IODP e la paleogeografia

Perforazioni oceaniche

Andiamo a vedere la storia delle grandi perforazioni oceaniche e iniziamo a parlare dei grandi

proge5 internazionali, che si chiamano IODP, ma sono par;; chiamandosi Project MoHole. La MoHo

è una discon;nuità del crosta-mantello, che si provava a raggiungere con un carotaggio. Quindi

questo progeGo è iniziato alla fine degli anni 50 con questo scopo: perforare la crosta oceanica fino

ad arrivare al mantello, cosa che poi non è stata faGa. Questo progeGo è par;to come progeGo

americano e poi si è esteso ed è diventato il DSDP, Deep Sea Drilling Project, e poi si è trasformato

nel Ocean Drilling Program, che è diventato un progeGo internazionale, che ha coinvolto mol; paesi.

Negli anni ha sempre cambiato nome e ora si chiama il Ocean Discovery Program.

Tu5 ques; proge5 sono stato perforate per cen;naia di metri tu5 i fondali oceanici. Grazie a

questo progeGo si ha avuto un avanzamento enorme delle conoscenze della geologia marina e

microbiologia. Per fare i campionamen; e le perforazioni, si sono u;lizzate le navi da perforazione.

Sono navi di lunghe dimensioni, oltre i 100 m di lunghezza, e hanno un Derrick per sostenere e

ver;calizzare le aste di perforazione. Ci sono varie navi: la Cuss 1, la Glomar Challenger, la JOIDES

Resolu;on e la Chikyu.

Questa nave ha il Munpull, che è quel buco aGraverso la chiglia, che permeGe di far passare una

serie di aste. Ha il Derrick che è la torre di perforazione all’interno della quale c’è una gru che serve

a sostenere il peso delle aste, che servono per perforare il fondo. Quindi dalla nave vengono calate

una serie di aste di 10 metri in 10 minu;, che possono operare a qualunque profondità.

Abbiamo visto dei video fa5 a bordo della JOIDES Resolu;on, che documentano un po' come

avvengono queste operazioni di perforazione e abbiamo visto tu5 i passaggi che vengono fa5 fino

a oGenere le carote e a cosa ci servono le carote.

L’inizio del campionamento: la testa di perforazione è visibile sul ponte di coperta e c’è dentro il

caro;ere, al cui interno c’è un tubo di plas;ca che campionerà il sistema. La gru deve sostenere il

peso di tuGe le aste che poi vengono calate in acqua. Questo procedimento si ripete n volte fino ad

arrivare al fondo del mare; è un processo semiautoma;co, cioè ci sono delle par; faGe delle

macchine e gli operatori manualmente avvitano. L'asta viene sollevata, un carrellino la porta avan;

e l'asta viene portata fino all’altra asta già immersa e la si aggancia e stringe. E questa cosa va avan;

per ore, perché questa nave lavora sulle 24 ore. Quando si arriva alla profondità, per esempio, di 4

metri dal fondale si inserisce il caro;ere. Il pistone viene calato insieme al caro;ere. Quando il

caro;ere arriva sul fondo, il pistone fa l’effeGo risucchio.

Quindi il pistone viene inserito nelle aste di perforazione ed è come un sistema che corre all’interno,

ci sono dei cavi che lo sostengono. Quindi prima si infila il pistone (10 m), poi si cala giù e poi si

aGacca il caro;ere (diametro circa di 10 cm). Il caro;ere è d’acciaio con una punta tagliente perché

deve penetrare e al suo interno c'è un tubo di plas;ca, che è quello dove effe5vamente il sedimento

verrà raccolto. Il caro;ere e il pistone poi scendono con il pistone dentro al caro;ere e quando poi il

carrozziere arriva al fondo, il pistone viene tenuto in tensione e fa questo effeGo di risucchio.

Quando il caro;ere risale con i suoi 10 m di sedimento raccolto, bisogna aprire le aste per estrarre il

caro;ere. Prima si toglie il pistone e poi si toglie la carota, che viene lasciata in un tubo di 10 m. Nel

fraGempo si manda giù un’altra carota. In questo modo si scende 10 m dopo 10 m a campionare il

sedimento. La parte tagliente della carota viene tolta e viene portata a studiare da quelli che

studiano i microfossili, per dare un’età al sedimento. Il curatore sarà colui che si annota in quante

par; viene divisa la carota e poi ques; da; vengono messi in un database. Solitamente si taglia ogni

1.50 m.

Dopodiché si portano in laboratorio e grazie ad uno strumento, chiamato laser kiGy, si incidono i

nomi delle carote e poi si meGe anche un’e;cheGa. I sedimentologi descriveranno le carote cm per

cm. AGraverso un altro strumento si scannerizza la carota per avere le colorazioni in formato digitale

per avere la foto della carota e annotare di fianco le osservazioni. La carota viene analizzata anche

ai raggi x per analizzare la struGura delle componen; interne che magari non si vedono. Si misurano

anche le proprietà magne;che della carota (susce5vità magne;ca e la polarità del campo

magne;co, si possono vedere le inversioni del campo magne;co). I sedimen; vengono data; con la

biostra;grafia, analizzando le specie presen; di plancton, e le inversioni del campo magne;co. TuGe

le carote dell’oceano Pacifico vengono portate in un deposito refrigerato in Texas.

Metodi di carotaggio

1) Hydraulic piston corer (HPC)

Parliamo di un caro;ere con la testa affilata e che entra nel sedimento. Possiamo vedere

dall’immagine come funziona il conceGo del pistone: il caro;ere entra nel sedimento insieme alle

aste e si crea un effeGo risucchio, come se fosse una siringa, e aiuta il caro;ere a penetrare per 10

m. Questo sistema viene indicato come HPC e viene usato per sedimen; soffici, i fanghi inconsolida;.

Si riesce a campionare anche 150 m.

2) Extended core barrel (XCB)

Quando il sedimento diventa più duro e consolidato, non si riesce a penetrare nel sedimento e si

usa un altro metodo: XCB. È un sistema simile al precedente, ma il caro;ere stesso ha una punta

tagliente e quindi va giù ruotando insieme alle aste di perforazione.

3) Rotary core barrel (RCB)

Quando il sedimento diventa ancora più duro. Questo metodo consiste nella rotazione di tuGo lo

strumento: il tubo carotatore ruota con le aste. Viene usato per entrare nelle rocce. Ogni carota

viene divisa in sezioni da 1 m e mezzo, ma tra una sezione e un’altra non si riesce a campionare del

tuGo, c’è un disturbo. Può esserci sedimento che non viene campionato.

Quindi per riuscire a campionare tuGo per ogni sito si fanno almeno due carotaggi, in modo da poter

analizzare anche la parte mancante, facendo delle sezioni di dimensioni diverse. E alla fine si fa una

ricostruzione della carota completa, che si chiama Splice, che con;ene un pezzo di A e uno di B, per

evitare tu5 i disturbi. La Splice è la carota virtualmente con;nua, che con;ene la sedimentazione

che è avvenuta in quel luogo da oggi indietro nel tempo.

Paleocenografia

La paleoceanografia è lo studio della storia degli oceani e comprende lo studio di diversi aspe5:

- Circolazione oceanica

- Clima

- Biologia

- Chimica

- Geologia

La paleoceanografia si basa sui da; che noi ricaviamo dagli archivi, che con;ene delle informazioni.

Un sedimento, per esempio, è un archivio dal quale possiamo ricavare delle informazioni. Le

principali fon; di informazione della paleoceanografia si trovano negli oceani stessi e sono:

- Sedimen; marini (sia terrigeni che biogenici)

- Biocostruzioni: coralli tropicali e alghe calcaree

Importan; informazioni si possono ricavare però anche da terra. Quindi non parliamo più di archivi

marini, ma di archivi con;nentali, come:

- Da; sulla linea di costa, es. terrazzi indicano il paleo-livello del mare

- Da; glaciologici, da; indire5 sul livello del mare

Possiamo dire che c’è uno streGo legame tra paleoceanografia e paleoclimatologia, poiché l’oceano

ha un ruolo importante nel sistema clima;co. Infa5 immagazzina e trasporta energia; funge da

serbatoio per alcuni gas-serra, stoccaggio di CO2.

Quindi possiamo andare a ricostruire il clima del passato aGraverso la paleoceanografia. Una ;pica

ricostruzione paleoceanografica comprende diversi passaggi:

a) Iden;ficare l’archivio adaGo, che dev’essere campionabile, buona risoluzione, intervallo di tempo

di interesse;

b) Datarlo in modo accurato, per capire in che tempo collocarlo;

c) Misurare il proxy adaGo per la ricostruzione da effeGuare (il proxy deve essere calibrato).

Ques; rappresentano alcuni degli ARCHIVI dai quali si possono estrarre da; indire5, chiama;

PROXY. È un dato che non è misurabile, ma che può essere ricostruito.

PROXY = da; indire5

Una quan;tà che è conservata in un archivio, che si può misurare e che permeGe di ricostruire in

modo quan;ta;vo un parametro che nell’ambiente aGuale si può misurare in modo direGo (con

sensori monta; sulla CTD o con misure direGe).

Se nell’ambiente aGuale noi possiamo andare con una sonda a misurare la temperatura, abbiamo

dei da; indire5 che ci permeGono di ricostruire la temperatura. Per esempio, se troviamo uno

scheletro di un foraminifero planctonico di una certa specie che è indicatrice di acque calde,

studiando tuGa la associazione della specie posso trovare una formula che mi permeGe di risalire

alla temperatura. La cosa difficile dei Proxy è che vanno studia; nell’ambiente aGuale secondo il

principio dell’aGualismo (il presente è la chiave per passato), ovvero osservo una situazione

nell’aGuale e la trasferisco nel passato. Per esempio, stessa associazione, stessa temperatura.

Condizione necessaria: i faGori che regolano il rapporto tra il dato indireGo e il parametro non sono

cambia; nel tempo > Il presente è la chiave del passato.

Paleotemperature

Ora vediamo alcuni Proxy importan;, come gli isotopi dell’ossigeno. Gli isotopi dell’ossigeno

vengono usa; come strumento per ricostruire le paleotemperature. Gli isotopi di un elemento sono

atomi con un diverso numero di neutroni e quindi diverso numero di massa.

Gli isotopi dell’ossigeno sono presen; nelle seguen; percentuali:

16 O=99.76%

17 O=0.04%

18 O=0.2%

Su cosa si basa l’uGlizzo di quesG isotopi per fare ricostruzioni del paleoclima?

Si basa sul faGo che l’ossigeno e i suoi isotopi sono conserva; con un certo rapporto all’interno degli

scheletri di carbonato di calcio. Il mo;vo per cui viene usato come Proxy è che gli isotopi possono

essere separa; in base alla loro massa aGraverso processi fisici o biologici.

Frazionamento

Questo procedimento si chiama frazionamento, ovvero la separazione parziale degli isotopi di due

sostanze dovuto alla loro massa. Il frazionamento viene espresso con il simbolo della delta (δ) ed è

il rapporto isotopico tra isotopo pesante e isotopo leggero in un campione meno lo stesso rapporto

ma di un campione standard, e questo valore ci dice quanto il rapporto isotopico del nostro

campione differisce rispeGo ad un valore standard:

Esistono due valori standard: il valore medio del rapporto isotopico nell’acqua (S