Stratigraphic, sedimentological and provenance study on the Permian-Triassic sequences of southern Gondwana: comparison between Victoria Land (Antarctica) and Tasmania and paleoenvironmental implications.

La tesi di dottorato è stata svolta seguendo un approccio multidisciplinare che ha riguardato lo studio stratigrafico-sedimentologico, petrografico e geochimico di depositi fluviali Permo-Triassici affioranti in Terra Vittoria meridionale e settentrionale. Con lo scopo di ottenere e comprendere le varie peculiarità di ogni singola unità deposizionale (Permo-Triassica, affiorante ad Allan Hills, Terra Vittoria meridionale), è stato eseguito uno studio di dettaglio multidisciplinare con diverse tecniche e metodologie analitiche. I risultati prodotti sono stati utilizzati per comparare aree limitrofe come il Morris Basin (zona transizionale tra la TVm e TVs), in modo da poter ricostruire l’evoluzione geologico-stratigrafica. I dati sono presentati nella Tesi nell’ordine seguente: 1) comprensione e ricostruzione geologico-stratigrafica dell’area di interesse ad Allan Hills (Terra Vittoria meridionale, TVm, Antartide) 2) analisi sedimentologica (analisi di facies) 3) analisi composizionale delle arenarie di Allan Hills (TVm) e Morris Basin (TVm-TVs, analisi modale con metodo Gazzi-Dickinson) 4) studio dei minerali pesanti presenti in sezione sottile (Allan Hills e Morris Basin, conteggio per clasti) 5) analisi composizionale dei granati e delle muscoviti detritici di Allan Hills (TVm) 6) geocronologia degli zirconi detritici di Allan Hills (TVm) Nella prima parte del dottorato è stato fondamentale reinterpretare ed elaborare circa 800 metri di colonne stratigrafiche ottenute nella fase di campagna dai ricercatori in Antartide, per comprendere i rapporti stratigrafici e la geologia dell’area (punto 1). La sezione geologica del settore nord-est di Allan Hills mostra un andamento degli strati debolmente inclinati verso N-NE (monoclinale) di una decina di gradi. La successione Permo-Triassica affiora in relativa continuità fatta eccezione per aree con diffuse coperture detritiche-nivali e dicchi Giurassici. Il punto 2 è stato acquisito con uno studio ad alta risoluzione (scala decimetrica) eseguendo un’analisi di facies, al fine di ricostruire i paleoambienti della successione di Allan Hills. Seguendo lo schema classificativo ed interpretativo di Miall (2014), più di una decina di litofacies e associazioni di facies sono state interpretate. Il risultato più rilevante sembrerebbe evidenziare fasi trasgressive nel Permiano medio-superiore e nel Triassico medio-superiore, come probabile risposta a cambiamenti morfo-strutturali bacinali dovuti a fattori tettonici e a possibili cambiamenti climatici (come evidenziato nella Formazione Feather Conglomerate). In seguito, a scala microscopica sono state caratterizzate in modo quantitativo le arenarie (punti 3 e 4), al fine di poter individuare differenti petrofacies suddivise per unità formazionali. Differenze rilevanti sono state riscontrate tra le arenarie Permiane e quelle Triassiche; in primis una maggiore maturità composizionale dovuta ad un maggiore trasporto (più cicli di sedimentazione) e ad un clima umido con un weathering index intenso al passaggio PTT (Permian-Triassic Transition). Allo stesso modo, lo studio composizionale del granato e della muscovite (punto 5) sembra evidenziare un maggiore grado metamorfico di provenienza, nel Permiano medio-superiore (Formazione della Weller Coal Measures) e Triassico medio-superiore (Formazione della Lashly), rispetto al Triassico inferiore (Feather Conglomerate). In quest’ultima infatti, le muscoviti sono meno ricche in fengite ed i granati diminuiscono drasticamente (nessun dato composizionale). Questo fenomeno indica probabilmente un repentino cambiamento climatico a favore dell’alterazione. Questo approccio è stato di aiuto nel definire ulteriormente le differenze tra le unità Permiane e Triassiche e le loro provenienze. Con lo stesso scopo, sono state effettuate le datazioni su zirconi detritici di Allan Hills (TVm, punto 6). Tre aspetti fondamentali ne risultano: - nei sedimenti Permiani lo spettro di età è più ampio e si hanno buone percentuali in tutti i range, variabili dal Devoniano all’Archeano. Picchi di età “greenvilliana” sono da evidenziare mentre non sono presenti zirconi Permo-Triassici. - Gli zirconi detritici del Triassico inferiore hanno origine principalmente dall’Orogene di Ross, mostrando forse un unroofing regionale. Con un picco minore, ma pur sempre evidente, ci sono età “greenvilliane”. - Nel Triassico medio-superiore si registra l’attività vulcanica Permo-Triassica del margine meridionale del Gondwana. Sembra evidente come il bacino della Terra Vittoria meridionale fosse, durante il Permiano, morfologicamente separato dal bacino contiguo nelle Central Transantarctic Mountains (CTM). Un processo di cattura fluviale, probabilmente da porsi alla transizione tra il Permiano superiore ed il Triassico inferiore, potrebbe spiegare sia lo spettro composizionale che di età degli zirconi. Una volta ottenuto un quadro completo di ogni singola unità stratigrafica, è stata effettuata una prima comparazione litologico-petrografica con una parte significativa di campioni arenacei sparsi per la Terra Vittoria (Morris Basin e Terra Vittoria settentrionale). Con la missione in Tasmania (febbraio 2019), è stato possibile confrontare in modo preliminare le arenarie delle successioni Tasmane coeve a quelle antartiche. Granulometricamente più fini di quelle del Victoria Group, mostrano rapporti sabbia/fango in alcuni casi confrontabili (dal Triassico inferiore al superiore). Il PTT sembra collocarsi tra superfici di discordanza semplice meno erosivi a sud rispetto al settore nord-nord-est del bacino Tasmano. Questo potrebbe essere attribuito ad una estrema variabilità degli ambienti sedimentari paleozoici e dei processi deposizionali e tettonici. Si rinvengono spessori ingenti di livelli di siltiti argillose rossastre (paleosuoli) con spessori molto variabili. Al contrario, dai dati di questo studio, il PTT ad Allan Hills potrebbe connotarsi per avere caratteri transizionali o di paraconcordanza. Il confronto geologico tra macroregioni diverse e distanti, Terra Vittoria settentrionale e meridionale (TVs TVm), è stato anche rafforzato grazie allo studio analitico di tesi e articoli prodotti negli anni precedenti da altri studiosi. I risultati più importanti provengono dall’analisi di facies e dalle composizioni mineralogiche: - Tutte le petrofacies del Morris Basin sono correlabili con quelle di Allan Hills (TVm) - Una parte dei depositi del Permiano nel bacino della TVs sembra contenere più litici plutonici e metamorfici (circa 5%) rispetto a successioni analoghe ad Allan Hills ed in Terra Vittoria meridionale in generale. - La litostratigrafia di Thern Promontory (TVs) sembra affine, in termini di facies e petrofacies, ad una fase post-glaciale Permiana, come evidenziano alcuni dati in TVm, anche se con spessori notevolmente ridotti. - Le arenarie di Stewart Heights (TVs) e di Pudding Butte (Morris Basin) hanno caratteri sedimentologici e petrologici comparabili con quelle del Triassico inferiore ad Allan Hills (TVm). - Nella Section peak Fm. (simil-Lashly Fm) sono composizionalmente litareniti e litareniti feldspatiche come quelle della SVL. - I bacini della TVs e TVm, in un periodo compreso tra il Triassico medio-Giurassico inferiore, registrano la comparsa di litici vulcanici lavici (Formazioni di Section Peak e Lashly). - Anche per i granati e le miche detritiche triassiche le composizioni sono correlabili tra la TVs e TVm. In conclusione, il presente studio pone nuovi vincoli petro-stratigrafici e paleogeografici in Terra Vittoria meridionale e settentrionale, in quello che era il paleomargine meridionale del Gondwana. In particolare, lo studio sedimentologico e di provenienza dei sopracitati depositi ha consentito di produrre ed apportare una grande mole di nuovi dati, la cui elaborazione consente di evidenziare una storia geologica evolutiva ben più articolata e complessa di quella conosciuta.