Tracing freshwater provenance in palaeo-lagoons by boron isotopes and relationship with benthic foraminiferal assemblages. A comparison from late Quaternary subsurface successions in Northern and Central Italy

In order to evaluate for the first time the application of boron isotope (δ11B) composition as a proxy for freshwater provenance in transitional environments, measurements taken from mollusk shells from palaeo-lagoonal deposits are presented herein. The mollusk specimens were sampled from late Quaternary lagoonal successions observed in the cores 187-S1 and Vignarca, respectively from drillsites south of the Po River delta (Northern Italy) and the Cornia River plain (Central Italy). The latter locality occurs nearby the Larderello boron-rich geothermal area. A freshwater influence in the palaeo-lagoons has been highlighted by benthic foraminiferal analyzes, revealing two main assemblages: the first, dominated by Ammonia tepida (Cushman, 1926) and Ammonia parkinsoniana (d’Orbigny, 1839a), is consistent with high freshwater discharge into the palaeo-lagoon, whereas the second assemblage includes large numbers of Miliolacea, considered as reflecting low freshwater discharge. The inferred salinity variations are possibly constrained between 22‰ and 41‰, based on comparison with modern assemblages observed in various lagoons of the north Adriatic Sea and Tyrrhenian Sea coastal areas (e.g., Zampi & D’Onofrio, 1986; Coccioni, 2000). Additional Sr isotope data, comparable with coeval marine values, are consistent with the salinity range inferred by the fossil assemblages. Boron isotopes clearly record a continental-dominated provenance source of boron in the lagoonal mollusks collected from the Vignarca core. The low δ11B and boron-rich component currently observed in the continental water deriving from the geothermal area, was possibly also present in the freshwater feeding the palaeo-lagoon and gives a unique isotopic imprint to the analyzed samples. Conversely, in the lagoonal mollusks collected from core 187-S1, the δ11B component reveals a dominant provenance source of boron from seawater. In the analyzed successions, boron isotopes have proved useful for recognizing the provenance of the freshwater feeding the palaeo-lagoon, especially in areas characterized by continental water enriched in boron and showing remarkably different δ11B values with respect to marine values. RIASSUNTO [Studio della provenienza dell’acqua dolce nei paleoambienti lagunari attraverso gli isotopi del boro e relazioni con le associazioni a foraminiferi. Un confronto da successioni tardo quaternarie di sottosuolo dell’Italia Settentrionale e Centrale] Misurazioni del rapporto isotopico del boro (δ11B) sono state eseguite su conchiglie di Cerastoderma glaucum (Poiret, 1789), Bittium reticulatum (Da Costa, 1778) e Cerithium vulgatum Bruguière, 1792 raccolte in depositi tardo quaternari di ambiente lagunare, per valutare la loro utilità nel distinguere la provenienza delle acque continentali nei paleoambienti transizionali. Gli esemplari analizzati sono stati prelevati nelle successioni dei sondaggi 187-S1 e Vignarca, perforati rispettivamente a sud del delta del Fiume Po (Italia Settentrionale) e nella pianura del Fiume Cornia (Italia Centrale), una zona quest’ultima ubicata in prossimità dell’area geotermica di Larderello e caratterizzata da fluidi ricchi in boro. L’influenza dell’acqua dolce nelle paleolagune è stata evidenziata dall’analisi delle associazioni a foraminiferi bentonici che ha permesso di riconoscere due associazioni: la prima, composta principalmente da A. tepida, A. parkinsoniana, Cribroelphidium spp. , Elphidium spp. e Haynesina spp. , indica condizioni lagunari fortemente influenzate dall’acqua dolce; la seconda, dominata da Miliolacea, è ritenuta indicativa di scarsa influenza di acque continentali. Queste associazioni sono confrontabili con quelle localmente presenti nelle lagune attuali del Mediterraneo con salinità compresa fra il 22‰ e il 41‰. Le misure del rapporto isotopico dello stronzio hanno fornito valori simili a quelli registrati in altri carbonati biogenici marini e nell’acqua di mare. Dati di letteratura indicano che ciò è compatibile con la salinità delle paleolagune desunta dalle associazioni a foraminiferi. I rapporti isotopici del boro sono invece molto diversi nelle paleolagune dei due sondaggi, in particolare i valori di δ11B delle conchiglie raccolte nel sondaggio Vignarca sono negativi e notevolmente più bassi di quelli registrati nei carbonati biogenici marini; mentre i valori di δ11B misurati negli esemplari del sondaggio 187-S1 sono positivi e sono tendenzialmente confrontabili con quelli riportati in letteratura per i carbonati biogenici marini. Questo indica che il boro presente nelle conchiglie del sondaggio Vignarca proviene principalmente da acque dolci arricchite in boro con basso δ11B. Acque con queste caratteristiche e provenienti dalla vicina zona geotermica di Larderello sono attualmente presenti nell’area del sondaggio Vignarca e probabilmente lo erano anche durante la deposizione della successione lagunare esaminata. Invece i valori del δ11B provenienti dal sondaggio 187-S1 indicano una provenienza tendenzialmente marina del boro e non forniscono informazioni sulla provenienza dell’acqua dolce nella paleolaguna. Nelle successioni analizzate, il rapporto isotopico del boro appare utile per riconoscere la provenienza dell’acqua dolce nelle paleolagune per le aree caratterizzate da acque continentali arricchite in boro e con δ11B notevolmente differente rispetto a quello marino.