Dottorato in SCIENZE DELLA TERRA

Titolo della tesi: Reconstructing fluid circulation and temperature evolution in fault zones in space and time

Questa tesi di dottorato si concentra sulla ricostruzione, nello spazio e nel tempo, della circolazione dei fluidi e dell’evoluzione della temperatura nelle zone di faglia. L’obiettivo principale è sviluppare un nuovo approccio per quantificare l’evoluzione isotopica dei fluidi in faglie caratterizzate da un alto contenuto in minerali argillosi, costruendo modelli concettuali vincolati temporalmente che descrivano le variazioni di temperatura e dei fluidi durante l’attività tettonica. Questi modelli descrivono l’evoluzione della composizione isotopica dei fluidi in relazione ai processi progressivi di interazione fluido-roccia, in relazione con l’attività di faglia ed evoluzione strutturale delle rocce. Il quadro metodologico combina analisi di terreno, analisi microstrutturali, diffrazione a raggi-X, datazioni K-Ar, analisi isotopiche (idrogeno e ossigeno) e stime di paleo-temperatura. Con l’obiettivo di creare modelli applicabili in contesti diversi, il nucleo di questa tesi (Capitoli 3, 4 e 5) è dedicato a tre casi studio di sistemi di faglia con importanza regionale, caratterizzati da differenti contesti tettonici, regimi dei fluidi e cinematica. I capitoli corrispondono ad articoli scientifici già pubblicati, sottomessi o in via di preparazione. Il Sistema di Faglie di Lemnos (Mar Egeo, Grecia) – Capitolo 3 – rappresenta un ambiente estensionale con intensa alterazione idrotermale, dove le faglie deformano unità sedimentarie e vulcaniche a livelli crostali superficiali. La Faglia di Carboneras (SE Spagna) – Capitolo 4 – mostra una complessa cinematica trascorrente e, localmente, compressiva, con fasi tettoniche multiple caratterizzate dalla formazione di gouge di faglia ricchi in argille che registrano firme dei fluidi progressivamente più meteoriche, ricalcando le principali fasi termo-tettoniche della faglia e con un chiaro rapporto geochimica-tettonica. Infine, il sistema di Mykonos (Mar Egeo, Grecia) – Capitolo 5 – è un detachment estensionale coevo con l'esumazione di un plutone sin-tettonico e chiare alterazioni idrotermali. Questi tre capitoli principali sono preceduti da un’introduzione generale che fornisce una panoramica dello stato dell’arte, e sono seguiti da una discussione generale e conclusioni di ampio interesse. La ricerca ha inoltre portato allo sviluppo di PolyFrac, uno strumento Excel che permette di ricostruire quantitativamente la storia dei fluidi integrando dati isotopici, mineralogici e termici da rocce di faglia polimineraliche. I principali risultati includono: (i) una caratterizzazione dettagliata delle alterazioni idrotermali e dei processi di interazione fluido-roccia a Lemnos, (ii) la ricostruzione dell’evoluzione isotopica dei fluidi nella Faglia di Carboneras e (iii) le prime datazioni di dettaglio sulla formazione ed evoluzione del detachment di Mykonos. Indagando differenti cinematiche e sorgenti di fluidi in sistemi di faglia regionali con una lunga storia deformativa, questa ricerca fornisce un solido quadro interpretativo per comprendere le interazioni fluido-roccia, e getta le basi per futuri studi volti a legare dati strutturali, storia deformativa dei sistemi di faglia e geochimica dei fluidi circolanti.