Il tempo geologico

Per comprendere i fenomeni geologici dobbiamo tenere ben presente il fattore tempo. Un uomo compie azioni temporali che vanno dal secondo alla decina di anni, un fenomeno naturale – invece – impiega tempi molto più lunghi. Basta pensare ad un fiume che scorrendo erode formando una valle, alla nascita di una catena montuosa o di un nuovo oceano. Qui entra in gioco il tempo geologico.

Il tempo geologico è il tempo trascorso dall’origine della Terra fino ad oggi. La sua durata è enormemente più grande (4.5 miliardi di anni) rispetto al tempo storico.

Immaginiamo di ridurre tutta la storia della Terra in 24 ore: l’uomo moderno comparirebbe solo nell’ultimo minuto prima della mezzanotte.

Fino al 1654 si credeva che la terra fosse stata creata il 26 ottobre del 4004 a.c. 

Questa data fu dedotta dalla Bibbia, attraverso complicati calcoli basati sul susseguirsi delle generazioni citate nel testo sacro.

Lo studio della geologia e l’osservazione che fenomeni quali l’erosione necessitavano di lunghi periodi di tempo portò a ritenere che la storia del mondo fosse ben più antica. 

Nel 1749 Buffon (ovviamente non l’ex portiere della Juve ma un geologo italiano…) riteneva che la terra avesse 75.000 anni, cifra che poco più tardi portò a circa 3 milioni.

La scoperta dell’evoluzione contribuì non poco ad allungare la storia della terra, poiché il meccanismo darwiniano richiedeva tempi lunghi per realizzare le modificazioni organiche che la paleontologia documentava.

Tuttavia ancora all’ inizio di questo secolo il mondo era ritenuto molto meno vecchio di quanto non si ritenga oggi. 

Il paleontologo americano Osborn nel 1918 riteneva che l’era Paleozoica fosse iniziata 30 milioni di anni fa, mentre oggi sappiamo che essa iniziò 590 milioni di anni fa.

Le ere geologiche

I geologi hanno suddiviso la storia della terra in numerosi intervalli di tempo. Queste divisioni furono effettuate studiando le successioni di rocce stratificate e furono basate sostanzialmente o su variazioni litologiche, o su variazioni del contenuto paleontologico osservate passando da una successione ad un altra.

L’esempio più classico è quello della separazione dell’era Mesozoica dall’era Cenozoica, che fu posta in corrispondenza della sparizione dei grandi rettili (dinosauri, plesiosauri, ecc.) e dell’ apparizione in massa del grandi mammiferi.

Oggi la storia della terra viene divisa in due grandi intervalli di tempo chiamati eoni. Il secondo di guesti e diviso in 3 ere geologiche, ciascuna delle quali é a sua volta suddivisa in un numero variabile di periodi divisi in epoche, in piani e in sottopiani.

Nomi curiosi

I nomi delle diverse suddivisioni della storia della Terra hanno le origini più varie.

Alcuni di questi nomi derivano dalla località dove i terreni riferiti a quella suddivisione sono stati identificati per la prima volta (come ad esempio il Permiano, dal distretto di Perm in Russia).

Il nome di altre suddivisioni derivano da caratteristiche geologiche (ad esempio il Carbonifero, dal carbone presenti negli strati quella età), altre ancora prendono il nome da antiche popolazioni (ad es. il Siluriano dai Siluri, un’antica popolazione dell’Inghilterra).

Alcune suddivisioni della storia terrestre hanno nomi italiani; si tratta di intervalli delle ere Terziaria e Quaternaria che prendono il nome da regioni in cui i sedimenti di questa età sono molto diffusi: Astiano, Piacenziano, Tortoniano, Emiliano, Calabriano, Messiniano ecc.

La storia della terra in 24 ore

Per dare un’idea della lunghezza delle diverse ere geologiche possiamo paragonare i 4,5 miliardi di anni della storia della terra alle 24 ore di una giornata.

In questo ipotetico orologio di 24 ore un’ora equivale a 187 milioni di anni. La terra nasce alle ore zero: poco prima delle 21 compaiono i primi metazoi.

I dinosauri vissero sulla terra tra le 22,40 e le 23,46.

Solo 38,4 secondi prima della mezzanotte comparve la prima specie umana, Homo habilis.

La datazione delle rocce

Stabilire l’età delle rocce terrestri è stato da sempre il sogno dei geologi e dei paleontologi, un sogno che solo di recente ha potuto realizzarsi.

Nel corso della storia numerosi sono stati i tentativi di effettuare una datazione assoluta delle rocce, e numerosi sono stati i metodi utilizzati per raggiungere questo scopo. Il più ovvio di questi metodi cercava di risalire all’età delle rocce calcolando il tempo necessario alla loro deposizione e mettendolo in relazione con il loro spessore

Tale sistema però non teneva conto del fatto che la velocità di formazione delle rocce è molto variabile ed é quindi impossibile stabilire una relazione fra spessore e età di una formazione rocciosa.

Il problema della datazione delle rocce fu risolto nel 1895 grazie alla scoperta della radioattività naturale e al successivo impiego di tale caratteristica posseduta da alcuni contenuti nelle rocce.

La datazione radiometrica

I metodi di datazione con gli elementi radioattivi si basano sulla radioattività naturale, cioè sul decadimento radioattivo di particolari isotopi contenuti net minerali delle rocce.

Il decadimento radioattivo è la trasformazione di un isotopo instabile padre in uno stabile “figlio”.

Esso avviene a velocità costante. Il tempo necessario perchè metà della quantità iniziale di un isotopo padre si trasformi in un isotopo figlio viene detto tempo di dimezzamento ed è costante qualunque sia la quantità di elemento radioattivo iniziale.

Misurando nel minerale il rapporto tra le quantità dei due isotopi e conoscendo il tempo di dimezzamento si può conoscere l’età, in milioni di anni, del minerale.

Il metodo del radiocarbonio

Questo metodo di datazione è particolarmente importante per la paleontologia e la preistoria poiché è applicabile direttamente ai materiali organici. I due isotopi del carbonio (C¹⁴ e C¹²) che sono dispersi nell’atmosfera vengono assimilati dai tessuti degli organismi durante la loro vita e, in un organismo vivente, il loro rapporto è quindi costante. 

Quando un organismo muore, il C¹⁴ inizia a decadere trasformandosi in azoto e quindi la sua percentuale rispetto al C¹² si riduce. Misurando perciò nel resto organico il rapporto tra i due isotopi è possibile conoscere la data della morte dell’organismo. Il tempo di dimezzamento del carbonio é però breve (5730 anni) e quindi questo metodo non consente di datare resti più antichi di 70.000 anni.

Il metodo delle tracce di fissione

Questo metodo non si basa direttamente sulla misurazione dei rapporti isotopi, ma sugli effetti che il decadimento radioattivo dell’uranio produce sui reticoli cristallini dei minerali che lo contengono.

Durante il decadimento l’uranio emette particelle subatomiche che penetrano nel reticolo cristallino del minerale che lo contiene, lasciando delle tracce chiamate “tracce di fissione”.

Per datare la roccia in esame queste tracce vengono contate, mentre il resto dell’uranio ancora presente viene fatto decadere artificialmente.

Il rapporto tra il numero delle tracce naturali e quello delle tracce prodotte artificialmente ci indica l’età della roccia. 

Quali rocce si possono datare?

Le datazioni radiometriche vengono eseguite quasi esclusivamente sulle rocce di origine magmatica o metamorfica poiché in esse i materiali radioattivi si sono formati contemporaneamente alla roccia stessa. 

Solo raramente è possibile effettuare datazioni radiometriche sulle rocce sedimentarie poiché i componenti radioattivi che si trovano in esse, provengono di solito dallo smantellamento di rocce preesistenti e fornirebbero quindi l’età della roccia di provenienza e non di quella in cui attualmente si trovano. 

Usando diversi elementi radioattivi é possibile datare una grande varietà di rocce di età molto diverse.

In questa tabella sono riportati alcuni dei metodi di datazione assoluta e i limiti di tempo entro i quali si possono applicare.

Isotopi con tempi di dimezzamento molto lunghi, che si trasformano molto lentamente permettono la datazione delle rocce anche molto antiche. È così che abbiamo potuto datare le rocce terrestre più antiche (4.5 miliardi di anni).

Isotopi con tempi di dimezzamento più brevi permettono invece sola la datazione di rocce più recenti.

La stratigrafia

Il compito principale della stratigrafia consiste nel definire la successione cronologica delle diverse rocce delle serie stratigrafiche e per far ciò è indispensabile l’esame dei fossili contenuti negli strati rocciosi. 

Poichè i fossili e il sedimento che li contiene si sono formati di solito contemporaneamente, e poiché i fossili sono cambiati nel tempo ed e ormai conosciuta la loro successione cronologica, attraverso di essi e possibile ricostruire l’età relativa degli strati sedimentari, capire cioè se uno strato è più vecchio, più giovane o ha la stessa età di un’altro.

La storia della stratigrafia

Le prime basi della stratigrafia furono poste dallo studioso danese Nicola Stenone (1638- 1686) che nel 1669, nel suo studio geologico della Toscana, riconobbe e distinse per la prima volta i terreni di origine marina da quelli di origine terrestre.

Un ulteriore passo verso la moderna stratigrafia fu effettuato nel XVIII secolo con la suddivisione delle rocce della crosta terrestre in Primitive, Secondarie e Alluvionali, operata nel 1756 dall’ingegnere minerario tedesco Giovanni Gottlob Lehmann.

Nello stesso secolo il veronese Giovanni Arduino (1713- 1795) effettuò una suddivisione stratigrafica delle rocce della terra, corrispondente più o meno a quella ancora in uso oggi. Nel suo studio geologico delle Prealpi Venete, Arduino suddivise le formazioni rocciose negli ordini Primario, Secondario, Terziario e Quaternario.

Padre della moderna stratigrafia è considerato il geologo inglese William Smith (1769-1839); egli nel 1795 fece rilevare l’importanza dei fossili guida nello studio degli strati geologici ed esegui le prime carte geologiche in cui riconobbe le suddivisioni del Paleozoico inglese.

I fossili guida

Per fossile guida si intende una specie fossile capace di caratterizzare cronologicamente uno strato roccioso o una formazione geologica. Per poter essere un buon fossile guida una specie deve aver avuto durante la vita una ampia distribuzione areale, e nello stesso tempo essere vissuta come entità sistematica per un breve intervallo di tempo, deve essere appartenuta a un gruppo caratterizzato da un alta velocità di evoluzione. 

Queste due caratteristiche permettono al fossile guida di definire brevi intervalli di tempo e rendono possibili correlazioni fra rocce della stessa età poste anche a grande distanza tra loro.

Le serie biostratigrafie

Ogni successione di strati rocciosi fossiliferi può essere sudivisa in diverse unità di età differenti in base al contenuto paleontologico. Tale successione di strati prende il nome di serie biostratigrafia mentre le diverse unità in cui essa viene suddivisa prende il nome di biozone. 

Ciascuna biozona è definita dalla presenza di una particolare associazione di specie fossili; poiché ogni associazione occupa un posto ben preciso nella scala dei tempi geologici, le biozone possono essere utilizzate per riconoscere le età delle rocce e per correlare tra loro rocce della stessa età affioranti in luoghi diversi. 

Ogni biozona prende il nome da una specie caratteristica e presente solo in essa, specie che a sua volta viene chiamata “fossile guida”.

La scala dei tempi geologici

La scala dei tempi geologici rappresenta un modo per suddividere il tempo trascorso dalla formazione della Terra, condiviso dalla comunità scientifica internazionale e in continua evoluzione.

Esiste un organismo internazionale delegato alla formalizzazione geologica (quindi alla nomenclatura) di questa scala, la Commissione Internazionale di Stratigrafia, che presiede alla ratifica dei GSSP.

Cosa sono i GSSP?

I Global Stratigraphic Section and Point, ossia Sezioni e punti stratigrafici globali (sigla GSSP) sono affioramenti rocciosi nei quali sia fisicamente presente un limite tra due età geologiche e nei quali è stato rinvenuto il maggior numero di informazioni fisiche, chimiche e paleontologiche su quel limite rispetto ad altri affioramenti che contengono lo stesso limite stratigrafico. Essi sono stati identificati dalla Commissione internazionale di stratigrafia in località distribuite nei vari continenti.

I GSSP sono rappresentati sulla scala dei tempi geologici con un chiodo d’oro.

L’Italia ospita numerosi GSSP e molte località italiane sono in discussione per l’attribuzione. Questa particolarità è legata all’eccezionale esposizione di alcuni intervalli geologici sulla penisola italiana, in particolare nelle Alpi orientali, in Appennino, Calabria e Sicilia.

Rappresentazione del tempo geologico

Lo United States Geological Survey (USGS, Servizio Geologico degli Stati Uniti d’America) ha prodotto una versione a colori della scala dei tempi geologici, dove ad ogni età corrisponde, per convenzione, un colore diverso. Non tutti i paesi adottano questa versione della scala ma tutte le colorazioni nascono da quella originale fatta dal fondatore della stratigrafia William Smith.

Concettualmente ogni suddivisione raggruppa una fase della storia della Terra caratterizzata da determinati organismi spesso estinti al termine dell’Era geologica di appartenenza.

L’età della Terra è di circa 4570 milioni di anni (4570 Ma). Il tempo geologico è stato organizzato in varie unità, a seconda degli eventi che si sono succeduti in ogni periodo.

Differenti livelli della scala temporale sono spesso delimitati da grandi eventi geologici o paleontologici, come le estinzioni di massa tipo quella dei dinosauri.

Ad esempio, il limite tra il periodo Cretacico e il periodo Paleogene è definito dall’evento della estinzione dei dinosauri e di molte specie marine. Altri periodi, precedenti le rocce contenenti fossili guida, sono definiti in maniera assoluta da età radiometriche.

Per scaricare la carta dei tempi geologici aggiornata visita questo link: https://stratigraphy.org/

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