NEW CLUES ABOUT THE CONTINENTAL ORIGIN OF DEEP SUBMERGED RELIEF IN THE

MEDITERRANEAN SEA: THE TERRESTRIAL IN SITU-PRODUCED COSMONUCLIDES SIGNATURE OF

ROCK SURFACES AND SCREE DEPOSITS ALONG THE SARDINIAN CHANNEL SCARPS

Gilles Brocard

1

, Jean-Pierre Bouillin

2

, Georges Mascle

2*

, Pierre Tricart

2

, Didier Bourlès

3

, 

Régis Braucher

3

& the SARCYA-SARTUCYA Scientific Team

1

M2C, Université de Rouen, 76 821 Mont-Saint-Aignan, France

2

LGCA, Université Joseph Fourier, 38 041 Grenoble, France

3

CEREGE, Université Aix-Marseille 3, 13545 Aix-en-Provence, France

Abstract

The in situ-produced cosmonuclides are widely used for cosmic ray exposure dating of continental surfaces. Some recent works have

investigated the 

10

Be-

26

Al system to assess the burial age of cave-deposited sediments. In the marine environment, the in situ-produced

cosmonuclides can be also used as tracers of continental exposition before rapid and deep (>100m) submersion. The 

10

Be-

26

Al system

may help to constrain the age of the submersion. Here, we have tested this method by measuring the 

10

Be-

26

Al signature of deeply

submerged scarps in the Sardinia Channel regarded as fossil messinian erosion surfaces [1].

Keywords : Sardinia Channel, messinian environment, cosmogenic nuclides

Rapp. Comm. int. Mer Médit., 37,2004

11

Introduction

Many inactive canyons carved in cohesive rock series are found on

the Mediterranean submarine scarps. Canyon formation is commonly

ascribed to the repeated erosion of bedrock by turbidity currents along

a single path, or by self-driven gravitational collapse. Many medi-

terranean scarps, however, have been exposed to atmospheric erosion

during the messinian salinity crisis, and the canyons could be

continental weathering features as well.

The messinian erosion surface can be used as a reference surface to

discriminate pre-messinian and post-messinian evolution of the

mediterranean relief. However, it is often difficult to date the scarp

formation since sediments deposited onto the surfaces are periodically

removed by sliding. We had to address this issue along the southern

scarps of the Sardinian Channel which were explored with the Cyana

submersible in 1994 and 1995.

In situ-produced cosmonuclides offer us the possibility do test, 1/ if

the upper few meters of the present submarine surfaces have been

previously exposed to cosmic rays, 2/ if this exposure took place

during the messinian crisis.

Evolution of the Sardinian Channel structure and morphology

from Tortonian to Present

The Sardinian Channel is a submerged rift located SE off Sardinia.

Rifting and crust thinning during the early Miocene and then during

Tortonian [2] led to the formation of this narrow channel. Tectonic

activity dropped markedly and remained very low during the Pliocene

and Quaternary. The channel was deeply ?ooded during the Pliocene

owing both to the refilling of the Mediterranean sea after the

messinian crisis and to a strong post-rifting subsidence.

Along the steepest slopes the pre-tortonian basement outcrops

under below the Plio-Quaternary sedimentary cover. Five dives were

devoted to the exploration of the scarps located south of the Cornaglia

Terrace. The upper slopes (above -1500m) are blanketed with pelagic

mud. According to the blocks found on the lower slopes, the rocks that

underlain these mud belong to the tertiary sedimentary cover of the

Internal Zones of Calabria Peloritan Mountains of Sicily and Kabylia

(CPK). The lower slopes are sediment-free. Their basement is

composed of paleozoic granitoïdes and metamorphic rocks of CPK

origin [2]. Where they run parallel to the channel strike (NE-SW),

their surface is roughly planar and the basement is covered

extensively with scree deposits a few meters thick. The scree are

composed of blocks from the CPK basement and its sedimentary

cover. The lower slopes are cut by deep, narrow canyons carved into

the basement rocks..

If the scree deposits and narrow canyons were Messinian in age,

they could be used to ascribe a post-messinian age to the neotectonic

ridges. However, both the scree deposits and the canyons could as

well result from gravitational submarine reworking of the messinian

scarps.

To test the messinian hypothesis, we have measured the 

10

Be and

26

Al contents of the scree deposits and canyons walls.

The use terrestrial in situcosmogenic nuclides for tracing and

dating

Production within the terrestrial crust of cosmonuclides such as

26

Al and 

10

Be, whose half-life are 710 and 1500 ky, respectively, is

limited to the upper few meters of the Earth surface. Since in the

ocean rocks are completely shielded from cosmic rays at depths of

several tens of meters, the in situ-produced cosmonuclides can be

used as tracers of previous exposure to cosmic rays at the Earth

surface. If the submarine erosion of surface previously exposed

onshore is low and the initial aerial exposure time is high, the in situ-

produced cosmonuclide concentrations should indeed remain

measurable.

Furthermore, the time elapsed since the inception of shielding can

be inferred from the differential radioactive decay, of 

26

Al and 

10

Be

[e.g.3]. It is thus possible to test if the exposure occurred during the

Messinian.

Sampling strategy and preliminary results.

10

Be and 

26

Al have been extracted from quartz crystals from five

blocks sampled on the Cornaglia Terrace southern scarp. Three

different settings were selected: the basement surface, its scree cover,

and the canyons carved into the basement. Three samples are blocks

coming from the scree deposits: a sandstone of the CPK basement

cover, a pegmatite from the CPK basement, and a quartzite. The

basement surface and canyon wall samples are granite slabs.

When writing this abstract, reliable 

10

Be measurements have only

been performed on the basement surface and on the sandstone from

the overlying scree. However, these preliminary results are quite

promising. The 

10

Be concentrations are significantly higher than those

of the processed blanks. This demonstrates that, outside the canyons,

the submarine landscape did not evolved significantly since its

exposure to atmospheric weathering. However, given the low

concentration of 

10

Be in both samples, the 

26

Al/

10

Be ratio will not be

measurable if exposure took place during the Messinian.

We expect the other samples to help us 1/ to demonstrate, that the

exposure is messinian in age and 2/ to determine whether the canyons

are submarine or continental features. We also will try to confirm that

the crystal cores have not been polluted by seawater 

10

Be.

References

1-Mascle G. and Tricart P., 2001. Le Canal de Sardaigne: les plongées

Cyana. Géologie Alpine. Mémoire HS, 34, 166 p.

2-G. Mascle, P. Tricart, L. Torrelli, J.P. Bouillin, R. Compagnoni, S.

Depardon, J. Mascle, A. Pêcher, D. Peis, F. Rekhiss, F. Rolfo, H. Bellon,

G. Brocard, H. Lapierre, P. Monié, G. Poupeau, 2004. Structure of the

Sardinian Channel: crustal thinning and tardi-orogenic extension in the

Apenninic-Maghrebian orogen: results of a diving survey using Cyana

submersible (SARCYA and SARTUCYA). Bull. Soc. Geol. France (in

press).

3-Granger D.E. and Muzikar P.F., 2001. Dating burial with in-situ

produced cosmogenic nuclides: theory, techniques, and limitations. Earth

and Planet. Sci. Letters,188, 269-281.