Caratterizzazione geochimica e mineralogica di suoli pleistocenici ed olocenici del Golfo di Baratti: implicazione sull'impatto antropico nell'area di studio

Riassunto Il lavoro svolto all’interno di questo progetto di tesi focalizzato sullo studio geochimico e mineralogico di paleosuoli, suoli e depositi antropici della località di Baratti, situata sulla costa della Toscana meridionale. L’obiettivo è quello di valutare come l’attività antropica legata alla metallurgia abbia impattato e influenzato la composizione geochimica dei suoli presenti in questa zona. La località di Baratti, infatti, è nota dal punto di vista archeologico per i ritrovamenti di antichi resti di origine etrusca risalenti all’età del Bronzo e legati alla vicina città di Populonia, fondata tra la fine dell’età del Bronzo e l’inizio dell’età del Ferro. Dati archeologici mostrano che in quest’area venivano ridotti il rame ed il ferro, a partire da minerali provenienti rispettivamente dal distretto minerario di Campiglia Marittima e Valle del Temperino-Lanzi, caratterizzati da mineralizzazioni di solfuri polimetallici a Cu-Pb-Zn-Ag, e dalle miniere dell’Isola Elba, da cui importavano minerali di ferro come l’ematite. Questa attività si protrasse nel tempo fino all’epoca romana come testimoniano i 220.000 m2 di accumuli di scorie ritrovati nel Golfo di Baratti. Per questo studio sono stati prelevati 6 campioni di suolo (3 paleosuoli e 3 suoli più recenti e attuali), 3 campioni di scorie e depositi antropici, 2 campioni di spiaggia attuale e 3 campioni di depositi eolici che costituiscono il substrato su cui si sono sviluppati i suoli campionati, per un totale di 14 campioni. Su questi campioni sono state effettuate analisi calcimetriche, mineralogiche, mediante diffrattometria a raggi X (XRD) e analisi geochimiche (elementi maggiori, minori ed in traccia), mediante ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical emission Spectroscopy) e ICP-MS (Inductively Coupled Plasma – Mass Spectrometry). I risultati delle analisi geochimiche sono stati confrontati con i valori dell’Upper Continental Crust, con altri campioni di paleosuolo provenienti da altre zone della Toscana e d’Italia e con alcuni valori di riferimento per la Toscana meridionale. Nella discussione dei risultati è stata posta la concentrazione sulla differenza della composizione geochimica tra i suoli antichi e quelli più giovani e antropizzati, e, per avere un maggiore riscontro, questi sono stati confrontati anche con altri suoli risalenti al MIS 5 e provenienti da altre località italiane. All’interno delle discussioni sono stati calcolati anche l’Enrichment Factor, per osservare il grado di arricchimento dei campioni rispetto ad i metalli Fe, Cu, Pb, As e Zn, ed inoltre stato calcolato e l’indice di alterazione (Chemical Alteration Index – CIA). Osservando la concentrazione degli elementi maggiori, minori ed in traccia normalizzati con i valori dell’UCC si riscontra che: 1) sia i campioni preantropici che quelli antropizzati mostrano una leggera anomalia di As e Sb, la quale sembra essere una caratteristica geogenica in accordo con simili suoli provenienti dalla toscana meridionale; 2) i depositi di spiaggia attuali, invece, sono caratterizzati da un’anomalia di Cr che è da considerarsi, anch’essa, di origine geogenica legata alla dispersione dei sedimenti del fiume Cecina; 3) infine, che i campioni di suoli antropizzati e di depositi antropici presentano una grossa anomalia di W e Sn che è caratteristica ematiti provenienti dall’Isola d’Elba in accordo con l’origine dei minerali utilizzati per la fusione locale. Abstract The work carried out within this thesis project is focused on the geochemical and mineralogical study of paleosoils, soils and anthropogenic deposits of the locality of Baratti, located on the coast of southern Tuscany. The objective is to assess how anthropogenic activity related to metallurgy has impacted and influenced the geochemical composition of the soils in this area. The town of Baratti, in fact, is known from an archaeological point of view for the discovery of ancient Etruscan remains dating back to the Bronze Age and linked to the nearby town of Populonia, founded between the end of the Bronze Age and the beginning of the Iron Age. Archaeological data show that copper (12th-9th century B.C.) and iron were extracted in this area, whose minerals came respectively from the mining district of Campiglia Marittima and Valle del Temperino-Lanzi, characterised by Cu-Pb-Zn-Ag polymetallic sulphide mineralization, and from the mines on the island of Elba, from which iron minerals such as hematite were imported. This activity continued until Roman times, as shown by the 220,000 m2 of slag heaps found in the Gulf of Baratti. For this study were taken 6 soil samples (3 palaeosoils and 3 recent and current soils), 3 samples of slag and anthropogenic deposits, 2 samples of current beach and 3 samples of aeolian deposits, which constitute the substrate on which the sampled soils developed, making a total of 14 samples. Calcimetric and mineralogical analyses were carried out on these samples using X-ray diffractometry (XRD) and geochemical analyses (major, minor and trace elements) were conducted using ICP-OES (Inductively Coupled Plasma - Optical emission Spectroscopy) and ICP-MS (Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry). The results of the geochemical analyses were compared with the Upper Continental Crust values, with other palaeosoils samples from other areas of Tuscany and Italy and with some reference values for southern Tuscany. In the discussion of the results, the focus was placed on the difference in geochemical composition between the old soils and the younger, anthropogenic soils, and for further comparison these were also compared with other soils dating from MIS 5 and from other Italian locations. Within the discussions, the Enrichment Factor was also calculated to observe the degree of enrichment of the samples referring to the metals Fe, Cu, Pb, As and Zn, and the Chemical Alteration Index (CIA) was also calculated. Observing the concentration of major, minor and trace elements normalised with the UCC values, it is found that: 1) Both pre-anthropogenic and anthropogenic samples show a slight anomaly of As and Sb, which seems to be a geogenic feature in agreement with similar soils from southern Tuscany; 2) the current beach deposits, on the other hand, are characterised by a Cr anomaly that is also to be considered of geogenic origin linked to the dispersion of sediments from the Cecina river; 3) finally, that the samples of anthropogenic soils and deposits present a large anomaly of W and Sn which is characteristic of hematites from the Island of Elba in agreement with the origin of the minerals used for local smelting