Geologia stratigrafica

Appunti di geologia stratigrafica

Daniel Cucugliato

Università degli studi di Catania

Geologia stratigrafica

La geologia stratigrafica è quel ramo della geologia che si occupa di ricostruire, ordinare e correlare le successioni stratigrafiche nel tempo e nello spazio. Tutti i corpi rocciosi possono essere classificabili nella stratigrafia, ma il principale campo di indagine di questa disciplina sono le successioni sedimentarie. Stratigrafia significa proprio: scienza che descrive gli strati.

Obiettivi della stratigrafia

• Ordinare i corpi rocciosi nello spazio, stabilire le corrispondenze di successioni rocciose che sono fisicamente distanti.
• Ricostruire le disposizioni geografiche nel passato (Paleogeografia).
• Ordinare i corpi rocciosi nel tempo, cioè datarli determinando le loro relazioni temporali, attribuendo un’età e capendo l’ordine in cui si sono formati.
• Correlare le successioni nello spazio e per eventi geologici, secondo la scala del tempo geologico.

La crosta terrestre è prevalentemente costituita da rocce ignee, più precisamente per il 65%, mentre per il 27% da rocce metamorfiche e il restante 8% da rocce sedimentarie.

Strato

Definizione fisica: Uno strato è costituito da un accumulo di sedimenti, delimitato fisicamente alla base e al tetto da superfici di discontinuità. In base alle dimensioni degli strati, in termini di spessore, si distinguono: banchi, strati e lamine.

Definizione genetica: Uno strato rappresenta la registrazione di un evento di accumulo sedimentario, prodotta da un determinato processo. Può anche essere considerato come l’ultimo stadio del processo di erosione, trasporto e sedimentazione.

Superfici di stratificazione: è il risultato di una non deposizione o di cambiamenti improvvisi nelle condizioni di deposizione. Se sono di tipo erosionale queste superfici appaiono molto evidenti; viceversa, se non sono di tipo erosionale la separazione tra uno strato ed un altro dipende dalla litologia e dalla tessitura.

Unità stratigrafica

Porzione di roccia che si differenzia dai corpi ad esso adiacenti per diversi fattori quali litologia, contenuto di fossili, età.

Concetto di alto e basso in stratigrafia

In stratigrafia si distinguono tre definizioni di alto e basso: topografico, stratigrafico e geometrico.

• Topografico: l’alto e il basso topografico vengono indicati rispetto la quota.
• Stratigrafico: qui l’alto e il basso stratigrafico vengono definiti in base allo strato più recente e allo strato più antico, dunque l’età, dove l’alto stratigrafico è rappresentato rispettivamente dallo strato più recente, mentre il basso dallo strato più antico.
• Geometrico: l’alto e il basso si distinguono proprio in funzione della posizione geometrica, cioè solo ed esclusivamente se la posizione di uno strato si trova più in alto rispetto ad un altro. Le tre definizioni corrispondono quando la successione risulta essere normale e in un paesaggio che non sia pianeggiante.

Principi di Stenone

Niels Stensen viene considerato il padre della stratigrafia, egli per primo comprese l’importanza e il significato dei fossili. Questi ultimi in precedenza erano considerati degli oggetti “demoniaci”, ma Stenone dedusse che fossero dei resti di esseri precedentemente vissuti, dunque dei fossili, dai quali si potevano ottenere delle informazioni. Principi di Stenone: sovrapposizione, orizzontalità, continuità laterale, intrusione.

Principio di sovrapposizione

Tale principio stabilisce essenzialmente che in una successione di strati lo strato è più recente rispetto allo strato su cui poggia, ciò si traduce nel fatto che si sia formato in seguito allo strato ad esso sottostante.

Principio di orizzontalità

Gli strati originariamente si depositano orizzontalmente, solo in seguito sono stati deformati modificando la loro giacitura.

Principio di continuità

Uno strato si estende lateralmente per una distanza notevole, e sono coevi in ogni punto. I materiali che costituiscono gli strati sono continui finché non vi è qualche altro corpo roccioso che interrompe questa continuità.

Principio di intrusione (Kross)

Tale principio stabilisce essenzialmente che lungo una successione di strati che viene tagliata trasversalmente da un litotipo differente, che interseca dunque la successione come ad esempio un dicco vulcanico, allora quest’ultimo sarà più recente rispetto alla successione di strati attraversati.

Principio di inclusione

Quando lungo una successione di strati si rinviene una roccia inclusa in un'altra, ad esempio xenoliti, allora avremo che la roccia inclusa sarà più antica rispetto alla roccia includente.

Principio del cross-cutting

Riguarda le faglie e l'età delle successioni geologiche che tagliano, interrompendo dunque la continuità di uno strato. Le faglie sono sempre più giovani delle rocce che tagliano. Appare logico il fatto che affinché la faglia possa tagliare una successione sia necessario che quella stessa successione si sia già formata. Si possono ritrovare in campagna successioni in cui alcuni strati (gli strati sottostanti) sono stati tagliati da una faglia, mentre gli strati sovrastanti no; ciò significa che la faglia risulta essere più giovane rispetto agli strati che ha tagliato, ma più antica degli strati sovrastanti che si sono formati in seguito all’azione della faglia.

Successioni: normali e rovesciate

Una successione risulta essere normale quando soddisfa il principio di sovrapposizione, in quanto l’aspetto fondamentale per definirla “normale” è proprio quello che lo strato più recente si trovi sovrapposto a quello più antico. Non si è parlato di principio di orizzontalità, né tantomeno di continuità laterale. Ciò perché gli strati nei vari ambienti si ritrovano inclinati ed interrotti, questo a causa dell’erosione e dell’azione di forze tettoniche ad esempio. Una successione si dice dunque rovesciata proprio quando non rispetta il principio di sovrapposizione, bensì accade l’opposto, cioè lo strato più antico poggia su quello più recente. Ma basandoci sui principi della stratigrafia, ed altre metodologie, è possibile ricostruire il modo in cui gli strati si siano inclinati, ed eventualmente rovesciati. Il passo principale per comprendere il movimento compiuto della successione è quello di individuare la base e il tetto degli strati.

Base

Tetto

T B

T O

B

Tetto

Base

Nel caso rappresentato lo strato ha subito una rotazione antioraria fino a rovesciarsi; è possibile che avvenga anche la rotazione in senso orario; fondamentalmente si riescono a distinguere in maniera rapida, quando avviene la rotazione in senso antiorario il tetto si trova a sinistra mentre la base a destra, quando la rotazione avviene in senso orario è l’esatto contrario, cioè il tetto si trova a destra mentre la base a sinistra. L’inclinazione è il massimo angolo che la successione forma con l’orizzontale. L’inclinazione massima registrata dall’inclinometro è di 90°, per tale motivo talvolta l’inclinazione può non coincidere con l’angolo di rotazione.

Ex.

BT

Nel caso rappresentato l’angolo di inclinazione non corrisponde all’angolo di rotazione, in quanto la rotazione forma un angolo ottuso(>90°), che non può essere misurato, perciò l’inclinazione è data dall’angolo di compensazione(180°- angolo di

Metodi per riconoscere la base e il tetto degli strati

• Bioturbazioni: sono dei disturbi del sedimento ad opera di organismi marini. Avviene ad esempio che in seguito alla formazione di uno strato vi sia l’intrusione di un organismo. Logicamente questa intrusione deve essere avvenuta al tetto dello strato, e non alla base. Grazie a questo foro di entrata siamo in grado di riconoscere il tetto di uno strato.
• Ma anche il rinvenimento di un’impronta è un importante elemento che ci consente di determinare quale sia la base o il tetto. Al momento della formazione di questa impronta si genera una sorta di positivo e negativo; cioè si verrà a formare impronta su quello che era precedentemente il tetto della superficie, generando dunque una parte scavata. Nel tempo altri sedimenti si depositeranno, andando a riempire la parte scavata dall’impronta e formando altri strati. Per questo si sviluppa una sorta di positivo e negativo. In gergo la parte scavata sul tetto con la sagoma dell’impronta si definisce mark, mentre il riempimento della base dello strato successivo si definisce cast. Il ritrovamento di un mark ci identifica dunque il tetto di una successione, viceversa un cast la base.
• Impronte da correnti di fondo: sono le strutture morfologiche superficiali formate dall’interazione fra corrente e sedimento sul fondo. Si distinguono forme; le correnti di fondo turbolente possono generare dei vortici, modellando la morfologia del substrato a forma di flute, affinché si formi un flute però il substrato deve essere morbido, ad esempio costituito da silt e argille. I flute ci consentono inoltre di comprendere l’orientazione del flusso della corrente al momento della formazione, potendo determinare dunque la direzione ed il verso che risulta essere data dalla parte più affusolata meno rigonfia.
• Quando la corrente di fondo piuttosto che scavare trascina un oggetto sul fondo (si dice corrente trattiva) tale da formare un solco sul substrato, generando perciò delle scanalature che sarebbero poi i mark; in seguito, questi vengono riempiti dalla formazione dello strato sovrastante prendendo il nome di gutter/groove casts. Questi a differenza dei flute però possono indicarsi solo la direzione della corrente al momento della formazione e non il verso.

Groove-cast

Flute-cast

Correnti possono anche generare delle increspature, che prendono il nome di ripple(questi possono essere fluviali, eolici e marini), quando la corrente che li genera è unidirezionale i ripple risultano essere asimmetrici, quando la corrente invece è oscillatoria sono simmetrici. Nel primo caso il versante meno inclinato è detto lato sottocorrente e su di questo migrano i grani di sedimento che poi si accumulano sulla cresta e scendono lungo il lato sopracorrente, più inclinato. La migrazione avviene sottocorrente.

Gradazione

Formazione di una struttura gradata che, per effetto della gravità, presenta alla base sedimenti grossolani più pesanti e salendo man mano verso l’alto la granulometria diminuisce (tipico stato di waning di un flusso).

Regola di Mottura

Questa regola permette di determinare con più semplicità la localizzazione e l'orientamento dei giacimenti di zolfo nel sottosuolo. Infatti, nella serie gessoso-solfifera a tetto dei calcari ed a letto dei gessi è possibile ritrovare lo zolfo; Mottura dedusse che i geminati di gesso, con forma a "ferro di lancia", indicano la posizione dove è possibile trovare, se è presente, lo zolfo, venendo a formare una palizzata di geminati che segue parallelamente l'orientamento del banco di zolfo.

Una nota va rivolta a quelle successioni che presentano degli strati perfettamente orizzontali ed altri.