Una campagna di “magnetostratigrafia”: alla ricerca delle inversioni del campo magnetico terrestre

In diverse parti d’Italia e del mondo ci sono successioni di rocce che contengono nel loro interno il “Chiodo d’oro” ossia il limite fisico tra due strati che segnano il passaggio da una unità di tempo geologico a un’altra. Questi luoghi sono quindi indicati come geositi di importanza mondiale e grazie ad essi la comunità scientifica dispone di stabili e globali strumenti di datazione.

di Chiara Caricchi e Leonardo Sagnotti

Per studiare la storia del nostro pianeta è essenziale inquadrare in una cornice cronologica precisa gli eventi occorsi nel passato geologico (si veda qui per una breve introduzione alla classificazione del tempo in geologia). A tal fine, i ricercatori lavorano al perfezionamento della scala globale dei tempi geologici. In questa scala, gli intervalli di tempo sono definiti da limiti che necessitano di una definizione univoca e di significato globale.

In particolare, il  punto che indica il limite fisico tra due strati che mettono in contatto rocce che segnano il passaggio da una unità di tempo geologico ad un’altra, viene definito dai geologi come GSSP (Global Stratigraphic Section and Point, ossia Sezioni e punti stratigrafici globali) e viene marcato da un “Chiodo d’Oro” (Golden Spike). Allo stato attuale sono stati ratificati 69 GSSP in tutto il Mondo, di cui 10 in Italia. Fra quest’ultimi,  l’INGV ha partecipato allo studio che ha portato alla ratificazione del Chattiano. I GSSP rappresentano quindi il limite fisico tra due strati che mettono in contatto rocce di età distinta, due intervalli della scala del tempo geologico. Si tratta dunque di geositi di importanza mondiale in quanto rappresentano lo standard di riferimento per la scansione del tempo geologico. Grazie ad essi la comunità scientifica dispone infatti di riferimenti stabili e globali per la datazione delle rocce e degli eventi della storia della Terra in esse registrati.

Negli ultimi anni alcuni ricercatori del gruppo di paleomagnetismo dell’INGV di Roma sono stati impegnati in un progetto di ricerca con i colleghi delle Università di Siena e Catania che aveva come fine quello di individuare una sezione stratigrafica da proporre quale candidata alla definizione del GSSP del Burdigaliano (ovvero il limite Aquitaniano/Burdigaliano), datato a circa 20.43 milioni di anni fa.

Il centro dell’attenzione dello studio e quindi della campagna è stato quello di vincolare ad alta risoluzione l’età di alcune rocce affioranti nell’Appennino Umbro-Marchigiano, con l’intento di individuare la sezione tipo per la base del Burdigaliano nell’area Mediterranea, regione in cui sono stati istituiti alcuni chiodi d’oro del periodo geologico del Neogene.

Il lavoro comporta uno studio stratigrafico integrato, con analisi del contenuto micropaleontologico e delle proprietà litologiche e fisiche della successione di sedimenti. All’INGV ci siamo occupati in particolare delle proprietà magnetiche dei sedimenti e del riconoscimento della successione di inversioni del campo magnetico terrestre. Raccontiamo nel seguito la sequenza delle attività con cui si è svolta la ricerca.

Prima di partire per la campagna è stato necessario condurre diverse ricerche bibliografiche e, grazie ad alcuni studi eseguiti da colleghi geologi negli anni ’90, è stato possibile definire i settori di successioni di rocce più adatti per raggiungere lo scopo.

Le zone selezionate si trovano lungo la strada della Contessa a pochi chilometri da Gubbio, dove si posso osservare spettacolari esposizioni di successioni rocciose, lungo le quali in pochi metri sono rappresentati milioni di anni della storia della Terra.

Affiornamento

Il kit del geologo, necessario per questo lavoro di campagna è costituito da: martello, bussola, macchina fotografica, quaderno di campagna dove prendere nota di tutte le osservazioni, e in questo caso anche un casco da cantiere, perché la successione da analizzare selezionata per questo studio è stata localizzata all’interno della cava delle cementerie Barbetti di Gubbio.

materiale
Materiale necessario per la campagna 

Durante la campagna sono stati prelevati 115 campioni orientati su una successione spessa 36 metri.

3_Fase di campionamento
Fase del campionamento

Nel laboratorio di Paleomagnetismo di Roma i campioni sono stati poi preparati per le misure delle proprietà magnetiche e le successive analisi. Le misure di laboratorio si prefiggono di isolare la componente di magnetizzazione dei sedimenti acquisita secondo il campo magnetico presente sulla Terra al momento della formazione delle rocce in esame (per approfondimenti rimandiamo qui).

4_faselab
Campioni per analisi paleomagnetiche (sinistra) e Laboratorio di Paleomagnetismo di Roma (destra)

L’obiettivo del lavoro in laboratorio è dunque quello di definire la variazione del campo magnetico nel passato e di identificare la sequenza delle sue inversioni di polarità, ricostruendo così la scala cronologica delle inversioni (o scala magnetostratigrafica) e datare cosi’ esattamente l’intervallo di interesse. Il risultato di questo studio ha portato ad identificare lungo la sezione una successione di 8 inversioni di polarità del campo magnetico terrestre.

5_Inversionedelcampo e scala magnetostratigrafica
Scala magnetostratigrafica (sinistra) e successione delle rocce sedimentarie oggetto di studio (destra)

La scala magnetostratigrafica così ricostruita, visibile nell’immagine precedente sulla sinistra, è stata poi confrontata ed integrata con i dati ottenuti dalle analisi del contenuto di microfossili su campioni di roccia prelevati in corrispondenza di quelli paleomagnetici. Il confronto dei risultati ottenuti ci ha permesso di datare la sezione in esame e di contribuire all’identificazione della posizione del limite stratigrafico ricercato.

Per approfondimenti potete trovare la pubblicazione scientifica a questo link