LA SUCCESSIONE EVAPORITICA MESSINIANA PIEMONTESE: DATI SEDIMENTOLOGICI, PETROGRAFICI E GEOCHIMICI DELLA SEZIONE DI ARNULFI (MARGINE MERIDIONALE DEL BACINO TERZIARIO PIEMONTESE)

The palaeobiological content of the thick gypsum sequences deposited in the Mediterranean basin during the Messinian salinity crisis has generally been overlooked. I present a petrographic and geochemical study (solid and fluid inclusions) of the Primary Lower Gypsum unit (PLG) of the Piedmont basin, carried out through the analysis of the Arnulfi section, located in the southern margin of the Piedmont Basin. In the section cycles PLG1 to PLG6 are exposed, that overlay the pre- evaporitic Sant'Agata Fossili Marls. Petrographic analyses was performed only on the upper 4 gypsum layers (PLG3 - PLG6). The first bed, PLG3, consists of massive selenite, while the 4° and 5° gypsum beds consist of banded selenite. A sharp facies change is recorded by the 6° bed, named Sturani key-bed (SKB), that represents a distinct marker bed that can be physically correlated throughout most of the Piedmont Basin. This marker bed is characterized by cm- to m-sized flat conical structures (branching selenite) growing in a matrix of cumulate gypsum. This facies appears from the 6° PLG cycles at the Mediterranean scale. Mm-thick laminae were observed in the reentrant angle of the twinned selenite crystals. These laminae show a lower turbid portion, rich in solid inclusion, and an upper more limpid part. This lamination reflects short term (annual to pluriannual?) humid-arid climate oscillations that controlled the amount of sediment deposited in the basin and the nucleation of gypsum. The most abundant fossils are filamentous remains, but besides filaments also the following fossils were observed: diatoms, dubious dynoflagellates and pollens. The fluid inclusion analyses was carried from three samples of two cycles (two of PLG3 and one of PLG4). The fluid inclusion data show a range of salinity value between 0,53 and 22,847 % (NaCleq), but most of them are between 0,53 and 11,578 % (NaCleq). Only five fluid inclusions indicate very high salinity (over 18 % NaCleq). The conclusions of this study are: 1) The twinned selenite crystals in the studied sections show, in the reentrant angles, a well developed lamination that reflects humi-arid climate oscillations controlling the type and amount of sediment accumulated in the bottom and the formation of thin gypsum crusts enveloping the sediments. 2) The size of filaments is comparable with that of the filaments recently recognized in MSC carbonate deposits, that were interpreted as remains of sulphide-oxidizing bacteria like Beggiatoa and Thioploca. This comparison is further supported by the presence of tiny iron sulphide grains on their outer surface and by the high value of sulphate isotopes (-46.71 del δ34SCDT). 3) The interpretation of the filaments as putative sulphide-oxidizing bacteria implies that gypsum did not necessarily formed at shallow depth within the photic zone. This type of bacteria presently live at different depth (from the peritidal to the bathyal zone) and do not necessitate light. 4) Fluid inclusion data indicate that the salinity of brines from which gypsum formed was lower than normal seawater. These data suggest that alternative mechanisms, other than evaporation of sea water must be searched to explain sulphate enrichment and gypsum precipitation. They can be the recycling of coeval marginal marine deposits or the sulphide-oxidizing bacteria activity, that oxidize the H2S to give SO42-. 5) Give a correlation with the Moncalvo section, located in the northern margin of the Piedmont Basin.

Questo lavoro è incentrato sull'analisi sedimentologica, petrografica e geochimica della sezione di Arnulfi (CN), in cui sono esposti i depositi evaporitici messiniani riferibili alla Primary Lower Gypsum unit (PLG). La PLG, deposta durante la pima fase della crisi di salinità messiniana, comprende ad Arnulfi 6 cicli litologici costituiti da coppie pelite/gesso. La loro deposizione sarebbe collegata ad oscillazioni climatiche indotte da variazioni dei parametri orbitali (cicli processionali). Ad Arnulfi, i banchi di gesso, spessi fino a 9 m sono costituti da diverse facies: 1) seleniti massive (i tre cicli più bassi: PLG1-PLG2-PLG3), 2) seleniti bandate (PLG4 e PLG5) e 3) gessi cumulitici associati alla facies nota come branching selenite (PLG6). Lo studio petrografico è stato effettuato su 24 campioni di gesso, prelevati dai cicli PLG3, PLG4, PLG5 e PLG6. Particolare enfasi è stata data al contenuto paleobiologico dei cristalli di gesso, rappresentato da resti fossili di filamenti, diatomee, dubbi dinoflagellati e pollini. I filamenti sono confrontabili con gli ¿spaghetti¿ descritti da lungo tempo nelle successioni messiniane e interpretati come resti di cianobatteri che suggeriscono dei contesti deposizionali di acque basse. Tuttavia, i dati raccolti in questa Tesi suggeriscono un'interpretazione diversa: sulla base delle loro dimensioni e della presenza di granuli di solfuri, tali filamenti sono stati riferiti a resti di batteri solfo-ossidanti (tipo Beggiatoa e Thioploca). Il valore negativo degli isotopi dello zolfo (δ34S=-46.71 ¿CDT) ottenuto dai granuli di pirite associati ai filamenti supporta questa interpretazione. I dati petrografici sono stati integrati con lo studio delle inclusioni fluide, il cui scopo è quello di ottenere la salinità delle salamoie dalle quali il gesso si è formato. I valori ottenuti indicano una salinità molto bassa (media 5 % NaCleq), inferiore a quella dell'acqua marina non evaporata. L'interpretazione dei filamenti come resti di batteri solfo-ossidanti ha importanti implicazioni circa i) l'ambiente deposizionale delle successioni evaporitiche messiniane e ii) i meccanismi responsabili della concentrazione di solfato necessario per la precipitazione dei gessi. Per quanto riguarda il primo punto, gli studi eseguiti sugli ambienti attuali hanno evidenziato che i batteri solfo-ossidanti non necessitano di luce e possono vivere in un range di profondità molto ampio, dalla zona intertidale fino a quella batiale; ne consegue che il gesso messiniano non si è necessariamente formato nella zona fotica, ma potrebbe anche essersi originato a profondità maggiori, dove la luce non penetrava. Per quanto riguarda il secondo punto, lo studio delle inclusioni fluide ha permesso di ipotizzare che la concentrazione di ioni Ca2+ e SO42- necessari per la precipitazione del gesso potrebbero provenire, oltre che dalla semplice evaporazione di acqua marina, dalla dissoluzione di originari gessi messiniani ad opera di acque continentali e marine o una combinazione delle due. Tuttavia i batteri solfo-ossidanti stessi potrebbero essere i responsabili della concentrazione di solfato.