4. STRATIFICAZIONE HUMMOCKY E CALCARENITI NEL GIURASSICO DEL BACINO UMBRO-MARCHIGIANOHummocky cross-stratification (HCS) and calcarenites in the Umbria-Marche basin, Middle Toarcian. |
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Coordinator: Paolo Monaco; e-mail: pmonaco@unipg.it
Collaboration: J.A.Vera & J.M.Molina (Granada, Jaén, Spain) |
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extended summary from:
Monaco, P. (1992): Hummocky cross-stratified deposits and turbidites in some sequences of the Umbria-Marche area (Central Italy) during the Toarcian. Sedimentary Geology, 77: 123-142. © and permission of all colour photographs, text and charts by P. Monaco |
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HCS from Jurassic of central Apennines |
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Fig.1a. The Rosso Ammonitico in the Valdorbia (A,B) and Fiuminata (C,D,E) sections, middle/late Toarcian, shows hummocky cross-stratified (HCS) calcarenites (see text), see hammer for scale. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fig.1b. Left: the complete HCS sequence (arenitic-ruditic tempestites); note the erosional characters (black arrows) and the basal lag (white arrow). Montebibico, Middle Toarcian.Click to enlarge
Right: planar bedded calcarenite showing HCS (wavelenghts of 80-100cm, see hammer for scale) and symmetric ripples on the top, Fiuminata area, Late Toarcian.Click to enlarge |
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Introduction to HCS in the Jurassic
During the middle/late Lias, the Rosso Ammonitico of the Umbria-Marche Apennines received clay deposits and carbonate detritic beds. These sharp-based detrital beds, 0.5 cm to 100 cm thick, are not always induced by tectonic activity (gravity flow deposits as turbidites, slumps, breccias and pebbly mudstones, are present in the Lower Toarcian). In fact, new studies of Stratigraphy Lab of Perugia and Granada Universities seem to contrast with previous literature that refers all calcarenite beds with cross stratifications to turbidity flow deposits in a deep-water floor for tectonic pulses. In these interpretations metheorologic causes (storms) are totally rejected. The detailed sedimentological study of Rosso Ammonitico by means detailed measures of laminas and their relationships has revealed, instead, contrary to previous interpretations (Elmi, 1981), large and well preserved hummocky cross-stratified (HCS) beds. This low-angle stratification which form symmetric hummocks, 50-70cm thick, generally erosive, is well known in the literature (see the extensive bibliography in Monaco, 1992; 1994; et al. 1994). Abundant calcareous tempestites showing HCS are present in the Upper Jurassic of Spain (see Vera & Molina, 1998 with references therein). HCS beds in the middle Toarcian of Apennines, supply some proofs of vertical trends from turbidites to HCS deposits, and provide a tool to reconstruct the changes in the sea-floor depth. A result is the regressive trend of the Toarcian (see Monaco al.1994) or several shallowing-upward cycles in the Upper Jurassic of Spain, (Vera & Molina, 1998). In Italy the trace fossil behaviour is indicative for a paleoenvironmental analysis and shows variations in the oxygen content during high-energy, waning-energy and fair-weather phases of HCS events. The HCS sequence A complete sequence as shown in Fig.1 (upper and lower figures) consists of three divisions (see extended bibliography in Monaco 1992; 1994; et al.1994; for Spain see Molina et al.1997): |
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Le stratificazioni incrociate a basso angolo (HCS) del Giurassico
La sedimentazione durante il Lias medio/superiore è caratterizzata nell'Appennino dalla classica e ben conosciuta facies nodulare del Rosso Ammonitico, diluito nelle aree più subsidenti da apporti argillosi e da calcareniti. Questi apporti facilmente riconoscibili per il colore, la competenza calcarea e la base netta e sporgente sulle marne nodulari, non sempre sono depositi indotti da shock tettonici come in genere si crede (sebbene numerosi livelli di torbiditi carbonatiche ed altri depositi gravitativi siano presenti nel Toarciano inferiore), ma potrebbero essere depositi legati a cause meteorologiche (tempeste-uragani) preservati fin dal Toarciano medio. Infatti, nuovi studi da parte del Laboratorio di Stratigrafia di Perugia e di Granada sembrano contrastare con la vecchia interpretazione che tutto ciò che appare come risedimentato nel Giurassico sia necessariamente per cause tettoniche (per Valdorbia vedi Elmi, 1981). Studi dettagliati sulle facies calcarenitiche e sulle lamine (utilizzando modelli 3D) hanno evidenziato come si siano preservate le ben conosciute HCS (hummocky cross-stratification) ovvero laminazioni incrociate a basso angolo che formano dei duomi circolari spessi fino a 50-70cm sovrapposti in modo erosivo uno sull'altro. Sostanzialmente le lamine si ispessiscono al centro e si assottigliano alla periferia creando appunto una struttura simmetrica a forma di duomo (hummock). Su queste strutture e sulla loro formazione esiste una vastissima bibliografia non solo per il Giurassico a cui si rimanda ( vedi l'estesa bibliografia in Monaco, 1992; 1994; et al. 1994).Nell'area Subbetica abbondanti tempestiti ad HCS si ritrovano nel Giurassico Superiore, configurate secondo sequenze shallowing-upward deposte in aree subsidenti (vedi Vera & Molina, 1998 con bibliografia), analogamente a quanto avveniva nel Toarciano Appenninico dove è stata notata una tendenza regressiva in questo periodo. La sequenza HCS La sequenza completa nell'Appennino (vedi Fig.1 in alto e in basso) consiste in tre divisioni (vedi Monaco 1992; 1994; et al.1994; per la Spagna vedi Molina et al.1997): I). LAG A BIVALVI ED ECHINODERMI. Alla base della sequenza si ritrovano rudstone, floatstones (grani fino a 5cm) spessi 0.5-40cm) (Fig.1b). Il contatto basale è netto ed erosivo. Il lag è discontinuo lateralmente e massivo, con a volte una gradazione diretta (Kreisa, 1981). La frazione granulare è composta da bivalvi e/o echinodermi, litoclasti micritici e resti di altri invertebrati (ammoniti). Crinoidi localmente costituiscono fino al 90% della frazione granulare (encriniti). |
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Fig.2a. The HCS sequence in the Umbria-Marche Apennines and grain-size lateral changes. Note burrowing development and tiers (middle/late Toarcian). Click to enlarge
Th=Thalassinoides; Pl=Planolites; Sk=Skolithos; Ch=Chondrites; Hpsis=Helminthopsis; Op=Ophiomorpha. |
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Fig.2b. Al tetto delle calcilutiti distali si rinvengono carcasse intere di echinodermi a forma radiale, affogati dal fango (Fig.2b) che sembra aver intasato il loro sistema vascolare causandone il decesso. Contigliano (Rieti), Toarciano superiore.Click to enlarge | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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INTERPRETATION
About the origin of HCS many papers have been published and several models have been proposed (see the "oceanographic" or "geologic" scenario and environmental settings reported in Walker 1982; 1984; Monaco 1992; Molina et al.1997 with abundant referencesz therein). |
INTERPRETAZIONE
Sull'origine delle HCS tanto si è discusso e ancora si sta discutendo (vedi le citazioni in Walker 1982; 1984; Monaco 1992; Molina et al.1997). Alcuni pensano si tratti di strutture legate a flussi oscillatori legati a particolari regimi di corrente in shelf poco profondi dove si risente dell'azione della base d'onda di tempesta. Esistono comunque una miriade di modelli "oceanografici" e "geologici" estesi a tutti gli ambienti, più o meno dettagliati per spiegare queste strutture, che generalmente non si riescono a osservare mentre si formano attualmente durante un uragano. Il classico modello "geologico" di Aigner (1985) per rampe del Trias prevede un accumulo di banchi a crinoidi strappati e trasportati lungo lo shelf durante le tempeste, sia in senso diretto verso la terraferma, sia verso il mare aperto (correnti di densità unidirezionali cariche di materiale diversificato, Fig.3). In prossimità del fondo, con grande estensione laterale, i granuli incontrano potenti moti oscillatori e verticali innescati nella colonna d'acqua dai fortissimi venti legati alla tempesta (vedi la modellistica "oceanografica" dove si ritrova anche la distinzione tra tifoni, uragani e tempeste invernali a seconda delle latitudini e longitudini). Tali moti creano sul fondo zone circolari/ellittiche con accumulo progressivo di lamine di sedimento (gli hummocks appunto) e zone limitrofe con erosione o trasporto (swales) o winnowing di fango (winnowed beds). Il lag basale sembra venga trasportato per corrente unidirezionale (erosivo) su cui, a causa di un moto progressivamente oscillatorio/unidirezionale (flusso combinato), si viene a depositare la restante sequenza HCS con lamine incrociate a basso angolo. Al calmarsi dell'acme meteorologico su alcuni shelf (o aree pelagiche isolate poco profonde, vedi Giurassico di Spagna e Appennino) si assiste progressivamente al progressivo normalizzarsi dei moti ondosi (ripples simmetrici al top). Il trasporto verso il mare aperto (indicato dalle impronte di corrente alla base degli strati) sembra portare a depositi prossimali caratterizzati da lags erosivi, HCS, fino a depositi distali dominati da fango e lontani dall'area sorgente (Figg.2,3) che spesso sono molto simili a torbiditi nell'aspetto fisico con strutture tipo Bouma o altri caratteri (vedi Monaco, 1996). |
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Fig.3. General model for the sea floor of Rosso Ammonitico, Middle/Late Toarcian, Umbria-Marche Apennines and deposition of the HCS calcarenites, winnowed beds and calcareous turbidites in relation to the bathymetry. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Selected reference
AIGNER T., 1982 - Calcareous tempestites: storm-dominated stratification in upper Muschelkalk limestone (middle Trias,SW Germany). In Einsele G. & Seilacher A. (eds.) Cyclic and Event stratification, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, N.Y.: 180-198. |
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