Gli strati sedimentari contengono cicli e modelli stratigrafici che rivelano con precisione la successione di condizioni climatiche e tettoniche che si sono verificate nel corso dei millenni, migliorando così la nostra capacità di comprendere e prevedere l'evoluzione del pianeta. Ricercatori dell'Università di Ginevra (UNIGE), La Svizzera e colleghi internazionali hanno lavorato su un metodo analitico che combina osservazioni di strati sedimentari di acque profonde e misura il rapporto isotopico tra carbonio pesante e leggero. Hanno scoperto che i cicli che scandiscono queste successioni sedimentarie non sono dovuti unicamente all'erosione delle montagne che circondano il bacino, ma sono riconducibili alle variazioni del livello del mare. Questa ricerca, pubblicato sulla rivista Geologia , apre la strada a nuovi usi dei metodi isotopici nell'esplorazione geologica.

L'area a sud dei Pirenei è particolarmente adatta allo studio degli strati sedimentari. Le rocce sono esposte a grandi distanze, permettendo ai ricercatori di fare osservazioni dirette. Qui si trovano torbidi, grandi depositi di sedimenti formati in passato da valanghe sottomarine costituite da sabbia e ghiaia. "Abbiamo notato che queste torbiditi ritornavano periodicamente, circa ogni milione di anni. Ci siamo chiesti quali fossero le ragioni di questa ciclicità, " spiega Sébastien Castelltort, professore nel dipartimento di scienze della terra della facoltà di scienze dell'UNIGE.

Gli alti e bassi degli oceani regolano i cicli di sedimentazione

I geologi hanno concentrato la loro attenzione su rocce sedimentarie dell'Eocene di 50 milioni di anni, ed ha intrapreso la profilazione isotopica degli strati sedimentari. "Abbiamo prelevato un campione ogni 10 metri, misurare il rapporto tra ¹³ C (isotopo stabile del carbonio pesante) e ¹² C (isotopo stabile del carbonio leggero). Il rapporto tra i due ci dice la quantità di materia organica, il principale consumatore di ¹² C, che è maggiore quando il livello del mare è alto. Le variazioni del rapporto ci hanno aiutato ad esplorare il possibile legame con il livello del mare, "dice Louis Honegger, ricercatore dell'UNIGE. Il team di ricerca ha scoperto che gli intervalli ricchi di torbidite erano associati ad alti ¹² livelli C, e quasi sempre corrispondeva a periodi in cui il livello del mare era basso. Sembra che i cicli sedimentari siano causati principalmente dall'innalzamento e dall'abbassamento del livello del mare e non dalla crescita episodica delle montagne.

Quando il livello del mare è alto, i margini continentali sono allagati sotto uno strato di acque poco profonde. Poiché i fiumi non possono più scorrere, iniziano a depositare i sedimenti che trasportano ai margini continentali. Ecco perché così poco materiale raggiunge i profondi bacini a valle. Quando il livello del mare è basso, però, i fiumi erodono i loro letti per abbassare l'elevazione alla foce; trasferiscono i loro sedimenti direttamente alle pendici continentali dei bacini profondi, creando una valanga di sabbia e ghiaia. Di conseguenza, se si conoscono le variazioni del livello del mare, è possibile prevedere la presenza di grandi accumuli sedimentari creati da torbiditi, che spesso contengono grandi volumi di idrocarburi, avidamente ricercato nella geologia esplorativa.

Misurazione degli isotopi stabili del carbonio:un nuovo indicatore delle rocce serbatoio

La ricerca fornisce un nuovo ruolo per l'uso degli isotopi di carbonio. "Da ora in poi, " continua Castelltort, "sappiamo che calcolando il rapporto tra ¹³ C e ¹² C campionato in depositi di versante simili vicino ai continenti, possiamo avere un'indicazione del livello del mare, il che significa che è possibile prevedere la distribuzione delle rocce sedimentarie nel sottosuolo".

Inoltre, questa misurazione è relativamente semplice da eseguire e fornisce dati accurati, una vera risorsa per le società scientifiche e minerarie. Lo studio sottolinea anche l'importanza dei livelli del mare, che sono un metronomo della storia sedimentaria della Terra. "Certo, "conclude Honegger, "la deformazione tettonica e l'erosione sono fattori importanti nella formazione di strati sedimentari; ma svolgono un ruolo secondario nella formazione di accumuli di torbidite, che sono principalmente legate alle variazioni del livello del mare".