GEOCHRONOLOGY, GEOCHEMISTRY, AND MODELLING OF LARGE MAGMATIC EVENTS AND GLOBAL CLIMATE CHANGES DURING THE PERMO-TRIASSIC

Abstract Large-scale magmatic events (LMEs) include Large Igneous Provinces (LIPs) and crustal-scale magmatic systems. The occurrence of such anomalous magmatic events is related to peculiar mantle dynamics and tectonic environments. In this thesis, we explore three basaltic LIPs, namely the Siberian Traps, the Wrangellia, and the Central Atlantic Magmatic Province (CAMP), and one large crustal-scale magmatic system in Europe, namely the Early Permian Athesian Magmatic district (AMD; NE Italy). The emplacement of these Permian and Triassic LMEs shaped the evolution of the Pangea supercontinent from its initial phases to its break-up. Estimates of CO2 budgets released from the three basaltic LIPs suggest variable mantle CO2 emissions during the overall life cycle of each LIP and highlight the key role played by sedimentary basins in supplying climate-modifying gases. New geochemical and isotopic data for CAMP sills and dykes in north-western Africa and the Amazonas basin (Brazil) allowed us to present a new comprehensive model for the formation of the CAMP. Our results suggest that both shallow and deep asthenospheric mantle sources were involved during CAMP magmatism. In addition, the lithospheric mantle appears to have played a fundamental role by spatially constraining mantle partial melting and partially contributing to the petrogenesis of some of the CAMP magmas. Finally, we present new high-precision U-Pb ages for the Athesian Magmatic district. These data yielded emplacement ages between ~281.7 Ma and ~277.2 Ma for both the plutonic bodies and volcanic products, testifying for a significantly shorter duration of the AMD than previously reported. On a regional scale, the new ages obtained for the AMD shed light on the geodynamic processes that led to voluminous Early Permian post-collisional post-Variscan magmatism in the South Variscan realm.

Le Grandi Province Magmatiche (LIPs) e i sistemi magmatici su scala crostale sono generalmente indicati come “Eventi magmatici su larga scala (LMEs)”. L’origine di tali anomali eventi magmatici è legata a dinamiche di mantello e processi tettonici peculiari. Lo scopo di questa tesi consiste nello studio di tre LIP basaltiche, ovvero Siberian Traps, Wrangellia e Provincia Magmatica dell’Atlantico Centrale (CAMP) e di un esteso sistema magmatico crostale felsico in Europa, conosciuto come Distretto Magmatico Atesino (AMD; NE Italia). La messa in posto di queste rocce magmatiche durante il Permiano ed il Triassico ha contribuito all'evoluzione del supercontinente Pangea dalle fasi iniziali fino alla sua disgregazione. Stime sulla quantità di CO2 rilasciata dai magmi delle tre province magmatiche basaltiche suggeriscono importanti variazioni nella quantità di CO2 di origine mantellica emessa durante il ciclo di vita di ciascuna LIP. Inoltre, questi risultati evidenziano il ruolo chiave svolto dai bacini sedimentari nell’ulteriore emissione di gas climalteranti. Tramite nuovi dati geochimici e isotopici su sill e dicchi CAMP in Africa nord-occidentale e nel Bacino dell’Amazzonia (Brasile), in questa tesi presentiamo un nuovo modello per la formazione della CAMP. I nostri risultati suggeriscono il coinvolgimento di sorgenti di mantello astenosferico sia profondo che superiore durante la messa in posto di questa provincia magmatica. Inoltre, il mantello litosferico sembra aver svolto un ruolo fondamentale, focalizzando la fusione parziale del mantello e contribuendo parzialmente alla petrogenesi di alcuni dei magmi CAMP. Nell’ultimo capitolo di questa tesi, presentiamo nuove età radioisotopiche U-Pb di alta precisione per il Distretto Magmatico Atesino. I nuovi dati geocronologici indicano età comprese tra 281.7 e 277.2 circa per la messa in posto dei corpi plutonici e dei prodotti vulcanici del distretto Atesino, suggerendo una durata totale significativamente più breve rispetto a quanto riportato da studi precedenti. Su scala regionale, le nuove età ottenute per il Distretto Magmatico Atesino contribuiscono a una migliore comprensione dei processi geodinamici che hanno determinato la messa in posto di una significativa attività magmatica Permiana legata alla fase post-collisionale dell’orogenesi Varisica.