Torbiditi

Le torbiditi sono sedimenti clastici (sia terrigeni sia carbonatici). Sono prodotte dalla deposizione di sedimenti per opera di correnti ricche di materiale in sospensione e notevolmente più dense della massa d'acqua in cui si muovono, definite "correnti torbide"Tali correnti sono definite anche in altri modi nella letteratura geologica in lingua italiana: correnti di torbidità (dalla terminologia anglosassone: turbidity currents), "correnti di torbida" o più semplicemente "torbide".. Si tratta tipicamente di depositi di mare profondo, anche se il loro meccanismo deposizionale non è esclusivo dell'ambiente sottomarino oceanico.

Torbiditi di mare profondo Processi e materiali

Le correnti torbide sono correnti di fluido in movimento con materiale in sospensione che si muovono lungo un pendio attraverso aria, acqua o un altro fluido. La corrente si muove per gravità, a causa della propria maggiore densità rispetto al fluido nel quale scorre, dovuta alla presenza di particelle solide in sospensione..

Le correnti torbide hanno origine da sedimenti non consolidati deposti sulla piattaforma continentale e sulla scarpata continentale. Questi sedimenti derivano principalmente dalle foci dei fiumi, eventualmente ridistribuiti lungo il margine della piattaforma da tempeste di grande entità. Questi sedimenti possono essere convogliati direttamente fino al margine della piattaforma da piene fluviali eccezionali, oppure rimobilizzati da eventi sismici. Avendo densità maggiore rispetto all'acqua circostante, le correnti così generate (density flow nella terminologia anglosassone) scorrono velocemente verso il basso, per forza di gravità, lungo la scarpata continentale. Si tratta di flussi a elevata turbolenza, con forte capacità erosiva. La velocità di avanzamento della corrente dipende anche dall'inclinazione della scarpata. Aumentando la velocità, aumenta anche l'erosione e la quantità di sedimenti trasportati; questo a sua volta aumenta la densità della corrente e quindi la velocità in un meccanismo di "autoalimentazione", raggiungendo anche velocità dell'ordine di alcune centinaia di chilometri orari (fino a metà della velocità del suono).

Le correnti di torbida possono provocare danni a strutture artificiali sottomarine, come condotte, cavi elettrici, impianti di produzione petroliferi offshore. L'azione erosiva delle correnti torbide scava con il tempo veri e propri canyon sottomarini, che incidono il margine della piattaforma continentale, nei quali si convoglia un numero sempre maggiore di questi eventi accentuando sempre più la profondità dei canyon. Spesso i canyon si situano in corrispondenza delle foci dei fiumi principali, per l'elevato volume di sedimenti che portano.

Con il diminuire della pendenza in corrispondenza del piede della scarpata continentale, le correnti perdono progressivamente velocità e capacità di carico, deponendo gradualmente i sedimenti: nelle parti più prossime alla scarpata i sedimenti più grossolani (ghiaia e sabbia grossolana), ed entro la piana sottomarina le frazioni più fini (sabbia fine, silt, argilla).

Torbiditi a bassa densità

Ogni evento torbiditico genera uno strato caratterizzato da una particolare successione verticale di strutture interne, chiamata sequenza di Bouma (dal nome dello studioso che la definì originariamente su sedimenti fossili, in affioramento). La sequenza tipica, come descritta da Bouma,. può essere suddivisa in cinque intervalli distinti (A-E), partendo dalla base e risalendo verso il tetto dello strato. Nella realtà alcuni intervalli possono mancare: infatti non tutte le correnti torbide hanno uguali livelli di densità e velocità e ognuna di esse ha origine in contesti litologici differenti. Il modello proposto nella classica sequenza di Bouma rappresenta una situazione ideale di deposizione di un singolo strato completo. Alla base della sequenza si trova una superficie di erosione, sopra la quale si depositano man mano i sedimenti, in regimi di flusso con energia decrescente verso l'alto. I fanghi in sospensione infine si depongono per decantazione..

In particolare (dal basso verso l'alto), abbiamoI termini della sequenza di Bouma sono preceduti convenzionalmente dalla lettera T (Turbidite). Le torbiditi derivate da flussi a bassa densità sono state le prime ad essere identificate e studiate in dettaglio.:

TA: sabbie da molto grossolane a fini con gradazione normale (cioè sempre più fini verso l'alto)Esiste anche una gradazione inversa, in cui invece la granulometria aumenta verso l'alto.;

TB: sabbie medio-fini con laminazione parallela;

TC: sabbie con laminazione obliqua da ripple mark o lamine convolute;

TD: sabbie finissime e silt laminati parallelamente;

TE: fanghi massivi, privi di strutture, spesso con evidenze di attività di organismi (bioturbazioni), a granulometria finissima (argilla, silt).

I termini di questa sequenza corrispondono a velocità e densità progressivamente minori della corrente torbida, e sono stati verificati sperimentalmente, riproducendo in laboratorio correnti torbide con velocità decrescente. Quindi nelle parti più prossimali (vicine al punto di origine della corrente), ad esempio in un canale torbiditico, avremo sequenze prevalentemente troncate verso l'alto (ad esempio sequenze TA; TA-B), perché la corrente è ancora molto veloce e le frazioni più fini del sedimento tendono a restare in sospensione nel flusso.

In situazioni intermedie avremo sequenze più complete, fino alla sequenza di Bouma completa (ad esempio TA-C; TA-D; TA-E).

Nella parte distale (lontana dal punto di origine della corrente) del deposito avremo sequenze troncate verso il basso (cioè mancanti delle frazioni più grossolane del sedimento), perché ormai il flusso della corrente è molto diluito e porta in sospensione sedimento molto fine (ad esempio sequenze TB-E; TC-E; TD-E).

Gli ultimi termini che si depongono, per decantazione, sono i fanghi torbiditici (TE), ormai nella piana abissale, che possono essere alternati (tra un episodio torbiditico e un altro a fanghi di sedimentazione normale, con forte componente biogenica (ad esempio "fanghi a globigerine" o a "fanghi a radiolari").

L'analisi sedimentologica di facies è quindi diagnostica sia del tipo di sistema torbiditico sia della posizione nell'ambito del sistema stesso, e può fornire criteri predittivi per la distribuzione delle facies e delle proprietà petrofisiche correlate. Questo tipo di analisi viene condotta ad esempio sulle carote tagliate nei pozzi perforati per la ricerca di idrocarburi per la costruzione di modelli numerici in grado di descrivere qualitativamente e quantitativamente il reservoir.

Torbiditi ad alta densità

Come già riportato le torbiditi possono aver origine da eventi franosi (debris flow) di grande entità originati da shock sismici ovvero da instabilità dei sedimenti accumulati sulla scarpata continentale o ai margini dei canyon sottomarini, o ancora da eventi di piena catastrofica di origine fluviale che arrivano oltre il margine della piattaforma stessa. Le parti più prossimali di questi flussi, vicine alla sorgente del sedimento, sono caratterizzate da elevata turbolenza, da una grande quantità di sedimento in sospensione e da alta densità e viscosità, e danno luogo a depositi con caratteristiche decisamente diverse rispetto alla classica sequenza di Bouma. In effetti, già nei decenni immediatamente successivi agli studi di Bouma (primi anni 1960), si è evidenziata la difficoltà di descrizione di alcuni tipi di depositi strettamente associati a sedimentazione gravitativa in contesti di mare profondo utilizzando i termini dell'omonima sequenza; gli studi di D.R. Lowe (primi anni 1980) hanno fornito uno schema di sequenza alternativo per le torbiditi da flussi ad alta densità. A seconda delle caratteristiche di composizione originaria del sedimento interessato dal fenomeno e delle caratteristiche reologiche del flusso stesso possiamo avere.: scivolamento sinsedimentarioContemporaneo alla sedimentazione. (slump/slide): accumuli di strati avulsi dalla loro sede originale, scivolati lungo il pendio e parzialmente smembrati, in giacitura discordante rispetto agli strati in posto, spesso interessati da pieghe sinsedimentarie (disarmoniche, sovente coricate nella direzione di scivolamento); si tratta di "pacchi" di strati scollati e franati per instabilità del sedimento inconsolidato e/o per opera di un evento sismico. Sono comuni nel contesto della scarpata continentale e delle pareti di un canyon sottomarino, ma sono presenti diffusamente nelle parti più prossimali dei sistemi torbiditici in senso stretto. flusso di detrito (debris flow): flusso ad alta viscosità di sedimento spesso prevalentemente fangoso (mudflow) con caratteristiche coesive; i granuli sono supportati dalla marice argilloso-siltosa. flusso granulare (grain flow): flusso di tipo trattivo, caratterizzato da movimento dei clasti per rotolamento e scivolamento, con una forte componente di interazione (collisioni) tra i clasti stessi; i depositi derivati sono sabbie da medio-fini a grossolane, fino a conglomerati, spesso caratterizzati da laminazioni parallele od oblique a scala maggiore rispetto alla sequenza di Bouma. Possono comparire anche gradazioni inverse (con aumento della granulometria verso l'alto), determinate dal fatto che i granuli di diametro maggiore, dotati di maggiore energia cinetica, sono mantenuti in sospensione dalla componente della pressione (dispersive pressure) dovuta alle collisioni tra i medesimi, mentre i granuli di minor diametro tendono a deporsi tra i maggiori e al di sotto. flusso fluidificato o liquefatto (liquified/fluidized flow): i granuli sono tenuti in sospensione dalla pressione generata dalla turbolenza e dal movimento verso l'alto della massa d'acqua; i depositi originati da questi flussi sono caratterizzati spesso dalla presenza di strutture di "sfuggita d'acqua" (dewatering), che in sezione hanno l'aspetto di piatti con i margini rilevati (dish structures) o di veri e propri dicchi sedimentari, prodotti dall'acqua intrappolata entro il sedimento durante la deposizione in massa che si libera violentemente deformando il sedimento stesso.

Questi meccanismi generalmente non sono esclusivi ma corrispondono a diverse fasi del flusso, dando origine a depositi molto differenziati sia lateralmente (in direzione della corrente) sia verticalmente, per successiva separazione di materiale con caratteristiche granulometriche e reologiche diverse. Anche il meccanismo di trasporto all'origine del flusso torbiditico (frana sottomarina, flusso iperpicnale) e la composizione originaria del materiale disponibile mobilizzato concorrono a determinare il tipo e la successione dei depositi reali. Le torbiditi ad alta densità sono generalmente in posizione prossimale entro i sistemi torbiditici, e possono dare origine per differenziazione a flussi a bassa densità e conseguentemente ai depositi torbiditici di Bouma. La sequenza di eventi più probabile (in ordine di densità decrescente) è la seguente:

SLUMP/SLIDE → MUDFLOW (COHESIVE DEBRIS FLOW) → GRAIN FLOW → LIQUIFIED/FLUIDIZED FLOW → TURBIDITY LOW DENSITY CURRENT

Per quanto detto sopra, tuttavia, nei depositi reali possono mancare termini corrispondenti ad alcune fasi del flusso, in ragione della distanza dalla sorgente del flusso stesso e della sua composizione. Come si vede, le torbiditi ad alta densità costituiscono i termini prossimali delle torbiditi "classiche" di Bouma. La prevalenza delle une piuttosto che delle altre dipende dalla posizione dei depositi entro il sistema torbiditico, e dalle caratteristiche del sistema torbiditico stesso in risposta alle condizioni di messa in posto dei sedimenti più in generale, delle condizioni ambientali al contorno (variazioni del livello del mare, disponibilità e tipologia di sedimenti).

Depositi torbiditici Generalità