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STUDIO DEI SEDIMENTI TARDO-QUATERNARIDEL LITORALE VENEZIANO:CONTRIBUTO ALLE INDAGINI

PALEOCLIMATICHE ED AMBIENTALI

M. BONARDI - L. TOSI

Estratto da:

LA RICERCA SCIENTIFICA PER VENEZIAIl Progetto Sistema Lagunare Veneziano

VoI. II, Tomo II

Modellistica del Sistema LagunareStudio di Impatto Ambientale

30124 VENEZIAISlITUTO VENETO DI SCIENZE, LETfERE ED ARTI

CAMPO S. STEFANO, 2945 (pALAZZO LOREDAN)

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STUDIO DEI SEDIMENTI TARDO-QUATERNARIDEL LITORALE VENEZIANO: CONTRIBUTO ALLEINDAGINI PALEOCLIMATICHE ED Al\IBIENTALI

Maurizio Bonardi, Luigi TosiIstituto per lo Studio della Dinamica delle Grandi Masse C.N.R.

San Polo 1364,30125 Venezia, Italv.

ABSTRACT

The imprints of paleoevolutionary processes that affected the Venicelagoon and its littoral during the Late-Quaternary, can be found in the sandand c/ay layers underlying the Venetian basin. Sedimentologicalcharacteristics of the Late-Pleistocene and Holocene sand and claysedimentation during the past 25-30.000 years. bejore the human impact, inthe lagoon ofVenice, are reported. The multidisciplinary investigation ofclayand sand sediments and the development and application of new analyticaltechniques and methodologies, allowed the detailed mineralogical.geochemical and textural characterisation of the recent sediments.

The new data obtained not 01'11;: ma)' contribute to better understandthe paleoevoluuonary events that took piace in the Venetian basin and theimpact oj the paleoclimatic variations on the depositional environments, butalso they may be used as a sediment natural reference base .101' a moreaccurate quantification oj the pollution level in the bottom sediments oj thelagoon ojVenice.

RIASSUNTO

Gli strati di sabbia e di argilla sottostanti il bacino venezianoconservano le traccie dei processi paleoevolutivi che hanno influenzato lalaguna di Venezia ed il suo litorale. Lo studio multidisciplinare dei sedimentisabbiosi ed argillosi depositatisi durante gli ultimi 25-30.000 anni, primadell'impatto antropico, e losviluppo ed utilizzo di nuove metodologie analitiche,hanno permesso una caratterizzazione mineralogica, geochimica e tessituraledettagliata dei sedimenti recenti.

STUDIO DEI SEDIMENTI TARDO-QUATERNARI DEL LITORALE VENEZIANO ECC. 921

I nuovi dati ottenuti possono non solo contribuire a meglio comprenderegli eventi paleoevolutivi succedutisi nel bacino veneziano e l'impatto dellevariazioni paleoclimatiche sugli ambienti deposizionali, ma possono ancheservire come base naturale di riferimento per una piu' accurata quantificazionedei livelli di inquinamento dei sedimenti di fondo soggetti ad antropizzazionedella laguna di Venezia.

l. INTRODUZIONE

Un ruolo di particolare importanza per la progettazione di interventi asalvaguardia della citta' storica e delle altre isole lagunari, notoriamentesoggette ad allagamenti a seguito di maree eccezzionali, e' lo sviluppo di unmodello di previsione evolutiva dell'assetto morfologico del bacino lagunare chenon puo' prescindere dalla conoscenza dei processi paleoevolutivi della lagunadi Venezia e del suo litorale.

I sedimenti sotto stanti il cordone litoraneo veneziano conservanoimpressi nelle caratteristiche degli ambienti di deposizione gli effetti dellediverse condizioni climatiche tardo-quatemarie. In particolare negli ultimi trentametri di sedimentazione la deposizione continentale e la successiva marino-lagunare ben documentano le condizioni climatiche glaciali del tardo-pleistocene ed il riscaldamento globale olocenico.

2. MATERIALI E METODI

Per lo studio mineralogico dei livelli sabbiosi sono stati analizzati circa170 campioni provenienti da 18 sondaggi (Fig. l), eseguiti a carotaggiocontinuo, profondi 25-30 metri dal piano campagna ed ubicati lungo il litoraleveneziano compreso tra la foce del Fiume Brenta a Sud e del Fiume Sile aNord.

I campioni sono stati preventivamente lavati con acqua distillata,filtrati, asciugati, privati della parte organica e montati su sezioni lucide.

Le analisi mineralogiche sono state eseguite utilizzando una microsondaelettronica (EPMA) CAMECA/CAMEBAX equipaggiata con EDS (EnergyDispersion Spectrometer), WDS (Wavelength Dispersion Spectrometer) e conBSD (Backscattered Detector) in grado di produrre analisi non distruttive conun alto livello di automatismo.

Preliminari all'analisi mineralogica sono stati eseguiti dei test ditaratura per determinare il numero ottimale di grani rappresentativi della

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granulometria media e della composizione mineralogica del campione prelevato.I test hanno indicato che 200 grani soddisfano questo requisito. Infatti ladistribuzione granulometrica e' ben rappresentata da circa 140-160 grani1,2mentre la composizione mineralogica da 200 grani'".

Questa strumentazione permette la corretta identificazione di tutti iminerali presenti. Tuttavia, la metodologia analitica utilizzata, identificando unminimo di 200 grani per campione, ha consentito una rapida analisi modale deiminerali più frequenti presenti quali: Quarzo, feldspati, Calcite, Dolomite,Muscovite, Biotite, Clorite.

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Fig. l

In totale sono stati analizzati circa 36.000 grani di sabbia di campioniopportunamente scelti e rappresentativi della sedimentazione tardo-pleistocenicaed olocenica.

Per lo studio mineralogico e geochimico dei livelli argillosi sono statianalizzati 60 campioni rappresentativi della sedimentazione del limitePleistocene-Olocene provenienti da 13 sondaggi (lito 1-13) (v. Fig l)


utilizzando le seguenti strumentazioni: Scanning Electron Microscope (SEM),Electron Microprobe (EPMA), Backscattered Detector (BSD), Energy DispersionSpectrometer (EDS), X-Ray Di:ffraction (XRD), X-Ray Fluorescence (XRF),Induced Coupled Plasma (ICP-ES), Atomic Absorption (AA).

Lo studio tessiturale dei livelli di argilla e' stato eseguito analizzando icampioni di argilla sovraconsolidata montati su sezioni sottili lucide mediante SEMequipaggiato di EDS e di BSD.

Le informazioni paleoclimatiche e le radiodatazioni utilizzate provengonoda studi di vari Autori noti in letteratura5.6,7,8,9,10,11.

3. CARATTERIZZAZIONE MINERALOGICA DEI LIVELLI .SABBIOSI

In questo studio e' stata eseguita la caratterizzazione mineralogica deilivelli sabbiosi appartenenti a due eventi deposizionali principali: lasedimentazione tardo-pleistocenica continentale sulla paleopianura wurmiana equella olocenica marino-lagunare relativa alla trasgressione flandriana, distintesecondo il limite stratigrafico definito da P. Gatto12.

L'elaborazione statistica dei dati analitici ha indicato la distribuzionedei campioni in due raggruppamenti che corrispondono bene ai due eventideposizionali pleistocenico ed olocenico e solamente il 20% di campioniappartenenti a livelli di deposizione olocenica viene classificato statisticamentedi "tipo pleistocenico". Analizzando in dettaglio i livelli sedimentari di questicampioni "anomali" e' stato osservato che alcuni appartengono allasedimentazione olocenica basale, nella quale si mescolano i sottostantisedimenti continentali pleistocenici rimaneggiati dalla trasgressione, altri adeventi deposizionali caratterizzati da abbondanti apporti terrigeni dovuti a brevifasi di deterioramento climatico olocenico.

Sulla base di considerazioni stratigrafiche'v'Y" , geocronologiche'Y" esu altre di carattere micropaleontologico'Ì'" i campioni di deposizionepleistocenica ed olocenica sono stati suddivisi come segue:- tipo a), sabbie di deposizione olocenica in ambiente marino-lagunare;- tipo b), sabbie di deposizione pleistocenica in ambiente continentale;- tipo c), sabbie di deposizione oloccnica in ambiente fluvio-deltizio;- tipo d), sabbie di deposizione olocenica precedente la trasgressione marina.

La composizione mineralogica media di tutti i campioni suddivisi sullabase dei quattro tipi di deposizione descritti e' riportata in Figura 2.


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Fig. 2. Composizione mineralogica media secondo il tipo di deposizione dei sedimentisabbiosi: a) di tutti i minerali presenti; b) dei feldspati totali; c) della Muscovite, Biotite eClorite.

a b c dDEPOSITION TYPE


Nella Figura 3 vengono rappresentate rispettivamente le relazioni trasilicati-carbonati, Quarzo-Felspati e Calcite-Dolomite per i quattro tipi dideposizione. Si possono notare i due raggruppamenti maggiori corrispondentialla deposizione continentale e a quella marino-lagunare. Le sabbie tardo-pleistoceniche ed oloceniche depositate in ambiente continentale presentano unacomposizione analoga tra loro, ma differente da quella delle sabbie dideposizionemarino-lagunare olocenica.

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oloceniche marino-lagunari. Per le prime infatti, le percentuali dei silicati sonosempre prevalenti su quelle dei carbonati, viceversa, per le seconde, prevalgonoi carbonati sui silicati.

In particolare questa netta differenza e' stata sempre riscontrata per ilQuarzo, il Feldspato potassico e la Dolomite ma non per il Plagioclasio sodico,il Plagioclasio calcico, la Calcite e le miche.

Per quanto riguarda le variazioni composizionali areali lungo il litoraleuno studio preliminare' basato sulle percentuali medie dei carbonati e deisilicati diogni sondaggio ha indicato la differenziazione in tre zone: unameridionale più ricca in silicati, una settentrionale prevalentemente carbonaticaed una centrale di composizione intermedia. Tale differenziazione corrispondeanche all'interpretazione di altri AutoriI5,12,14 che suggeriscono un contributo disedimenti più ricchi in silicati da parte dei fiumi Po ed Adige nell' area piùmeridionale ed uno più ricco in carbonati da parte dei fiumi Sile, Tagliamento ePiave in quella settentrionale.

Per migliorare l'interpretazione dei risultati, si e' ritenuto opportunodifferenziare informaImente la sedimentazione olocenica, in "inferiore" e"superiore" in quanto avvenuta, come evidenziato da Fairbridge'', con uninnalzamento eustatico inizialmente molto rapido e successivamente, a partireda 5.000-6.000 b.p. più lento. Sulla base di numerose radiodatazioni eseguitesui campioni provenienti dai sondaggi in esame" si ritiene che lasedimentazione "superiore" mediamente corrisponda agli ultimi 6-8 metri.

In Figura 4 sono state rappresentate le percentuali medie dei silicati, deicarbonati e delle miche dei depositi sabbiosi pleistocenici ed olocenici per isettori meridionale e settentrionale.

Come si può osservare, la composizione mineralogica media deisedimenti tardo-pleistocenici non presenta differenze tra il settore Sud (sondaggil-IO) e quello Nord (sondaggi 11-18) ed indica per entrambi la prevalenza deisilicati sui carbonati. .

Viceversa, nella deposizione olocenica "inferiore" e' stata riscontratauna discreta differenza tra i due settori litoranei con la prevalenza dei carbonatisui silicati più marcata nella zona meridionale rispetto alla zona settentrionale.

Infine, la deposizione olocenica "superiore" presenta le differenze arealidi composizione mineralogica media più evidenti con prevalenza dei carbonatinel settore settentrionale, e dei silicati in quello meridionale.

Le percentuali medie di ogni sondaggio dei minerali principali .e lorovariazioni lungo l'intero cordone litorale vengono rappresentate in Figura 5.

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E' evidente la diminuzione dei silicati ed il contemporaneo aumento deicarbonati, da Sud verso Nord, nella deposizione olocenica e l'andamentopressoché costante in quella pleistocenica. A differenza di Quarzo, Ca-feldspatie K-feldspati il trend dei plagioclasi sodici si discosta dal quello dei silicatitotali.

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!.Muscovite+Biotite+Chlorite EtCarbonati lIDSilicati IFig. 4. Composizione mineralogica media dei sedimenti sabbiosi tardo-pleistocenici edoloccnici per il settore settentrionale e meridionale del litorale veneziano.

Le percentuali della Calcite e della Dolomite nei depositi manmolocenici (tipo a), indicano andamenti opposti, crescente da Sud verso Nord laDolomite e decrescente la Calcite; in quelli continentali pleistocenici (tipo b)entrambi i minerali assumono invece valori medi abbastanza costanti per isettori meridionale e settentrionale.

Come si e' potuto osservare, le maggiori differenze areali dellepercentuali di Quarzo, feldspati, Calcite e Dolomite sono riscontrabili nellasedimentazione marino.•lagunare olocenica; al contrario, per le miche e la.Clorite, queste differenze sono più marcate nella sedimentazione pleistocenica(tipo h).

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4. CONTRIBUTO ALLO STUDIO PALEOCLlA1ATlCO

Gli effetti dei maggiori cambiamenti climatici durante il PleistoceneSuperiore e l'Olocene sono ben riconoscibili nelle sequenze sedimentariestratigrafiche sottostanti la laguna ed il litorale di Venezia19.

Infatti, l'avanzamento o la recessione dei ghiacciai con conseguentevariazione del livello medio mare e della linea di costa, l'attivita' fluviale, didilavamento e dei processi diagenetici regolati dalle variazioni di temperatura edumidita', hanno lasciato la loro traccia nelle caratteristiche sedimentologiche deilivelli sabbiosi ed argillosi

In Figura 6 vengono riportate le variazioni delle percentuali deicarbonati (Calcite e Dolomite) e dei silicati (Quarzo e fe1dspati) nei livellisabbiosi, in relazione alle principali condizioni climatiche succedutesi durantegli ultimi 25,000 anni.

Si puo' notare che durante l'ultima glaciazione wurmiana, in condizionicostanti di clima freddo ed arido, la composizione mineralogica delle sabbiedepositate sulla paleopianura continentale, e' abbastanza omogenea con lepercentuali dei silicati superiori a quelle dei carbonati.

Viceversa, durante il post glaciale e la trasgressione oloccnica, incondizioni climatiche variabili, le sabbie di deposizione marino-lagunarepresentano variazioni marcate dovute all'impatto di brevi periodi freddi durantela fase di riscaldamento generale. Si puo' osservare infatti la prevalenza deicarbonati sui silicati durante la fase di generale aumento della temperatura equella dei silicati sui carbonati in corrispondenza dei periodi dì deterioramentoclimatico.

Un esempio degli effetti delle particolari condizioni climatiche sulladiagenesi dei sedimenti argillosi e' dato dall'indurimento degli ultimi stratipleistocenìci. Queste argille, localmente note come caranto, sono ritenute unpaleosuolo13,12 e, anche se discontinue, per la loro tipica colorazione bruno-giallastra, le caratteristiche fisiche, meccaniche. mineralogiche e gcochimiche(Figg. 7, 8) possono essere considerate un buon livello guida per individuare illimite stratigrafico Pleistocene/Oloccne22,2o,21, 12, 13 .

Questo livello argilloso, di spessore variabile da alcune decine dicentimetri ad alcuni metri, dato illimitato carico geostatico sovrastante presentauna anomala consistenza attribuibile al processo di sovraconsolidazioneavvenuto a seguito di una prolungata esposizione subaerea in condizioni aridedi clima glaciale (Foto l, 2).


Queste condizioni climatiche e le peculiari caratteristiche di plasticita' e digranulometria di quest' argilla hanno consentito il drenaggio ed ildisseccamento.

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Fig. 6, Variazioni delle percentuali dei silicati (linea tratteggiata) e dei carbonati (lineacontinua) dei sedimenti sabbiosi in relazione ai cambiamenti paleoclimatici.


Foto 1. Allineamento preferenziale dei fillosicati nel caranto: A) parallelo, B) circolare

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Fig. 7. Composizione mineralogica del caranto e dei livelli argillosi sopra e sottostauti

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Fig. 8. Composizione geochimica del caranto e dei livelli argillosi sopra e sottostauti

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5. RlFERhUENTO GEOCHhvilCO NATURALE PER UNA CORRETTAVALUTAZIONE DEI METAlLI PESANTI NEl SEDhUENTlANTROPIZZATI.

La corretta valutazione del tasso di inquinamento da metalli pesantidovuto all'attività' antropica nei sedimenti di fondo attuali della laguna venetarichiede una base di riferimento naturale non contaminata dalle attivita'umane'", A questo proposito viene proposto il confronto tra i dati analitici dicampioni di sedimenti argillosi di fondo provenienti da sei località' all'internodella laguna, tra le bocche di porto di Chioggia e di Lido, e quelli' di campioniattribuibili alla sedimentazione tardo-pleistocenica presi nel sottosuolo aprofondità' di 10-15metri, nei pressi delle stesse località' (Fig. 9).

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Fig. 9. Confronto tra i valori di alcuni metalli pesanti dei sedimenti di antica deposizione(circa 15-20.000 anni fa) (linea continua) e quelli di fondo attuali antropizzatii"campionamento 1976-'78 linea tratteggiata, campionamento 1995 linea punteggiata''' .


La linea continua si riferisce alla composizione geochirnica deisedimenti indisturbati antichi, mentre per i sedimenti 'di fondo recenti, la lineatratteggiata riporta i valori di un campionamento effettuato nel periodo 1976-197824 e quella punteggiata riporta i valori dei campioni prelevati nel 199525.

Uno studio dettagliate" mediante SEM, BDS e EDS dei campioni profondiindisturbati ha inoltre evidenziato la presenza di grani naturali di Monazite eUraninite con valori in p.p.m. di Ce, La, Nd, Cr, U e Th che potrebbero essereconsiderati nocivi.

CONCLUS10NI

Lo studio mineralogico delle sabbie ha permesso inizialmente ladifferenzazione dei sedimenti olocenici da quelli tardo-pleistocenici esucessivamente e' stato riscontrato che le variazioni della composizionemineralogica sono correlate a quelle degli ambienti deposizionali generalmentein relazione ai paleoclimi.

Le differenze verticali delle percentuali mineralogiche tra lasedimentazione tardo pleistocenica e quella olocenica sono da attribuirsi allasuccessione dei diversi ambienti di deposizione legata principalmente allevariazioni climatiche, all'eustatismo e, secondariamente, a variazioni delrapporto tra i tassi di subsidenza e quelli di sedimentazione, Le differenze arealiinvece, tra i settori settentrionale e meridionale, sono imputabili alle diversecaratteristiche petrografiche degli apporti solidi fluviali, prevalentementecarbonatici a Nord e silicatici a Sud.

La relazione tra la composizione mineralogica, geochimica c tessituraledei sedimenti e le condizioni climatiche e' stata evidenziata con alcuni esempi.

Nel caso dei sedimenti sabbiosi e' stato evidenziato un aumento deisilicati durante le fasi di deterioramento climatico (periodi a clima freddo) ed unaumento invece dei carbonati durante le fasi di miglioramento climatico.

Per i sedimenti argillosi e' stato riportato l'esempio dell'impatto delclima glaciale arido sull'ultimo livello di argille pleistoceniche icarantoi. Inquesto caso, gli effetti del clima sono stati ben evidenziati, mediante lo studiotessiturale, nell'allineamento preferenziale dei minerali lamellari che haconferito una elevata consistenza a questo livello.

Infine e' stata evidenziata l'importanza di determinare una basegeochirnica di riferimento quale background naturale per una correttavalutazione dell'impatto antropico sui contenuti di metalli pesanti nei sedimentiattuali.


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