Magnetostratigraphic dating of the middle and late Pliocene sequence in the Marchean Apennines, central Italy

The Periadriatic Basin of the external Apennines is reported for its Fermo sector, containing a long sequence of pelites interbedding twomajor conglomerate complexes, in order to calibrate it to the geomagnetic polarity time scale. The studied succession begins with the283 meters of Mid Pliocene pelites in the Fosso Morignano section, dated from the Mammoth magnetochron (3.3 Ma) to the latest Gauss chron, and calculated by the cyclostratigraphic distribution of its continuous magnetic signal to last until 2.63 Ma. The boundarywith the Matuyama chron (2.58 Ma) is placed in the middle of the overlying conglomerate complex of Mt. Ascensione. The shift from themarl to gravel facies suddenly occurs 50 ky before the Gauss/Matuyama boundary and is followed in continuity by a new marly sequence lasting nearly 100 ky in the Rotella section during the earliest reversed Matuyama. A similar depositional cycle, but of shorter duration,is repeated with the Offida profile: the 20 m thick basal pelites exposed in the Fornace section are dated earlier than the beginning of the Olduvai (1.95 Ma), while the upper pelites contain almost fully the Olduvai split end (1.815-1.785 Ma), there included the Pleistocene boundary which was dated 1.796 Ma in the Vrica stratotype. Both profiles focused the calibration of the Late Pliocene and Pleistocene boundaries delineated by the microfaunal content, as the Globorotalia gr. crassaformis and G. in flata zones were always present throughout the Fermo sector, even if their extremes were both missing. This prevented quantifying the stratigraphic relationships between the two sequences, from either the stratimetric or biostratigraphic viewpoints. The present dating revealed a missing timespan of roughly 300 ky, including the short normal chron of Reunion (2.15-2.14 Ma), which may be though represented in other portionsof the Fermo sector. The correlation of their sequences to one another may be now used as a calibrated signal applied to individual biozones,from the date of nearly 3.3 Ma in the Mid Pliocene through the Pleistocene boundary.

E’ stato condotto uno studio magnetostratigrafico sui sedimenti del medio e tardo Pliocene della successione pelitica affiorante nelSettore fermano del Bacino Periadriatico (Marche meridionali). Nella stessa successione già erano state effettuate ricerche stratigraficheche avevano evidenziato per il suddetto intervallo la presenza delle biozone a Globorotalia gr. crassaformis e a Globorotalia inflata.A causa delle microfaune talora povere e prive di forme significative, non era stato possibile porre con precisione i limiti biostratigrafici edi conseguenza quelli cronostratigrafici. Lo studio magnetostratigrafico ha offerto una maggiore risoluzione con la calibrazione allascala dei tempi delle polarità geomagnetiche, e ha consentito di verificare nell’Appennino centrale quanto evidenziato nello stratotipodella Vrica (sulla costa ionica), cioè la presenza del breve intervallo di polarità inversa nell’Olduvai terminale nel quale è stato fissato illimite Plio-Pleistocene. Detto evento di polarità inversa è stato già messo in evidenza nella successione continentale del versante tirrenico dell’Appennino Settentrionale, sicchè nei due versanti la calibrazione di entrambe le serie data le fasi di sollevamento della catena.In particolare, in questa parte esterna dell’Appennino, la sedimentazione ha registrato gli eventi di polarità magnetiche nell’intervallo dacirca 3.3 Ma a 1.7 Ma e le variazioni cicliche del segnale magnetico, secondo i periodi di Milankovitch, nell’intervallo 3.3-2.6 Ma, inbase a quanto misurato dalla magnetizzazione residua delle rocce campionate nelle stesse successioni delle analisi biostratigrafiche. Nella porzione inferiore della successione, in cui 283 metri di peliti sono stati campionati nel Fosso Morignano, sono presenti i cronigeomagnetici Mammoth (3.33-3.22 Ma) e Kaena (3.11-3.04 Ma) a polarità inversa e quello intermedio (3.22-3.11 Ma), all’interno della polarità normale Gauss che termina all’età di 2.58 Ma. Infatti, dall’analisi ciclostratigrafica e dalla conseguente velocità di sedimentazioneche ne è scaturita, si può ritenere che il crono Mammoth sia rappresentato praticamente tutto, mentre superiormente la successionepelitica si arresta circa 50 ka prima del limite Gauss-Matuyama, misurando il numero di cicli presenti nella durata dei 460 ka del cronoC2An.1n. Da rilevare che la ciclicità registrata con la maggiore ampiezza ricorre con uno spessore di sedimenti di poco superiore a 40m che qui è stata interpretata come quella forzata dalle variazioni climatiche legate alla eccentricità breve (100 ka). Dalle peliti delFosso Morignano si passa con contatto erosivo al complesso conglomeratico del M.te dell’Ascensione, che presenta uno spessore di400 m ed è costituito da cinque corpi grossolani separati da livelli pelitici di modesto spessore. L’analisi magnetostratigrafica ha messoin evidenza che il passaggio dalla polarità normale Gauss a quella inversa Matuyama, che segna il limite Pliocene medio-Pliocenesuperiore a 2.58 Ma, avviene nel livello arenaceo-pelitico posto tra il secondo e il terzo corpo conglomeratico. In questo stesso livello sirinviene la prima comparsa di Bulimina marginata, la cui calibrazione diretta con il limite Pliocene medio- Pliocene superiore è l’elemento biostratigrafico che caratterizza il limite Piacenziano-Gelasiano. Si può altresì supporre che i primi due corpi del complesso conglomeraticosi siano deposti nell’intervallo mancante tra la fine delle peliti e il limite Gauss/Matuyama, cioè negli ultimi 50 ka; la stessadurata può essere valutata per la deposizione della seconda metà circa del complesso conglomeratico, per cui la durata dell’interocomplesso è plausibile in 100 ka. Sia la sezione di Fosso Morignano che quella del Monte dell’Ascensione sono state riferite alla biozona a Globorotalia gr. crassaformis. La sezione delle peliti di Rotella, che segue in continuità i conglomerati di M.te dell’Ascensione èstata misurata per uno spessore di 45 metri, e ha mostrato una magnetizzazione con polarità inversa. Presupponendo anche in questaserie una velocità media di sedimentazione pari a quella calcolata per le peliti della sezione di Fosso Morignano, si può attribuire a tale sezione una durata dell’ordine di 100 ka. La sezione è riferita alla parte superiore della biozona a Globorotalia gr. crassaformis per lapresenza del livello a Globorotalia puncticulata-inflata, che nel Bacino Periadriatico marchigiano-abruzzese si rinviene costantemente prima della comparsa di Globorotalia inflata. Superiormente, continua la successione pelitica con intercalato il complesso conglomeraticodi Offida dello spessore di 200 m, caratterizzato anch’esso, come quello di M.te dell’Ascensione, da cinque corpi conglomeratici. Siale peliti che il complesso di Offida sono riferiti alla biozona a Globorotalia inflata. Quindi, l’analisi magnetostratigrafica ha documentatola presenza del crono Olduvai alla base delle peliti immediatamente sopra il complesso conglomeratico di Offida. E’ probabile che ilpassaggio dalla polarità inversa a quella normale Olduvai avvenga all’interno del complesso conglomeratico, in corrispondenza delquale non si è potuto effettuare misurazioni. Il limite superiore del suddetto crono non è stato raggiunto nella successione esaminata; èstato comunque evidenziato il breve intervallo a polarità inversa, all’interno della parte terminale dell’Olduvai, nel quale è stato fissato illimite P/P nello standard della Vrica.