CHIMERA

CHIMERA: Criptotefra nelle sequenze marine del Mare di Ross, Antartide: implicazioni e potenziali applicazioni

Paola Del Carlo

Informazioni sul progetto

I sedimenti marini dell'Antartide possono contenere i prodotti delle eruzioni vulcaniche esplosive chiamati “tefra”. I tefra si conservano nei sedimenti marini quando questi sono poco disturbati, non erosi e il tasso di sedimentazione è relativamente elevato. Caratterizzando opportunamente i tefra, datandoli e correlandoli al vulcano di origine, questi diventano marker stratigrafici e temporali, delle vere e proprie isocrone, fondamentali per le correlazioni dei record geologici Antartici. I tefra sono molto utili anche per gli studi vulcanologici, per comprendere la natura, la magnitudo, l'età e la ricorrenza delle eruzioni vulcaniche. Il numero di tefra identificati nelle sequenze marine può essere esteso se si esaminano alla ricerca dei criptotefra, cioè livelli di cenere vulcanica non visibili ad occhio nudo. Recentemente, e per la prima volta in Antartide, questi sono stati riconosciuti in una carota campionata nel Bacino di Joides (Mare di Ross). Numerose altre carote sono state campionate in precedenti spedizioni italiane nella stessa area e ragionevolmente contengono criptotefra. Tale scoperta amplia le prospettive di ricerca, consentendo di affrontare obiettivi di vasta portata.

Nel quadro di una ricerca innovativa e multidisciplinare, il progetto CHIMERA propone di 1) riesaminare le carote campionate nei bacini continentali del Mar di Ross; 2) identificare, datare e caratterizzare i criptotefra contenuti in queste sequenze; 3) rendere i criptotefra identificabili come marker stratigrafici; 4) usare i criptotefra per sincronizzare e correlare gli archivi antartici estrapolando le informazioni ottenute su scala regionale/continentale con particolare riferimento alle 5) ricostruzioni paleoambientali e alle oscillazioni del ghiaccio.

La ricerca sarà condotta da 4 unità di ricerca con una reputazione internazionale nei rispettivi ambiti e nella ricerca in Antartide. Collaborazioni internazionali con istituzioni straniere rafforzeranno ulteriormente il progetto.

UR1 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia INGV, Sezione di Pisa e Roma1

Responsabile scientifico: Paola del Carlo (Ricercatrice)

Membri: Alessio Di Roberto (Ricercatore), Manuela Nazzari (Ricercatrice)

L'UR1 contribuirà al data mining e alla selezione delle carote già conservate nei depositi italiani utili ai fini del progetto. I membri dell'UR1 prenderanno parte al sub-campionamento delle carote per l'identificazione e l'estrazione di criptotefra. Nel loro laboratorio i membri dell'UR1 eseguiranno le analisi sedimentologiche (analisi granulometrica e dei componenti), tessiturali (morfologia 2D-3D delle particelle, distribuzione dimensionale delle bolle, distribuzione dimensionale dei cristalli), petrografica (paragenesi) e geochimica dei criptotefra. L'UR1 selezionerà campioni adatti per la datazione tramite analisi Ar-Ar, porterà la separazione e concentrazione di cristalli di feldspato alcalino e la loro caratterizzazione compositiva mediante microscopia ottica ed elettronica (SEM-EDS, EMPA). Insieme alle altre UR del progetto, l'unità UR1 contribuirà all'interpretazione, sintesi e discussione dei risultati del progetto.

L'UR1 contribuirà in modo sostanziale alla gestione e al coordinamento del progetto nonché al programma di formazione. L'UR1 realizzerà anche azioni per la diffusione e la disseminazione dei risultati del progetto.

UR2 - Dipartimento di Matematica e Geoscienze - Università degli Studi di Trieste, ISMAR-CNR di Bologna

Responsabile scientifico: Romana Melis (Ricercatrice)

Membri: Ester Colizza (Ricercatrice), Lucilla Capotondi (Ricercatore) Cristiano Landucci (Tecnico di laboratorio), Ioanna Protopsalti (Ricercatrice post-doc)

L'UR2 contribuirà al data mining e alla selezione di carote sedimentarie già conservate in depositi italiani utili ai fini del progetto. L'UR2 contribuirà all'analisi delle sequenze di sedimenti contenenti criptotefra con l'obiettivo principale di definire facies e processi sedimentari. Le analisi comprenderanno l'identificazione delle strutture sedimentarie e del contenuto di Ice Rafted Debris (IRD), la definizione delle proprietà fisiche dei sedimenti (come suscettibilità magnetica, densità, velocità dell'onda P), granulometria e consistenza dei sedimenti. Studi biostratigrafici e paleoambientali delle sequenze saranno inoltre effettuati dall'UR2 mediante foraminiferi, ostracodi ed eventualmente diatomee. Gusci calcarei, ove presenti in quantità adeguata, verranno utilizzati per la datazione da spettrometria di massa con acceleratore (AMS)¹⁴C. Insieme alle altre UR del progetto questa unità di ricerca contribuirà all'interpretazione, sintesi e discussione dei risultati del progetto. L'UR2 contribuirà al programma di formazione e realizzerà anche azioni di diffusione e disseminazione dei risultati del progetto.

UR3–Istituto Scienze Polari (ISP-CNR) di Bologna

Responsabile scientifico: Federico Giglio (Ricercatore)

Membri: Andrea Gallerani (Assistente tecnico), Stefano Miserocchi (Ricercatore)

L'UR3 contribuirà al data mining e alla selezione delle carote già conservati nei depositi italiani utili ai fini del progetto. La UR3 effettuerà l'acquisizione di immagini rx digitali delle sequenze studiate (utili per la caratterizzazione delle sequenze di sedimenti) nonché la caratterizzazione geochimica non distruttiva dei sedimenti attraverso la misura in continuo dei principali elementi con lo scanner XRF-core. UR3 effettuerà l'analisi della silice biogenica, per la rilevazione di eventi di deposizione vulcanica. Le analisi verranno eseguite presso i laboratori del CNR-ISP di Bologna. Insieme alle altre UR del progetto, questa unità di ricerca contribuirà all'interpretazione, sintesi e discussione dei risultati del progetto. L'UR3 contribuirà al programma di formazione e realizzerà anche azioni di diffusione e disseminazione dei risultati del progetto.

UR4 –Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia INGV, Sezione di Roma2

Responsabile scientifico: Patrizia Macrì (Ricercatrice)

Membri: Chiara Caricchi (Ricercatrice) Aldo Winkler (Primo Tecnologo)

Nei laboratori dell’INGV Roma2, UR4 sarà responsabile della misura e dell'analisi dei dati paleomagnetici e di magnetismo delle rocce sulle carote sedimentarie selezionate. Le misure paleomagnetiche saranno effettuate ad alta risoluzione (spaziatura di 1 cm) su campioni “u-channel” collezionati dalla parte centrale indisturbata (quando possibile) delle carote sedimentarie. Le misure e le analisi riguarderanno la magnetizzazione naturale rimanente (NRM), che verrà smagnetizzata per step successivi al fine di isolare ed identificare la magnetizzazione caratteristica rimanente (ChRM) acquisita al momento della deposizione e compattazione dei sedimenti.

UR4 analizzerà i dati paleomagnetici e di magnetismo delle rocce e interpreterà i risultati in un contesto sia regionale che globale. L'UR4 si occuperà anche dell'integrazione dei dati ottenuti con i risultati di altre discipline svolte da altre unità di ricerca in questo progetto.

L'UR4 contribuirà al programma di formazione e realizzerà anche azioni di diffusione e disseminazione dei risultati del progetto.

CHIMERA: CryptotepHra In Marine sEquences of the Ross Sea, Antarctica: implications and potential applications

Paola Del Carlo

Project information

Marine sediments of Antarctica contain tephra, fragmented material produced by explosive eruptions of Antarctic volcanoes and widely dispersed by wind. Tephra are preserved specially when sequences suffer small disturbance and sedimentation rate are high. If fingerprinted, dated and linked to a volcanic source, tephra become time-synchronous markers for independent correlations between geological archives. Tephra are also significant for volcanological reconstructions to derive the type, magnitude, age and recurrence of eruptions. Tephra record can be significantly extended by examining successions for the presence of CRYPTOTEPHRA i.e. non-visible tephra. These are essential to increase the number of eruptions recognizable of any magnitude and in distal occurrences. Recently, and for the first time in Antarctica, a cryptotephra record was found in a core from the Joides Basin (Ross Sea). In the same area, a number of marine cores were sampled in past Italian expeditions likely contain cryptotephra not yet investigated. This discovery widens the tephra research possibilities, allowing far-reaching objectives to be tackled.

On these bases in the framework of an innovative, multi-disciplinary research, the project proposes to: 1) re-examine marine sediment cores sampled in the continental shelf basins of the Ross Sea; 2) identify, date and fingerprint cryptotephra intercalated in these sequences; 3) make marine cryptotephra easily identifiable as a stratigraphic markers; 4) synchronize and correlate them with antarctic tephra archives extrapolating information into regional/continental framework and 5) use these stratigraphic markers for the palaeoenvironmental reconstructions, mainly addressed to the ice shelf oscillations.

The research will be conducted by 4 research units having an international reputation in their field of activity and in the Antarctica research. International collaborations with foreign institutions will further strengthen the project.

RU1- National Institute of Geophysics and Volcanologist INGV, Pisa and Rome1 sections

Principal Investigator: Paola del Carlo (Researcher)

Research Unit members: Alessio Di Roberto (Researcher), Manuela Nazzari (Researcher)

RU1 will contribute to data mining and to the selection of the cores already preserved in Italian repositories useful for the project purposes. Members of the RU1 will take part in cores sub-sampling for cryptotephra identification and extraction. In their laboratory members of the UR1 will perform the sedimentological (particle size analysis and components), textural (2D-3D morphology of the particles, bubble size distribution, crystal size distribution), petrographical (paragenesis) and geochemical analyses of cryptotephra. The UR1 will select samples possibly suitable for independent dating via Ar-Ar analysis, will carry the separation and concentration of alkali feldspar crystals and their compositional characterization using optical and electron microscopy (SEM-EDS, EMPA). Together with the other URs of the project UR1 unit will contribute to the interpretation, synthesis and discussion of project results. RU1 will contribute substantially to the project management and coordination as well as to the training program. RU1 will also perform actions for diffusion and dissemination of project results.

RU2 –Dipartimento di Matematica e Geoscienze - Università degli Studi di Trieste, ISMAR-CNR di Bologna

Research Unit leader: Romana Melis (Researcher)

Research Unit Members: Ester Colizza (Researcher), Lucilla Capotondi (Researcher), Cristiano Landucci (laboratory Tecnician), IoannaProtopsalti (Post-doc Researcher)

The RU2 will contribute to data mining and to the selection of sediment cores already preserved in Italian repositories useful for the project purposes. The RU2 will contribute to analyze sediment sequences containing cryptotephra with the main objective of defining sedimentary facies and processes. Analyses will include the identification of sedimentary structures and Ice Rafted Debris (IRD) content, the definition of sediment physical properties (like magnetic susceptibility, density, P-wave velocity), sediment grain-size and textures. Biostratigraphic and paleoenvironmental studies of the sequences will be also carried out by RU2 through foraminifers, ostracods and, eventually, diatoms assemblages. The calcareous test, where present in adequate quantity, will be used for dating by AMS 14 C. Together with the other URs of the project this research unit will contribute to the interpretation, synthesis and discussion of project results. RU2 will contribute to the training program and will also perform actions for diffusion and dissemination of project results.

RU3– Istituto Scienze Polari (ISP-CNR) di Bologna

Research Unit leader: Federico Giglio (Researcher)

Research Unit members: Andrea Gallerani (Technical Assistant) Stefano Miserocchi (Researcher)

The RU3 will contribute to data mining and to the selection of the cores already preserved in Italian repositories useful for the project purposes. RU3 will perform the acquisition of digital X-ray images of the studied sequences (useful for the sediment sequence characterization of RU2) as well as the non-destructive geochemical characterization of sediments through in continuum measurement of major elements with the XRF-core scanner. RU3 will carry out the analysis of biogenic silica, for the detection of volcanic deposition events. Analyses will be performed at the laboratories of the CNR-ISP Bologna. Together with URs of the project this research unit will contribute to the interpretation, synthesis and discussion of project results. RU3 will contribute to the training program and will also perform actions for diffusion and dissemination of project results.

RU4–National Institute of Geophysics and Volcanologist INGV, Roma2 section

Research Unit leader: Patrizia Macrì (Researcher)

Research Unit members: Chiara Caricchi (Researcher) Aldo Winkler (First Technologist)

In the labs of INGV Roma2, RU4 will be responsible for measurement and analysis of rock magnetic and paleomagnetic data on selected sediment cores. Paleomagnetic measurements will be carried out at high-resolution (1 cm spacing) on “u-channel” samples collected from the undisturbed central part on the retrieved sedimentary cores (when possible). Measurements and analyses will concern the natural remanent magnetization (NRM), that will be stepwise demagnetized in order to isolate and identify the characteristic remanent magnetization (ChRM) acquired at the time of sediment deposition and compaction. UR4 will develop the analysis of all the measured paleomagnetic and rock magnetic data and will interpret the results in both a regional and global context. RU4 will also take care of the integration of paleomagnetic and environmental magnetic data in a multidisciplinary framework with results from other disciplines carried out by other research units in this project. RU4 will contribute to the training program and will also perform actions for diffusion and dissemination of project results.