Lezione 11 · Calcari alloctoni e costituenti dei carbonati

Comunicazioni

• Lunedì 19 ottobre la lezione riprende dalle dolomie (slide 31 in poi).
• Uscita del 28 ottobre: il prof, Federico o Briguglio mandano l’elenco di cosa portare. I DPI li avete tutti. Si è in zona protetta: niente martello e niente raccolta di campioni. “Mi raccomando, il 28 siate vivi e vegeti.”
• Fine aprile: un campo di tre giorni con base in una locanda a Piana Crixia (entroterra savonese), con giri tra Zuccarello e Sassello (le altre tappe sono poco chiare nell’audio). Nel secondo semestre sono previste due escursioni di Geologia, una di Paleontologia e il campo, Geologia 1 e Paleontologia insieme. Sulla carta un giorno è di Paleontologia, uno di Piazza e uno di Federico, ma in pratica “facciamo un po’ di tutto ogni volta”.
• Consiglio del prof: se dovete scegliere quando ammalarvi, fatelo in un giorno di lezione e non in uno di terreno. Una lezione si recupera dal libro e dagli appunti di un compagno; una giornata sul terreno è tecnicamente impossibile da recuperare.
• Nessun compitino parziale di Geologia (confermato; Federico ha la stessa impostazione).

I calcari alloctoni: ripasso dello schema

Si riprende dalla seconda metà della tabella di Embry e Klovan, quella dei calcari alloctoni.

Gli alloctoni sono i calcari in cui gli elementi costituenti non sono legati in situ: c’è stato trasporto, si tratta di materiale sciolto che ha avuto un’origine, si accumula, costituisce il sedimento e poi litifica. Dal punto di vista genetico sono quindi molto più vicini alle clastico-terrigene. Si resta sempre in un contesto interamente carbonatico: sia lo scheletro sia l’interstiziale sono carbonatici. Esistono anche i termini ibridi, con mescolanza di carbonatico e silicoclastico, di cui si è già parlato.

Negli autoctoni la classificazione dipendeva dall’architettura di crescita degli organismi costruttori, quindi da un criterio quasi paleontologico. Qui è un contesto più petrografico: le tessiture derivano da come e da quanto si accumula di ogni elemento (scheletrico, matriciale, interstiziale) nel volume della roccia.

Procedura: dare un nome a un calcare alloctono

1. Primo bivio: meno del 10% o più del 10% degli elementi hanno taglia > 2 mm? Il taglio dei 2 mm è sempre quello tra ghiaie e non ghiaie.
2. Più del 10% > 2 mm: è una calcirudite. Gli elementi dello scheletro sono a contatto (orto, scheletro-sostenuta) o separati da una matrice (para, matrice-sostenuta)?
   • a contatto → rudstone;
   • separati da matrice → floatstone (“float” = galleggiare).
3. Meno del 10% > 2 mm: si è nelle classi dimensionali inferiori (calcareniti, calcisiltiti, micriti). Si guarda se c’è la frazione micritica, il fango carbonatico finissimo.
   • Assente → lo scheletro è granulo-sostenuto: grainstone. L’interstiziale, quando c’è, è un cemento (sparite); dove manca c’è porosità.
   • Presente → gli elementi dello scheletro si toccano? Sì → packstone.
   • Presente e gli elementi sono dispersi (matrice-sostenuta) → più del 10% di grani nella classe delle sabbie? Sì → wackestone; no → mudstone.

Il mudstone è la condizione in cui, come per le pelitiche clastico-terrigene, non si distingue più una frazione interstiziale da una scheletrica: è tutto fango.

Matrice e cemento nei calcari alloctoni

Il ragionamento è lo stesso dei conglomerati. Da un mudstone a wackestone, packstone e grainstone: aumenta l’energia del sistema, si tolgono le frazioni fini, lo scheletro si addensa e le matrici vengono sostituite dal cemento, alla fine addirittura precipitando un autigeno. Si passa così da un legante sindeposizionale a uno postdeposizionale. Stessa cosa tra le calciruditi: da un floatstone (para, matrice-sostenuto) a un rudstone (orto, scheletro-sostenuto): si aumenta l’energia, si evacuano le frazioni fini, si addensano quelle grossolane e poi precipita il cemento.

Se si guarda solo l’interstiziale:

• Mudstone: è solo micrite. Sono per elezione le matrici dei wackestone e dei packstone.
• Packstone: lo scheletro si è addensato, quindi hanno circolato fluidi: tipicamente c’è micrite e anche cemento sparitico.
• Rudstone / grainstone: matrice sostanzialmente assente: l’interstiziale è cemento sparitico o vuoti (c’è sempre la possibilità dei pori).
• Floatstone: una matrice è obbligatoria: senza, i clasti si toccherebbero. La matrice è carbonatica ed è un mudstone, un wackestone o un packstone (fango più frazione calcarenitica).

L’interstiziale dei boundstone

I calcari alloctoni sono anche l’interstiziale dei boundstone: gli spazi tra gli scheletri sono riempiti dagli stessi tipi di sedimento.

• Un bianco con matrice che è un floatstone a sua volta avrà matrici fatte di fango e di frazioni calcarenitiche.
• Un rudstone richiede energia massima: per formarlo bisogna evacuare tutte le matrici. Tra i costruttori è quindi più probabile in un framestone, che è robusto (grandi colonie che crescono le une sulle altre).
• Un bindstone è delicato: le croste e i tappeti algali verrebbero scompaginati da un ambiente tanto aggressivo, quindi è più probabile che abbia floatstone, con accumuli meno violenti.
• Le colonie ramose possono essere frammentate da una mareggiata: in molti casi le matrici dei boundstone sono calcari alloctoni fatti dalla frammentazione degli scheletri stessi dei costruttori (pezzetti di rami).

Equivalenza con Dunham

La classificazione di Dunham è l’antenata di quella di Embry e Klovan, che l’ha completata. Non tiene conto della taglia: non distingue tra calcareniti e calciruditi. Se si incontra un grainstone di Dunham, comprende sia il grainstone sia il rudstone di Embry e Klovan. Dalla tabella in basso a destra della slide 26 (lettura mia della figura, poco nitida): wackestone di Dunham ↔ floatstone di Klovan; packstone e grainstone di Dunham ↔ rudstone di Klovan. “Noi usiamo Embry e Klovan.”

Composizione dei carbonati

Slide 27–28.

Le rocce carbonatiche sono fatte di calcite, dolomite e aragonite, tutte fasi legate al CO₃. Calcite e dolomite sono tra loro in rapporti di miscibilità: possono esserci termini intermedi. La roccia è per almeno il 95% carbonato: da lì si è nel “mondo dei carbonati”.

• La calcite può contenere Mg al posto del Ca (calcite magnesiaca, oltre 4–5 mol% di MgCO₃); gli scheletri e i gusci possono essere di calcite, aragonite o calcite ricca in Mg, fino al 30 mol%.
• Impurità (in genere < 5%): quarzo, calcedonio, feldspati, miche, minerali argillosi e minerali pesanti. Con un attacco acido restano come residui insolubili. Possono esserci anche materiale organico (carbonacei) e fasi autigene.
• Verifica con l’acido: come si è visto in aula quando si è “fatto friggere” un pezzetto di calcare, quello che non reagisce è non carbonatico e riconducibile a queste componenti accessorie.
• Come nelle clastico-terrigene: scheletro, interstiziale, porosità, con lo stesso significato. La scala dimensionale è la stessa (Udden–Wentworth).

Scheletro: i clasti, nel senso più ampio, che derivano da rocce preesistenti (extrabacinali) o da processi intrabacinali; in questo caso conta moltissimo la biosfera, direttamente o per mediazione. È la classe dimensionale maggiore e definisce la tipologia della roccia.

Interstiziale: matrice (micrite, sindeposizionale) e/o cemento (sparite, postdeposizionale). Possono coesistere o il cemento può sostituire del tutto la matrice. Il cemento ha forme di crescita diverse: cristalli allungati che partono dall’elemento scheletrico, un “pavimento” che sigilla gli spazi tra i granuli, cristalli che crescono in continuità ottica con i clasti (cemento sintassiale). È sempre sparite, ma con forme diverse. Le condizioni che le producono si vedranno a Geologia 2.

Gli elementi dello scheletro

Lo scheletro dei calcari alloctoni ha tre tipi di elementi: carbonatici extrabacinali (frammenti di rocce carbonatiche, che si comportano come qualunque clasto), biogenici e non biogenici.

Elementi biogenici

I fossili: la mineralizzazione di parti scheletriche, più o meno complete, di un organismo, ad aragonite o calcite (che alla fine si converte quasi sempre in calcite). Interi o frammentati sono tra gli elementi più frequenti dello scheletro delle carbonatiche. Quando la frazione scheletrica è interamente biosferica si aggiunge il prefisso bio-: biocalcirudite, biocalcarenite, biocalcisiltite, biomicrite.

Elementi non biogenici

Strutture, o parti di strutture, che non sono fossili in senso stretto: possono essere mediate dalla biosfera, ma l’oggetto in sé non è un fossile.

Peloidi e oncoidi sono “non biogenici” perché non sono fossili: sono strutture che derivano dall’attività di organismi, e l’oggetto nella sua totalità non è un singolo fossile (il peloide è per esempio la “cacca di un gasteropode” mineralizzata e rielaborata fino a diventare parte dello scheletro).

Aggregati di granuli

Gli stadi (slide 30, da Tucker, 1990): binding stage, grapestone stage, lump stage, mature lump stage.

La matrice micritica lega all’inizio gli elementi e poi agevola la ricristallizzazione, cioè la sostituzione molecola a molecola, che li fonde fino a farne un oggetto unico. Contemporaneamente i singoli granuli vanno incontro a micritizzazione: durante la cristallizzazione perdono le strutture cristalline originarie, sostituite da fango micro-cristallino (sempre calcite, ma micrite). Il processo cancella via via le strutture, e in un lump maturo non si riconosce più la struttura di partenza.

Perché succede? I fattori sono i soliti: pressione, temperatura e circolazione di fluidi. Qui c’è un’attività marcata dei fluidi durante la diagenesi, che sposta la frazione ionica e fa ricristallizzare il sistema.

Esercizi fatti in aula

1. Ooidi di 1,5 mm con cemento sparitico coerente. 1,5 mm sono nella classe delle sabbie, quindi meno del 10% oltre 2 mm; gli ooidi sono costituenti alloctoni; c’è cemento sparitico e quindi non c’è fango: l’unico nome rimasto è grainstone. Si descrive come grainstone ad ooidi.

2. Peloidi dispersi in una matrice. È un floatstone a peloidi, la cui matrice può essere un wackestone.

Questi sono gli esercizi che si faranno poi sui campioni.