The slides are part of the "Palaeoecology: methods and applications" course taught by Andrea Baucon at the University of Genoa.
OVERVIEW
The activities are aimed at providing practical and theoretical tools to reconstruct the depositional environment based on the paleontological aspects (fossils, ichnofossils) of sedimentary successions. The teaching program follows a paleoecological transect from continental environments to abyssal plains, passing through deserts and coral reefs. For each depositional environment, the characteristic paleoecological properties are discussed, illustrating how to recognize, describe and interpret them.
LEARNING OUTCOMES
The student will acquire the ability to reconstruct the depositional environment based on the paleontological aspects (fossils, icnofossils) of a sedimentary succession.
SYLLABUS / CONTENT
1. PALEOENVIRONMENTAL TOOLS: the paleoecological investigation; taphonomy applied to environmental reconstruction; ichnofacies; ichnofabric; facies analysis; technical-scientific reports;
2. CONTINENTAL ENVIRONMENTS: paleoecology and paleoenvironments of desert, lake, river, alluvial plain, glacial and volcanoclastic settings;
3. SHALLOW MARINE ENVIRONMENTS: paleoecology and palaeoenvironments of beach, tidal plain, lagoon, strandplain, chenier plain, rocky coast, shelf, and carbonatic settings;
4. TRANSITIONAL ENVIRONMENTS: paleoecology and paleoenvironments of estuarine and deltaic settings;
5. DEEP MARINE ENVIRONMENTS: paleoecology and paleoenvironments of slope and abyssal plain settings;
Fieldwork activity: paleoecological analysis of fossil-bearing sedimentary successions
AIMS AND LEARNING OUTCOMES
The student will be able to:
• Define the ecological characteristics of a fossil association and their paleoenvironmental implications;
• Recognize, classify and interpret the main ichnofossils present in marine, transitional and continental sedimentary successions;
• Integrate paleontological and sedimentological information;
• Interpret the depositional environment of a sedimentary succession, based on both outcrop and core data;
• Compile summary documents such as technical-scientific reports and graphic representations of paleoenvironments
6. Insetto, Fm. Di Crato (Brasile,
Cretaceo). Foto di Alexandre
Ribeiro
I laghi offrono un alto
potenziale di
preservazione non
solo per gli organismi
acquatici
8. White and Miller (2008)
Nei laghi attuali ci sono molteplici strutture di bioturbazione…
9. Impronte di uccello nella Green River Fm. (Hunt e Lucas, 2007)
…e anche nei paleolaghi!
10. capitolo I
FORMAZIONE DEI LAGHI
SOMMARIO
1. Laghi di sbarramento
2. Laghi tettonici
3. Laghi di meandro (lanche)
4. Successione ecologica e di facies durante
l’abbandono di meandro
5. Laghi di maar
6. Altri tipi di lago
15. Laghi di meandro
«Così scendemmo ne la quarta lacca,
pigliando più de la dolente ripa
che 'l mal de l'universo tutto insacca»
(Dante Alghieri, Inferno, VII, vv. 16-18.)
16. I laghi di meandro si formano a causa del processo di abbandono del canale.
Thomas Cole, the Oxbow (il Fiume Connecticut vicino Northampton, 1836)
17. Formazione di un lago di oxbow, fiume Ucayali (peru): https://youtu.be/nGJXxAZPm8M
19. 4. Successione ecologica e di facies durante l’abbandono di meandro
La formazione di un lago di meandro è accompagnata da una successione caratteristica di
facies sedimentarie ed icniti
Canale attivo
Meandro
abbandonato
20. Stadio 1: canale attivo
Quando il canale fluviale è attivo, c’è migrazione
laterale delle barre di meandro: si deposita sabbia a
stratificazione incrociata
21. Stadio 1: canale attivo
Quando il canale fluviale è attivo,
l’ambiente è stressante e produce
una successione monospecifica a
tane verticali (Skolithos)
22. Stadio 2: lago di meandro
Quando il canale viene abbandonato e
si forma un lago di meandro, si
depositano fanghi perché
l’idrodinamismo è diminuito
23. Stadio 2: lago di meandro
Il lago di meandro è dominato da
tracce meniscate (ad es. Taenidium) di
organismi che cercano il cibo nel
sedimento e piste di artropodi
24. Stadio 3: interramento del lago
Il lago di meandro si interra: dominano
le tracce di radici, seguite da strutture
che indicano disseccamento (ad es.
mudcracks)
25. Esistono anche altri ‘percorsi tafonomici’: ad esempio, il canale può essere riattivato
26. Abbandono di canale:
successione verticale di facies
L’abbandono di canale produce una successione
verticale caratteristica, caratterizzata da fining upward
27. I laghi di meandro possono
andare incontro ad episodi di
anossia in quanto spesso non
ricevono acqua dal fiume
33. 6. Altri tipi di lago: ne esistono anche altri tipi…
34. capitolo II
PROCESSI E FATTORI
LIMITANTI IN UN LAGO
SOMMARIO
1. Idrodinamismo
2. Correnti di torbida lacustri
3. Temperatura
4. Stratificazione
5. Ossigeno
6. Nutrienti ed eutrofizzazione
7. Eruzioni limniche
8. Substrato
9. Posizione della tavola d’acqua
35. 1. Idrodinamismo
Correnti ed onde sono processi che agiscono anche nei laghi. Tuttavia, i laghi sono
ambienti idrodinamicamente più tranquilli rispetto a fiumi e mari. Perché?
39. Nei laghi, le correnti sono determinate soprattutto da venti, onde, fiumi e gradienti di
temperatura
Velocità della corrente in superficie Velocità della corrente al fondale
40. Fetch
L’energia propagata dalle onde dipende dal fetch, ossia la superficie di acqua su cui spira il
vento con direzione ed intensità costante. La superficie dei laghi è minore di quella dei
mari…
41. Fetch
Per lo stesso motivo, il fetch controlla la profondità della base d’onda (wave base), ossia la
profondità sotto la quale il moto ondoso non interagisce più con il fondale
42. Anche nei laghi ci sono onde:
surf nei grandi laghi nordamericani
43. Anche nei laghi ci sono onde:
surf nei grandi laghi nordamericani
45. Flute cast, torbidite lacustre
Flute cast, torbidite marina
Torbiditi marine e torbiditi lacustri
presentano le stesse strutture
sedimentarie fisiche
Distinguere torbiditi marine da torbiditi lacustri
46. Le tracce fossili delle torbiditi lacustri
presentano tracce dall’aspetto
‘disordinato’:
• Tracce di nutrimento che si
intersecano (Mermia,
Helminthopsis,
Helminthoidichnites)
Le tracce fossili delle torbiditi marine sono
molto geometriche:
• Tracce di nutrimento che non si
autointersecano (ad es., gli ‘elmintoidi’
ossia Nereites)
• Grafogliptidi (agrichnia, ad es.
Palaeodictyon, Cosmorhaphe)
Distinguere torbiditi marine da torbiditi lacustri
47. Le tracce fossili delle torbiditi lacustri
presentano tracce dall’aspetto
‘disordinato’:
• Tracce di nutrimento che si
autointersecano (Mermia,
Helminthopsis,
Helminthoidichnites)
Le tracce fossili delle torbiditi marine sono
molto geometriche:
• Tracce di nutrimento che non si
autointersecano (ad es., gli ‘elmintoidi’
ossia Nereites)
• Grafogliptidi (agrichnia, ad es.
Palaeodictyon, Cosmorhaphe)
Distinguere torbiditi marine da torbiditi lacustri
L’aspetto più ‘disordinato’ delle tracce lacustri potrebbe essere spiegato dalla maggior
abbondanza di nutrienti negli ambienti lacustri.
49. a
B e C sono torbiditi marine
Paracanthorhaphe? isp. da un paleolago miocenico. Pokorný et al. (2017)
50. 3. Temperatura
In estate, la temperatura dell’acqua diminuisce con la profondità
La superficie del lago è riscaldata dal sole, mentre le acque fredde sono più dense e
tendono ad ‘affondare’ rispetto a quelle più calde
51. In estate, si distinguono tre zone in un lago:
• Epilimnio: porzione superiore più calda;
• Metalimnio (o termoclino): porzione in cui si ha una brusca variazione di
temperatura (maggiore di 1 °C per ogni metro di profondità);
• Ipolimnio: porzione più fredda e profonda
3. Temperatura
52. 4. Stratificazione termica
Il profilo termico dei laghi (l’esempio è il
Mirror Lake nel New Hampshire) varia
stagionalmente
53. Primavera
le acque hanno approssimativamente la
stessa temperatura a tutte le profondità
(omeotermia)
Estate
Si crea una stratificazione stabile con strato
superficiale caldo (epilimnio) separato dalle
acque profonde uniformemente fredde
(ipolimnio) da uno strato di passaggio
(metalimnio), dove si ha un rapido
abbassamento della temperatura con il
crescere della profondità.
4. Stratificazione termica
54. La stratificazione termica influisce anche sull’ossigenazione
Quando c’è omotermia, il vento rimescola le acque, distribuendo i
nutrienti e ricaricando di ossigeno l’intera colonna d’acqua
Quando il lago è stratificato c’è una progressiva diminuzione del
contenuto di ossigeno nell’ipolimnio a causa della decomposizione della
sostanza organica
55. 5. Ossigenazione
Le porzioni più profonde di un lago tendono ad essere meno ossigenate di
quelle più superficiali.
Sopra: Ossigenazione nel lago Geneva (Wisconsin). Robertson et al. (2002)
64. Lenz et al. (2010)
Prodotti Parametri
Grana fine
Idrodinamismo: basso
Laminazione
(in peliti)
Colore scuro
Ossigenazione: bassa
Bassa intensità di
bioturbazione
65. Lenz et al. (2010)
Prodotti Parametri
Grana fine
Idrodinamismo: basso
Laminazione
(in peliti)
Colore scuro
Ossigenazione: bassa
Bassa intensità di
bioturbazione
Non si osservano evidenze di bioturbazione
La presenza di laminiti conferma che l’intensità di bioturbazione era
bassa a Messel (altrimenti non si sarebbero preservate).
66. Lenz et al. (2010)
La presenza di livelli ricchi chiari di alghe suggerisce che ci siano
state fioriture algali annuali
Le varve possono trovarsi anche in laghi proglaciali
Prodotti Parametri
Grana fine
Idrodinamismo: basso
Laminazione
(in peliti)
Colore scuro
Ossigenazione: bassa
Bassa intensità di
bioturbazione
Ritmiti a periodicità
annuale, ossia varve
Clima caldo o freddo?
67. Lenz et al. (2010)
Prodotti Parametri
Grana fine
Idrodinamismo: basso
Laminazione
(in peliti)
Colore scuro
Ossigenazione: bassa
Bassa intensità di
bioturbazione
Ritmiti a periodicità
annuale, ossia varve
Clima caldo o freddo?
68. La presenza di coccodrilli e l’abbondanza di foglie non dentellate
indicano un clima caldo!
Prodotti Parametri
Grana fine
Idrodinamismo: basso
Laminazione
(in peliti)
Colore scuro
Ossigenazione: bassa
Bassa intensità di
bioturbazione
Ritmiti a periodicità
annuale, ossia varve
Clima caldo
70. L’eutrofizzazione è il processo di arricchimento
in nutrienti (ad es. azoto, fosforo) di un
ecosistema acquatico.
71. L’eutrofizzazione è il processo di arricchimento
in nutrienti (ad es. azoto, fosforo) di un
ecosistema acquatico.
L’eutrofizzazione causa uno sviluppo algale sulla superficie lacustre o marina
La decomposizione della massa algale e
la respirazione vegetale provoca una
diminuzione dell’ossigeno presente in
acqua
Mortalità di massa dei metazoi acquatici
72. L’eutrofizzazione è il processo di arricchimento
in nutrienti (ad es. azoto, fosforo) di un
ecosistema acquatico.
L’eutrofizzazione causa uno sviluppo algale sulla superficie lacustre o marina
La decomposizione della massa algale e
la respirazione vegetale provoca una
diminuzione dell’ossigeno presente in
acqua
Le alghe producono tossine (ficotossine)
Mortalità di massa dei metazoi acquatici Impatto negativo (anche letale) sui
metazoi terrestri che bevono l’acqua
73. Fioriture algali stagionali potrebbero spiegare (1) i sedimenti anossici di Messel, (2)
l’abbondanza di fossili (=mortalità di massa), (3) la presenza di organismi sia terrestri che
lacustri
Eutrofizzazione nel paleolago di Messel?
74. Certe alghe
sono tossiche
I fenomeni di eutrofizzazione
potrebbero aver causato fenomeni di
mortalità di massa legata al basso
tenore di ossigeno nel paleolago di
Messel. Infatti, le alghe limitano gli
scambi gassosi tra atmosfera e
superficie dell’acqua;
decomponendosi consumano
ossigeno
Disegno di Mauricio Antón
77. 7. Eruzioni limniche
Tartarughe in accoppiamento
Le tasche di aria ricca in diossido di carbonio (mazuku) possono soffocare la fauna ma
anche la flora
Il fossile delle tartarughe di
Messel potrebbe essere
spiegato da un’eruzione
limnica, un evento in cui il
diossido di carbonio (CO2) in
soluzione nelle acque di un
lago viene improvvisamente
rilasciato in grandi quantità
dalle acque profonde.
78. Le eruzioni limniche sono
spesso legate a laghi di
origine vulcanica (il
paleolago di Messel è un
maar).
Infatti i fenomeni vulcanici
sono molto efficienti
nell’arricchire di CO2 le acque
di un lago
79.
80. 8. Substrato
White and Miller (2008)
Il sedimento è generalmente più fine nella parte più profonda di un lago
81. 9. Posizione della tavola d’acqua
Crato Fm. (Cretaceo).
Ribeiro et al. (2016)
83. De Souza Carvalho et al. (2021)
I laghi sono l’ambiente continentale più favorevole per la preservazione di resti fossili
I laghi preservano fossili di:
• Animali acquatici
• Animali semi-acquatici
• Animali terrestri (ad inclusione di volatori)
84. Eocene:
3) Green River Fm. (U.S.A.)
4) Messel (Germania)
Cretaceo:
1) Crato Fm. (Brasile)
2) Las Hoyas (Spagna)
Giro del mondo in quattro paleolaghi:
85. Eocene:
3) Green River Fm. (U.S.A.)
4) Messel (Germania)
4
3 2
1
Cretaceo:
1) Crato Fm. (Brasile)
2) Las Hoyas (Spagna)
Giro del mondo in quattro paleolaghi:
86. Pesce della Formazione di Crato (Cretaceo; Bacino di Araripe, Brasile). Foto di A. Ribeiro
1. Organismi acquatici: nekton
87. Unionoide da Las Hoyas (Spagna, Cretaceo):
Unio cf. turgidus
1. Organismi acquatici: bivalvi unionidi
94. Organismi lacustri: tartarughe
Le tartarughe sono comuni
componenti degli ambienti
lacustri e fluviali
Alcune specie riescono a
rimanere più tempo
sott’acqua respirando dalla
cloaca
101. Messel (Eocene); Hughes et al. (2011)
Questi icnofossili dell’Eocene di Messel rivelano un antico caso di
‘formica zombi’: il più antico esempio conosciuto di parassitismo con
manipolazione del comportamento
Evidenze icnologiche di parassiti terrestri
102. https://www.youtube.com/watch?v=ROQrbWkV4HI
1. Le formiche vengono infettate dalle spore del fungo Ophiocordyceps tramite gli spiracoli.
2. Il fungo altera il comportamento dell'insetto che è portato a raggiungere un ambiente adatto allo sviluppo del fungo
stesso: una foglia a circa 25 cm di altezza dal suolo, dal lato della pianta rivolto a nord, in un ambiente con il 94-95% di
umidità e tra i 20 e i 30 °C
3. Raggiunta la sede adatta, l'insetto si àncora alla foglia con un morso. Il fungo sfonda poi l’esoscheletro e libera le spore
103. Hughes et al. (2011)
Questi icnofossili di Messel rivelano
il morso con cui le formiche,
manipolate dal fungo, si ancorano
alle foglie
104. Bolo alimentare di dinosauro
contenente tre specie diverse di uccelli
(Las Hoyas, Cretaceo)
Organismi volatori
105. Libellula, Fm. Di Crato (Brasile, Cretaceo). Foto di Alexandre Ribeiro
113. Crinoide: i crinoidi sono organismi marini
Paleodictyon: i
grafogliptidi sono
tipicamente marini
Spirifer (brachiopode) è
marino
Archaeopteryx
è Giurassico
115. 1. Zonazione di un lago
Si distinguono tre grandi zone negli ambienti lacustri:
116. 1. Zonazione di un lago
1. La zona sopralitorale (supralittoral) non è continuamente sommersa dall’acqua
ma soggetta a spruzzi
Si distinguono tre grandi zone negli ambienti lacustri:
117. 1. Zonazione di un lago
All’interno della zona fotica, la parte che si trova vicino alla riva viene chiamata zona litorale,
mentre quella più distante zona limnetica (o pelagica).
La zona sommersa
dall’acqua è suddivisa in:
• 2. Litorale (littoral): la
luce penetra
permettendo la
fotosintesi;
• 3. Profonda (profundal):
non c’è abbastanza luce
per la fotosintesi
La zona eulitorale (eulittoral zone) è quella parte della zona litorale che è sommersa
quando il livello del lago raggiunge il massimo stagionale
119. White e Miller (2008)
La massima diversità la si ha alla transizione tra ambiente littorale e profonda
1. Zonazione di un lago
120. 2. Sulle sponde: la zona sopralitorale ed eulitorale
La zona sopralitorale è influenzata dagli spruzzi, mentre quella eulitorale è
alternativamente emersa e sommersa a ritmo stagionale.
121. I mudcracks sono molto caratteristici delle sponde dei laghi. Nell’immagine, mudcracks e
tane verticali nella Santa Clara Arriba Formation (Triassico); Benavente et al. (2016)
2. Sulle sponde: la zona sopralitorale ed eulitorale
122. 2. Sulle sponde: la zona sopralitorale ed eulitorale
Due sono le icnofacies tipiche degli ambienti lacustri: l’icnofacies Scoyenia caratterizza la
transizione tra il dominio terrestre ed aquatico, mentre l’icnofacies Mermia caratterizza
le aree permanentemente sommerse
Buatois e Mangano (1998)
125. Traccia meniscata (Taenidium; freccia)
dell’Icnofacies Scoyenia prodotta in un
substrato soffice della zona eulitorale.
Scott et al. (2012).
Fenicottero e sue impronte. Melchor et al. (2012).
132. 3. La parte perennemente sommersa di un lago:
la zona litorale (sommersa) e la zona profonda
L’icnofacies Mermia caratterizza le aree permanentemente sommerse
Buatois e Mangano (1998)
135. Tracce di nuoto prodotte da un dinosauro.
Cretaceo (Bacino di Cameros, La Rioja,
Spagna); Ezquerra et al. (2007).
Natichnia di ambiente lacustre litorale
I natichnia sono un gruppo di repichnia
che indicano comportamento natatorio
138. La zona profonda è afotica e quindi priva di vegetazione.
Tendenzialmente è caratterizzata da:
• sedimenti fini (pelite) laminati.
• torbiditi lacustri
• è la zona del lago più povera di ossigeno (la preservazione dei resti fossili è buona)
• Icnofacies Mermia
La zona profonda
139. Paracanthoraphe togwunia alla base di una torbidite
lacustre. Scott et al. (2012)
L’icnofacies Mermia è caratteristica della zona profonda dei laghi
140. Pelite con mudcracks
Meganeura
Varve Campylocephalus
(euripteride)
Mermia
Arenaria torbiditica con
flute casts
Pelite
laminata
Impronte di
tetrapode
Sopra
litorale
Litorale Profonda
Eulitorale