Il fattore tempo è un parametro fondamentale nelle scienze della Terra, la cui conoscenza è essenziale per stimare durata e velocità dei processi geologici. Il metodo 40Ar-39Ar, variante della tecnica di datazione K-Ar, è basato sul decadimento naturale del 40K (tempo di dimezzamento 1.25 Ga) in 40Ar.

La tecnica 40Ar-39Ar, applicata a sistemi contenenti K (minerali o vetri), rappresenta uno dei più potenti metodi di indagine geocronologica disponibili oggi nelle scienze della Terra, applicabile a molteplici problematiche geologiche e a rocce di età compresa tra poche migliaia di anni a rocce di età pari a quella del sistema solare.

Lo sviluppo della tecnica di estrazione laser ha ampliato i campi di applicazione del metodo, che oggi includono tra gli altri: (1) studio delle relazioni tra dati microstrutturali e record isotopico nei minerali; (2) datazione di pseudotachiliti di origine endogena (faglie cosismiche) o esogena (connesse con l’impatto di comete o asteroidi; (3) datazione della deformazione; (4) studi di provenienza di fasi detritiche in sedimenti clastici; (5) datazione del più recente passato geologico (da sistemi del Pleistocene all’Olocene), attraverso l’analisi di fasi ricche di potassio di origine vulcanica; (6) datazione di fillosilicati in faglie superficiali; (7) misura diretta della diffusione degli isotopi Ar nei minerali e dei coefficienti di ripartizione tra minerali e fusi silicatici.

Negli ultimi anni la comparsa di una nuova generazione di spettrometri di massa multicollettore, congiuntamente allo sviluppo di nuovi rilevatori, ha generato un rinnovato interesse per il metodo 40Ar-39Ar. I recenti progressi strumentali permettono infatti analisi geocronologiche su quantità di campione sempre più piccole, con precisione analitica migliorata fino a circa un ordine di grandezza. Uno spettrometro di massa per gas nobili di nuova generazione è stato recentemente installato ed è operativo presso il Laboratorio di Gecronologia 40Ar-39Ar dell’Istituto di Geoscienze e Georisorse (https://www.youtube.com/watch?v=B0I5xxzX-qY). 

STRUMENTAZIONE

Spettrometro di Massa e sonde laser

Il sistema analitico consiste di: (1) spettrometro di massa per gas nobili multicollettore ARGUS VI (Thermo Fisher Scientific) e relativa linea di estrazione ad alto vuoto e basso volume; (2) spettrometro di massa a collettore singolo Mass Analyser Products Ltd. MAP 215-50 e relativa linea di estrazione ad alto vuoto e basso volume; (3) sistema di estrazione laser dotato di tre differenti sonde laser. Le sonde laser includono un laser ultravioletto impulsato a lampada flash, la cui radiazione fondamentale è quadruplicata e Q-switched (266 nm), un laser a fibra (RedEnergy G4 50W EP-Z, SPI Lasers) ed un laser a CO2 in emissione continua (sistema MIR10-30, New Wave Research). Lo spettrometro di massa ARGUS VI rappresenta lo stato dell’arte della spettrometria di massa per gas nobili applicata alla geocronologia 40Ar–39Ar. Dotato di 6 collettori e di un sistema di deflettori elettrostatici permette l’acquisizione simultanea dei 5 isotopi di interesse (40Ar, 39Ar, 38Ar, 37Ar, 36Ar). Lo spettrometro di massa ARGUS VI installato presso IGG-CNR è al momento equipaggiato con una cup Faraday dotata di resistore 1012 Ω (cup H2), 4 cup Faraday con resistore 1013 Ω (cup H1-Ax-L1-L2), e un moltiplicatore a basso rumore (CuBe Compact Discrete Dynode) che permette la misura del 36Ar ad elevata precisione.

STAFF

Dott. Gianfranco di Vincenzo (Ricercatore CNR - Responsabile Laboratorio)
Dott.ssa Marinella Ada Laurenzi (Ricercatore CNR)
 

CONTATTI

Telefono:

050 6212269 (Laboratorio)
050 6212281 (Dott. Gianfranco di Vincenzo)
050 6212272 (Dott.ssa Marinella Ada Laurenzi)

E-mail:

ararlab(at)igg.cnr.it
gianfranco.divincenzo@igg.cnr.it
marinella.laurenzi(at)igg.cnr.it

METODI E APPLICAZIONI

Tecniche di estrazione laser

Il vantaggio principale della tecnica di estrazione laser rispetto al metodo convenzionale (forno a induzione o a radiofrequenza) risiede nel fatto che l’uso del laser permette l’analisi di campioni molto piccoli (fino a pochi microgrammi o anche quantità inferiori, in condizioni favorevoli).

La possibilità di analizzare quantità così piccole di materiale porta ad una elevata versatilità analitica. Ciò rende possibile affrontare un problema geologico con l’ausilio di differenti tecniche di estrazione, talora complementari e non necessariamente alternative, ma un solo strumento: (1) datazione in situ di porzioni di roccia, tecnica che permette di preservare le informazioni microstrutturali; (2) analisi in step-heating, per datare un’intera popolazione di cristalli o analizzare significative quantità di campione (fino a numerose decine di milligrammi), tecnica utile per analizzare sistemi geologici giovani (<<1 Ma) e/o poveri di K; (3) fusione totale di singoli cristalli, tecnica che permette di risolvere popolazioni miste di granuli (e.g., fasi detritiche potassiche di un sedimento clastico).

I recenti sviluppi strumentali, con la nuova generazione di spettrometri di massa multicollettore, congiuntamente ai recenti sforzi atti a migliorarne l’accuratezza attraverso la calibrazione dei più diffusi standard mediante tuning astronomico, ha portato il metodo 40Ar-39Ar ad avvicinarsi alla risoluzione temporale del metodo di datazione U–Pb CA-ID-TIMS (chemical abrasion-isotope dilution-thermal ionization mass spectrometry) applicato allo zircone.

Applicazioni

Il metodo può essere applicato a una varietà di sistemi contenenti potassio, le fasi più comunemente datate includono: feldspati, miche, vetri silicatici e paste di fondo di rocce vulcaniche.

Il laboratorio di geocronologia 40Ar–39Ar installato presso IGG è stato finanziato dal CNR e in parte dal Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA).

PROGETTI

Nel corso degli ultimi 10 anni, il laboratorio è stato attivamente coinvolto in numerosi progetti connessi con la programmazione del PNRA (PNRA18_00037, PNRA16_00072, PNRA16_00040, PdR_2013/AZ2.08, PdR_2013/B2.07, PdR_2013/AZ2.07, PdR_2010A2.02, PdR_2010/A2.12). Le ricerche principali includono l’evoluzione geodinamica del continente antartico nel Proterozoico e Paleozoico, la geodinamica del Mare di Ross nel corso del Cenozoico, all’evoluzione del sistema clima-criosfera nel Neogene e Quaternario.

– Altri Progetti recenti significativi –

Progetto Biandera RITMARE finanziato dal MIUR [SP4 (Deep Sea)-WP1].

DESCRAMBLE, perforazione in condizioni geotermiche supercritiche (EU Horizon 2020).

PRIN_2017 20177BX42Z, Intraplate deformation, magmatism and topographic evolution of a diffuse collisional belt: Insights into the geodynamics of the Arabia-Eurasia collisional zones.

INTERESSI SCIENTIFICI PRINCIPALI

Geocronologia di faglie duttili (miloniti) e fragili (pseudotachiliti); processi di riattivazione di faglie e zone di taglio; studi di provenienza di sedimenti silicicoclastici; datazione ad elevata precisione di vetri da impatto e vulcaniti Quaternarie; cronologia del magmatismo Plio-Pleistocenico italiano; applicazioni cronostratgrafiche; studio delle relazioni tra evoluzione tettono-metamorfica e record isotopico nei minerali metamorfici; geologia planetaria.

PUBBLICAZIONI SELEZIONATE

Del Carlo P., Di Roberto A., Di Vincenzo G., Re G., Albert P.G., Nazzari M., Smith V.C, Cannata A. (2022). Tephrostratigraphy of proximal pyroclastic sequences at Mount Melbourne (northern Victoria Land, Antarctica): insights into the volcanic activity since the last glacial period. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 107457. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2021.107457.

Nania L., Montomoli C., Iaccarino S., Di Vincenzo G., Carosi R. (2022). A thermal event in the Dolpo region (Nepal): a consequence of the shift from orogen perpendicular to orogen parallel extension in central Himalaya? Journal of the Geological Society of London, 179, jgs2020-261. https://doi.org/10.1144/jgs2020-261.

Di Giuseppe P., Agostini S., Di Vincenzo G., Manetti P., Savaşçın M.Y., Conticelli S. (2021). From subduction to strike slip‐related volcanism: insights from Sr, Nd, and Pb isotopes and geochronology of lavas from Sivas–Malatya region, Central Eastern Anatolia. International Journal of Earth Sciences. https://doi.org/10.1007/s00531-021-01995-0.

Di Roberto A., Scateni B., Di Vincenzo G., Petrelli M., Fisauli G., Barker S.J., Del Carlo P., Colleoni F., Kulhanek D.K., McKay R., De Santis L. (2021). Tephrochronology and provenance of an early Pleistocene (Calabrian) tephra from IODP Expedition 374 Site U1524, Ross Sea (Antarctica). Geochemistry, Geocphysics, Geosystems, 22, e2021GC009739. https://doi.org/10.1029/2021GC009739.

Di Vincenzo G., Folco L., Suttle M.D., Brase L., Harvey R.P. (2021). Multi-collector 40Ar/39Ar dating of microtektites from Transantarctic Mountains (Antarctica): A definitive link with the Australasian tektite/microtektite strewn field. Geochimica et Cosmochimica Acta, 298, 112–130. https://doi.org/10.1016/j.gca.2021.01.046.

Conte A.M., Perinelli C., Bosman A., Castorina F., Conti A., Cuffaro M., Di Vincenzo G., Martorelli E., Bigi S. (2020). Tectonics, dynamics and Plio-Pleistocene magmatism in the central Tyrrhenian Sea: insights from the submarine transitional basalts of the Ventotene volcanic Ridge (Pontine Islands, Italy). Geochemistry Geophysics Geosystem, 21, e2020GC009346, https://doi.org/10.1029/2020GC009346.

Di Roberto A., Albert P.G, Colizza E., Del Carlo P., Di Vincenzo G., Gallerani A., Giglio F., Kuhn G., Macrì P., Manning C.J., Melis R., Miserocchi S., Scateni B., Smith V.C., Torricella F., Winkler A. (2020). Evidence for a large-magnitude Holocene eruption of Mount Rittmann (Antarctica): A volcanological reconstruction using the marine tephra record. Quaternary Science Reviews, 250, 106629.  https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2020.106629.

Di Vincenzo G., Pennacchioni G., Bestmann M. (2019). Exploring the Ar isotope record of an early Miocene pseudotachylyte in an early Oligocene intrusion (Rieserferner pluton, eastern Alps). Lithos, 338–339, 1–17. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2019.04.009.

Cardello G.L., Di Vincenzo G., Giorgetti G., Zwingmann H., Mancktelow N. (2019). Initiation and development of the Pennine Basal Thrust (Swiss Alps): a structural and geochronological study of an exhumed megathrust. Journal of Structural Geology, 126, 338–356. https://doi.org/10.1016/j.jsg.2019.06.014.

Moratti G., Benvenuti M., Santo A.P., Laurenzi M.A., Braschi E., Tommasini S. (2018). New 40Ar-39Ar dating of Lower Cretaceous basalts at the southern front of the Central High Atlas, Morocco: insights on Upper Mesozoic tectonics, sedimentation and magmatism. International Journal of Earth Sciences, 107(7), 2491-2515. doi: 10.1007/s00531-018-1609-7.

Njonfang E., Laurenzi M.A., Wonkwenmendam NGuet P., Cozzupoli D. (2018). 40Ar-39Ar ages from the Sabongari and Nana complexes, Cameroon Line magmatism (central Africa). Journal of African Earth Sciences, 147, 20-27. doi: 10.1016/j.jafrearsci.2018.06.006.

Di Vincenzo G., Grande A., Prosser G., Cavazza W., DeCelles P.G. (2016). 40Ar–39Ar laser dating of ductile shear zones from central Corsica (France): Evidence of Alpine (middle to late Eocene) syn-burial shearing in Variscan granitoids. Lithos, 262, 369–383, http://dx.doi.org/10.1016/j.lithos.2016.07.022.

Martin S., Godard G., Laurenzi M.A., Viganò A. (2016). Pseudotachylytes of the Tonale nappe (Italian Alps): Petrogenesis, 40Ar-39Ar geochronology and tectonic implications. Italian Journal of Geosciences135(2), 217-235. doi: 10.3301/IJG.2015.09.

Laurenzi M. A., Braschi E., Casalini M., Conticelli S. (2015). New 40Ar–39Ar dating and revision of the geochronology of the Monte Amiata volcano, central Italy. Italian Journal of Geosciences, 134 (2), 255-265, doi:10.3301/IJG.2015.11.

Di Vincenzo G., Grande A., Rossetti F. (2014). Paleozoic siliciclastic rocks from northern Victoria Land (Antarctica): provenance, timing of deformation and implications for the Antarctica/Australia connection. Geological Society of America Bulletin, 126, 1416–1438, https://doi.org/10.1130/B31034.1.

Abbate E., Bruni P., Ferretti M.P., Delmer C., Laurenzi M.A., Hagos M., Bedri O., Roo L., Sagri M., Libsekal Y. (2014). The Oligocene intertrappean beds: regional distribution, depositional environments and Afro/Arabian mammal dispersal corridors. Journal of African Earth Sciences, 99, 463-489. doi: 10.1016/j.jafrearsci.2013.11.001.

Di Vincenzo G., Rossetti F., Viti C., Balsamo F. (2013). Constraining the timing of fault reactivation: Eocene coseismic slip along a Late Ordovician ductile shear zone (northern Victoria Land, Antarctica). Geological Society of America Bulletin, 125, 609–624, https://doi.org/10.1130/B30670.1.

Di Vincenzo G., Bracciali L., Del Carlo P., Panter K., Rocchi S. (2010). 40Ar–39Ar dating of volcanogenic products from the AND-2A core (ANDRILL Southern McMurdo Sound Project, Antarctica): correlations with the Erebus Volcanic Province and implications for the age model of the core. Bulletin of Volcanology, 72, 487–505, https://doi.org/10.1007/s00445-009-0337-z.

Conticelli S., Laurenzi M.A., Giordano G., Mattei M., Avanzinelli R., Melluso L., Tommasini S., Boari E., Cifelli F., Perini G. (2010). Leucite-bearing (kamafugitic/leucititic) and –free (lamproitic) ultrapotassic volcanic rocks and associated shoshonites in the Italian Peninsula: the role of sedimentary recycling in their genesis and evolution in a post-collisional geodynamic setting. Journal of the Virtual Explorer, 36, paper 20, doi:10.3809/jvirtex. 2010.00251.

D’Oriano F., Angeletti L., Capotondi L., Laurenzi M.A., López Correa M., Taviani M., Torelli L., Trua T., Vigliotti L., Zitellini N. (2010). Coral Patch and Ormonde seamounts as a product of the Madeira hot spot, Eastern Atlantic Ocean. Terra Nova, 22, 494-500, doi: 10.1111/j.1365-3121.2010.00973.x.