Deposition and diagenesis of Permian microbial carbonates (Zechstein - NE England)

Perri E. (*), Spadafora A. (**), Tucker M. (***) & Mawson M. (***)
(*) Dipartimento di Scienze della Terra, Università della Calabria, Ponte Bucci Cubo 15b, 87036 Rende (CS), Italy. E-mail: eperri@unical.it (**) Geological Institute, ETH, 8092 Zürich, Switzerland. (***) Department of Earth Sciences, Durham University, Durham, UK.

Il primo ciclo dello Zechstein (Permiano) nella regione di Durham (NE Inghilterra), è costituito da una distally-steepened ramp seguita da una piattaforma carbonatica orlata da un sistema di reef. Durante una sucessiva e consistente fase di regressione, che porta alla morte del reef, si deposita in corrispondenza della piattaforma interna una formazione conglomeratica (Boulder Conglomerate) (~ 10 m), e, verso il bacino, un corpo evaporitico di lowstand. Il secondo ciclo inizia con un peculiare deposito laminato noto con il nome "Crinkly Bed" (CB), che rappresenta l'oggetto del presente lavoro. Questo è seguito da uno spesso corpo (~ 40 m) composto da duomi stromatolitici e grainstones associati, successivamente ricoperto da circa 100 m di depositi oolitici. Il CB è stato in precedenza considerato come il risultato di pura precipitazione chimica abiotica di CaCO3 in associazione alle evaporiti del primo ciclo (Pope et al., 2000). Il CB mostra uno spessore di circa 1 metro e poggia sul Boulder Conglomerate con contatto netto. La laminazione presenta deboli ondulazioni a scala metrica, mentre a piccola scala si evidenziano strutture tipo ripple-marks con lunghezza d'onda di circa 5-10 cm. Sono inoltre presenti piccoli corpi stromatolitici a duomo o colonnari. La laminazione consiste di un'alternanza di livelli (spessi 0.1-0.5 mm) di dolomite micritica e di livelli detritici più spessi (0.3-0.9 mm) composti da grani subsferici della taglia del silt. All'interno delle lamine si osservano resti fossili di microrganismi filamentosi con diametro di 8-20 μm che talvolta si dispongono verticalmente alle lamine detritiche, così come calchi di forme coccoidi di piccole dimensioni, riferibili a microrganismi batterici, e tracce tubiformi ad andamento irregolare, riferibili ad organismi endolitici perforatori. La composizione mineralogica del CB è data principalmente da dolomite e calcite (95-97%) con tracce di minerali argillosi, ossidi di ferro, quarzo e gesso. La dolomite ha un fabric prevalentemente micritico, indipendente dalla facies sedimentaria (grani o lamine), ed un contenuto di Ca di 54-55 moli %, con diversi valori maggiori del 60%. Fe, Sr e Na sono generalmente assenti. Nelle cavità primarie si sono evidenziati cristalli di dolomite spatica euedrali che presentano un'eccedenza di Mg fino a 53-55 moli % e 0.5-1.0 moli % di Fe. Nei cristalli di dolomite si rinvengono inclusi di fluorite, alite, e calcite altomagnesiaca. Sono inoltre presenti relitti di cementi di gesso che circondano grani che presentano uniforme composizione dolomitica. Infine, molti cristalli di dolomite, ad esclusione di quelli spatici euedrali, nella parte bassa del deposito presentano tracce di fenomeni di dissoluzione, le quali aumentano notevolmente verso l'alto. Un elemento distintivo del CB è la presenza di calcite spatica secondaria (dedolomite) che riempie molte cavità di dissoluzione e sostituisce quasi completamente la dolomite in ogni suo componente. Le misure del contenuto in isotopi stabili indicano che la dolomite ha δ18O = +1.1 ‰ (± 0.3) e δ13C = +6.9 ‰ (± 0.3) PDB, mentre la calcite varia da δ18O = -6.2 ‰ e δ13C = -7.4 ‰ a δ18O = -4.9 ‰ e δ13C = -4.0 ‰. Il CB ed i depositi stromatolitici successivi si sono depositati durante la trasgressione che ha seguito la formazione delle evaporiti di lowstand. Il meccanismo di formazione delle lamine deve essere stato molto simile a quello osservato nelle stromatoliti peritidali di ambienti marini attuali, data l'estrema somiglianza del microfabric e della struttura del deposito (alternanza di lamine micritiche e detritiche); nonché della corrispondenza dei microrganismi fossili con quelli che compongono i microbial mats che originano le stromatoliti attuali. L'intrappolamento di detrito da parte dei filamenti e delle mucillaggini batteriche determinano la crescita delle lamine; le attività microbiche metaboliche di degradazione della materia organica, inducono poi l'alterazione dell'alcalinità e la precipitazione della micrite che forma sottili lamine e cementa il deposito. Tuttavia, nel CB in molti casi la laminazione si dispone con strutture tipo ripple-marks che riflettono azioni di rielaborazione da parte di correnti ed onde. Queste trovano spiegazione nell'ipotesi di un basso grado di cementazione sinsedimentaria, probabilmente riflesso di una scarsa presenza di biomassa, che consentiva solo la parziale cementazione del sedimento. La dolomitizzazione precoce del CB è riferibile ad un processo di infiltrazione di acque ipersaline. Tuttavia, non si esclude la possibilità della formazione di dolomite primaria microbialitica all'interno delle lamine micritiche. La crescita dei cristalli di dolomite è poi successivamente continuata in simili condizioni, come testimoniato dagli inclusi minerali e dalla precipitazione di cementi gessosi. E' poi possibile che un evento di esposizione subaerea permiana, e quindi l'arrivo di fluidi meteorici, abbiano indotto una prima fase di dissoluzione, poi seguita dalla crescita dei cristalli euedrali di dolomite, in ambiente profondo di seppellimento. Infine, una fase di esposizione meteorica cretacico-terziaria ha innescato i più diffusi fenomeni di dissoluzione e la sostituzione pervasiva della dolomite con cementi calcitici (dedolomitizzazione).

diagenesis, Dolomite, microbialite, stromatolite, Zechstein