Piattaforma carbonatica
Con il termine piattaforma carbonatica si intende, in sedimentologia e in biologia, un'area situata in ambiente marino o lacustre, caratterizzata da un rilievo topografico più o meno accentuato e da un'elevata produzione di materiale carbonatico autoctono di origine prevalentemente biogenica, derivato dall'accumulo di parti dure di organismi a scheletro calcareo oppure dalla precipitazione di carbonato indotta dall'attività di organismi viventi.
Il termine deriva dalla morfologia generalmente tabulare di questi corpi geologici e dal fatto che i sedimenti componenti sono carbonatici. Una piattaforma carbonatica è un complesso molto articolato, che comprende diversi ambienti.
I termini piattaforma carbonatica e Barriera corallina (reef) non sono sinonimi. Una barriera corallina è una scogliera bio-costruita e costituisce una parte della piattaforma carbonatica: tipicamente la sua fascia marginale esterna (più o meno estesa). Un esempio di piattaforma sviluppata lungo una costa continentale, in cui la parte di reef è molto estesa, è la Grande Barriera Corallina australiana.
D'altro canto, sono esistiti nella storia geologica complessi di piattaforma carbonatica privi di un vero e proprio reef (esempi molto studiati sono le piattaforme del Triassico, molto diffuse nelle Dolomiti e in tutte le Alpi meridionali). Anzi, i complessi di reef sono presenti in realtà solo in alcuni periodi della storia della terra.
È importante sottolineare che, mentre tutti gli altri tipi di sedimento si accumulano passivamente sotto l'azione degli agenti atmosferici, i sedimenti di piattaforma carbonatica (essendo strettamente legati all'attività biologica) "crescono" attivamente. Quindi in questo caso la biocenosi (la comunità degli organismi viventi) è strettamente interconnessa con l'ambiente sedimentario (l'ambiente fisico e l'insieme dei processi che lo caratterizzano) e ne è parte attiva, molto più che negli altri tipi di ambiente. I ricercatori hanno coniato il termine factory(letteralmente "fabbrica") per definire questo ambiente sedimentario come l'insieme della piattaforma e della comunità biologica che la produce, in un determinato momento della storia geologica. Un'importante conseguenza di ciò è che i sedimenti di piattaforma carbonatica sono per la maggior parte autoctoni (cioè originatisi nel luogo stesso della sedimentazione o in aree strettamente adiacenti), mentre i sedimenti clastici sono nella maggior parte dei casi alloctoni (si sono cioè deposti in aree più o meno lontane da quelle di origine, sotto l'azione degli agenti atmosferici).
a precipitazione del carbonato di calcio avviene nelle aree di piattaforma carbonatica secondo tre modelli:
precipitazione abiotica. Controllata dalle leggi della termodinamica. I fattori principali sono temperatura e pressione, ma hanno una influenza rilevante anche le condizioni cinetiche dell'ambiente, come l'energia delle acque e la mescolanza di acque con diverso tenore di CO2: la rimozione di anidride carbonica per diluizione o per degassazione può infatti portare alla precipitazione di CaCO3 in acque sovrassature in carbonato di calcio. Esempi di questo tipo sono cementi aragonitici o di calcite magnesiaca precipitati in acque calde e agitate, spesso in strutture tipiche come le ooliti.
precipitazione indotta biologicamente. Questo meccanismo implica che le condizioni ambientali favorevoli alla precipitazione sono determinate dalla presenza e dall'attività di organismi viventi e dal loro metabolismo, i quali però hanno scarsa o nulla influenza sulle modalità della precipitazione stessa e sul prodotto finale. Esempi caratteristici sono i carbonati micritici (fanghi) di origine batterica. In questo caso, l'attività fotosintetica porta alla rimozione di CO2 dal sistema, favorendo la precipitazione di carbonato di calcio.
precipitazione controllata biologicamente. In questo caso sono gli organismi a determinare in maniera diretta l'inizio e lo sviluppo della precipitazione e le caratteristiche del prodotto finale. L'esempio più tipico attuale sono i coralli e altri organismi che estraggono dalle acque il carbonato di calcio trasformandolo in strutture scheletriche per opera del proprio metabolismo.
Le piattaforme carbonatiche attuali e le comunità biologiche che le supportano si rinvengono entro un ampio intervallo di temperatura, salinità e profondità: si trovano sia in acque fredde, alle medie e alte latitudini, sia in acque calde, e sono il prodotto dell'attività di comunità molto diverse. I principali gruppi che costituiscono bio-costruzioni sono:
Cianobatteri. Noti impropriamente anche come alghe blu-verdi o anche alghe azzurre. Sono organismi unicellulari, procarioti e autotrofi. Si tratta di organismi coloniali, altamente efficienti nella fotosintesi, potendo utilizzare anche parti dello spettro cromatico non utilizzabili dalle alghe vere e proprie, e possono perciò sopravvivere in condizioni di scarsissima illuminazione, come quelle dei fondali marini o lacustri molto al di sotto della zona fotica. Le colonie di cianobatteri non hanno parti scheletriche calcaree, ma la loro attività metabolica può indurre la precipitazione del carbonato di calcio dalle acque.
Alghe calcaree. Presenti sia in acque marine (ad esempio molte specie di alghe rosse) che in acque dolci (ad esempio le caroficee). Sono anche il gruppo in assoluto più diffuso in latitudine, essendo presenti sia in acque temperato-fredde che in acque calde tropico-equatoriali. Essendo organismi fotosintetici, sono limitati alla zona fotica, in cui la luce solare è sufficientemente forte da sostentare la fotosintesi.
Colonie ramificate di coralli (genere Acropora) in posizione di vita, dal Mar dei Coralli (Oceania).
Coralli ermatipici. Sono i coralli che vivono in simbiosi con alghe verdi unicellulari (Zooxanthellae). Come tutti gli animali, sono in realtà organismi eterotrofi, ma vivendo in simbiosi con alghe verdi, sono strettamente vincolati alla disponibilità di luce solare. Sono quindi limitati alla zona fotica. Sono organismi sia coloniali che solitari. In quest'ultimo caso sono spesso gregari.
Coralli aermatipici. Coralli non-simbiotici con alghe verdi, quindi non limitati alla zona fotica e non limitati dalla latitudine, potendo vivere anche in acque fredde (fino a qualche grado centigrado) e profonde. Anche in questo caso possono essere sia coloniali che gregari. Spesso non producono vere e proprie scogliere organogene, ma riescono ad intrappolare sedimento fino a formare banchi organogeni (con scarso rilievo sui sedimenti circostanti), in genere con morfologia tabulare o tondeggiante (mound, per usare il termine anglosassone). Tuttavia, con il progredire dei mezzi tecnologici di indagine oceanografica, si è constatato che questi organismi danno luogo anche a vere e proprie bioerme in ambiente marino profondo (fino ad oltre 1000 metri di profondità).
Vermetidi. Sono gasteropodi con conchiglia ad avvolgimento complesso e parzialmente svolta. Costituiscono estesi accumuli lungo costa in mari sia temperati che tropicali in associazione con alghe calcaree. Gli accumuli delle conchiglie di questi organismi, mediante processi di cementazione precoce del carbonato di calcio, danno luogo a bio-costruzioni note come piattaforme a vermeti o trottoir a vermeti. Sono presenti in acque a salinità normale (36 per mille) fino ad acque salmastre (intorno al 25 per mille).
Ostreidi. Molluschi bivalvi incrostanti e gregari. Vivono a bassa profondità cementandosi al substrato e danno luogo a banchi organogeni di estensione limitata. Si trovano in un ampio intervallo di salinità, da normale a iposalino (spesso questi banchi si rinvengono alle foci dei fiumi).
Serpulidi. Anellidi policheti dotati di un tubo esterno calcareo, gregari, che formano colonie in cui gli individui crescono cementandosi gli uni agli altri. Si trovano in un intervallo molto ampio di salinità, potendo vivere (a seconda delle specie) in ambienti iposalini e ipersalini e in condizioni schizoaline.
In realtà molti altri gruppi faunistici contribuiscono secondariamente alla costruzione delle piattaforme carbonatiche, come i poriferi (spugne), i briozoi, i crinoidi, diversi gruppi di bivalvi e gasteropodi, concorrendo a consolidare il sedimento e a mantenere il rilievo della bio-costruzione (oltre che ad incrementare la biodiversità della factory).
Un serpulide cresciuto su una colonia corallina. Notare la colonia di tipo massiccio, non ramificato.
Vari fattori, come un aumento eccessivo del tasso di subsidenza, un incremento eccessivo e subitaneo del livello marino, la mancanza di nutrienti, variazioni di temperatura e di salinità dovute a cambiamenti nella circolazione oceanica, proliferazione incontrollata di predatori degli organismi bio-costruttori, inquinamento, possono portare ad una crisi, anche irreversibile, della comunità che sostiene la piattaforma e causarne quindi l'annegamento e la morte. Analogamente, un abbassamento improvviso del livello marino può portare ad emersione gran parte della piattaforma e causare la morte della sua comunità biologica.
La classificazione di Schlager (2000) è quella più seguita attualmente nell'ambito della ricerca. Questa distingue tre tipi principali di factory:
Factory tropicale (tropical factory), costituita dalle comunità di piattaforma di bassa profondità in acque calde di aree inter-tropicali.
Factory di acque fredde (cool-water carbonate factory), costituita da comunità di acque a bassa temperatura e/o di medie e alte latitudini. Possono sussistere in un ampio intervallo batimetrico, dal livello del mare ad un migliaio di metri di profondità.
Factory di accumulo micritico (mud-mound factory), conosciute solo da esempi fossili, sono costituite da sedimenti fangosi litificati derivati probabilmente da attività batterica; potevano crescere sia in acque profonde che in acque superficiali.
Questa classificazione è seguita sostanzialmente anche in questa voce, anche se si è preferito definire i tipi come piattaforme piuttosto che come factory, per varie ragioni essenzialmente didattiche. Inoltre, le piattaforme di acque fredde sono state suddivise ulteriormente tra tipi di bassa e di elevata profondità: le piattaforme di bassa profondità sono infatti sostanzialmente diverse da quelle profonde perché ancora controllate dalle oscillazioni del livello marino e per la presenza di facies protette in posizione interna. Ancora, le piattaforme lacustri, che si sviluppano in acque lacustri dolci, iposaline o ipersaline, meritano un capitolo a parte.
Le piattaforme carbonatiche più sviluppate e più tipiche sono quelle di ambiente marino e di clima tropico-equatoriale, con acque molto pulite e ben ossigenate, generalmente povere di nutrienti, e sono degli indicatori ambientali molto sensibili alla presenza di inquinamento (di origine sia naturale che antropica) e alle variazioni del clima. Si trovano attualmente solo in acque calde (>20 °C di temperatura media annua), in una fascia latitudinale compresa tra 30° S e 30° N. Un tipico esempio di piattaforma carbonatica attuale è costituito dalle isole Bahamas. Si tratta di aree più o meno estese, a bassa profondità d'acqua (mediamente di pochi metri), con zone più profonde di laguna interna e spesso bordate verso il mare aperto da un sottile margine di reef o bioerma (scogliera bio-costruita). Gli organismi bio-costruttori sono principalmente autotrofi (alghe calcaree) o comunque strettamente dipendenti dalla luce solare (coralli ermatipici, simbionti con alghe verdi). Le aree di piattaforma interna sono caratterizzate dalla proliferazione di organismi come alghe calcaree, coralli non biocostruttori, crinoidi e molluschi. I sedimenti interni alle aree di piattaforma sono prevalentemente fanghi carbonatici derivati principalmente dalla disintegrazione degli scheletri calcarei delle alghe. Sono frequenti, soprattutto nelle facies ad alta energia come spiagge e barre sommerse, particelle e granuli di materiale carbonatico derivati da precipitazione chimica non indotta o controllata biologicamente, come le ooliti.
Le piattaforme carbonatiche di questo tipo sono in generale caratterizzate morfologicamente da un rilievo topografico più o meno accentuato nei confronti delle aree circostanti e tendono a "crescere", cioè a propagarsi in verticale e in orizzontale, progradando sui sedimenti neritici o bacinali intorno, a causa del surplus di materiale carbonatico prodotto dagli organismi viventi. Questo materiale in eccesso si accumula tipicamente in una fascia di detrito esterna al margine della piattaforma, sulla scarpata di raccordo con i sedimenti di bacino, con granulometria fino a molto grossolana.
Perché una piattaforma carbonatica possa nascere e perdurare, devono esservi tre condizioni fondamentali:
La presenza di una fascia marginale resistente all'azione del moto ondoso e delle correnti in grado di trattenere all'interno della piattaforma il sedimento, che altrimenti verrebbe facilmente asportato dagli agenti erosivi. Spesso, ma non necessariamente, si tratta di una scogliera o reef caratterizzata da una impalcatura rigida, costituita generalmente da scheletri di organismi e organismi viventi cementati tra loro (i coralli sono l'esempio più caratteristico presente nelle piattaforme attuali), che trattengono come una rete il sedimento fine (con granulometria variabile dalla sabbia al fango). La parte più esterna del reef è caratterizzata da alghe calcaree incrostanti (Lithothamnium), che formano un "crostone" ad alta resistenza nei confronti delle onde frangenti ed esercitano la funzione principale di protezione delle facies bio-costruite retrostanti e di tutto l'edificio della piattaforma.
Un tasso di accumulo del materiale carbonatico che eguagli la subsidenza del fondale marino e permetta alla comunità vivente di restare entro l'intervallo di profondità ottimale per la propria sussistenza. Per le comunità attuali (principalmente coralli e alghe calcaree) e per la maggior parte delle piattaforme fossili, tale intervallo coincide con la parte superiore della zona fotica, cioè con l'intervallo di massima penetrazione della luce solare (in genere in acque molto limpide intorno ai 100–150 m di profondità). Entro questo intervallo gli organismi possono proliferare, in presenza di un apporto adeguato di nutrienti, e mantenere la piattaforma, anche in un regime di incremento del livello marino.
Un rilievo più o meno accentuato nei confronti dei sedimenti adiacenti, conseguenza dei primi due punti. Oltre a fornire tuttora i mezzi di sussistenza per le popolazioni residenti, le piattaforme carbonatiche attuali hanno un interesse economico soprattutto locale, sia per la pesca, che per il turismo.
