• stable and radiogenic isotopes
• trace elements
• travertine
• tufa
• Tuscany

I depositi carbonatici continentali di tipo CATT (Calcitic Aragonitic Travertine Tufa) sono diffusi in tutto il mondo e sono caratterizzati da tessiture variabili che hanno comportato confusione nella nomenclatura. L’interesse scientifico per questi carbonati ha subito una rapida crescita negli ultimi anni e diverse applicazioni sono state identificate. Gran parte di esse è focalizzata su temi quali tettonica, idrogeologia, e paleoclimatologia, mentre la disponibilità di dati geochimici è sostanzialmente limitata agli isotopi (C-O-Sr). L’obiettivo di questa Tesi di Laurea è verificare se questi depositi carbonatici continentali possano essere considerati traccianti di mineralizzazioni epitermali di mercurio e indicatori di paleocondizioni T-Eh-pH del sistema deposizionale. Per questo, assieme ai dati morfologici, sono stati determinati gli elementi in traccia (includendo REY e Hg) e i rapporti isotopici (C-O-Sr). La Toscana risulta essere un ottimo candidato per questo studio, data la nota correlazione tra i depositi CATT e le mineralizzazioni a Hg-Sb nella parte centro-meridionale della regione. La campagna di campionamento nelle diverse località della Toscana è stata programamta con l’intento di ottenere un dataset assortito, raccogliendo campioni rappresentativi di ambienti (e quindi condizioni deposizionali) differenti. In questo lavoro di Tesi è presente anche una panoramica delle principali caratteristiche delle varie litofacies, assieme ad una proposta di classificazione geochimicamente significariva basata su due parametri: δ13C e porosità. Il primo è collegato all’origine delle acque, termogenica o meteogenica; la seconda è un prodotto delle condizioni di deposizione e divide i CATT in: compatti e bandati (costituiti da lamine di cristalli di calcite e/o aragonite) e stratificati (micritici). Questo studio dimostra inoltre come effettivamente sia possibile, attraverso l’analisi dei CATT, una potenziale applicazione all’esplorazione mineraria dedita all’estrazione di mercurio. Sono possibili falsi negativi, ma non falsi positivi (eccetto in depositi antropogenici). Valori di fondo di Hg in depositi non alterati vanno da 2 a 10 ppb per le aree non mineralizzate, al contrario i valori aumentano in prossimità di mineralizzazioni da 30 a 400 ppb. Il contenuto risulta sistematicamente minore nei CATT compatti e bandati termogenici. Per quanto riguarda lo studio delle acque, δ13C e Sr/Rb del carbonato sono funzione della temperatura, mentre la distribuzione delle terre rare è funzione delle condizioni redox. Questo lavoro ha dimostrato le interessanti potenzialità dello studio geochimico (isotopi stabili e radiogenici, e REY) per applicazioni relative all’esplorazione geotermica, mineraria, ed idrogeologica.

Calcitic aragonitic travertine and tufa (CATT) deposits are chemically precipitated continental carbonates that may occur in a wide variety of facies and environments. The scientific interest in CATT surged in the last couple of decades: many applications were discovered, mainly related to research in tectonics, hydrogeology, and paleoclimate, but geochemical investigations mostly consist of C-O-Sr isotopes data. This work aims at verifying whether CATT may offer insights on paleofluids T-Eh-pH conditions and possible connection with Hg epithermal mineralization. Tuscany (central Italy) is a perfect case study because of the well-known relationship between epithermal Hg-Sb mineralization in carbonate reservoirs and widespread CATT deposition in the southern part of the region. CATT samples from all over Tuscany were collected to create the most assorted geochemical CATT database to date, and new Hg, trace element (including REY), and C-O-Sr isotope data is presented. This paper includes a review of key CATT features leading to a proposal for a simple geochemically meaningful classification diagram relying on two parameters: δ13C and primary porosity. δ13C allows to discriminate between thermogene (hydrothermal) and meteogene (meteoric) CATT. Porosity is related to the depositional¬ environment, roughly dividing banded (compact crystalline arrays) from bedded (porous, randomly arranged microcrystalline calcite) CATT. This study recognizes potential for Hg pathfinding: false negatives are possible, but not false positives (except in anthropogenic CATT). The background Hg content for unaltered Tuscan CATT ranges from 2 to 10 ppb, while in mineralized zones it ranges from 30 to 400 ppb, progressively increasing from banded to bedded facies in thermogene CATT. As for water, δ13C and Sr/Rb in the carbonate are linked to temperature and to each other, while REY patterns offer insights on paleo-redox conditions. This work demonstrates the potentiality of geochemical (stable and radiogenic isotope and REY behavior) study of CATT for useful future applications for geothermal, ore deposit, and hydrogeological exploration.