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| Paleontologia generale |
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Stratigrafia |
Scala crono-stratigrafica
I paleontologi hanno suddiviso la storia della terra in Ere e Periodi relizzando una scala crono-stratigrafica per datare le formazioni geologiche in modo relativo e/o assoluto tracciando quindi la stioria degli eventi geologici (formazione di catene montuose), climatici (glaciazioni) e paleontologici (comparsa o estinzione delle specie) che si sono succeduti nella lunga storia del nostro pianeta.
Si parla quindi di tempi geologici. Il tempo in questo caso acquista una dimensione che esce dall'immaginazione umana: è. Il tempo geologico corrispone ad una unità di misura adottata dagli sudiosi che ha una durata di un milione di anni (siglata m.a. o Ma in italiano o m.y. in inglese).
Le Ere ed i Periodi geologici sono stati chiamati con nomi che mettono in evidenza una successione temporale, come ad esempio (Paleozoico, Mesozoico, oppure Primaria, Secondaria, ecc.) oppure sono stati usati nomi che legati alla geografia del luogo in cui si il fenomeno è stato per la prima volta studiato (ad esempio il termine Cambriano che deriva dai monti Cambrici).
Segue un tabella in cui ho inseriti l'etimologia dei principali termini.
International Stratigraphic Chard del 2020
I piani stratigrafici
I piani stratigrafici corrispondolno a delle formazioni geologiche cartografabili e riconosciute in tutto il mondo. Rispecchiano momenti geologici indicativi di ambienti particolari. Hanno precisi confini ed a loro corrisponde anche una Età assoluta ( stage / age).
I piani stratigrafici hanno una età assoluta (tempo di inizio e fine) determinata da quelli che vengono chiamati punti GSSP (Global Stratigraphic Section and Point), sigla che indica sezioni e punti stratigrafici globali, sono affioramenti rocciosi nei quali sia fisicamente presente un limite tra due età geologiche, sono stati identificati dalla commisione internazionale di geologia I.C.S. in località distribuite nei vari continenti.
Nella tabella sottostante, tratta da una parte della International Stratigraphic Chard del 2020, si possono vedere in particolare i vari piani stratigrafici, i punti I.C.S. e le rispettive età assolute.
Parte superiore del Cenozoico della International Stratigraphic Chard del 2020 con punti I.C.S.
I tre piani stratigrafici "storici" del Pliocene del Piemonte
I fossili guida
I resti fossili degli antichi organismi sono inglobati nei sedimenti stessi che li hanno ricoperti ed in questi si sono conservati e ne fanno parte. Per il "criterio di sovrapposizione stratigrafica" è chiaro quindi che i fossili trovati al letto degli strati saranno più antichi di quelli trovati al tetto, ma non siamo in grado di attribuire loro una precisa età.
Esistono però dei fossili che ci permettono di riconoscere immediatamente la loro età relativa senza ombra di dubbio: sono i cosiddetti fossili guida. I "fossili guida" presentano la duplice caratteristica quella di essersi evoluti (ed estinti) in modo molto rapido e quella di aver avuto una grande distribuzione aerale, cioè aver popolato una grandissima area del nostro Pianeta.
Questa tipologia di organismi fossili deve quindi soddisfare i seguenti precisi requisiti:
1. Ampia distribuzione geografica
3. Relativa ampia abbondanza di popolazioni e quindi sono facilmente rinvenibili nelle rocce sedimentate nel periodo della loro esistenza
3. Evoluzione ed estinzione rapida: hanno quindi una durata temporale molto limitata e permettono di raggiungere un'elevata precisione nella datazione
Pertanto il paleontologo che si imbatte in un "fossile guida" è certamente sicuro di trovarsi in un preciso momento (epoca) della storia del nostro pianeta.Nell'immagine seguente ho voluto rappresentare simbolicamente alcuni fossili di brachiopodi caratteristici estinti e tipici di vari periodi.
 Datazione con fossili guida Questo esempio, forse troppo semplicistico per gli "addetti ai lavori", serve a comprendere come funziona una datazione con dei fossili guida. Ho usato per l'esempio ancuni brachiopodi caratteristici. A sinista è rappresentata a livello simbolico la successione stratigrafica. I brachiopodi, di cui compaiono fotografie e nome scientifico sulla destra, sono stati rinvenuti nei livelli indicati dalle linee rosse. |
Correlazioni stratigrafiche
Una correlazioni stratigrafica è l'nsieme delle procedure e metodologie con le quali si dimostra la corrispondenza di parti geograficamente separate di una o più unità geologiche poste anche a grande sistanza tra loro.
Le successioni stratigrafiche infatti raramente sono continue, quasi sempre sono rappresentate da spezzoni affioranti in aree diverse, inoltre sono presenti variazioni laterali con caratteristiche diverse.
Per correlare gli strati delle successioni stratigrafiche vengono impiegati i fossili guida rinvenuti nei rispettivi sedimenti. Questi fossili, permettono infatti mettere in relazione gli strati. Il principio della correlazione stratigrafica fu intuito da William Smith (1769 - 1838) ed è stato utilizzato per la prima volta nel 1799.
 Correlazione stratigrafica Questo esempio serve a comprendere come funziona una correlazione stratigrafica eseguita con dei età relativa Le successioni stratigrafiche rappresentate a livello simbolico a distanze notevolo fra loro, sono messe in realzione dalla presenza dei rispettivi fossili che si trovano nel loro sedimenti. |
Età dei reperti fossili
Nello studio dei fossili è fondamentale conoscere l'età relativa di un reperto che è il pane quotidiano del paleontologo (come dice il Prof. Vittorio Vialli, nei suoi Appunti di paleontologia, pag. 15, Pitagora Editrice, Bologna, 1975), ma misurare il tempo attraverso una datazione assoluta è importante per quantizzare l'immensa durata delle ere geologiche. Esistono complesse metodologie per determinazione dell’età assoluta delle rocce.
Mentre il metodo dell'età relativa, con l'utilizzo dei fossili guida, permette solo di rilevare che uno strato è più vecchio di un'altro, il metodo della determinazione dell'età assoluta riesce ad attribuisce alle rocce un valore numerico in m.a. (milioni di anni).
Datazioni assolute
In paleontologia risulta anche utile quantizzare l'immensa durata delle ere geologiche ed il tempo che trascorre per studiare l'evoluzione delle forme viventi. Esistono pertanto valutazioni assolute dell'età di un reperto che permettono di attribuire una precisa età ai sedimenti e quindi ai fossili in essi contenuti.
Questo metodo di datazione esula dai compiti del paleontologo dato che di esso si occupa la fisica, è però indispensabile conoscerne il principio. Per il calcolo delle età assolute vengono impiegati metodi di valutazioni particolari molto complessi di cui ne vedremo qualcuno in sintesi.
Occorre però ricordare che è praticamente impossibile risalile all'età assoluta esatta di un resto fossile, infatti per la sua datazione ci si avvale solo dei punti GSSP (Global Stratigraphic Section and Point) che indicano l'età del piano stratigrafico in cui il reperto è stato raccolto. In paleontologia quando su descrive un reperto quindi ci si riferesce solo al piano stratigrafico in cui è stato trovato non all'età assoluta.
Il metodo delle Varve
La misura esatta del tempo in base a quanto impiega uno strato per depositarsi non è possibile in quanto concorrono troppe variabili negli eventi deposizionali.
L'unica misurazione che si avvale di questo sistema è quella della datazione assoluta con il metodo delle varve, parola che deriva dalla lingua svedese. Le varve sono degli straterelli centimetrici che si depositano annualmente in ambiente lacustre (Nord Europa) in vicinanza di ghiacciai: i sedimenti depositati durante la stagione più calda differiscono in colore (per ricchezza di materia organica) da quelli invernali pertanto è possibile visualizzare la durata di un anno.
Questo metodo, scoperto alla fine dell'800 da un geologo svedese, il barone Gerard de Geer, è usato solo per periodi molto recenti e collegati ai fenomeni delle glaciazioni ed on zone periglaciali.
Datazioni col metodo del radiocarbonio
I classici metodi di datazione assoluta si avvalgono della fisica atomica per valutare l'età di un reperto o di un sedimento. Il più conosciuto è quello del C14 (messo a punto da Libby nel 1952), usato anche per datare il lenzuolo della Sacra Sindone. Questo metodo e però, anche se molto preciso, è limitato alla misurazione di periodi recenti, dell'ordine di migliaia di anni.
Il metodo del C14 si avvale del principio che negli strati alti dell'atmosfera una piccola quantità di azoto (N), continuamente sottoposto al bombardamento dei raggi cosmici (UV), non essendo protetto dallo strato atmosferico, si trasforma in C14 radioattivo che entra in circolo nell'atmosfera miscelandosi al C12 stabile, non radioattivo, già presente.
Il carbonio è la base della vita sul nostro pianeta: i vegetali continuamente se ne riforniscono tramite la sintesi clorofilliana, mentre gli erbivori ed i carnivori completano la catena trofica acquisendo carbonio, sia respirando che nutrendosi di vegetali in modo diretto (erbivori) o indiretto (carnivori). Pertanto tutti i viventi presentano tracce di C14 radioattivo durante la loro vita.
Con il sopraggiungere della morte però il carbonio presente nell'organismo non viene più rinnovato e quindi inizia un lento decadimento che porterà il C14 presente nell'organismo a trasformarsi in C12.
La fisica ci insegna che la quantità iniziale di materiale radioattivo decresce nel tempo secondo una legge esponenziale impiegando, nel caso del C14, circa 5770 anni per dimezzarsi (tempo di dimezzamento). Pertanto si può ricavare una curva che ci permette di datare il fossile attraverso la misurazione della radioattività residua del radiocarbonio:
Schizzo che sintetizza il processo di formazione del C14 (esempio di un tronco).
Curva logaritmica (approssimata) che rappresenta il decadimento del C14.
Da come si nota dal grafico di cui sopra, il tempo di datazione è però limitato a reperti che hanno una età massima di 50.000 anni: più ci si spinge verso questo valore el'esattezza della misura diminuisce. Presupposto che la percentuale di C14 e C12 presente nell'atmosfera sia sempre stata la stessa anche in un lontano passato (cioè: C14/C12=costante), misurando tale percentuale, si è quindi in grado di attribuire al fossile una età abbastanza precisa. E' necessario però che un frammento dell'organismo sia sacrificato, cioè venga bruciato. La datazione si effettuerà infatti con un rilevatore di radioattività misurando la percentuale di carbonio radioattivo presente nell'anidride carbonica generata dalla combustione stessa.
Altri metodi radiometrici
Similmente vengono impiegati altri metodi (es.: metodo degli aloni pleocroici, metodo del Potassio e Rubidio-Stronzio) che misurano la radioattività presente nelle rocce di origine eruttiva. Sono questi i metodi usati per le rocce più antiche. Questo significa che le rocce sedimentarie non possono essere datate direttamente con questi metodi e pertanto occorre correlare i sedimenti con le rocce eruttive e ciò significa introdurre degli errori. Con le tecniche moderne tali errori di datazione sono attualmente contenuti in valori inferiori al 5% (vedere sopra i punti GSSP).
