Caratteristiche geochimiche di camini carbonatici legati ad emissioni di gas metano in ambiente di piattaforma

L’emissione spontanea di fluidi profondi in superficie è stata storicamente oggetto d’interesse, soprattutto per le informazioni che può fornire per l’esplorazione d’idrocarburi presenti in diverse tipologie di reservoirs associati a tale fenomeno. In questo lavoro di tesi è stato esplorato il fenomeno legato all’emissione spontanea di fluidi ricchi di metano in ambiente sottomarino che genera la precipitazione di carbonati autigeni metano-derivati (MDAC), come conseguenza dell’ossidazione anaerobica del metano da parte di consorzi formati da batteri solfato-riducenti e Archaea. In particolar modo sono state studiate le caratteristiche geochimiche e mineralogiche di una concrezione carbonatica (camino EN5) fossile campionata nell’Appennino settentrionale e dei sedimenti incassanti, che sono peliti di ambiente di piattaforma continentale. Questo perché è stato dimostrato che le concrezioni carbonatiche possono avere relazioni con i sedimenti in cui sono contenute. La scansione XRD ha evidenziato che il camino è composto all’80% da dolomite, poi contiene quarzo, plagioclasi e calcite ma soltanto nella fascia esterna (a contatto con il sedimento). Il sedimento invece è composto da quarzo, plagioclasi (in quantità maggiori rispetto al camino), calcite (di origine biogenica) e dolomite soltanto in tracce. L’analisi elementare del TOC mostra una concentrazione media di 0,5% comune sia al camino sia al sedimento. Le concentrazioni assolute degli altri elementi investigati sono minori nel camino che nei sedimenti, anche se i valori normalizzati all’Al mostrano un arricchimento di alcuni elementi nella parte interna del camino. Questo studio ha permesso di stabilire che la formazione di carbonati autigeni metano-derivati in un ambiente di piattaforma, è possibile solo quando sono presenti le giuste condizioni sedimentarie e un flusso di metano piuttosto intenso. Inoltre la formazione dei carbonati non risente, se non in minima parte, della composizione dei sedimenti ospitanti, ma è regolata dai processi accoppiati di solfato-riduzione e ossidazione del metano.

Caratterizzazione geochimica dei sedimenti nel sito Caretti di Ferrara

Lo studio riguarda la caratterizzazione geochimica dei sedimenti del sito Caretti, situato a est del comune di Ferrara, interessato da un forte caso di contaminazione dovuto alla presenza di due discariche municipali non controllate risalenti agli anni '60-'70. L'obiettivo del lavoro è quello di valutare la geochimica dei sedimenti e delle acque prelevate nel sito al fine di individuare eventuali relazioni tra il chimismo delle due matrici. Inoltre, i dati dell' analisi dei sedimenti sono stati confrontati con quelli di letteratura per delinearne aspetti di provenienza. I dati geochimici dei sedimenti sono stati ottenuti mediante fluorescenza a raggi X (XRF) e sono stati elaborati graficamente e statisticamente, mediante software di analisi statistica (GCDkit). La composizione geochimica delle acque è stata ottenuta mediante tecniche di cromatografia ionica e spettroscopia di assorbimento atomico. La geochimica dei sedimenti ha evidenziato che la composizione chimica mostra associazioni di elementi legate a una componente tessiturale del sedimento. In particolare si rilevano concentrazioni elevate di Fe2O3, Al2O3, TiO2, Cr, Ni, e V in sedimenti a granulometria fine, a differenza delle concentrazioni di SiO2 e Na2O elevate in sedimenti sabbiosi. La distribuzione statistica degli elementi nei sedimenti e nelle acque ha permesso di effettuare una valutazione delle caratteristiche geochimiche dei principali corpi idrogeologici. La caratterizzazione geochimica ha fornito, inoltre, indicazioni sull'origine dei sedimenti. Cromo e Nichel, tra gli elementi in traccia, sono particolarmente efficaci nella valutazione della provenienza permettendo, all'interno del sito Caretti, una distinzione tra popolazioni di provenienza appenninica (bassi valori Cr-Ni) e padana (alti valori Cr-Ni).

Geochemical and Sr, Nd, Pb isotope investigation of the New Caledonia ophiolite

The New Caledonia ophiolite hosts one of the largest obducted mantle section in the world, hence providing a unique insight for the study of upper mantle processes. These mantle rocks belong to an “atypical” ophiolitic sequence, which is dominated by refractory harzburgites but it also includes minor spinel and plagioclase lherzolites. Upper crust is notably absent in the ophiolite, with the exception of some mafic-ultramafic cumulates cropping out in the southern part of the island. Although the New Caledonia ophiolite has been under investigation for decades, its ultra-depleted nature has made its characterization an analytical challenge, so that few trace element data are available, while isotopic data are completely missing. In this thesis a comprehensive geochemical study (major, trace element and Sr-Nd-Pb isotopes) of the peridotites and the associated intrusive mafic rocks from the New Caledonia ophiolite has been carried out. The peridotites are low-strain tectonites showing porphyroclastic textures. Spinel lherzolites are undepleted lithotypes, as attested by the presence of 7-8 vol% of Na2O and Al2O3-rich clinopyroxene (up to 0.5 wt% Na2O; 6.5 wt% Al2O3), Fo content of olivine (88.5-90.0 mol%) and low Cr# of spinel (13-17). Conversely, harzburgites display a refractory nature, proven by the remarkable absence of primary clinopyroxene, very high Fo content in olivine (90.9-92.9 mol%), high Mg# in orthopyroxene (89.8-94.2) and Cr# in spinel (39-71). REE contents show abyssal-type patterns for spinel lherzolites, while harzburgites display U-shaped patterns, typical of fore-arc settings. Spinel lherzolites REE compositions are consistent with relatively low degree (8-9%) of fractional melting of a DMM source, starting in the garnet stability field. Conversely, REE models for harzburgites indicate high melting degrees (20-25%) of a DMM mantle source under spinel faies conditions, consistent with hydrous melting in forearc setting. Plagioclase lherzolites exhibit melt impregnation microtextures, Cr- and TiO2-enriched spinels and REE, Ti, Y, Zr progressive increase with respect to spinel lherzolites. Impregnation models indicate that plagioclase lherzolites may derive from spinel lherzolites by entrapment of highly depleted MORB melts in the shallow oceanic lithosphere. Mafic intrusives are olivine gabbronorites with a very refractory composition, as attested by high Fo content of olivine (87.3-88.9 mol.%), very high Mg# of clinopyroxene (87.7-92.2) and extreme anorthitic content of plagioclase (An = 90-96 mol%). The high Mg#, low TiO2 concentrations in pyroxenes and the anorthitic composition of plagioclase point out an origin from ultra-depleted primitive magmas in a convergent setting. Geochemical trace element models show that the parental melts of gabbronorites are primitive magmas with striking depleted compositions, bearing only in part similarities with the primitive boninitic melts of Bonin Islands. The first Sr, Nd and Pb isotope data obtained for the New Caledonia ophiolite highlight the presence of DM mantle source variably modified by different processes. Nd-Sr-Pb isotopic ratios for the lherzolites (+6.98≤epsilon Ndi≤+10.97) indicate a DM source that suffered low-temperature hydrothermal reactions. Harzburgites are characterized by a wide variation of Sr, Nd and Pb isotopic values, extending from DM-type to EM2 compositions (-0.82≤ epsilon Ndi≤+17.55), suggesting that harzburgite source was strongly affected by subduction-related processes. Conversely, combined trace element and Sr-Nd-Pb isotopic data for gabbronorites indicate a derivation from a source with composition similar to Indian-type mantle, but affected by fluid input in subduction environment. These geochemical features point out an evolution in a pre-Eocenic marginal basin setting, possibly in the proximity of a transform fault, for the lherzolites. Conversely, the harzburgites acquired their main geochemical and isotopic fingerprint in subduction zone setting.

Evidenze micropaleontologiche e sedimentologiche di cicli deposizionali e climatici circa millenari nei Depositi Tardoquaternari della Piana dell'Arno e del Delta del Po

A multidisciplinary study was carried out on the Late Quaternary-Holocene subsurface deposits of two Mediterranean coastal areas: Arno coastal plain (Northern Tyrrhenian Sea) and Modern Po Delta (Northern Adriatic Sea). Detailed facies analyses, including sedimentological and micropalaeontological (benthic foraminifers and ostracods) investigations, were performed on nine continuously-cored boreholes of variable depth (ca. from 30 meters to100 meters). Six cores were located in the Arno coastal plain and three cores in the Modern Po Delta. To provide an accurate chronological framework, twenty-four organic-rich samples were collected along the fossil successions for radiocarbon dating (AMS 14C). In order to reconstruct the depositional and palaeoenvironmental evolution of the study areas, core data were combined with selected well logs, provided by local companies, along several stratigraphic sections. These sections revealed the presence of a transgressive-regressive (T-R) sequence, composing of continental, coastal and shallow-marine deposits dated to the Late Pleistocene-Holocene period, beneath the Arno coastal plain and the Modern Po Delta. Above the alluvial deposits attributed to the last glacial period, the post-glacial transgressive succession (TST) consists of back-barrier, transgressive barrier and inner shelf deposits. Peak of transgression (MFS) took place around the Late-Middle Holocene transition and was identified by subtle micropalaeontological indicators within undifferentiated fine-grained deposits. Upward a thick prograding succession (HST) records the turnaround to regressive conditions that led to a rapid delta progradation in both study areas. Particularly, the outbuilding of modern-age Po Delta coincides with mud-belt formation during the late HST (ca. 600 cal yr BP), as evidenced by a fossil microfauna similar to the foraminiferal assemblage observed in the present Northern Adriatic mud-belt. A complex interaction between allocyclic and autocyclic factors controlled facies evolution during the highstand period. The presence of local parameters and the absence of a predominant factor prevent from discerning or quantifying consequences of the complex relationships between climate and deltaic evolution. On the contrary transgressive sedimentation seems to be mainly controlled by two allocyclic key factors, sea-level rise and climate variability, that minimized the effects of local parameters on coastal palaeoenvironments. TST depositional architecture recorded in both study areas reflects a well-known millennial-scale variability of sea-level rising trend and climate during the Late glacial-Holocene period. Repeated phases of backswamp development and infilling by crevasse processes (parasequences) were recorded in the subsurface of Modern Po Delta during the early stages of transgression (ca. 11,000-9,500 cal yr BP). In the Arno coastal plain the presence of a deep-incised valley system, probably formed at OSI 3/2 transition, led to the development of a thick (ca. 35-40 m) transgressive succession composed of coastal plain, bay-head delta and estuarine deposits dated to the Last glacial-Early Holocene period. Within the transgressive valley fill sequence, high-resolution facies analyses allowed the identification and lateral tracing of three parasequences of millennial duration. The parasequences, ca. 8-12 meters thick, are bounded by flooding surfaces and show a typical internal shallowing-upward trend evidenced by subtle micropalaeontological investigations. The vertical stacking pattern of parasequences shows a close affinity with the step-like sea-level rising trend occurred between 14,000-8,000 cal years BP. Episodes of rapid sea-level rise and subsequent stillstand phases were paralleled by changes in climatic conditions, as suggested by pollen analyses performed on a core drilled in the proximal section of the Arno palaeovalley (pollen analyses performed by Dr. Marianna Ricci Lucchi). Rapid shifts to warmer climate conditions accompanied episodes of rapid sea-level rise, in contrast stillstand phases occurred during temporary colder climate conditions. For the first time the palaeoclimatic signature of high frequency depositional cycles is clearly documented. Moreover, two of the three "regressive" pulsations, recorded at the top of parasequences by episodes of partial estuary infilling in the proximal and central portions of Arno palaeovalley, may be correlated with the most important cold events of the post-glacial period: Younger Dryas and 8,200 cal yr BP event. The stratigraphic and palaeoclimatic data of Arno coastal plain and Po Delta were compared with those reported for the most important deltaic and coastal systems in the worldwide literature. The depositional architecture of transgressive successions reflects the strong influence of millennial-scale eustatic and climatic variability on worldwide coastal sedimentation during the Late glacial-Holocene period (ca. 14,000-7,000 cal yr BP). The most complete and accurate record of high-frequency eustatic and climatic events are usually found within the transgressive succession of very high accommodation settings, such as incised-valley systems where exceptionally thick packages of Late glacial-Early Holocene deposits are preserved.

Caratteristiche di emissione delle regioni HII

Le regioni HII sono nubi di idrogeno ionizzato da stelle di recente formazione, massicce e calde. Tali stelle, spesso raggruppate in ammassi, emettono copiosamente fotoni di lunghezza d’onda λ ≤ 912 Å, capaci di ionizzare quasi totalmente il gas che le circonda, composto prevalentemente da idrogeno, ma in cui sono presenti anche elementi ionizzati più pesanti, come He, O, N, C e Ne. Le dimensioni tipiche di queste regioni vanno da 10 a 100 pc, con densità dell’ordine di 10 cm−3. Queste caratteristiche le collocano all’interno del WIM (Warm Ionized Medium), che, insieme con HIM (Hot Ionized Medium), WNM (Warm Neutral Medium) ed CNM (Cold Neutral Medium), costituisce la varietà di fasi in cui si presenta il mezzo interstellare (ISM, InterStellar Medium). Il tema che ci prestiamo ad affrontare è molto vasto e per comprendere a fondo i processi che determinano le caratteristiche delle regioni HII sarebbero necessarie molte altre pagine; lo scopo che questo testo si propone di raggiungere, senza alcuna pretesa di completezza, è dunque quello di presentare l’argomento, approfondendone ed evidenziandone alcuni particolari tratti. Prima di tutto descriveremo le regioni HII in generale, con brevi indicazioni in merito alla loro formazione e struttura. A seguire ci concentreremo sulla descrizione dei processi che determinano gli spettri osservati: inizialmente mostreremo quali siano i processi fisici che generano l’emissione nel continuo, concentrandoci poi su quello più importante, la Bremmstrahlung. Affronteremo poi una breve digressione riguardo al processo di ricombinazione ione-elettrone nei plasmi astrofisici ed alle regole di selezione nelle transizioni elettroniche, concetti necessari per comprendere ciò che segue, cioè la presenza di righe in emissione negli spettri delle regioni foto-ionizzate. Infine ci soffermeremo sulle regioni HII Ultra-Compatte (UC HII Region), oggetto di numerosi recenti studi.