Considerazioni geochimiche sul limite K-T nella scaglia rossa Umbro-Marchigiana

La presenza di alcune anomalie geochimiche, in particolare l’elevato tenore in Ir, rilevate in corrispondenza del limite K-T in diverse formazioni mondiali, tra le quali la Scaglia Rossa umbro-marchigiana, ha portato numerosi Autori a formulare l’ipotesi di un evento catastrofico di origine extraterrestre al termine del Mesozoico. I dati geochimici ad oggi noti sul limite K-T, in particolar modo quelli relativi alla Scaglia Rossa, appaiono tuttavia contraddittori e restano aperti numerosi problemi sia sulla scelta dei criteri di campionamento e delle metodologie di analisi, sia sull’interpretazione dei risultati stessi. Precedenti indagini, condotte nell’ambito delle ricerche in corso sulla Scaglia umbro-marchigiana, avevano già evidenziato una sostanziale analogia tra l’argillite che costituisce il limite K-T e la frazione non carbonatica dei litotipi presenti in un intervallo stratigrafico a cavallo del limite stesso, riscontrandovi caratteristiche mineralogico-petrografi-che diverse da quelle peculiari delle restanti parti della Scaglia Rossa. Tenendo anche presenti questi risultati, è stato effettuato un campionamento nelle sezioni del Bot-taccione e della Contessa (Gubbio), prendendo in esame non solo il limite K-T ma anche livelli argillitici e marnoso-calcarei sopra e sottostanti, compresi in un intervallo sufficientemente ampio per verificare se il livello in questione sia caratterizzato da reali anomalie. Nei campioni prelevati sono stati determinati, oltre gli elementi maggiori, 25 elementi in tracce, tra i quali l’Ir e le REE, mediante spettrofotometria in AAS e colorimetria dopo separazione su resine a scambio ionico e mediante attivazione neu tronica (INAA e RNAA). Gli stessi elementi in tracce sono stati inoltre dosati su alcuni campioni del « livello Bonarelli », presente al tetto della Scaglia Bianca (oltre 200 m sotto il limite K-T nella serie stratigrafica), del quale un precedente studio ha dimostrato la natura essenzialmente vulcanoclastica. I risultati ottenuti, relativamente al limite K-T, sono sostanzialmente in accordo con quelli degli Autori precedenti: ad esempio, i tenori di Ir risultano, rispettivamente, nelle sezioni del Bottaccione e della Contessa, 5,9 e 3,6 ppb. D’altra parte, valori di Ir dello stesso ordine di grandezza sono riscontrabili anche negli altri livelli sopra e sottostanti. Tali valori diventano equivalenti e talora superiori a quelli del limite stesso se ricalcolati a 100 escludendo la frazione carbonatica sulla base delle correlazioni lineari positive che sembrano sussistere fra Ir, Fe e minerali argillosi di neoformazione. Concentrazioni di Ir ancora superiori (da 7,9 a 11,4 ppb nel campione totale) sono state inoltre determinate nel livello Bonarelli. Sulla base dei dati geochimici raccolti e considerando anche i risultati dello studio mineralogico-petrografico in corso, si ritiene di poter escludere, pur non negando una possibile frazione cosmogenica peraltro comune a molti sedimenti anche recenti, anomalie in corrispondenza del limite K-T tali da indicare un evento di origine extraterrestre. Le particolari concentrazioni di alcuni elementi, del resto notevolmente variabili anche nell’ambito dei singoli livelli, osservate in un intervallo stratigrafico a cavallo del limite K-T, appaiono probabilmente legate, da una parte, ad apporti clastici sensibilmente diversi da quelli che caratterizzano la Scaglia Rossa e, dall’altra, a fenomeni secondari di arricchimento. Recent investigations of thè Creta-ceous-Tertiary (K-T) boundary sedimethese ones, the Scaglia Rossa Formation (Central Italy Apennines), have been showed an anomalous high concentration of siderophile elements such as Iridium. This discovery persuaded several Authors to assume a catastrophic extraterrestrial event at the end of the Cretaceous Period. However, the up to nowaday collected data concerning the Scaglia Rossa Formation are controversal; for such a reason we can maintain that some geological, mineralogical-petrographical and geochemical open problems are topical questions. Geochemically, the sampling, the chice of appropriate analytical procedures and the correlation and interpretation of the data are the main difficulties of such a matter. The choice between whole sample and insoluble residue chemical analysis has not been stressed enough: the mineralogical composition of insoluble residue (essentially clay minerals and iron hydroxides) seems to leave out any acid treatment. Because some trace amounts of noble metals as been found dissolved in the acid medium, the whole sample analysis with a recalculation of the data to a carbonate free basis, seems to be the most suitable now. New mineralogical and petrographical investigations on the Bottaccione, Contessa and Furlo sections shows that the non-carbonate fraction composition is essentially the same in the K-T boundary and in many levels stratigraphically above and below the K-T layer. The non-carbonate fraction > 63 microm consist of quartz, microcline, orthoclase, plagioclases, zircon, glauconite and lithic fragments. These latter, which are present in decreasing order as concentration, are formed by metamorphic and granitic rocks, sil-tites and mainly glassy volcanic products. The clay mineral fraction (< 4 microm) is formed by ordered kaolinite, smectite, illite-smectite mixed layers and hydrous illite. Kaolinite as been found in a 40 m stratigraphic interval starting from 15 m below and stopping at 25 m above the K-T boundary with a maximum at the K-T layer. These data support a terrigenous detrital origin of the non-carbonate fraction. Moreover many bright non magnetic spherules (70-200 {Jim) as been found in various stratigraphic levels above and below the K-T boundary level and into this same one: the microprobe analysis indicates a Si, Al, K, Ca, S, Fe and Cu composition that supports a silicate glassy nature. Other black magnetic particles are constituted by detrital angular fragments of Fe-minerals. In the collected samples 25 elements, including Ir and rare earth elements (REE), has been determined. The analyses were carried out by colorimetry (Si, P and Ti), atomic absorption spectrophotometry (Al, Fe, Ca, Mg, Mn, Na and K), instrumental and radiochemical neutron activation analysis (Au, Ba, Co, Cr, Cs, Ga, Hg, Ir, Rb, Sb, Sc, Ta, Th, U and REE), colorimetry and ion-exchange cromatography (Nb, Y and Zr). The abundances of investigated elements are similar to those found by other Authors: in the K-T level the Ir content is 5.9 ppb at Bottaccione section and 3.6 ppb at Contessa section (about 7 ppb on a carbonate free basis). Moreover other levels placed above and below the K-T level show Ir contents of the same order of concentration. These abundances become equal and sometimes higher than that found in the K-T boundary calculated on a carbonate free basis. Furthermore abnormally high Ir contents (from 7.9 to 11.4 ppb in the whole sample) have been found almost at the top of the Scaglia Bianca Formation in the Turonian « Bonarelli level » which a recent work shows to be constituted by an abundant volcanoclastic fraction. These data are in constraint with the hypothesis of an unique catastrophic event at the K-T level. The observed abundances of the analysed elements may be explained by two different hypothesis: a) secondary enrichment of elements of the cosmo-genic component already present in deep sea sediments; or, most probably, b) secondary enrichment of elements of volcanogenic origin.