Biochronologic and evolutionary study of calcareous nannofossil assemblages during the Middle Eocene Climatic Optimum

Durante il mio progetto di dottorato ho studiato le associazioni a nannofossili calcarei provenienti da tre siti nell’intervallo corrispondente al Middle Eocene Climatic Optimum (MECO). Il MECO è un episodio ipertermale transitorio e di breve durata, caratterizzato da un’importante perturbazione a livello globale degli isotopi stabili sia dell’ossigeno che del carbonio, osservato alla transizione tra Chron C18r-C18n (ca. 40 Ma) ha una durata di circa 500-600 kyr (Bohaty et al., 2009). Esso rappresenta un’inversione significativa del clima durante il trend di raffreddamento di lunga durata dell’Eocene medio e superiore. Il MECO è uno tra gli eventi ipertermali, assieme al meglio conosciuto Paleocene Eocene Thermal Maximum, riconosciuti nel Paleogene (PETM, Kennett and Stott, 1991). Attualmente l’interesse verso questi argomenti è crescente perché essi sono considerati potenziali analoghi nel passato dell’atteso riscaldamento globale che sarà in atto nel prossimo futuro. L’ipotesi più accreditata riguardo le cause del MECO è connessa ad un enorme evento di degassazione di CO2, legato a una importante riorganizzazione delle placche tettoniche avvenuta durante l’Eocene (Bohaty et al., 2009). Le sezioni studiate sono situate in diversi setting deposizionali e aree geografiche. In particolare la prima successione, la sezione di Alano, è localizzata nelle Alpi nord orientali del Veneto e comprende l’Eocene medio e superiore. Dal punto di vista paleogeografico, la sezione ha una paleoprofondità di 600-1000 m ed è parte del bacino di Belluno, entro la Tetide centro occidentale; la seconda sezione di studio è stata recuperata nell’IODP Site 1333 durante l’Exp.320 svoltasi nel Pacifico Equatoriale. La paleoprofondità stimata per questo Site è di 3800 m, mentre la profondità attuale è ca. 4800 m. La terza sezione di studio è stata recuperata dal Leg ODP 171B nell’area del Blake Nose (Atlantico nord occidentale) ed ha paleoprofondità stimata di ca. 1500 m. Il primo obiettivo di questo studio è verificare se c’è un cambiamento unico e globale nelle associazioni a nannofossili calcarei in risposta al MECO. Un ampio spettro di setting paleodeposizionali e aree diverse (sezione di Alano, Site 1051A and U1333C) è stato analizzato durante questa fase paleoclimatica estrema e sono state fornite ricostruzioni paleoambientali basate su modificazioni osservate nelle associazioni a nannofossili calcarei. Il secondo obiettivo di questo studio è centrato sulla biostratigrafia e biocronologia dell’intervallo Eocene medio a Oligocene inferiore, con particolare attenzione al MECO. Biorizzonti standard e addizionali sono stati testati e confrontati con dati precedenti presenti in letteratura, fornendo stime del grado di affidabilità dei bioeventi considerati e delle loro calibrazioni. Il primo capitolo della tesi è una breve presentazione generale dell’evoluzione paleoclimatica del Paleogene inferiore, seguita dalla descrizione dei materiali di studio e dei metodi e strategie adottate in questo lavoro. Nel secondo capitolo di questa tesi viene presentato uno studio sui nannofossili calcarei ad alta risoluzione attraverso il MECO. I nostri dati dalla sezione medio batiale di Alano indicano che l’intervallo riguardante il MECO sembra coincidere con cambiamenti significativi nelle associazioni a nannofossili calcarei. Taxa che preferiscono acque eutrofiche/fredde e forme rimaneggiati mostrano un aumento nelle abbondanze durante l’evento ipertermale. Al contrario, taxa con preferenze per acque oligotrofiche/calde mostrano un trend peculiare anticovariante rispetto ai taxa meso-eutrofici, diminuendo in modo significativo durante gli intervalli del MECO e post-MECO. Questi risultati possono essere interpretati come un arricchimento temporaneo dei nutrienti disciolti nelle acque più calde superficiali, e suggeriscono che la aumentata disponibilità di nutrienti nella colonna d’acqua ricopre un’importanza maggiore rispetto ad altri fattori ambientali nel determinare l costituzione dell’associazione a nannofossili calcarei. Inoltre il maggior rimaneggiamento è coerente con un aumentato input di terrigeno, probabilmente dovuto all’accelerato weathering (alterazione) chimico, scatenato dall’aumentato ciclo idrologico. Nel terzo capitolo di questa tesi, fornisco i risultati dei sedimenti recuperati dall’IODP Site 1333 durante l’Exp.320 nel Pacifico Equatoriale, in un intervallo di tempo compreso tra l’Eocene medio e l’Oligocene inferiore. Questi dati evidenziano un importante cambiamento nello stato di preservazione, con il numero di individui contati entro un’area specifica (1 mm2) che si avvicinano allo zero durante il MECO. Nello stesso intervallo abbiamo osservato modifiche nelle associazioni a nannofossili calcarei coerenti con un evento di intensa dissoluzione. Oltre alla evidente forte diminuzione di individui/mm2 già citata, un argomento ancora più forte a favore di condizioni di dissoluzione pervasiva è basato sul fatto che, se consideriamo l’abbondanza relativa (%), Discoaster, il genere più resistente, aumenta considerevolmente, come atteso nel caso in cui l’associazione originaria sia alterata da dissoluzione preferenziale. Al Site U1333C, il MECO si può considerare un intervallo semi sterile, quindi nessuna interpretazione paleoambientale è possibile. Per questo motivo ho deciso di focalizzarmi su un intervallo più lungo, con l’obiettivo di ottenere dati biostratigrafici e biocronologici da una delle rare successioni carbonatiche disponibili dall’Eocene medio all’Oligocene inferiore nel Pacifico equatoriale. Abbiamo usato questo modello per analizzare il modo e tempo dell’evoluzione di alcuni taxa di nannofossili calcarei (i.e., sfenoliti e Dictycoccites). Il quarto capitolo della tesi fornisce una serie di dati ad alta risoluzione del MECO, ottenuti dal Site 1051A (Atlantico nordoccidentale). I nostri risultati evidenziano cambiamenti nelle associazioni a nannofossili calcarei durante questo episodio transitorio di riscaldamento globale coerenti con un aumento nella disponibilità di nutrienti. I reticulofenestridi di piccole dimensioni, che tipicamente prosperano in ambienti eutrofici e in condizioni di stress, mostrano un aumento graduale di lunga durata nelle loro abbondanze relative, suggerendo quindi una aumentata disponibilità di nutrienti nelle acque superficiali dell’ODP Site 1051A. Un andamento simile si registra anche nei Dictyococcites di grandi dimensioni, eutrofici, che aumentano bruscamente in abbondanza allo stesso livello stratigrafico (LCO), fornendo una ulteriore evidenza di uno shift verso condizioni più eutrofiche. Questo scenario è supportato anche dal lieve declino che si evidenza in Sphenolithus e Discoaster. Questi generi sono considerati taxa di acque calde ed oligotrofiche, K-specialisti, e la loro diminuzione in abbondanza durante una fase di graduale riscaldamento è chiaramente correlabile ad un aumento dei nutrienti disponibili. Infine, entrando all’interno del genere Sphenolithus, si è osservata una profonda riorganizzazione, S. furcatolithoides si estingue, S. predistentus e S. obtusus fanno la loro prima comparsa, e molte delle altre specie subiscono aumenti o diminuzioni temporanee delle loro abbondanze. Nel complesso, i dati provenienti dal Site ODP 1051A indicano che i cambiamenti nelle associazioni a nannofossili calcarei sono iniziati molto dopo l’inizio del MECO e prima del picco di riscaldamento, presentando due diversi andamenti: un primo tipo può essere definito brusco (ad es. la LCO di Dictyococcites, la HO di S. furcatolithoides), mentre un secondo tipo è graduale (ad es. l’aumento delle Reticulofenestra di piccole dimensioni).