Esercizi: Le rocce sedimentarie

Quali processi compongono la diagenesi? Descrivi brevemente la compattazione e la cementazione.

Ordina queste rocce detritiche dalla dimensione di grano maggiore a quella minore: argillite, conglomerato, siltite e arenaria. Quali informazioni fornisce la dimensione dei grani sull'energia dell'ambiente di sedimentazione?

Che cos'è un sedimento detritico e in che cosa si differenzia da uno di origine chimica o biogenica? Fai un esempio di roccia per ciascun tipo.

1. a) Definisci che cos'è un sedimento.
2. b) Cita tre esempi di sedimenti attuali e indica l'ambiente sedimentario in cui si deposita ciascuno.

Che cosa sono le strutture sedimentarie e quale tipo di informazioni forniscono sull'ambiente di deposizione? Nomina tre esempi.

Che cos'è un bacino sedimentario e quali meccanismi, come la subsidenza termica o il carico tettonico, fanno sprofondare il suo fondo e accumulare sedimenti?

Le ondulazioni (ripple marks) e le crepe da disseccamento sono strutture frequenti. Spiega che cosa indica ciascuna sull'ambiente e sul livello dell'acqua al momento della deposizione.

Che cos'è un fossile? Spiega quali condizioni, come il seppellimento rapido, le parti dure o l'ambiente riducente, favoriscono la fossilizzazione.

Osserva lo strato sedimentario dello schema, in cui la dimensione dei granuli diminuisce dalla base al tetto (gradazione normale o granoclassazione):

1. a) Spiega come si forma questa struttura durante il processo di deposizione dei sedimenti.
2. b) Indica quale processo sottomarino caratteristico la produce.

Arenarie con stratificazione incrociata e increspature (ripple) compaiono sopra marne con resti di fauna marina. Interpreta il cambiamento di ambiente sedimentario registrato da questi strati.

Le evaporiti (gesso, salgemma) si formano in bacini marini ristretti a clima arido. Spiega il processo e ragiona su che cosa indica la loro presenza nel sottosuolo del Mesozoico italiano riguardo al clima di quell'epoca.

La stratificazione incrociata forma strati inclinati all'interno di uno strato. Spiega come si genera sul fronte di una duna o di un ripple e che cosa permette di dedurre sulla direzione della corrente che l'ha prodotta.

Distingui le sequenze a granulometria decrescente e crescente e spiega quale variazione dell'energia dell'ambiente registra ciascuna. Quale processo può produrre una gradazione inversa in una conoide alluvionale?

Le tempestiti sono strati con base erosiva e gradazione che le tempeste depositano sulla piattaforma marina. Spiega come si formano e in che cosa si differenziano da una torbidite (processo e posizione sulla piattaforma).

Una barriera corallina fossile forma un corpo di calcare massiccio circondato da strati inclinati di frammenti. Spiega come cresce una barriera corallina, che cosa sono le sue scarpate o falde detritiche e che cosa indica l'insieme sull'ambiente.

Le direzioni delle stratificazioni incrociate e dei ripple si usano come paleocorrenti. Spiega come si misurano sul campo e quali mappe paleogeografiche (direzione dei fiumi, posizione della costa) aiutano a ricostruire.

In un bacino intramontano si registra una successione continua di $800\ \text{m}$ che mostra, dalla base al tetto: brecce e conglomerati massicci angolosi di conoide alluvionale prossimale, arenarie canalizzate di fiumi a canali intrecciati, siltiti con paleosuoli di piana alluvionale e, infine, calcari micritici lacustri con caroficee.

1. a) Interpreta in modo argomentato l'evoluzione morfotettonica del rilievo adiacente e la dinamica del livello di base del bacino nel corso del tempo.
2. b) Un rapporto preliminare afferma che questa sequenza «a granulometria decrescente» dimostra un aumento progressivo delle precipitazioni nel bacino, che ha facilitato il trasporto e la deposizione finale dei calcari. Confuta questa affermazione dimostrando perché la variazione della dimensione dei granuli dipende dallo smantellamento erosivo del rilievo e dalla perdita di gradiente topografico.
3. c) Prevedi quali cambiamenti litologici e strutturali osserveresti lungo la verticale della serie se si verificasse una riattivazione tettonica improvvisa della faglia di bordo alla fine del periodo lacustre.

In un bacino sedimentario di $2,5\ \text{Ma}$ di evoluzione sono stati perforati due sondaggi che hanno raggiunto il basamento:

• Sondaggio A: attraversa $1\,000\ \text{m}$ di arenarie quarzose omogenee (porosità iniziale del sedimento: $40\,\%$; porosità attuale della roccia: $25\,\%$).

• Sondaggio B: attraversa $600\ \text{m}$ di argilliti compattate (porosità iniziale del fango: $70\,\%$; porosità attuale dell'argillite: $15\,\%$).

1. a) Considerando che il volume della frazione solida minerale si conserva durante la diagenesi, calcola lo spessore originale di sedimento non compattato che si è depositato in ciascun sondaggio.
2. b) A partire dal risultato numerico, confuta l'affermazione di una relazione tecnica secondo cui «nel punto B il tasso di apporto sedimentario è stato inferiore del $40\,\%$ rispetto ad A».
3. c) Determina il tasso reale medio di accumulo sedimentario iniziale (sedimento non compattato) in $\text{mm/anno}$ per entrambi i punti del bacino.

In due carote di sondaggio (X e Y) provenienti da uno stesso bacino sedimentario marino sono state catalogate le seguenti associazioni di facies e fossili:

• Carota X: strati centimetrici di arenaria con gradazione normale (granulometria da grossolana a fine), base erosiva con impronte di corrente (flute cast), alternati ritmicamente ad argilliti scure. Contiene foraminiferi planctonici e tracce fossili dell'icnofacies Zoophycos, senza macrofauna bentonica.

• Carota Y: arenarie quarzitiche ben classate con stratificazione incrociata hummocky e ripple da oscillazione, alternate a calcari bioclastici ricchi di bivalvi a conchiglia spessa frammentata, alghe calcaree e tracce fossili di Cruziana.

1. a) Deduci e identifica l'ambiente sedimentario esatto a cui appartiene ciascuna carota (piattaforma marina poco profonda dominata dalle tempeste vs. scarpata o lobo sottomarino profondo).
2. b) Spiega in modo argomentato il meccanismo fisico di trasporto e deposizione che ha generato gli strati di arenaria in ciascuna carota, risolvendo l'apparente paradosso di come sabbie a grana grossa possano arrivare fino all'ambiente sedimentario più profondo.

Sul margine di un bacino marino si registra una colonna stratigrafica continua che mostra, dal basso verso l'alto: torbiditi di scarpata profonda $\to$ marne e siltiti di piattaforma esterna $\to$ arenarie litorali di fronte deltizio $\to$ carboni di piana deltizia. Allo stesso tempo, il record geologico globale di quell'epoca evidenzia un periodo interglaciale caldo con un innalzamento globale del livello del mare di oltre $40\ \text{m}$.

1. a) Giustifica se la sequenza verticale osservata corrisponde a una trasgressione o a una regressione sedimentaria.
2. b) Risolvi l'apparente contraddizione tra l'innalzamento eustatico globale del livello del mare e la tendenza al ridursi della profondità registrata nel bacino, formulando la relazione concettuale tra lo spazio di accomodamento generato (subsidenza tettonica più eustatismo) e il tasso di apporto sedimentario fluviale.
3. c) Prevedi in modo argomentato che cosa accadrebbe alla linea di costa e alla verticale delle facies se, mantenendosi l'innalzamento eustatico, una cattura fluviale nel continente riducesse drasticamente a zero l'apporto terrigeno.

In un sondaggio continuo si identifica un contatto netto e planare tra due formazioni sedimentarie:

• Alla base: gessi laminari e argille rosse con fessure di disseccamento e noduli di anidrite, tipici di una piana di marea evaporitica (sabkha sopramareale).

• Direttamente sopra, in continuità stratigrafica senza discordanza apparente: torbiditi con alternanze ritmiche di arenaria gradata e peliti con foraminiferi planctonici batiali (fondali marini profondi).

Un geologo alle prime armi afferma che, secondo la legge di correlazione delle facies di Walther, al momento della deposizione la piana di marea arida confinava lateralmente in modo diretto con il bacino batiale profondo.

1. a) Confuta l'affermazione del geologo analizzando le condizioni e i limiti fondamentali di applicazione della legge di Walther.
2. b) Proponi due ipotesi geodinamiche diverse (una eustatica/oceanografica e una tettonica) in grado di spiegare la sovrapposizione verticale immediata di due ambienti sedimentari così distanti in profondità.

In una regione montuosa sono state distinte tre unità litostratigrafiche:

• Unità A (inferiore): calcari marini del Cretaceo interessati da pieghe serrate con fianchi che immergono $60^\circ$.

• Unità B (intermedia): conglomerati e arenarie continentali del Paleogene che poggiano su una superficie erosiva che tronca le pieghe di A; gli strati di B immergono in modo uniforme $25^\circ$ verso sud.

• Unità C (superiore): argille e gessi lacustri del Miocene perfettamente orizzontali che poggiano su una superficie piana che tronca gli strati di B.

1. a) Classifica in modo argomentato il tipo di discontinuità stratigrafica presente tra l'Unità A e la B, e tra l'Unità B e la C.
2. b) Ricostruisci la cronologia geodinamica della regione, deducendo il numero di cicli di sedimentazione, il numero di fasi tettoniche compressive indipendenti e i periodi erosivi coinvolti.
3. c) Prevedi quale disposizione geometrica interna avrebbero gli strati dell'Unità B se la deformazione tettonica che li ha inclinati avesse agito contemporaneamente alla loro sedimentazione (sintettonica) invece che successivamente.

Un profilo geofisico trasversale al bacino del Po mostra un'asimmetria geometrica estrema:

• Verso il margine nord, lo zoccolo paleozoico è coperto da appena $100\text{–}300\ \text{m}$ di sedimenti orizzontali, poco profondi e continentali del Miocene superiore e del Pliocene.

• Verso il margine sud (fronte degli Appennini), il riempimento sedimentario supera i $4\,000\ \text{m}$; i sedimenti miocenici profondi sono piegati, sovrascorsi e mescolati con depositi caotici sottomarini (olistostromi).

1. a) Giustifica fisicamente la geometria a cuneo asimmetrico del bacino applicando il modello di flessione litosferica per sovraccarico orogenico.
2. b) Spiega perché l'età dell'inizio della sedimentazione marina e l'età della successiva deformazione compressiva sono progressivamente più recenti man mano che ci si sposta dal fronte appenninico (sud) verso il margine settentrionale (nord).
3. c) Deduci come hanno interagito la subsidenza flessurale e l'apporto di detriti erosi dagli Appennini per trasformare il bacino da solco marino profondo aperto all'oceano a bacino continentale poco profondo colmato.

In un bacino marino si misura una colonna stratigrafica di $3\,000\ \text{m}$ di argilliti compattate accumulate in $15\ \text{Ma}$.

1. a) Calcola il tasso medio netto di sedimentazione apparente in $\text{mm/anno}$ (o $\text{m/Ma}$).
2. b) Uno studio microstratigrafico ad alta risoluzione in un tratto di quel bacino rivela che il sedimento si è depositato per piene di tempesta: ogni strato di $5\ \text{cm}$ si è depositato in poche ore, ma tra una piena e la successiva sono trascorsi periodi di non sedimentazione o erosione di circa $250\ \text{anni}$. Spiega l'«effetto Sadler» (la dipendenza del tasso di accumulo dalla scala temporale) e deduci che cosa rappresenta la maggior parte del tempo geologico registrato nei $15\ \text{Ma}$ della colonna.
3. c) Sapendo che la porosità delle argille è diminuita per compattazione diagenetica da un $60\,\%$ iniziale sul fondo marino a un $20\,\%$ nella roccia consolidata attuale, calcola lo spessore originale non compattato della serie e determina il tasso reale di apporto sedimentario lordo prima della diagenesi.