PARTE TERZA

PARTE TERZA

DISCUSSIONE

Per investigare le condizioni termiche della Falda Toscana, sono stati analizzati campioni appartenenti ai Calcari a Rhaetavicula Contorta, Marne a Posidonomia, Scaglia Toscana e Macigno. Gli spettri, sono caratterizzati da una prominente banda D3, una banda D1 molto larga e dalla comparsa della banda D4, corrispondente a temperature al di sotto del limite inferiore della calibrazione proposta da Beyssac et al., 2002.

Ad W del Complesso Metamorfico Apuano, dove la Falda Toscana è coinvolta in una piega a scala regionale (Piega di La Spezia), i quattro campioni analizzati mostrano una diminuzione di temperatura verso i termini più giovani della successione sedimentaria. Si passa da 284-295 °C nei Calcari a Rhaetavicula Contorta nel fianco inverso della struttura, a 250-256 °C nei campioni di Macigno collocati nella zona di cerniera.

Nelle porzioni più esterne, in Val di Lima, dalle analisi sui campioni di Marne a Posidonomia e Scaglia sono state ricavate temperature di 223 °C e 230 °C.

I dati ricavati confermano il quadro metamorfico definito sulla base delle analisi di cristallinità dell'illite, riflettanza della vintrinite ed analisi delle microstrutture (Cerrina Feroni et al., 1983,

Reutter et al., 1983, Montomoli et al., 2001, Carosi et al., 2003 e Molli et al., 2011) consentendo di

precisare meglio i valori di termalità.

L'analisi degli assetti geometrici della piega della Spezia e la localizzazione dei campioni nella struttura stessa permettono inoltre di ricavare il paleogradiente geotermico, sulla base della distanza strutturale ed assumendo che le temperature di picco misurate siano coeve e pre-piega di La Spezia. Considerando lo spessore della successione sedimentaria (circa 2300 m tra i campioni di Macigno e i campioni di Calcari Rhaetavicula contorta) e la temperatura alla base e al tetto, si può ricavare un paleogradiente di 15 °C/km.

A scala regionale, si può inoltre riconoscere un paleogradiente verticale ed uno orizzontale con decrescita dei valori di temperatura RSCM dall'interno verso l'esterno del prisma Appenninico nella porzione di Falda Toscana, confrontando i dati della zona di La Spezia (media 271 °C) con quelli della Val di Lima (media 227 °C).

Tra le unità metamorfiche, i campioni analizzati appartenenti all'Unità di Massa provengono nella maggior parte dei casi dai termini detritici del Verrucano s.l. (metaconglomerati e metarenarie del ciclo del M.Folgorito-M.Brugiana e anageniti e quarziti del ciclo del Verrucano s.s., Patacca et al.,

2011). Questi non sono risultati idonei all'analisi RSCM per la sistematica assenza di CM

questo studio per un unico campione di filladi attribuibili alla Formazione di Montignoso (Patacca

et al., 2011) che ha fornito una temperatura di 454 °C.

Questo dato è in accordo con le precedenti stime di Franceschelli et al. 1986, Franceschelli &

Memmi, 1999 e Molli et al., 2000b basate sulla zonatura Mg-Fe del cloritoide e sul geotermometro

clorite-cloritoide.

I metacalcari selciferi, affioranti nella piccola finestra tettonica a SW del M. Brugiana, già cartografata nel Foglio 104 della Cartografia geologica d'Italia al 100:000 (Trevisan et al., 1960) e successivamente considerata e rappresentata in Molli et al., 2000b e Molli et al., 2002 (Figura 17, 18 e transetto E in figura 21), hanno fornito valori di temperatura 358 e 509 °C, con una media di ~433 °C. Questo dato potrebbe suggerire l'appartenenza di questi metacalcari selciferi all'originaria copertura post-Trias medio dell'Unità di Massa, copertura elisa tettonicamente durante l'esumazione del complesso metamorfico come ipotizzato in Molli et al., 2002.

I metasedimenti appartenenti all'Unità delle Apuane mostrano invece una significativa variazione nell'organizzazione strutturale della materia organica. A scala regionale, da W verso E, gli spettri ottenuti con la Spettroscopia Raman, esibiscono un aumento delle bande D1 e D2 relativamente alla banda G e, localmente, la comparsa della banda D3 indicando un aumento del disordine strutturale della CM. Le temperature variano da 460-491 °C nelle porzioni che occupano posizioni geometricamente elevate nell'edificio strutturale, a 336-348 °C in posizione geometrica inferiore. Questo quadro termico è in accordo con un assetto strutturale di metamorfismo inverso (più alte temperature in posizione e in strutture geometricamente più alte) confermando quanto documentato sulla base del geotermometro Ca/Do da Di Pisa et al., 1987 e Molli et al, 2000a.

Relativamente a questo va comunque rimarcato che i dati RSCM ottenuti dall'analisi di rocce appartenenti all'Unità delle Apuane, differiscono dalle temperature ricavate con il geotermometro Calcite-Dolomite (Molli et al., 2000a).

Nelle porzioni occidentali, le temperature RSCM sono circa 50 °C più alte rispetto alle temperature Calcite-Dolomite per i marmi con microfabric di tipo A, associabile ad una ricristallizzazione statica avvenuta dopo i primi stadi dell'evento D1. In contrasto, nelle porzioni orientali, le temperature di picco metamorfico, ricavate dalle analisi RSCM, sono inferiori sia alle temperature su marmi con microfabric di tipo A, sia a quelle ottenute su marmi con microfabric B, ovvero relative a condizioni metamorfiche retrograde.

La presenza di un paleogradiente metamorfico di tipo inverso nella porzione settentrionale delle Alpi Apuane sembra quindi supportare un modello tettonico che prevede lo sviluppo di un'antiformal stack sin-contrazionale con trasporto di volumi crostali originalmente più profondi e caldi (strutture del lato occidentale delle Alpi Apuane) al di sopra di volumi crostali più superficiali

e freddi (porzioni più orientali del Complesso metamorfico) in accordo con quanto descritto da

Molli et al., 2000a e Molli e Vaselli, 2006.

Oltre ad un gradiente inverso W/E, si può notare un aumento di temperatura da N verso S con termalità che varia lungo la stessa struttura (anticlinale di Vinca) da 427 °C a 485 °C, fino a 500 °C nel nucleo dell'Anticlinale di Vinca.

La zona meridionale del Complesso Metamorfico Apuano si caratterizza inoltre per un differente assetto e struttura termica. Ad W, nella finestra tettonica di S. Anna di Stazzema, i tre campioni analizzati forniscono alte temperature con una media di 493 °C, quindi più elevata rispetto ai 350-420 °C stimati da Biagioni et al., 2013 sulla base della fusione di solfosali presenti sia nel basamento sia nei termini mesozoici della copertura.

Alte temperature caratterizzano anche il Monte Alto dove sono stati analizzati cinque campioni di marmi impuri, della varietà Marmo Tigrato e Bardiglio Fiorito, che hanno fornito temperature tra 440 °C e 500 °C con una media di 463 °C. Verso E, e quindi verso posizioni geometriche più alte, le temperature RSCM diminuiscono. In particolare, lungo la trasversale M. Corchia - Gruppo delle Panie, la temperatura diminuisce progressivamente da ~380 °C fino a 356 °C nel Canale delle Verghe, con un gap termico di ~30-40 °C tra questa zona e l'Uomo Morto (temperatura RSCM di 320 °C).

Considerando significativo questo gap termico, associando la temperatura di ~320 °C all'intero Gruppo delle Panie sulla base dell'omogeneità degli assetti mesoscopici e microscopici dei diversi termini carbonatici e pelitici (Molli G. com. pers.), e tendendo in considerazione che il "Gruppo delle Panie" è delimitato dalle strutture sottostanti da un contatto tettonico di primo ordine (fascia cataclastico-milonitica di Foce Mosceta di Bigazzi et al., 1988; Molli et al., 2003), si può supportare l'interpretazione di Nardi, 1961 e Ciarapica e Passeri 1982, dell'indipendenza tettonica e strutturale dell'Unità delle Panie rispetto all'Unità delle Apuane (Autoctono per Nardi, 1961).

Considerando inoltre la sezione composita M.Alto/M.Corchia - Pania/Uomo Morto e proiettando su questa i diversi dati termici, è possibile definire il carattere del paleogradiente metamorfico che risulta di tipo normale (i.e. con termalità decrescente verso l'alto) e caratterizzarlo come sbilanciato verso alte temperature (isograde condensate), quantificandolo a ~77 °C/km (circa 1280 m tra la base dei grezzoni del M Alto ed il contatto di base dell'Unità delle Panie, con un ΔT di ~98 °C).

Sulla stessa trasversale, i campioni MAG-02 (Figura 25) e CCP appartenenti al basamento paleozoico, forniscono temperature di 537 °C e 494 °C. In questi campioni la grafite presenta una morfologia allungata ed uno spettro Raman con una banda D1 molto piccola o talvolta assente, tipico di precipitazione idrotermale. Le temperature misurate potrebbero quindi essere collegabili, visto il protolite pre-Mesozoico, alla storia tettono-metamorfica Ercinica o Apenninica.

Considerando che alte temperature sono state anche misurate nel campioni MA3 del Monte Alto (c. 445 °C), e in altri campioni con protoliti Mesozoici in cui è assente grafite morfologicamente di tipo idrotermale, è possibile ipotizzare l'attività di fluidi caldi lungo zone di deformazione localizzata durante la storia metamorfica Appenninica. Questo è in accordo con la presenza, nella Zona dello Stazzemese, di mineralizzazioni con depositi polimetallici a solfuri misti e giacimenti di barite, pirite e ossidi di ferro, intensamente sfruttati a partire dagli anni '20 fino agli anni '50, e più recentemente interpretati (Carmignani et al., 1972, 1976; Dini et al., 2001) come associati agli stadi di esumazione.

Figura 1: campione MAG 02, foto a N//. Vena idrotermale di quarzo con grafite di alta temperatura.

Oltre agli aspetti di tettonica regionale discussi in precedenza, i dati RSCM raccolti in questo studio permettono di sviluppare alcune considerazioni metodologiche relative alle relazioni tra la struttura della materia organica e gli assetti microstrutturali della stessa.

Alcuni campioni, appartenenti sia alla Falda Toscana che all'Unità delle Apuane, presentano un'eterogeneità molto elevata. Essa può essere ereditata dal tipo di carbonio precursore oppure da un processo di grafitizzazione non omogeneo. L'effetto meccanico lungo zone di taglio sull'organizzazione della CM può essere un'addizionale sorgente di incertezza. Per verificare ciò sono state effettuate analisi in domini di shear band nel campione 604, dove sono ben sviluppati strutture di taglio con senso di taglio destro (Figura 26), ma non sono state individuate differenze di temperatura, confermando che la deformazione di taglio non esercita alcuna influenza sull'organizzazione della CM nei campioni analizzati.

Figura 2: domini di shear bands nel campione 604. Gli indicatori cinematici sono compatibili con un senso di taglio destro.

Come si può osservare dai diagrammi di frequenza di alcuni campioni (Figura 28), l'eterogeneità spesso è causata dalla presenza di più famiglie di CM che differiscono tra loro per un diverso grado di organizzazione strutturale, presentando distinti valori del parametro R2. Ad esempio, nei campioni 05-11 e AR-POM, le microstrutture osservate in sezione sottile, sono compatibili con una deformazione avvenuta a temperature intorno a 300 °C e corrispondente ad un parametro R2 di ~0.64. Ai gruppi di CM con un parametro R2 più basso, indicativo di una maggiore organizzazione strutturale e quindi di alta temperatura, è stata attribuita un'origine detritica. Questa ipotesi è supportata anche dalla presenza, nel campione di Macigno (MG2) della Falda Toscana, di granuli detritici di quarzo (Figura 27a-b) contenenti inclusioni di grafite di alta temperatura (446 °C e 543 °C) e granuli costituiti da aggregati di quarzo con microstrutture attribuibili a meccanismi deformativi non compatibili con le basse temperature ricavate con la RSCM nella zona di La Spezia.

Il ritrovamento di CM detritica, indica che la grafite può essere riciclata durante l'erosione ed i processi di deposizione (Galy et al., 2008).

Figura 3: (a) granulo detritico costituito da un aggregato di cristalli di quarzo (foto a NX); (b) granulo di quarzo con grafite di alta temperatura (foto a N//).

Figura 26: Diagrammi di frequenza di due campioni di Pseudomacigno, 05-11 e AR-POM. Sull'asse delle ascisse è stato riportato il parametro R2, sull'asse delle ordinate viene indicata la frequenza. Le temperatura RSCM sono rispettivamente di 357 °C e 353 °C, corrispondenti ad un parametro R2 di circa 0.64. Le famiglie di CM con parametro R2 compreso tra 0.3 e 0.5 corrispondono a grafite detritica. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 More

05-11

AR-POM

CONCLUSIONI

L'applicazione della tecnica RSCM ha permesso di definire meglio la temperatura di picco metamorfico nelle unità metamorfiche che compongono l'edificio delle Alpi Apuane e nelle unità toscane delle zone circostanti.

La Falda Toscana si caratterizza per una temperatura media di picco di ~252 °C e i dati RSCM consentono di affermare, con maggior precisione, condizioni metamorfiche corrispondenti al limite anchizona/epizona nella porzione più interna della catena (La Spezia) e condizioni anchimetamorfiche nelle zone più esterne (Val di Lima). I dati permettono inoltre di definire un paleogradiente geotermico di 15 °C/km all'interno della Falda Toscana, ed una diminuzione della temperatura di picco da W verso E (La Spezia vs Val di Lima) possibilmente da collegarsi ad un diverso spessore delle unità tettoniche sovrastanti la Falda Toscana, all'interno del prisma Appenninico.

I campioni appartenenti all'Unità di Massa, provenienti soprattutto da termini detritici del Verrucano s.l., non sono risultati idonei all'analisi RSCM per la sistematica assenza di CM, quest'ultima probabilmente rimossa da processi di ossidazione. L'Unità di Massa risulta quindi caratterizzata in questo studio per un unico campione di filladi della Formazione di Montignoso (Patacca et al., 2011) che ha fornito una temperatura di 454 °C.

La temperatura media di ~433 °C nei metacalcari selciferi della finestra tettonica a SW del M. Brugiana (Trevisan et al., 1960; Molli et al., 2000b e Molli et al., 2002) può indicare la loro appartenenza all'Unità di Massa e quindi rappresentarne resti della sua originaria copertura post-Trias medio. Questo dato sottolinea quindi che l'edificio strutturale Appenninico, descritto come costituito da Unità Liguri, Unità Subliguri, Falda Toscana, Unità di Massa e Unità delle Apuane, deve essere considerato incompleto e doveva includere unità tettoniche interposte tra il contatto di base della Falda Toscana ed il tetto dell'Unità di Massa.

L'Unità delle Apuane, che si caratterizza per una temperatura media di ~404 °C, viene differenziata in due porzioni, settentrionale e meridionale, sulla base della struttura termica. Nelle Apuane settentrionali risulta preservata una struttura con temperature trasportate che portano ad un paleogradiente inverso tipico di un'antiformal stack contrazionale; mentre le Apuane meridionali si caratterizzano per un paleogradiente normale tipico di contesti estensionali. Le temperature RSCM potrebbero quindi essere collegate ad un evento posteriore alla fase di antiformal stack e quindi sarebbero state acquisite durante gli stadi di esumazione, in un contesto dominato da conduzione di calore e gradienti superiori a 30 °C/km.

Viene inoltre riproposta l'individualità termica e tettonica dell'Unità delle Panie, sulla base del gap termico tra il M. Corchia e il Gruppo delle Panie (Sezione H e I in Figura 22), per la presenza di un contatto tettonico di primo ordine (fascia cataclastica-milonitica di Foce Mosceta di Bigazzi et al.,

1988; Molli et al., 2003), e associando la temperatura di 320 °C all'intero Gruppo delle Panie.

I dati qui presentati pongono nuovi vincoli per l'interpretazione tettonica dell'Appennino interno e aprono nuove prospettive di studio per la comprensione dell'evoluzione tettono-metamorfica dell'Appennnino Settentrionale e dei processi di esumazione delle unità profonde dell'edificio strutturale. Come indicazioni per ulteriori approfondimenti si sottolinea:

1) la caratterizzazione con maggior dettaglio della storia termica dell'Unità di Massa e di quella delle Panie attraverso un campionamento mirato di litotipi idonei al ritrovamento di materia organica;

2) il campionamento e l'analisi delle unità metamorfiche e non metamorfiche in aree adiacenti alle Alpi Apuane in particolare al M. Pisano, a Punta Bianca e in zone limitrofe;

3) la definizione dell'età degli eventi tettono-metamorfici (età del picco metamorfico) non necessariamente coevi tra Apuane settentrionali e Apuane meridionali.

APPENDICE

Attività svolte ma non inserite direttamente nel lavoro di tesi:

- rilevamento geologico strutturale di un'area di 8 km2 (foglio Ruosina 1:5000, elemento n° 260044) e revisione della carta geologica del Monte Alto (tesi di laurea triennale, carta geologica 1:2000)

- realizzazione carta geologico strutturale tra il Monte Alto e il Monte Ornato (scala 1:10000 e sezioni allegate)

- sezioni geologiche attraverso le Alpi Apuane sulla base della Foglio Nord delle Alpi Apuane (1:25000) e della Carta del Parco Regionale delle Alpi Apuane (Carmignani et al., 2000).

Ringraziamenti

Si ringraziano il Dott. Olivier Beyssac e il Dott. Alberto Vitale Brovarone (Institut de Minéralogie et de Physique des Milieux Condensés - Université Pierre et Marie Curie, Parigi) per avermi seguito scrupolosamente durante le analisi, per i suggerimenti sulla tecnica RSCM e per le discussioni sulla geologia e sui dati termometrici. Ringrazio inoltre il Dott. Giancarlo Molli per aver messo a disposizione i campioni per le analisi, e l'aiuto e le critiche sui dati e sugli elaborati finali.