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Referente

  • Fabio Florindo
    UF Laboratorio di Paleomagnetismo
  • M. Pompilio (INGV - PI)

Tematiche

Progetto ANDRILL


ANtarctic geological DRILLing - Rapporti Temporali tra Attività Vulcanica e Sedimentazione nell’Area McMurdo Sound - Ross Ice Shelf: Implicazioni Tettoniche e Paleoclimatiche
Inizio:
Ottobre 2006
Fine:
Settembre 2009
Sito Web:
http://www.andrill.org/

ANDRILL è una iniziativa internazionale mirata a perforare aree chiave lungo il margine continentale dell’Antartide con l’obbiettivo di investigare, a varie scale di studio, l’evoluzione paleoclimatica e geologica del continente nel corso degli ultimi 50 Ma. Dopo tre anni di indagini geofisiche (aeromagnetismo, gravimetria, sismica a riflessione), la prima campagna di perforazione si effettuerà nella stagione Antartica 2006-2007. E’ stato sviluppato un nuovo sistema di perforazione che si basa sulla tecnologia utilizzata per il progetto CRP nonchè sull’esperienza acquisita nel corso delle precedenti perforazioni nell’area.
Questo nuovo sistema permette di:

  1. perforare sia da sea-ice che dall’ice-shelf,
  2. recuperare sedimenti fino ad uno spessore massimo di 1200-1500 metri posti sotto una colonna d’acqua di 1000 metri,
  3. avere un recupero sempre nell’ordine del 95%.

La perforazione del progetto MIS si effettuerà nel settore nord-ovest del Ross Ice Shelf ad est della Penisola Hut Point nell’Isola di Ross. Il target stratigrafico del progetto MIS è una sequenza glaciomarina dello spessore di 1000-1200 metri di età Pliocene-Pleistocene. Questo sarà il primo record stratigrafico di spessore considerevole recuperato al di sotto di un ice-shelf. Lo studio dei proxy paleoambientali e paleoclimatici registrati in questa sequenza sedimentaria ci darà nuove informazioni sul comportamento dell’ice-shelf nelle fasi di “optimo climatico” che si sono succedute nel corso degli ultimi 2 milioni di anni ed aprirà anche una finestra sulla sua dinamica nella fase attuale di riscaldamento globale.

Contesto scientifico

Nel corso delle ultime due decadi, grazie a numerose ricerche effettuate su sequenze sedimentarie perforate nell’Oceano Meridionale e lungo il margine continentale dell’Antartide (per citare alcuni progetti: ODP Leg 113, 119, 120, 177, 178, 181, 188, 189, MSSTS, DVDP, CIROS and Cape Roberts Projects), è stato fatto un significativo passo avanti sulle conoscenze sia sull’evoluzione paleoclimatica del Cenozoico, ma anche sulla paleoceanografia e la paleoecologia dell’Antartide e dell’Oceano Meridionale. I risultati di queste ricerche forniscono una insostituibile base di partenza per la programmazione di ulteriori attività in Antartide, tra le quali ANDRILL/Portfolio McMurdo Sound. Il programma ANDRILL è una iniziativa internazionale coordinata da quattro Paesi (Italia, USA, Nuova Zelanda e Germania) finalizzata a incrementare le conoscenze sul ruolo esercitato dall’Antartide nell’influenzare le variazioni climatiche del pianeta, attraverso la perforazione di siti strategici lungo il margine circum-Antartico. Si utilizzerà un nuovo sistema di perforazione che deriva dagli impianti utilizzati del programma Cape Roberts (CRP). Rispetto al precedente, il nuovo sistema di perforazione ha una maggiore flessibilità e, tra le altre cose, permettera di perforare sequenze anche dall’ice-shelf. Tra le regioni periantartiche di particolare interesse per acquisire tali informazioni, il McMurdo Sound, nel Mare di Ross, è stato identificato sin dalle prime fasi di esplorazione come una regione chiave per ottenere una ricostruzione di dettaglio della evoluzione climatica della calotta glaciale dell’Antartide orientale nel Cenozoico. Un altro importante interesse di questa regione risiede nel suo contesto geotettonico regionale, per la sua localizzazione interna al West Antarctic Rift System, uno dei sistemi di rift più estesi del pianeta. I risultati delle indagini geologiche previste nel progetto di perforazione MIS - e specificatamente quelli delle indagini multidisciplinari previste in questa proposta di progetto di ricerca - possono giocare un ruolo determinante per contribuire alla verifica di ipotesi e modelli paleoambientali e paleoclimatici, anche a scala globale. Il “target” primario del progetto MIS è una sequenza di c. 1200 m di sedimenti biogenici, vulcanici e terrigeni di età Plio-Pleistocenica che si è deposta in bacino flessurale a sud dell’isola di Ross, nel Windless Bight. Una singola perforazione è stata proposta all’intersezione delle linee sismiche MIS-1 e MIS-2 con un battente d’acqua di 900 m, partendo dall’ice-shelf.

Descrizione della ricerca

La regione del McMurdo Sound è una delle aree che è stata interessata dalle tre significative componenti del sistema criosferico antartico: la calotta glaciale orientale, il sistema Ross Ice Shelf + calotta glaciale occidentale, e il ghiaccio marino del Ross Embayment. Carote di sedimenti recuperate in questa regione hanno quindi un elevato potenziale di fornire dati geologici significativi per un ampio spettro di sistemi deposizionali e con varia risoluzione temporale. Questi dati potranno essere utilizzati per valutare l’influenza relativa di ciascuna delle tre componenti della criosfera antartica sul sistema
ambientale regionale.
Questa proposta di progetto intende delineare un programma di indagini integrate e multidisciplinari sulle carote MIS coordinando strettamente gli studi sedimentologici (analisi di facies, stratigrafia ad alta risoluzione, diagenesi), paleontologici e di paleomagnetismo alle indagini di tipo petrologico (petrografia di tutte le frazioni granulometriche e analisi microstrutturali), mineralogico (minerali pesanti e argille) e geochimico dirette a caratterizzare compiutamente i sedimenti recuperati.
Durante la fase di perforazione, a differenza di quanto effettuato per il progetto Cape Roberts, un numero ristretto di ricercatori sarà richiesto on-ice per una caratterizzazione iniziale delle carote. Successivamente alla fase on-ice, una comunità scientifica più ampia sarà richiesta off-ice e comprenderà specialisti nei seguenti settori: biostratigrafia e paleoecologia, paleomagnetismo, isotopi stabili e radiometrici, petrografia, stratigrafia sismica, diagenesi, stratigrafia sequenziale, ciclostratigrafia e sedimentologia, downhole logging, geologia strutturale e misure di stress in situ, proprietà fisiche, geochimica organica/inorganica.
L’integrazione dei dataset minero-petrografici e geochimici con i risultati delle analisi stratigrafiche sarà la base di partenza per elaborare schemi interpretativi e modelli appropriati per una utilizzazione più efficace e completa dei diversi dataset petrologici e geochimici come traccianti della evoluzione paleoambientale, tettonica e paleoclimatica registrata nei sedimenti recuperati nei due pozzi.

Obiettivi

Gli obiettivi generali di ANDRILL sono:

  1. ottenere un record dei principali eventi climatici che hanno influenzato la criosfera nel corso del Cenozoico;
  2. determinare le oscillazioni paleoclimatiche avvenute con frequenze orbitali (cicli di Milankovitch) e sub-orbitali;
  3. ottenere un record a maggior risoluzione dello sviluppo e dell’evoluzione della calotta orientale dell’Antartide;
  4. identificare e definire gli episodi di "optimum climatico";
  5. definire una cronologia di dettaglio dell’evoluzione paleoambientale dell’Antartide nel corso dell’Olocene;
  6. definire i tempi e le modalità di sviluppo dei più importanti sistemi di rift, nonchè la stratigrafia dei bacini sedimentari ad essi associati;
  7. ottenere dei dati geologici che possano servire a definire ulteriormente gli attuali modelli climatici e glaciologici;
  8. determinare se la dinamica del comportamento della calotta orientale ed occidentale è stata simile e sincrona.

Nello specifico, il principale obiettivo del progetto MIS è quello di comprendere meglio la dinamica del Ross Ice Shelf nel corso del Plio-Pleistocene. Nonostante la formazione di icebergs su una fascia di c. 40 km al suo margine settentrionale negli ultimi anni, la Ross Ice shelf è attualmente considerata stabile, ancorata ad Est dalla Roosevelt Island e, ad Ovest, dalla Ross Island. Comunque, i recenti eventi di formazione di iceberg in Antartide e il progressivo collasso delle piattaforme di ghiaccio nella Penisola Antartica nell’ultimo decennio hanno messo in evidenza la potenziale vulnerabilità delle piattaforme di ghiaccio, in particolare se le temperature atmosferiche globali continueranno ad aumentare. Di estremo interesse è il comportamento della Ross Ice Shelf durante le fasi di otimo climatico. Il confronto tra i nuovi record acquisibili con il progetto MIS e i record sedimentari dell’Oceano Meridionale consentirà di valutare il ruolo del sistema McMurdo Ice Shelf/Ross Ice Shelf nel modulare la corrente oceanica globale. Gli strati campionabili da MIS con ogni probabilità registrano variazioni sia dell’estensione che del carattere del Ross Ice Shelf che, a loro volta, monitorano i principali cicli glaciale/interglaciale delle calotte di ghiaccio quaternarie. Tuttavia, potranno anche essere documentati record di variabili con più elevate frequenze (e.g. Dansgaard-Orschger, ENSO, e i cicli solari).

Compito di Ricerca dell’Unità Operativa

Magnetostratigrafia e Magnetismo Ambientale di Sedimenti Cenozoici dal Margine Continentale dell’Antartide

I campioni per le indagine paleomagnetiche saranno prelevati con un tasso medio di campionamento di 50 cm, durante la stagione on-ice utilizzando un trapano a colonna. I campioni si analizzeranno all’interno di una stanza schermata dal campo magnetico terrestre e si utilizzerà un magnetometro criogenico di ultima generazione. La NRM sarà smagnetizzata sia per tappe progressive di campo magnetico alternato (AF) che di temperatura. I dati paleomagnetici, ottenuti dall’analisi dei campioni discreti saranno utilizzati per definire una magnetostratigrafia dell’intera sequenza perforata nell’ambito del progetto MIS. La sequenza delle polarità magnetiche, opportunamente integrata con vincoli biostratigrafici, radiometrici e sedimentologici sarà correlata alla scala di riferimento delle inversioni geomagnetiche (GPTS). La frequenza delle inversioni di polarità potrà consentire una stima dei ratei di evoluzione dei vari processi geologici riconosciuti nella sequenza sedimentaria. Oltre all’aspetto cronostratigrafico, uno studio di dettaglio della mineralogia magnetica e del magnetismo ambientale sarà finalizzato a dare un contributo alla ricostruzione delle principali variazioni paleoclimatiche e paleoambientali (compreso l’inizio e l’evoluzione del vulcanismo regionale). Verificheremo la presenza o meno di un controllo esterno (orbitale) sulle variazioni stratigrafiche dei vari parametri che caratterizzano la concentrazione, composizione e granulometria delle particelle magnetiche nella successione analizzata. I dati di declinazione ed inclinazione paleomagnetica possono anche essere utilizzati per ottenere informazioni sulla storia deformativa della regione (ad es. rotazione di blocchi crostali). Questo aspetto sarà sviluppato integrando opportunamente i nostri dati con quelli derivanti da altre discipline. Tra queste, saranno utilizzati i dati derivanti dal downcore logging e le misure delle altre proprietà fisiche della carota.


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