratta di fenomeni di dissoluzione del carbonato che danno origine a cavità: queste possono poi essere riempite da depositi successivi, o da cementi carbonatici derivati dalla precipitazione di carbonati contenuti nelle acque di sottosuolo, o ancora da depositi residuali dal tipico colore rosso in cui tendono a concentrarsi i minerali argillosi e gli ossidi metallici (soprattutto di ferro e alluminio ) liberati dalla dissoluzione del carbonato. Le bauxiti presenti nel sud della Francia in facies di piattaforma carbonatica del Cretaceo Superiore e del Paleogene , oltre che in molte altre parti del mondo in facies simili, sono un esempio di questo tipo di depositi. Le bauxiti testimoniano una intensa alterazione meteorica in ambiente tropicale.

Con il progredire del seppellimento e della diagenesi , nei carbonati di piattaforma tendono generalmente a prevalere i fenomeni di cementazione, che possono succedersi in varie generazioni, con cementi di varia struttura e composizione (dipendentemente dalla composizione delle acque di sottosuolo e dalle condizioni di temperatura e pressione), fino ad occludere completamente i vuoti che costituiscono la porosità primaria ea "cancellare" le tessiture e le strutture sedimentarie originali. Il punto estremo di questo processo è il metamorfismo , in particolare il metamorfismo di seppellimento , di temperatura relativamente bassa (a partire da 200 °C) e alta pressione (oltre i 3 bar ), con il quale un sedimento carbonatico si trasforma in un "mosaico" di cristalli di calcite (o dolomite ), divenendo un marmo . Con il progredire dei processi del metamorfismo, possono innescarsi reazioni di decarbonatazione ^[26] , che portano infine anche all'alterazione della composizione chimica originaria.

Storia geologica

Facies di piattaforma carbonatica sono conosciute fin dal Proterozoico inferiore (circa due miliardi di anni fa), e si sono sviluppate per tutta la successiva storia biologica, con periodi di grande diffusione e periodi di crisi con riduzione estrema o addirittura scomparsa delle comunità relative, che tuttavia si sono sempre riprese e nuovamente differenziate, a testimonianza della ricchezza e vitalità di questi ambienti.

Esempio di stromatoliti fossili dal Proterozoico delle Ande boliviane .

Schema generale della struttura di un archeociato: 1-spazio; 2-cavità centrale; 3-parete interna; 4-pori (presenti su tutte le pareti ei setti); 5-setti; 6-parete esterna; 7-rizoidi.

Le più antiche piattaforme carbonatiche conosciute, del Paleoproterozoico , sono formate da incrostazioni stromatolitiche prodotte da cianobatteri . Si trattava probabilmente di biofilm batterici che potevano "fissare" il carbonato di calcio ^[27] e intrappolavano il sedimento fine prodotto dall'azione erosiva degli agenti atmosferici sulla piattaforma stessa. Le stromatoliti tipiche sono composte da sottili lamine (da millimetriche a centimetriche) di fango carbonatico chiaro (trasformato in micrite nelle stromatoliti fossili), alternate a lamine scure ricche di materia organica (derivata dall'attività dei tappeti algali). Altri tipi di strutture, definite tromboliti , sono esteriormente abbastanza simili alle stromatoliti ma hanno una struttura interna non laminata, a celle, molto irregolare. Si tratta sempre di strutture di accrezione derivate dall'attività di alghe e batteri che tendono a fissare il sedimento mediante biofilm e mucillagini. Le tromboliti danno origine più frequentemente a biocostruzioni sviluppate in altezza (a pinnacolo), e sono meno legate a contesti di acqua bassa. Alcuni di questi edifici erano di dimensioni notevoli (fino ad alcune centinaia di metri di spessore e chilometri in lunghezza). Non vi sono metazoi conservati in questi sedimenti. L' ecologia di queste "factory" era probabilmente molto semplice.

In sedimenti di piattaforma carbonatica del tardo Neoproterozoico della Namibia , sono state recentemente rinvenute ^[28] strutture di origine biologica interpretate come metazoi incertae sedis (poriferi o celenterati ?), e riferiti al genere Namapoikea . Si tratta probabilmente di organismi coloniali: masse di forma irregolare, incrostanti, con una struttura interna tubolare, sicuramente mineralizzate (calcaree), che colonizzavano prevalentemente fessure naturali entro il corpo della piattaforma. La presenza di queste strutture nella piattaforme tardo-proterozoiche sembra indicare un habitat ecologicamente più complesso, in cui probabilmente poteva trovare rifugio anche una fauna a corpo molle già differenziata (paragonabile forse, in altro ambiente, a quella ediacariana coeva).

Illustrazione di stromatoporoidi fossili (gen. Stromatopora ). a) superficie inferiore; b) superficie superiore; c) struttura interna in sezione.

Tetracorallo solitario ( Grewingkia canadensis ), dall'Ordoviciano dell' Indiana (USA). Questi organismi non erano coloniali ma gregari e contribuivano secondariamente alla costruzione delle piattaforme.

Con la radiazione adattativa dei metazoi avvenuta nel Cambriano Inferiore, compare un nuovo tipo di piattaforma: le facies stromatolitiche vengono invase da organismi esteriormente simili a spugne, gli archeociati ^[29] . Questi organismi, dotati di uno scheletro calcareo di forma conica, formavano piccole bio-costruzioni "patch" e tappeti sulla sommità delle piattaforme a stromatoliti.

Tetracorallo coloniale (gen. Hexagonaria ), in sezione lucida, che mostra nel dettaglio la struttura della colonia. Queste colonie costituivano vere e proprie bio-costruzioni.

Esacoralli coloniali dal Giurassico (Calloviano) d' Israele .

Con la fine del Cambriano Medio e l'estinzione degli archeociati non vi furono più (almeno dal materiale fossile attualmente disponibile) bio-costruzioni animali ma solo piattaforme stromatolitiche per circa 60 milioni di anni. Dall' Ordoviciano Medio, la comparsa e la rapida differenziazione degli stromatoporoidi (probabilmente spugne calcaree), dei tetracoralli e delle alghe rosse portò allo sviluppo di bio-costruzioni e piattaforme carbonatiche molto più differenziate e con tratti maggiormente simili alle attuali, con veri e propri complessi di reef. Nel periodo tra l'Ordoviciano superiore e il Devoniano le comunità di piattaforma si differenziano notevolmente, attraendo molti altri gruppi faunistico-floristici: trilobiti e altri artropodi , brachiopodi , molluschi , echinodermi (soprattutto crinoidi ), briozoi , alghe non bio-costruttrici.

Queste piattaforme tuttavia subiscono pesantemente la crisi biologica tardo devoniana (transizione Frasniano-Famenniano), e le successive piattaforme del Carbonifero e del Permiano sono ancora principalmente micritiche e stromatolitiche: i coralli e gli stromatoporoidi sono ancora diffusi ma non giocano un ruolo importante nella loro costruzione. Le comunità di piattaforma sono tuttavia ancora ben differenziate, con i brachiopodi come organismi animali non-costruttori dominanti.

Rodoliti (concrezioni algali di forma sferoidale prodotte da alghe rosse) dal Miocene delle Isole Baleari ( Spagna ), e un esempio attuale dello stesso tipo di struttura. A partire dal Miocene, questo tipo di strutture ha contribuito significativamente alla costruzione di piattaforme carbonatiche.

La grande crisi biologica alla transizione tra Permiano e Triassico provoca l' estinzione della maggior parte dei taxa paleozoici (in particolare i tetracoralli) e la scomparsa delle facies di piattaforma carbonatica, che riprendono solo nel Triassico Medio e più decisamente nel Triassico Superiore. Le piattaforme triassiche sono però ancora prevalentemente di origine batterico-algale, e le facies bio-costruite a coralli (intanto sono comparsi gli esacoralli , a sostituire gli estinti tetracoralli) sono ancora poco sviluppate. Un tratto caratteristico delle piattaforme di questo periodo sono grandi bivalvi, ( Megalodontacea ) con una caratteristica conchiglia a forma di cuneo, che ne popolavano le acque basse delle lagune interne.

Le piattaforme carbonatiche a coralli e alghe riprendono a fiorire nel Giurassico e nel Cretaceo. In quest'ultimo periodo si sviluppano anche edifici bio-costruiti molto peculiari, caratterizzati da bivalvi di forma tendenzialmente conica per lo sviluppo di una sola delle valve: le rudiste , che si estinguono nella crisi biologica tra Cretaceo e Terziario .

Nel Terziario, complessivamente si assiste ad un lento declino delle scogliere a coralli, ora molto più ristrette arealmente che nel passato.

Un vermetide fossile dal Pliocene del Belgio .

In questa riduzione hanno probabilmente giocato sia un progressivo raffreddamento del clima che una graduale variazione nella distribuzione delle terre emerse, con la frammentazione e la scomparsa dell'oceano della Tetide (prevalentemente orientato est-ovest a latitudini tropico-equatoriali), sostituito da domini oceanici rivolti prevalentemente nord-sud. Le alghe calcaree (sia verdi che rosse) tendono a divenire tra i più importanti organismi biocostruttori, soprattutto dal Miocene. Compaiono i vermetidi, che divengono biocostruttori significativi soprattutto alle medie e alte latitudini.

Interesse economico

Oltre a fornire tuttora i mezzi di sussistenza per le popolazioni residenti, le piattaforme carbonatiche attuali hanno un interesse economico soprattutto locale, sia per la pesca ^[30] , che per il turismo .

Potenziale minerario

Le piattaforme carbonatiche del passato sono una delle fonti primarie delle rocce calcaree e dolomitiche , spesso cavate come pietra da costruzione, pietra ornamentale e per usi artistici , o come componente base per la fabbricazione del cemento . In Italia , si possono ricordare i marmi delle Alpi Apuane , tra cui il celebre Marmo di Carrara , cavati da secoli per usi edili e artistici e derivati dal metamorfismo di calcari di piattaforma carbonatica di età che vanno dal tardo Triassico al Giurassico Inferiore. I cristalli di calcite , dolomite e minerali accessori che si possono rinvenire in questi complessi, ei fossili tipici di questi ambienti hanno interesse per il mercato "di nicchia" dei minerali e dei fossili da collezione.

Come già detto, inoltre, le rocce carbonatiche sono anche fonti rilevanti di alluminio , estratto da depositi bauxitici .

Potenziale di ricerca degli idrocarburi

Le rocce carbonatiche derivate da sedimenti di piattaforma costituiscono importanti rocce serbatoio per gli idrocarburi ( petrolio e gas naturale ), con il 40% circa delle riserve accertate.

Questa tipologia di sedimenti è caratterizzata da porosità e permeabilità elevate soprattutto nelle facies di reef , nelle facies di forereef prossimali (scarpata) e nelle facies di backreef a più alta energia. I sedimenti carbonatici sono però fortemente soggetti alla diagenesi , con fenomeni di dissoluzione e cementazione che ne alterano spesso le caratteristiche petrofisiche fin dalle prime fasi del seppellimento (vedi Sedimentazione e diagenesi ). Questi processi possono in qualche caso migliorare le caratteristiche petrofisiche di questi serbatoi, incrementando sia la porosità che la permeabilità, quando prevale la dissoluzione (ad esempio nel caso dei carbonati soggetti a carsismo ). Tuttavia, con l'aumento della profondità di seppellimento e il progredire della diagenesi tendono a prevalere i processi di cementazione, in seguito ai quali le rocce carbonatiche possono perdere in gran parte (o in tutto) le caratteristiche petrofisiche più favorevoli, divenendo serbatoi di difficile producibilità ^[31] . Le facies di laguna e piana di marea, come del resto quelle di forereef più esterno, in cui prevalgono i sedimenti fini a bassa permeabilità, sono generalmente mediocri o cattivi serbatoi. La presenza di una fratturazione naturale di origine tettonica può però rendere producibile una formazione rocciosa che di per sé avrebbe caratteristiche di prorosità e permeabilità primaria scadenti.

Le facies di laguna a sedimentazione carbonatica, spesso caratterizzate da sedimenti euxinici in cui la materia organica viene preservata dall'assenza di ossigeno nello strato d'acqua prossimo al fondale, possono essere ottime rocce madri degli idrocarburi.

I sedimenti di backreef , caratterizzati da tessitura fine (micriti) e spesso associati nella porzione supratidale ad evaporiti come sale , gesso e (come sedimento diagenizzato) anidrite , costituiscono spesso le rocce di copertura dei giacimenti di idrocarburi localizzati in rocce di piattaforma carbonatica. Tra i giacimenti di questo tipo, in circa il 60% dei casi le rocce di copertura sono evaporiti deposte in contesti di piana di marea supratidale ^[32] . Questo si verifica per la migrazione laterale degli ambienti nel corso del tempo ( progradazione e retrogradazione), dovuta a variazioni del livello del mare , che può portare facies di backreef impermeabili al di sopra di facies porose e permeabili di reef o forereef .

Esempi di giacimento

Un esempio molto citato in Italia di giacimento di idrocarburi a olio e gas in carbonati di piattaforma di età triassica è quello di Trecate , tra le provincie di Milano e Novara . Le rocce serbatoio sono in questo caso antichi sedimenti di piattaforma carbonatica dolomitizzati , di età medio- triassica (Anisico-Ladinico) e tardo-triassica (Norico-Retico) ^[33] . In questo caso, la trappola che costituisce il giacimento è di tipo essenzialmente strutturale , ed è costituita da un paleo- alto di età giurassica inferiore, determinatosi in seguito ad una fase tettonica distensiva dovuta all'apertura del paleo- oceano della Tetide. Questo alto strutturale è stato successivamente ricoperto e sigillato da rocce di copertura di età cretacica e terziaria , e poi in parte deformato dall' orogenesi alpina dal Miocene . La roccia madre di questo giacimento è costituita da sedimenti argilloso - marnosi di tipo euxinico depositatisi entro bacini situati tra le piattaforme carbonatiche del Triassico medio. Questi sedimenti bacinali sono presenti entro la struttura di Trecate a contatto con le rocce serbatoio dolomitiche coeve ^[34] per transizione laterale di facies : gli idrocarburi formatisi entro queste rocce madri hanno quindi potuto migrare direttamente entro le rocce serbatoio.

Un altro esempio italiano di giacimento petrolifero in carbonati di piattaforma è quello di Monte Alpi , in Val d'Agri ( Basilicata ), in rocce calcaree di età giurassica e cretacea coinvolte in falde tettoniche messe in posto nel Pliocene inferiore ^[35] . Queste rocce, a bassa porosità primaria, producono prevalentemente da un reticolo di faglie e fratture naturali ^[36] .

Note

Bibliografia

• Bello M. e Fantoni R., AAPG, Deep oil plays in Po Valley: Deformation and hydrocarbon generation in a deformed foreland ( PDF ), AAPG Hedberg Conference. Deformation History, Fluid Flow Reconstruction and Reservoir Appraisal in Foreland Fold and Thrust Belts , Palermo, 2002.
• Clarkson ENK, Invertebrate Palaeontology and Evolution , Malden (USA), Oxford (UK), Carlton (Australia), Blackwell, 1998, ISBN 978-0-632-05238-7 .
• Corrado S., Invernizzi C. e Mazzoli S., Tectonic burial and exhumation in a foreland fold and thrust belt: the Monte Alpi case history (Southern Apennines, Italy) , in Geodinamica Acta, 2002; 15(3): 159-177 , DOI : 10.1016/S0985-3111(02)01086-0 .
• Frickel HW e Hottinger L.,Coral bioherms below the euphotic zone in the Red Sea ( PDF ), in Mar. Ecol. Prog. Ser., 1983; 11: 113-111 .
• Harris NB, Toca Carbonate, Congo Basin: response to an evolving rift lake , in Mello MR e Katz BJ (a cura di), Petroleum Systems of South Atlantic margins: AAPG Memoir 73 , AAPG, 2000, ISBN 0-89181-354-3 .
• The Giant Oil Field Evaporite Association: A Function of the Wilson Cycle, Climate, Basin Position and Sea Level ( PDF ), in Search and Discovery, 2009; 40471 .
• Reed JK, Pomponi SA , Weaver D., Paull CK e Wright AE, Deep-water sinkholes and bioherms of South Florida and the Pourtalès Terrace - Habitat and fauna ( PDF ), in BULLETIN OF MARINE SCIENCE, 2005; 77(2): 267–296 (archiviato dall' url originale il 13 luglio 2010) .
• Reading HG, Sedimentary environments: processes, facies and stratigraphy , Malden (USA), Oxford (UK), Carlton (Australia), Blackwell, 1996, ISBN 0-632-03627-3 .
• Ricci Lucchi F., Sedimentologia. Parte 3, cap. 8, pp. 268-310 , Bologna, CLUEB , 1980, ISBN 88-8091-333-6 .
• Schlager W., Sedimentation rates, and growth potentialof tropica, cool water and mud-mound carbonate systems , in Insalaco E., Skelton PW e Palmer TJ (a cura di), Carbonate Platform Systems: components and interactions , London, Geological Society, 2000, DOI : 10.1017/S0016756802276517 .
• Van Dijk JP, Bello M., Toscano C., Bersani A. e Nardon S., Tectonic model and three-dimensional fracture network analysis of Monte Alpi (southern Apennines) , in Tectonophysics, 2000; 324(4): 203-237 , DOI : 10.1016/S0040-1951(00)00138-4 .
• Wood R., Grotzinger JP e Dickson JAD, Proterozoic modular biomineralized metazoan from the Nama Group, Namibia , in Science, 2002; 296: 2383-6 , DOI : 10.1126/science.1071599 .

Voci correlate

• Onda marina
• Correnti costiere
• Torbiditi
• Sedimentazione
• Marea
• Spiaggia
• Piana di marea
• Laguna
• Reef
• Piattaforma continentale
• Trottoir a vermeti
• Coralligeno
• Barriera corallina mesofotica
• Bahamas
• Golfo Persico
• Atollo
• Formazione di Breno
• Calcare di Bari

Collegamenti esterni

• le Tegnue di Chioggia (biocostruzioni ad alghe calcaree di clima temperato) [1]

Portale Biologia	Portale Geologia	Portale Mare
Portale Marina	Portale Meteorologia	Portale Nautica