Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/10927
Title: Contributo di dati di gravità nella valutazione del vulcanismo CAMP in Africa Nord-Occidentale
Other Titles: Contribution of gravity data in the evaluation of CAMP volcanism in Northwest Africa
Authors: Fabbri, Julius
Keywords: GOCE SatelliteEGM2008Marsiligravity dataEmpedoclepockmarkseamount volcanoNorthwest AfricaCentral Atlantic Magmatic Province (CAMP)spiraling GeosuturesWest African Craton (WAC) volcanismPelusium Megashare Systemsub-saharian Atlas (first definition)Lac Faguibine (Mali) magmatic rocksMantel plumesvolcanic hazarderuptionGrand Erg Occidental (Algeria) anomalygeothermal energy
Issue Date: 27-Mar-2015
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: La domanda alla base di questa ricerca è stata se il metodo della gravimetria satellitare possa essere utilizzato per seguire le unità geologiche anche in luoghi difficilmente accessibili. L’obiettivo di questa ricerca è di verificare se le missioni satellitari di nuova generazione permettano di identificare la più grande delle province ignee della Terra (Bertrand et al., 2013), nota come CAMP (Central Atlantic Magmatic Province) in Africa nord-occidentale. Oltre alle motivazioni scientifiche, una possibile applicazione è l’esplorazione di risorse minerarie e lo sfruttamento di energia geotermica. Tale provincia ignea è una LIP (Large Igneous Province) che si estende in Nord e Sud America, Atlantico, Europa ed Africa (istituita in Marzoli et al. 1999). Essa si è sviluppata a seguito della frammentazione del super-continente Pangea al limite Triassico-Giurassico, ca. 200 Ma fa. A causa probabilmente del riscaldamento globale del mantello e/o dalla convezione dello stesso innescata da dislivelli di blocchi litosferici, dai dicchi-sorgente si produssero i cosiddetti basalti da flusso e si verificò un intenso vulcanismo con imponenti colate laviche tali da suggerire a taluni ricercatori che gli elementi volatili presenti nel magma abbiano contribuito ad aumentare i gas serra con conseguenze nel clima globale e nelle estinzioni di massa. I depositi in esame sono costituiti da lave, tholeiti continentali, doleriti, basalti e gabbri. Ciò che rimane di questa attività vulcanica sono dicchi singoli o in sciami, batoliti, sill, colate laviche e plateau basaltici (nei fondali oceanici). L’Africa nord-occidentale è costituita principalmente da un cratone composto da rocce molto antiche dell’Archeano (3000-2500 Ma). Esso emerge a nord nello scudo Reguibat e, a sud, la dorsale dell’Uomo o del Leone (Lucazeau et al., 1991). Il cratone è circondato dalle zone di geosutura (greenstone e cinture mobili) associate al cosiddetto evento termo-tettonico Pan-Africano, verificatosi ca. 650 Ma fa con l’assemblaggio del continente africano da blocchi crostali più piccoli. Nelle Mauritanidi affiora il basamento ercinico (ca. 350 Ma) mentre negli Atlas e nelle Magrebidi prevalgono rocce più recenti connesse all’orogenesi alpina (0-150 Ma). Al centro del cratone si trova il bacino paleozoico Taoudenni che riempie una vasta area depressa. Tutto il territorio in esame è caratterizzato da una forte presenza di rocce metamorfiche dense e magmatiche di ogni età, con presenza di più di un “punto caldo” che potrebbe essere definito un terreno igneo (Bryan et al. (2008) con più LIP spesso sovrapposte o limitrofe. Mediamente, tutte queste rocce magmatiche e metamorfiche hanno una densità di 3000 kg/m3 (Kröner, 1977 ), maggiore di quella della crosta standard e dei sedimenti. Particolare attenzione è stata dedicata ad un lineamento tettonico noto come Pelusium Megashare System (PMS) che attraversa tutta l’Africa nord-occidentale (Neev et al., 1982) chiaramente visibile in tutte le immagini satellitari di Google Earth ma che è riportato solo in pochissime pubblicazioni. Per la prima volta in questa tesi si ipotizza un collegamento tra la CAMP e PMS. La gravimetria satellitare consente di rilevare variazioni di densità nella crosta terrestre. Ove vi sono rocce più dense, il segnale rilevato (detto anomalia gravimetrica) è positivo e viceversa. La gravimetria da satellite si è rivelata un valido strumento per identificare le aree con surplus di massa. La risposta all’interrogativo iniziale è dunque affermativa anche se, da quanto esposto, risulta difficile o impossibile associare ad un certo segnale positivo una data LIP. L’elaborazione dei segnali è avvenuta partendo dai dati del satellite GOCE (ultima generazione, a un’orbita di 250 km ma già ammarato) e GRACE (obsoleto ma tuttora in orbita a ca. 450 km). I dati utilizzati sono dei modelli del campo di gravità terrestre che contengono i coefficienti di Stokes per lo sviluppo in armoniche sferiche del potenziale. I modelli utilizzati sono l’EGM2008 (comprendente anche dati di terra, con risoluzione massima 10 km se sviluppato al massimo ordine di 2159) e GOCO TIM R4 (con una risoluzione massima di 80 km, la migliore mai ottenuta da dati satellitari globali). Il modello EGM2008 è stato sviluppato fino all’ordine e grado 720 per eliminare dati spuri (Pavlis, 2012) e, in tal modo, ha permesso di raggiungere una risoluzione di ca. 27 km se si considera metà lunghezza d’onda. Dopo il controllo della qualità dei dati, essi sono stati elaborati nel seguente modo, come esposto nei capitoli 2, 3 e 4. Ai dati grezzi sono state applicate tre riduzioni per sottrarre gli effetti di gravità indesiderati che mascherano il segnale cercato più debole. È stato sottratto l’effetto di gravità della topografia, dei sedimenti e dell’interfaccia crosta-mantello (ICM). Partendo dall’anomalia “in aria libera” (FA), è stata quindi ottenuta l’anomalia di Bouguer (BA) e la BA corretta per i sedimenti. Poi, calcolata la Moho (ICM) isostatica, si è prodotto il residuo isostatico corretto per i sedimenti. I campi elaborati sono la gravità gz (espressa in milli Gal, mGal) ed il gradiente Tzz (misurato in Eötvös, E). Sono state usate le risoluzioni di 0.5° e di 0.05°, computati ad una quota di 4000 m s.l. m perché maggiore del più altro rilievo montuoso dell’area. Dopo aver modellato dei casi a geometria semplice (cap. 6) si è passati alla modellizzazione di tre casi reali. I tre siti scelti per l’approfondimento sono: Tindouf (Algeria), Taoudenni (Mali), Timbuktu (Mali). Nel bacino di Tindouf un sill doleritico CAMP è annesso al suo probabile dicco-sorgente reso evidente dalla gravimetria che identifica bene anche una vicina miniera di Ferro. Nel bacino Taoudenni, le due anomalie principali suggeriscono la presenza di cumuliti magmatici spessi una dozzina di chilometri e connessi con la superficie attraverso dicchi obliqui. Il sito presso Timbuktu è trattato nel dettaglio perché al di sotto del vicino lago Faguibine è stata rivelata un’intrusione magmatica lunga ca. 250 km. In superficie vi sono evidenze di magmatismo (per es. fumarole) tali da preoccupare le popolazioni locali (El Abbass et al., 1993). Tra i risultati inaspettati, si ricorda il forte segnale gravimetrico generato dalle peridotiti in Marocco ed un’importante anomalia (80 mGal) nel Grand Erg Occidental (Algeria) al di sotto del Sahara che sembrerebbe essere causata da un corpo denso lungo ca. 600 km.
The question behind this research was whether the method of satellite gravimetry can be used to follow the geological units even in inaccessible places. The goal of this research is to verify if the new generation of satellite missions serve to identify the largest of the Earth's igneous provinces (Bertrand et al., 2013), known as CAMP (Central Atlantic Magmatic Province) in Northwest Africa . Besides the scientific reasons, a possible application is the exploration of mineral resources and the exploitation of geothermal energy. This is an igneous province (LIP Large Igneous Provinces) that extends throughout North and South America, the Atlantic Ocean, Europe and Africa (established in Marzoli et al. 1999). It developed as a result of the fragmentation of the super-continent Pangea at Triassic-Jurassic limit, ca. 200 My ago. Probably because of mantel global warming and/or its convection triggered by differences in thickness of lithospheric blocks, from source-dikes were produced the so-called continental flow basalts (CFB) and there was an intense volcanism with massive lava flows that this would suggest to certain researchers volatile elements present in the magma have contributed to increasing greenhouse gases with consequences in the global climate and mass extinctions. The deposits in question consist of lavas, tholeites continental dolerites, basalts and gabbros. What remains of this volcanic activity are individual dykes or in swarms, batholiths, sills, lava flows and basaltic plateau (in the ocean). The north-western Africa consists mainly of a craton made of most ancient rocks dell'Archean (3000-2500 Ma). It emerges in the shield Reguibat north and on the south, the Man or the Lion shield (Lucazeau et al., 1991). The craton is surrounded by areas of geosutura (greenstone belts and mobile belts) associated with the so-called Pan-African thermo-tectonic event, occurred ca. 650 Ma ago with the assembly of the African continent by smaller crustal blocks. Mauritanides emerges in the Hercynian basement (ca. 350 Ma) while in the Atlas and Magrebides prevail younger rocks (Alpine orogenesis, 0-150 Ma). At the center of the craton is the Paleozoic basin Taoudenni that fills a large area depressed. All the territory concerned is characterized by a strong presence of dense magmatic and metamorphic rocks of all ages, with the presence of more than a "hot spot" that could be called “igneous terrane” (Bryan et al. (2008) with more LIPs overlapping or adjacent. On average, these igneous and metamorphic rocks have a density of 3000 kg / m3 (Kröner, 1977), greater than that of the standard crust and the sediments. Particular attention was dedicated to a tectonic lineament known as Pelusium Megashare System (PMS) that runs through the north-western Africa (Neev et al., 1982) clearly visible in all the satellite images of Google Earth but is reported only in very few publications. For the first time this thesis suggests a link between CAMP and PMS. Satellite gravimetry can detect density variations in the Earth's crust. Where there are rocks denser, the detected signal (called gravity anomaly) is positive and vice versa. The gravimetry by satellite has proved a valuable tool to identify areas with surplus Mass. The initial response to the question is therefore affirmative although, from the above, it is difficult or impossible to associate a positive signal a date LIP. Signals processing occurred from the data of the GOCE satellite (last generation, in an orbit of 250 km, mission already finished) and GRACE (obsolete but still in orbit at ca. 450 km). The data used are the models of the Earth's gravity field containing the coefficients of Stokes for the development of potential in spherical harmonics. The models used are the EGM2008 (also including land data, with a maximum resolution 10 km if developed to the maximum order of 2159) and TIM GOCO R4 (with a maximum resolution of 80 km, the best ever obtained by global satellite data). The model EGM2008 has been developed up to the order and degree 720 to remove spurious data (Pavlis, 2012) and, thus, allowed to reach a resolution of ca. 27 km considering half wavelength. After quality control of the data, they were processed in the following flowchart, as discussed in Chapters 2, 3 and 4. Raw data were processed applying three reductions to subtract the effects of gravity that mask the signal. It was reduced by the effect of gravity of the topography, sediment and crust-mantle interface (CMI). Starting by the anomaly "free air" (FA), was thus obtained the Bouguer anomaly (BA) and BA correct for sediment. Then, once calculated the isostatic Moho (CMI), has produced the sediment-corrected-isostatic residual. The fields processed are gravity gz (in milli Gal, mGal) and gradient tzz (measured in Eötvös, E). It has been used the resolutions of 0.5 ° and 0.05 °, computed at an altitude of 4000 m a.s.l., higher of mountains in the area. After mng cases with simple geometry (ch. 6) we moved to the modeling of three real case histories. The three sites chosen for the study are: Tindouf (Algeria), Taoudenni (Mali), Timbuktu (Mali). In the basin of Tindouf a CAMP doleritic sill is attached to its likely source source-dyke evident by gravimetry that identifies well a nearby mine of Iron. In the Taoudenni basin, the two main anomalies suggest the presence of magmatic cumulites a dozen kilometers thick and connected with the surface through oblique dikes. The site at Timbuktu is discussed in detail because in the nearby lake Faguibine was revealed a magmatic intrusion long ca. 250 km. On the surface there is evidence of magmatism (e.g. Fumaroles) such that worry local populations (El Abbass et al., 1993) .Among the unexpected results, please note the strong signal generated by gravimetric peridotites in Morocco and a major anomaly (80 mGal) in the Grand Erg Occidental (Algeria) below the Sahara that would seem to be caused by a dense body ca. 600 km long.
Description: 2013/2014
URI: http://hdl.handle.net/10077/10927
NBN: urn:nbn:it:units-13711
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