Evidence of associated deposition of travertine and calcareous tufa in the Quaternary carbonates of Valdelsa Basin (Tuscany)

The Quaternary continental deposits discontinuously exposed in the southern part of the Valdelsa Basin, represent four orders of terraces corresponding to four Late Pleistocene-Holocene fluvial/palustrine synthems formed as a consequence of the tectonic uplifting of Southern Tuscany. In most of the Elsa River network the terraces are composed of detrital deposits (mixed, siliciclastic-carbonate silty sands with lenticular interbeds of gravels), but locally, along specific segments of the valleys, the detrital sediments are replaced by lenticular bodies of concretionary limestones made of massive, sometimes highly porous, calcareous tufa that, only in the upstream areas, are interbedded with laminated facies with tabular geometry and fabric typical of travertine.
The distribution the different facies can be observed in the upstream part of the Imbotroni Valley in the locality of Bagnoli (SE of San Gimignano - Siena). Their relationships records the development of a complex depositional system controlled by the intermittent outflow of a thermal spring alternated to seasonal/meteoric fresh water input. When the thermal spring was active, the warm waters fed proximal, shallow pools were well laminated travertine facies were deposited while faraway from the spring and/or during the periods of prevailing meteogene, fresh water input, the massive phytoclastic/phytohermal calcareous tufa formed.
A similar depositional evolution appears to have developed at the beginning of all the Quaternary carbonate synthems formed in the Valdelsa Basin, thus explaining the anomalous distribution of the concretionary carbonate deposits, limited only to a segment of the Elsa fluvial network.

I depositi continentali quaternari della porzione meridionale del Bacino della Valdelsa registrano una complessa evoluzione paleoambientale segnata da successive fasi deposizionali condizionate dal sollevamento tettonico che ha interessato l'intera Toscana meridionale.
Quattro ordini di terrazzi fluviali, rappresentanti altrettanti fasi deposizionali fluvio-palustri del Pleistocene Superiore-Olocene, sono esposti in maniera discontinua lungo la valle del Fiume Elsa e dei suoi tributari (Torrente Foci, Torrente Staggia, Borro degli Imbotroni). Essi corrispondono a quattro sintemi fluvio-palustri composti, nella maggioranza dei casi, da depositi detritici misti (sabbie siltose e calcareo-silicoclastiche con intercalati livelli lenticolari conglomeratici). Localmente, in particolari segmenti del reticolo fluviale, i sedimenti detritici sono sostituiti da corpi lenticolari di calcari incrostanti rappresentati da calcareous tufa massicci, localmente molto porosi. Nella loro porzione più a monte queste stesse facies di calcareous tufa risultano intercalate a facies ben laminate con geometria tabulare e strutture tipiche del travertino. La distribuzione delle differenti facies e i loro rapporti possono essere osservati nella parte superiore del Botro degli Imbotroni, nella località di Bagnoli (SE di San Gimignano - Siena) dove la successione consiste di tre unità deposizionali sovrapposte, separate da superfici erosive. Le tre sequenze, ognuna composta di due intervalli, mostrano un'evoluzione deposizionale laterale e verticale simile. L'intervallo basale delle tre unità è formato da calcari marnosi peloidali con resti fossili (ostracodi e gasteropodi) associati a corpi lenticolari più o meno porosi di calcareous tufa con ciuffi fitoclastici/fitoermali. Solo nella parte basale dell'unità inferiore queste litologie coprono lenti di ciottolami e sabbie siltose silico-carbonatiche. Questi ciottolami giacciono con contatto discordante sul substrato pliocenico. L'associazione di facies può essere interpretata come l'evoluzione da un sistema fluviale (facies detritiche) a condizioni palustri-lacustri (calcareous tufa).
L'intervallo superiore delle tre sequenze è caratterizzato da calcari ben stratificati e laminati. Da dettagliate analisi petrografiche e sedimentologiche, questa litofacies risulta essere composta da lamine batteriali/cianobatteriali (“cespugli” micritici e aggregati peloidali). La laminazione tabulare composta esclusivamente da tappeti batteriali, è caratteristica di sedimenti deposti in ambiente termale, in corpi d'acqua stagnante o con poca energia come stagni o laghetti poco profondi. Inoltre, l'assenza di macrofite e di elementi faunistici (ostracodi e gasteropodi) indica caratteristiche chimico-fisiche delle acque (alta temperatura, contenuto in H2SO4 e bassi livelli di ossigeno) sfavorevoli alla proliferazione di organismi animali e vegetali superiori.
La distribuzione delle facies nella sezione di Bagnoli registra quindi, la complessa evoluzione di un sistema deposizionale derivante dall'interazione fra un sistema termale ed uno di acque fredde. Le acque termali scorrevano intorno alla sorgente e alimentavano vasche poco profonde dove si depositavano le facies travertinose laminate, mentre nelle aree più distali e durante l'interruzione dell'apporto termale si aveva la deposizione delle facies massicce fitoclastiche/fitoermali tipiche dei calcareous tufa. A testimonianza di ciò, una piccola sorgente debolmente termale, con limitato potere incrostante è tuttora attiva a Bagnoli.
Tale tipo di evoluzione deposizionale sembra aver interessato tutti i sintemi tardo pleistocenici della Valdelsa, spiegando così l'anomala distribuzione dei depositi carbonatici concrezionari limitati a segmenti definiti del reticolo fluviale.