IMPACT OF THE CARNIAN PLUVIAL EPISODE ON DEPOSITIONAL SYSTEMS AND WEATHERING

Questo progetto di dottorato ha lo scopo di revisionare gli effetti del Carnian Pluvial Episode (CPE) sulla sedimentazione globale e il suo impatto sul weathering delle successioni carniche delle Dolomiti, che grazie alla straordinaria preservazione delle geometrie deposizionali e all’elevata risoluzione stratigrafica rappresentano un'area chiave per il Triassico e la comprensione del CPE. Per ottenere un quadro più completo ed esaustivo non si è studiato solo l’intervallo stratigrafico sin-evento (Fm di Heiligkreuz in Dolomiti), ma anche le condizioni pre- e post-CPE, coprendo un intervallo stratigrafico che va dalla Fm di San Cassiano alla Fm di Travenanzes. Il CPE è una perturbazione climatica che ha avuto importanti conseguenze sul biota e sulla sedimentazione e la comunità scientifica ha ormai ampiamente riconosciuto il suo carattere globale. Analizzando la sedimentazione avvenuta durante il Carnico in diverse aree del mondo e contesti deposizionali è emerso che i cambiamenti nella sedimentazione sono stati più o meno sincroni col CPE. Il confronto tra aree ha evidenziato anche l’eterogeneità nella robustezza dei constrain stratigrafici. Molte aree sono già state oggetto di studi paleoclimatici, che hanno messo in relazione i cambiamenti registrati dalle successioni con il CPE. Questo progetto ha messo in luce in particolare le aree dove sarebbe necessario migliorare la risoluzione stratigrafica e approfondire l’eventuale legame tra cambiamenti registrati nella sedimentazione e clima. Dall’altro lato si è osservato che in alcune aree, nonostante variazioni nella sedimentazione durante il CPE, o il clima era umido già pre-evento, senza variazioni climatiche riferibili ad esso; o perdurano le condizioni tipicamente aride del Triassico Superiore. Il CPE è marcato da perturbazioni nel ciclo del Carbonio che hanno portato: aumento di temperatura, intensificazione del ciclo idrologico globale e del runoff e weathering. La loro quantificazione fornisce dati significativi per ricostruire il paleoclima. Quindi, in questo progetto sono state per la prima volta applicate a successioni stratigrafiche ben note delle Dolomiti analisi geochimiche per poi calcolare indici di weathering e costruire diagrammi di provenienza dei sedimenti, unitamente ad analisi mineralogiche qualitative e quantitative, con particolare riferimento ai minerali argillosi, essendo prodotti di weathering. Per questo, il campionamento si è concentrato su intervalli ricchi di sedimenti fini ed è sfociato nella costruzione di una sezione composita. Le analisi condotte hanno permesso di evidenziare che in Dolomiti, rispetto alle condizioni pre-CPE (Formazione di san Cassiano), si registra un aumento del weathering chimico (indicativo di umidificazione del clima) sincrono con l'onset del CPE (Mb dell’Alpe di Specie – Fm di Heilgkreuz) e con variazioni geochimico-mineralogiche registrate da altri studi compiuti in altre aree del mondo e in diversi ambienti deposizionali. A seguito dell’onset del CPE si è verificato un forte sea level fall eustatico (Mb di Borca). Questo ha causato un ringiovanimento dei sistemi fluviali, con conseguente forte aumento dell’erosione, che porta nei bacini sedimenti più vecchi e riciclati. I diagrammi di provenienza hanno mostrato che i campioni delle diverse unità si possono raggruppare in due diversi cluster, uno prima e uno dopo il sea level fall, indicanti due sorgenti diverse. Il cambiamento della sorgente oblitera almeno in parte il segnale paleoclimatico derivabile dallo studio del weathering, infatti, a partire dal sea level fall è stato osservato un trend divergente degli indici di weathering. L’interpretazione di un clima umido all’interno di questo intervallo è comunque confermata da altri proxy sedimentologici o palinologici. Post-CPE (Formazione di Travenanzes), geochimica e mineralogia confermano un ritorno a condizioni climatiche aride sotto un regime di alto weathering fisico.

This PhD project aims to review the effects of the Carnian Pluvial Episode (CPE) on global sedimentation and its impact on weathering of Carnian successions in the Dolomites which, due to the extraordinary preservation of depositional geometries and the high-resolution stratigraphic framework, represent a key area for the Triassic and for understanding the CPE. To obtain a more complete and comprehensive picture, not only the syn-event stratigraphic interval, represented in the Dolomites by the Heiligkreuz Fm, was studied, but also the pre- and post-CPE conditions were considered, covering a stratigraphic interval between the underlying San Cassiano Fm and the overlying Travenanzes Fm. The CPE is a climatic perturbation that had important consequences on biota and sedimentation, and its global character is now widely recognized by the scientific community. By analyzing the successions deposited during the Carnian in different areas and depositional settings worldwide, it became particularly evident that occurring changes in sedimentation were more or less synchronous with the CPE. Comparison between different areas also revealed the great heterogeneity in the robustness of the stratigraphic constraints. Many areas have already been the subject of paleoclimatic studies that have related changes recorded by the sedimentary successions to the CPE. This project particularly highlighted areas where it would be necessary to improve the stratigraphic resolution instead and to further investigate the possible link between interesting changes recorded in sedimentation and climate. On the other hand, it has been observed that in some areas, during the CPE, despite recorded changes in sedimentation, the climate was humid even before the event and does not show climatic changes referable to it; or remains under typically arid conditions of the Upper Triassic. The CPE is marked by perturbations in the Carbon cycle that resulted in increased temperature and intensification of the global hydrologic cycle, enhanced runoff and weathering. The characterization and quantification of these latter holds great interest from a paleoclimate reconstruction perspective. Therefore, in this project, geochemical analyses aimed at calculating weathering indices and constructing diagrams discriminating sediment provenance, were applied for the first time to well-known stratigraphic successions of the Dolomites, together with qualitative and quantitative mineralogical analyses, with particular focus on clay minerals, which are weathering products. Hence, the sampling work targeted intervals rich in fine sediments and resulted in the building of a composite section. The analyses showed that in the Dolomites, an increase in chemical weathering (indicative of climate humidification) compared to the pre-CPE conditions (San Cassiano Fm), is recorded synchronously with the onset of the CPE (Alpe di Specie Mb - Heilgkreuz Fm) and with geochemical-mineralogical variations recorded by other studies carried out in other areas of the world and in different depositional environments. After the onset of the CPE, a strong eustatic sea level fall occurred (Borca Mb). This caused a rejuvenation of the river systems, resulting in a large increase in erosion, which carried older, recycled sediments into the basins. Source diagrams showed that samples from the different units can be grouped into two different clusters, respectively before and after sea level fall, indicating two different sources. The source change partially obliterates the paleoclimatic signal derivable from the weathering; in fact, a decoupling in the trend of weathering indices was observed since the sea level fall. However, the interpretation of a wet climate within this interval remains confirmed by other sedimentological or palynological proxies. Post-CPE (Travenanzes Formation), geochemistry and mineralogy confirm a return to arid climatic conditions under high physical weathering.