venerdì 21 gennaio 2011

Tension cracks di grandi dimensioni. L’esempio giurassico del Monte Kumeta (Palermo, Italy).

Dopo aver passato in rassegna alcune strutture giurassiche di scarpata-bacino in Sicilia occidentale, esaminiamo anche alcuni esempi sulle piattaforme coeve. Nel contesto di espansione del margine passivo della stessa regione, le piattaforme si contraddistinguono talora per aver prodotto -durante l'inversione- strutture più piccole, con pieghe più acute.
Il Monte Kumeta (Fig. 1), che si erge fino a circa 1200 mslm a Piana degli Albanesi (PA) è solo una di queste; è interessante perché in uno spazio molto breve possono essere osservati i particolari salienti, e che adesso vediamo.
Fig. 1 - Ubicazione del'area
Cominciamo dal nocciolo, dal “core antcline”. Questa bellissima foto aerea che vi mostro qui (fig. 2), evidenzia alcune strisce con colori contrastanti. Il contenitore scuro, cioè il corpo incassante, è formato da calcari bianchi liassici di piattaforma.
Fig. 2 - Fotorestituzione aerea dell'area di m. Kumeta; miei appunti estemporanei sull'andamento planimetrico delle principali  faglie giurassiche e dei filoni associati. 
L’ ”invasore”, più chiaro, è formato da calcari rossastri nodulari con ammoniti, che riempie un sistema molto fitto e complesso di filoni e megafiloni nettuniani. La successione, nel complesso, è schematizzata in fig. 3).
Fig. 3 - Successione schematizzata dei terreni giurassici del M. Kumeta (disegno originale dell'Autore).
Io non voglio soffermarmi sul significato deposizionale delle varie unità stratigrafiche, su cui si sono già spesi fiumi di parole, anche molto belli. ed interessanti Qui si documentano in dettaglio le relazioni tra stratigrafia fisica e la tettonica sin sedimentaria, e le sue eredità rilasciate nella fase di inversione. Aspetti che, in modo tatticamente prudente, non sono mai stati toccati da nessuno prima di adesso, almeno con questa scala di osservazione e grado di dettaglio.
La struttura attuale del Kumeta è una anticlinale con asse circaE-W e con le ali molto chiuse, coratterizzata da una serie di particolari “anomali”. Lo metto tra virgolette poiché di queste anomalie se ne vedono in giro tantissime in Appennino e nelle Alpi; presumibilmente anche altrove.
Ebbene, quello che salta agli occhi è che il sistema filoniano è in gran parte iso-orientato con le direzioni strutturali (E-W e N-S), e che l’attività di apertura è stata così intensa da risucchiare quasi per intero i calcari ammonitici dell’unità inferiore, come si può vedere dalla foto sottostante (3.1). Presenti anche filoni aventi in planimetria una traccia parabolica, in accordo allo sviluppo delle faglie sinsedimentarie.
Fig. 3.1 - Megaflone giurassico a Gola di Honi (Kumeta). La geometria delle aperture è difficilmente collocabile nel contesto tettonico, se osservata alla scala di affioramento.
Questo lavoro interpretativo, e dal meticoloso riscontro in affioramento, è confluito in una mappa di dettaglio, di cui una anteprima (in questo momento provvisoria) è data in fig. 4. Il lavoro di rilevamento è durato decenni, iniziato già nei primi anni ’80 e fino al ’98; sono numerosi i lavori scientifici pubblicati a più nomi, da me ed altri, su questa zona. Ma nei primi tempi non ci si capiva gran che. Oggi vi sono più elementi interpretativi e un maggiore supporto tecnologico.
Fig. 4 - Carta geologica inedita (e provvisoria) del Monte Kumeta, redatta dall'autore in scala 1:10.000 (anno: 2006).
Un curioso aneddoto (...un po’ di gossip non guasta mai) racconta che prima di andar via dalla Sicilia proposi ad un collega del Dipartimento di Geologia di Palermo di pubblicare insieme questa mappa, unendo i dati in nostro possesso. Lui mi rispose che, essendo incominciato il lavoro CARG non era prudente; se avese accettato, adesso questa mappa sarebbe stata anche sua, e dall'incrociodei riscontri potevano nascere nuove ed interessanti idee. Niente. Il suo diniego imbarazzato in gergo significava dire che era "proibito", perché qualcuno che aveva in mano la direzione locale del progetto si sarebbe incazzato, e lo avrebbe impedito. Stoppato nell'entusiasmo, misi da parte il materiale ripromettendomi di non dimenticarlo mai, ma di pubblicarlo prima che fosse perduto. In mia assenza, nel corso degli anni successivi, si pubblicarono approfondimenti di pregio dal punto di vista micro e meso-stratigrafico, ma l’argomento oggi in oggetto continuò a restare tabù. Ancora oggi non se ne parla ufficialmente, essendo imminente il rilascio del relativo foglio CARG.
Ed allora, U-Tectonics invece ne parla, eccome.
La mappa non è ancora eloquente: forse è un passaggio obbligato, ma non ancora bastevole a capire l’importanza dell’affioramento e del suo significato: Monte Kumeta, signori miei, è un’anticlinale giurassica, ed oggi vedremo il perché.
Le stranezze di cui dicevo prima lo dimostrano: vediamole ad una ad una. Oltre alla rete nettuniana, già detta prima vi è un sistema di faglie dirette sinsedimentarie, parallele e perpendicolari all’asse maggiore (E-W). Le faglie perpendicolari sono più evidenti perché più piccole: si leggono pertanto anche nella stratigrafia, anche se stranamente nessuno le ha mai indicate come tali (foto di fig. 5).
Fig. 5 - Monte Kumeta, parete nord. Le faglie minori, in parte qui visibili (5B), sono tutte precedenti il Cretaceo, e possiedono un riscontro sinsedimentario anche nel sin e post-rift..
Fig. 5B 
Ma vi è di più: le faglie maggiori sono invece il risultato della crescita per estensione della struttura maggiore, e sono associate a strutture plicative coassiali.  Se si osserva a dovuta distanza una delle più belle sezioni naturali del Kumeta, quella affiorante a Gola di Honi, si può godere del seguente panorama (fig. 6).
Fig. 6 - Geo-panoramica a Gola di Honi. Una struttura del genere può essere facilmente interpretata come il risultato di una trascorrenza. Basa un po' di inversione, ma con una "forte" eredità giurassica. (foto ed interpretazione del'autore). 
E qui, la stratigrafia fisica comincia a chiarire meglio la natura dei filono come quello di fig. 3.1, il quale è collocato nella parte centrale in basso, dove sembra vi sia una trascorrente che ha provocato l'espulsione di una "flower structure". Questo non è escluso, ma se così è, anche la flower è giurassica...
Generalmente, non siamo propensi a credere che un sistema di pieghe e di strutture da espulsione possa generarsi in condizioni distensive; eppure gli esempi sia del continente Nord-Americano (come la “Flying Foam” nel Jeanne d’Arc Basin, Terranova) che numerosi altri del Mare del Nord, poi riprodotti in laboratorio dagli splendidi studi analogici di Mc Kclay (fig. 7A e 7B), dimostrano che questo è possibile, se si considera una geometria della master-fault “a gradini” (ramp-flat).
Fig. 7A - questa è una antiforme notevolmente chiusa; il sistema di faglie che la delimitano sono sinsediementarie (Strati bianconeri: prerift, strati grigi syn-rift; strati sommitali: post rift) . Eppure il raccorciamento è modesto....
Fig. 7B - ... Infatti l'antiforme deriva da semplice inversione di questa struttura estensionale, che si era sviluppata attraverso una geometria originaria ramp-flat della master fault diretta. Raccorciamento misurato in retrodeformazione: appena il 50% dell'originale!  (Tratto da un modello sperimentale analogico di McKclay, realizzato ad imitazione di esempi di tettonica estensionale realmente osservati in sismica).
Ebbene, sulla base di questo particolari, adesso comprendiamo meglio perché il risultato odierno di strutture come il Kumeta sia possibile, ed a quali condizioni di stress ma anche di riempimento sinsedimentario delle irregolarità affioranti delle reti filioniane. Queste ultima localmente possono essere viste coem una rete intricata di tension-cracks ingeneratesi su un cuneo in via di inarcamento e sollevamento. In passato credevamo che il Monte Kumeta fosse una delle strutture più piegate e raccorciate in assoluto. Oggi, sulla base di questo prezioso parallelismo, possiamo tranquillamente concludere che le geometrie affioranti, per quanto “esasperate” siano il risultato di una modesta inversione tettonica, con raccorciamento contenuto entro il 50% rispetto alle ampiezze originali.
L’esuberanza delle pieghe risulta infatti confinata entro determinate unità stratigrafiche superiori (Unità Hybla e Scaglia, di età cretacica), le quali risultano localmente scollate dal substrato, ove invece sono molto ben visibili le faglie dirette ed i filoni sin sedimentari. Talora (fig. 8) la formazione Hybla (Cretaceo inf.) risulta depositata su superfici di faglia soggette ad erosione, come è osservabile in un affioramento posizionato in corrispondenza della parte destra in basso nella figura 6 (Gola di Honi).

Fig. 8A e 8B - Kumeta, Honi (nord a destra). Particolare del contatto discordante della Fm. Hybla del Cretaceo inferiore sui Calcari Liassici, ampiamente controllato dalla tettonica sinsedimentaria estensionale.
Gli effeti dell'inversione a M. Kumeta
Restando a Gola di Honi, ma guardandone dalla giusta prospettiva il lato est, si osserva come la struttura sia sormontata da strati del Cretaceo intensamente piegati, con neto contrasto rspetto ai sottostanti che non lo sono. Questo scollamento non è generalizzato, ma locale, e prende posto su pecise superfici, come mostrato dalle sottostanti sezioni schematiche di fig. 9.
Fig. 9 - Sezioni geologiche schematiche attraverso la struttura del Kumeta (Nord a sinistra). La sezione  più in alto corrisponde a Gola di Honi,  e mostra come gli effetti dell'inversione lungo una faglia estensionale maggiore provochino lo scollamento localizzato del sin e post-ryft (strati del Cretaceo, in verde). Per ottenere una configurazione come questa, perfettamente osservabile in affioramento, è necessario che gli strati del Cretaceo si siano depositati in parte su un tratto di faglia affiorante. La tettonica sinsedimentaria con queste geometrie, giustifica l?eccesso a sud e la mancanza o l'impoverimento a Nord di unità stratificate. Il Monte Kumeta altro no è che la parte cntrale di una struttura molto simile a quella raffigurata nel modello di fig. 7.


Tiriamo le somme
Come già visto in questo sito per altre situazioni di scarpata-bacino, l’esubero delle lunghezze negli strati più giovani è dovuto al fatto che essi si sono in parte depositate su superfici di faglia venuti in affioramento prima e durante la deposizione. L’inversione causa la “retro-estensione” cioè la chiusura della faglie dirette e l’espulsione degli strati superiori verso l’alto, rispondendo ad ogni irregolarità stratigrafica nel frattempo generatasi. Ispessimenti ed assottigliamenti del syn-rift e del post-rift provocheranno di conseguenza scollamenti e strutture plicative diffuse, mentre il pre-rift mostrerà una apparente grado di compressione inferiore rispetto alle sue coperture. Si spiegano così le sezioni di fig. 9, che sono stati rilevate in affioramento. La cosa più interessante, o forse stupefacente, è che le faglie estensionali maggiori si conservano perfettamente anche dopo l'inversione, in accordo sia alla modellistica, che ai riscontri di affioramento. In questo senso, la parete nord del Monte Kumeta è uno degli esempi più evidenti di faglia sin-sedimentaria diretta che predata in gran parte al Cretaceo superiore. I contatti di questa faglia con gli strati sin e post-Hybla non possono spiegarsi altrimenti, perché pieghe e sovrascorrimenti possono produrre eccessi e raddoppi, ma mai mancanze e lacune tra le estremità stratigrafiche inferiori e superiori: altrimenti i piani di sovrascorrimento paralleli alla stratificazione dovrebbero asportare del materiale verso il basso, cosa che non risulta previsto dalle dinamiche conosciute. L’inversione tettonica certamente complica la ricostruzione in affioramento, e tende a disorientare i ricercatori.
Sono felice di avere mostrato la straordinaria rassomiglianza tra alcune geometrie sin sedimentarie estensionali, osservate in sismica nei margini passivi, sia nelle loro riproduzioni dinamiche in laboratorio in condizioni di inversione, ed infine in alcuni affioramenti giurassici molto belli della Sicilia occidentale. Spero che questo possa instradare le ricerche del futuro verso una riconsiderazione della dinamica compressiva e delle relative geometrie nel margine siculo-appenninico.
Forse i grandi "thrust sheets" della Sicilia sono molto meno “sheet”, molto meno sviluppati e molto meno raccorciati di quanto non si sia ritenuto fino ad oggi. Se non altro, è da rivalutare.

3 commenti:

Paolo Balocchi ha detto...

Volevo congratularmi con il tuo Blog di geologia che esprime un buon livello scientifico.

Lo studio sul Monte Kumeta mi è interessato molto e alla fine ho dovuto rileggere un'altra volta l'articolo soffermandomi su alcune parti interessanti.

Il mio consiglio è quello di approfondire le tue considerazioni solamente descrittive e intuitive, supportandole con dei dati mesostrutturali. Manca una cronologia degli eventi tettonici. Il modello dell'inversione tettonica (compressione-distensione) ormai accreditato da tempo, spiega molto bene alcune faglie regionali che mostrano una doppia cinamatica come quelle presenti anche in Appennino settentrionale.
Su base mesostrutturale dovresti riscontrare in campagna mesofaglie distensive antiche che si sono riattivate come sovrascorriemnti o faglie inverse più recenti.

Buon Lavoro

Francesco Vitale ha detto...

Grazie Paolo, per la tua stima ed attenzione verso il mio lavoro.

Vorrei solo precisare che quelle che tu chiami "considerazioni solamente descrittive ed intuitive" per me sono il frutto ragionamenti, collegamenti e conclusioni basate su numerosi e sudatissimi lavori di rilevamento sui luoghi cui ho personalmente preso parte.
Questi lavori di rilevamento iniziarono a metà degli anni '80, e si protrassero a successive riprese, per oltre dieci anni. Ho lavorato sul campo insieme a noti strutturalisti americani e a valenti stratigrafi italiani; conosco quindi i risultati delle loro analisi. Conosco inoltre tutti i lavori (e sono veramente tanti) di biostratigrafia e analisi delle facies di grande dettaglio che furono pubblicati da vari autori fino ai primi anni del 2000, compresi quelli di cui sono autori i miei ex colleghi universitari, allora precari come me o ricercatori, oggi tutti professori associati ed ordinari. Ho conosciuto di persona -e scambiato- anche con tantissimi altri ricercatori e professori sia italiani che provenienti da svariatissime parti del mondo, condotti in escursione sui luoghi, in occasione di tanti convegni.

Allora, per darti la giusta misura di ciò che non ho scritto (e che pertanto tu non potevi sapere) vorrei dirti che quel breve articolo per quanto mi riguarda è la sintesi finale, fatta da ciò che nessuno ha mai detto su quei luoghi. Sul Kumeta troverai montagne (forse esagero un po', ma comunque tantissima roba) di bibliografia alla meso- e micro-scala, sia strutturale che stratigrafica, ma non troverai nulla di simile a quel che ho scritto io.

Forse io sono un tantino presuntuoso, lo ammetto. Ma nessuno ha mai pubblicato (in Appnenino-Sicilia) una tale ipotesi sul come una struttura pari al Kumeta si sia formata, e perchè; almeno se parliamo di una scala che consideri l'intera antiforme (circa Km 4 lungh. x 1 di largh. x 0.7 di spessore). La mia interpretazione cozza con quelle correntemente ufficiali, perché prevede la necessità di un raccorciamento minimo: altro che sovrascorrimenti!
Per me significa che gli studi micro e macro erano incompleti, e che il segmento successivo era stato interpretato in massima parte attraverso modelli vecchi (o inapplicabili in quel contesto), oppure addirittura secondo pregiudizi imposti dalla visione correntemente accettata sulla Sicilia occidentale (semplice fold-and-thrust belt, il cui multistrato originario pre-deformativo era pensato come un piastrone regolare). Ecco perchè noi rilevatori per anni abbiamo capito poco o nulla del Kumeta: perchè ci aspettavamo di trovare un mucchio di cose che invece non c'erano, e viceversa.

Francesco Vitale ha detto...

Altra precisazione importante.
Il mio blog, per scelta precisa, non riporta bibliografia; tuttavia, visto che hai sollevato il problema, e sei interessato ai dati di mesoscala, potresti dare un'occhiata ai primi lavori della Francesca Ghisetti (se non ricordo male, fine anni '70) e poi ai lavori di Oldow, Channel et al. (fine anni '80) per quanto riguarda l'analisi strutturale; infine, alle dettagliate informazioni stratigrafiche e le interessanti sintesi contenute nel volume "6th International Symposium on the Giurassic System" - General Field trip Guidebook. In questo potrai verificare che la macorscala è proprio quel segmento che manca (cioè quello posto tra la micro-mesoscala e la scala regionale).
Su alcuni dei lavori citati troverai anche il mio nome, ma per me è acqua passata che in gran parte rinnego.

Sempre con un pizzico di presunzione, credo che se molti geologi italiani riguardassero l'Appennino secondo questa chiave interpretativa sarebbero costretti a ripensare una serie di modalità orogenetiche date per scontate, perchè imposte dalla geologia ufficiale: la stessa che tra poco coinciderà con quella dello Stato italiano (vedi CARG).

Il mio breve articolo non può e non vuole essere certo esaustivo; tuttavia, manca ancora un pezzetto finale che (quando avrò un istante di tempo) inserirò di certo.
Se hai altro da commentare, scrivi pure come hai fatto fino ad ora, considerando il fatto che io non abito più in Sicilia da anni, e non sono più interessato a questo tipo di ricerche.
Se ho creato il blog è solo per evitare che le cose più importanti che ho visto e documentato non andassero perdute, non avendo nessuna intenzione di inserirle su riviste scientifiche pilotate dalle varie correnti politiche della geologia italiana ed internazionale.
Ti ringrazio ancora per la tua attenzione e disponibilità.