Viaggio nel Tempo Geologico: I Segreti Nascosti nelle Rocce Madri del Maastrichtiano Giordane!

Ciao a tutti, appassionati di geologia e dei misteri che il nostro pianeta custodisce gelosamente! Oggi voglio portarvi con me in un’avventura affascinante, un vero e proprio tuffo nel passato, precisamente nel Maastrichtiano, l’ultimo piano del Cretaceo Superiore. Parleremo di rocce madri, ma non quelle noiose che si studiano sui libri: queste sono scrigni pieni di informazioni sul clima e sugli ambienti di milioni di anni fa, oltre ad essere fondamentali per capire dove si formano gli idrocarburi. La nostra destinazione? Il bacino di Al-Lajoun, nel cuore della Giordania.

Recentemente, abbiamo messo le mani (e un bel po’ di strumenti sofisticati!) su delle rocce madri del Cretaceo Superiore, note come Jordan Source Rocks (JSR) o Jordan Oil Shales (JOS). Queste bellezze geologiche si trovano nella parte inferiore della Formazione Muwaqqar Chalk Marl (MCM) e, lasciatemelo dire, sono tra le più ricche di materia organica al mondo! Pensate che, nonostante siano termicamente immature (cioè non hanno “cucinato” abbastanza da generare petrolio su scala commerciale), sono un archivio pazzesco.

Come Abbiamo Fatto a Sbirciare nel Passato?

Per svelare i segreti di queste rocce, abbiamo usato un arsenale di tecniche: Rock-Eval per l’analisi della materia organica, raggi gamma spettrali (SGR), diffrazione a raggi X (XRD) per i minerali, fluorescenza a raggi X (XRF) e ICP-OES per la composizione elementare, fino ad arrivare alla microscopia elettronica a scansione (SEM-EDX) e all’analisi di sezioni sottili per vedere tutto da vicino. Un vero e proprio check-up completo!

Il nostro obiettivo era capire la variabilità geochimica, sia organica che inorganica, e come questa riflettesse le condizioni paleoambientali durante la deposizione. E ragazzi, che scoperte!

Tre Cicli, Tre Storie Diverse

Abbiamo identificato ben tre cicli distinti nella distribuzione della materia organica. Immaginateveli come capitoli di un libro antico che raccontano storie di un oceano scomparso.

H4>Ciclo 1: Un Mare Ricco e Tranquillo, Ma Non Troppo!

Il primo ciclo, che abbiamo chiamato Cy-1 (profondità tra 49 e 62.5 metri), è caratterizzato da mudstones carbonatici ricchissimi di materia organica, con un contenuto medio di carbonio organico totale (TOC) del 17% in peso! Questo ci dice che c’era un’altissima produttività di materia organica, probabilmente alghe marine che prosperavano. Le condizioni sul fondo marino? Anossiche, cioè senza ossigeno, il che ha permesso a tutta questa materia organica di conservarsi splendidamente. Ogni tanto, però, c’era qualche “visita” dall’esterno: un afflusso episodico di materiale detritico, come argille e quarzo.

H4>Ciclo 2: L’Era del Silicio e Acque “Euxiniche”

Poi, le cose cambiano. Il secondo ciclo, Cy-2 (tra 37 e 49 metri), vede una transizione: da un ambiente dominato dai carbonati a uno dominato dal silicio. Parliamo di mudstones e wackestones ricchi di silice, con un TOC medio comunque stellare del 15%. Cosa è successo? Probabilmente un aumento dell’apporto di nutrienti e cambiamenti climatici hanno favorito organismi che costruiscono il loro guscio con la silice (come diatomee e radiolari) invece che con il carbonato di calcio. Questo ha portato a un’altissima bioproduttività e a condizioni di fondo ancora più riducenti, anossiche e persino euxiniche (cioè con presenza di acido solfidrico libero nell’acqua). Un ambiente non proprio ospitale per molti, ma perfetto per conservare la materia organica!

H4>Ciclo 3: Ritorno ai Carbonati, Ma con Più “Sabbia”

Infine, il terzo ciclo, Cy-3 (da 24 a 37 metri), ci mostra dei wackestones e packstones foraminiferi. Il TOC medio scende un po’, attestandosi intorno al 12%. Qui notiamo un apporto relativamente alto di sedimenti detritici, e una produttività di materia organica comparativamente più bassa, anche se le condizioni di fondo rimanevano anossiche. Sembra che il sistema stesse tornando a una dominanza carbonatica, ma con un “disturbo” maggiore da parte di materiale trasportato dall’esterno.

Cosa Ci Dicono Questi Cicli?

Questa variabilità geochimica tra i cicli non è casuale. Implica che le condizioni climatiche sulla piattaforma continentale aperta stavano cambiando. E se cambia il clima, cambiano anche le correnti oceaniche, che a loro volta influenzano il sistema di upwelling (risalita di acque profonde ricche di nutrienti) del margine dell’antico Oceano Tetide. Capire questa relazione tra correnti, clima e composizione geochimica è cruciale, non solo per la scienza pura, ma anche per esplorare e sfruttare in modo efficiente le rocce madri ricche di materia organica.

Pensate che una correlazione regionale di questi cicli e delle loro firme geochimiche potrebbe diventare uno strumento potentissimo per tracciare le antiche correnti oceaniche e i cambiamenti climatici associati lungo il margine della Tetide durante il Maastrichtiano inferiore!

Uno Sguardo da Vicino: Minerali e Elementi

Analizzando i minerali con l’XRD, abbiamo visto che i Cicli 1 e 3 sono dominati dai carbonati (calcite principalmente, circa il 70%), con poco silicio e argilla. C’è un’anomalia interessante a 58.5 metri (Ciclo 1) con un picco di quarzo e argilla e un calo di calcite e TOC: un breve evento di afflusso detritico, forse una tempesta o un cambiamento temporaneo nelle correnti. Il Ciclo 2, invece, è il “ribelle” del gruppo, con un aumento notevole del contenuto di silicati (fino al 56%), principalmente opale CT, derivato dalla ricristallizzazione della silice biogenica di diatomee e radiolari.

Anche gli elementi chimici, analizzati con XRF e ICP-OES, raccontano la stessa storia. I diagrammi ternari Al₂O₃-CaO-SiO₂ mostrano un sistema dominato dal CaO (carbonati), ma con variazioni di Al₂O₃ (argille) e SiO₂ (quarzo/silice biogenica). Il Ciclo 2 spicca per l’alto contenuto di SiO₂, confermando l’esplosione di vita silicea. Non dimentichiamo il fosforo (P₂O₅): è presente in quantità significative in tutti i campioni, specialmente nell’intervallo della Formazione AHP sottostante, indicando una forte fosfogenesi, probabilmente legata all’upwelling.

Gli elementi in traccia come Ni, Cu, Zn, Cr, Cd, Mo, U e V sono i nostri “detective” per le condizioni redox e la produttività. Ni e Cu, ad esempio, sono spesso legati all’apporto di materia organica. U e V ci parlano di condizioni di scarsa ossigenazione, mentre Mo e Cd si arricchiscono in ambienti euxinici. Ebbene, i nostri JSR sono anomalamente arricchiti in P, Zn, Cr, Mo, U e Cd, e moderatamente in Ni, Cu e V, confermando un ambiente altamente produttivo e riducente.

Al Microscopio: Un Mondo Nascosto

Le sezioni sottili ci hanno regalato uno spettacolo!
Nel Ciclo 1 (rappresentato da TS-02 e TS-03, TOC 18-19%), abbiamo visto mudstones carbonatici ricchi di materia organica, con gusci di foraminiferi ben conservati. La materia organica, di un bel colore marrone scuro, riempie le camere dei fossili e si trova anche nella matrice.
Nel Ciclo 2 (TS-04, TS-05, TS-06, TOC 12-17%), ecco i mudstones e wackestones silicei. Più granuli, soprattutto foraminiferi, con le camere parzialmente riempite da cemento (quarzo o calcite). La materia organica forma lenti brunastre nella matrice e riempie anch’essa le camere fossili.
Nel Ciclo 3 (TS-07, TS-08, TS-09, TOC 9-14%), i “Foraminifera wackestone to packstone” mostrano una densità di granuli ancora maggiore, con i foraminiferi come protagonisti. Qui la materia organica è concentrata soprattutto nella matrice, mentre le camere dei fossili sono spesso riempite da cemento calcitico.

L’analisi SEM-EDX ha aggiunto dettagli incredibili.
Nel Ciclo 1, la materia organica (riconoscibile per l’alto C e S) riempie splendidamente le microporosità interne dei gusci fossili calcarei e fosfatici. Troviamo anche pirite framboidale, segno di riduzione batterica dei solfati.
Nel Ciclo 2, la silice biogenica (opale CT) cementa le camere dei fossili, spesso insieme alla materia organica. E qui, una sorpresa: solfuro di zinco (ZnS) insieme alla materia organica nelle camere fossili! Questo indica condizioni fortemente riducenti/euxiniche, dove l’H₂S, in assenza di ferro, ha reagito con lo zinco.
Nel Ciclo 3, con meno TOC, la materia organica è più dispersa nella matrice, e le camere dei fossili sono vuote o riempite da cemento di calcite/dolomite. C’è anche più argilla.

Implicazioni Che Vanno Oltre la Giordania

Questi cicli geochimici, datati con i nannofossili tra 72.2 e 68.8 milioni di anni fa, durano da 0.9 a 1.3 milioni di anni ciascuno. Sono sequenze deposizionali di terzo ordine.
Una scoperta chiave è la presenza di bitume solido (materia organica migrata) all’interno delle camere fossili già a queste basse maturità termiche, specialmente nel Ciclo 1. Questo è tipico dei kerogeni di Tipo IIS, ricchi di zolfo, dove la materia organica può migrare su brevi distanze prima della vera e propria generazione di petrolio. Nel Ciclo 2, la co-occorrenza di Opale CT e materia organica nelle camere fossili suggerisce una migrazione del pre-bitume dopo la trasformazione della silice da opale-A a opale-CT.

Queste scoperte non sono solo affascinanti dal punto di vista scientifico, ma hanno implicazioni pratiche. La variazione tra intervalli ricchi di carbonato e quelli ricchi di silice influenza le proprietà meccaniche e termiche della roccia. Gli intervalli silicei, specialmente quelli cementati da Opale-CT, sono generalmente più fragili, il che è ottimo per la fratturazione idraulica nelle risorse non convenzionali. Inoltre, la silice ha una maggiore conducibilità termica, portando a una generazione di idrocarburi più precoce.

Insomma, queste rocce madri giordane sono un laboratorio naturale eccezionale. Ci hanno mostrato come fluttuazioni climatiche e oceanografiche, guidate forse da variazioni nei modelli dei venti e nelle dinamiche di upwelling, abbiano alterato la disponibilità di nutrienti e plasmato l’ambiente di deposizione. Riconoscere questi cicli ad alta risoluzione e correlarli con intervalli coevi nel Mediterraneo orientale può fornirci un quadro stratigrafico raffinato per ricostruzioni paleo-oceanografiche regionali e migliorare le nostre strategie di esplorazione per risorse convenzionali e non.

È stato un viaggio incredibile attraverso il tempo, e spero vi sia piaciuto sbirciare con me in questi antichi segreti geochimici!

Fonte: Springer