Lo spazio e il tempo come elementi chiave per la stratigrafia e lo studio dei fossili in generale
Gli oceani, i continenti, le montagne ed ogni singolo frammento roccioso ha una storia ed è compito della ricerca scientifica studiarla, ricostruirla e descriverla. Per fare questo ha bisogno di documenti e testimonianze che possono essere trovati osservando e studiando le rocce. Queste però sono povere di informazioni anche perché circolando in continuazione attraverso il ciclo litogenico sono scomparse o trasformate.
A volte però può capitare di trovare rocce che contengono impronte di animali o piante. I resti di un organismo conservato nella roccia in modo più o meno completo, o qualunque altra traccia della sua attività costituiscono un fossile. Difficilmente il fossile contiene tutta la materia dell'organismo, nella maggior parte dei casi si conservano solo parti più resistenti come lo scheletro, il guscio o le parti legnose. Altri fossili possono contenere solo impronte o tracce delle attività come orme o tane dette tracce fossili o tracce organiche come i coproliti, cioè gli escrementi fossile.
La fossilizzazione è un fenomeno che avviene assai raramente ed in condizioni particolari. I fossili sono rari perché la loro formazione e il loro affioramento richiedono il contemporaneo verificarsi di una serie di fenomeni chimici, fisici e biologici. E' necessario infatti che l'organismo trovi le condizioni ideali per fossilizzarsi e che poi questo fossile affiori tramite un sollevamento orogenico.
Una di queste condizioni necessarie affinché un fossile possa formarsi è il rapido isolamento dei resti o delle tracce dell'organismo, sottraendoli agli agenti decompositori e alle sostanze ossidanti come acqua o ossigeno. A seconda dell'ambiente in cui vivono i fossili hanno diverse possibilità di fossilizzarsi.
Gli ambienti acquatici, con acque tranquille e sede di intense sedimentazioni sono gli ambienti dove la fossilizzazione avviene più spesso perché i resti possono venir rapidamente sepolti sotto una spessa coltre di sedimenti rallentando o arrestando del tutto i processi di decomposizione. Se le acque sono molto profonde però gli organismi si possono dissolvere prima di raggiungere il fondo.
Gli organismi terrestri hanno minori possibilità di conservarsi perché negli ambienti subaerei l'erosione spesso prevale sulla sedimentazione. La fossilizzazione è perciò molto rara e avviene solo in casi rarissimi come un'eruzione esplosiva con caduta di materiale piroclastico (per esempio quella del Vesuvio del 79 d.C. che ci ha lasciato numerosi fossili dei cittadini di Pompei) o a causa dell'accumulo di sedimenti durante un'alluvione.
L'eccezionalità della fossilizzazione è data perciò dalla rapidità del processo di decomposizione i confronto alla lentezza di quello di sedimentazione e dal fatto che le rocce più sono antiche più trasformazione è probabile abbiano subito cancellando le prove che contenevano.
I processi di fossilizzazione
I processi chimici e fisici che permettono la fossilizzazione, nonostante avvengano molto di rado sono piuttosto vari.
Attraverso la pietrificazione è possibile ritrovare rocce raffiguranti fossili di resti organici come ossa, gusci e legni. La pietrificazione può avvenire tramite due processi distinti: per mineralizzazione o per sostituzione.
La mineralizzazione avviene nei mari quando un guscio vuoto o uno scheletro dopo la decomposizione rapida delle parti molli rimangono sepolti nel sedimento. Qui le acque che circolano impregnano il sedimento con silicio o carbonato di calcio o ferro. Queste sostanze precipitando in piccole cavità occupate una volta da nervi, vasi sanguigni o tessuti mineralizzano la conchiglia in modo permanente e rendendo il fossile più duro e resistente.
Quando si attua uno scambio di tipo molecolare della sostanza originale che viene sostituita molecola per molecola da minerali di differente composizione si parla di sostituzione e questo porta alla creazione di un fossile con composizione chimica completamente diversa dall'originale
La carbonizzazione è un processo di fossilizzazione che però riguarda esclusivamente i tessuti a composizione completamente organica. Questi, una volta sepolti nel sedimento sono sottoposti ad una lenta distillazione distruttiva che libera CO2 e H2O lasciando come residuo carbonio libero che lascia nella roccia un'impronta di carbonio
Gli organismi del passato passato ci hanno lasciato anche modelli o impronte.
Se il sedimento si consolida attorno ad un resto organico che poi verrà distrutto si parla di modello esterno, se invece il consolidamento avviene dentro il guscio di un mollusco si forma un modello interno. Le impronte sono invece i modelli esterni di sottili parti di un organismo
La stratigrafia
Osservando una successione di rocce possiamo renderci conto che ogni livello contiene un certo numero di fossili di specie differenti. Studiando differenti campioni di roccia si può identificare l'esatto livello stratigrafico e perciò creare una scala cronostratigrafica dove gli organismi delle epoche passate sono ordinati dal più antico al più recente. Nella stratigrafia infatti spazio e tempo coincidono, o meglio con l'aumentare della profondità, aumenta anche l'età dei ritrovamenti.
L'intervallo tra la prima e l'ultima apparizione si chiama zona di distribuzione stratigrafica. La presenza di fossili tipici di una certa era consente di creare un'analogia tra i differenti strati di roccia, in qualsiasi parte del mondo esse si trovino attraverso la correlazione stratigrafica. Operando in questo modo è stato possibile ricostruire la scala cronostratigrafica. Questa è divisa in ere, lunghi intervalli di tempo che comprendono sequenze di eventi biologici e geologici caratteristici, che sono divise a loro volta in periodi ed epoche, determinati tenendo conto di importanti avvenimenti.
Fossili di facies, fossili guida e il tempo in geologia
Quei particolari organismi che hanno vissuto per un lunghissimo periodo di tempo, ma occupando un habitat geograficamente ristretto. Questi organismi sono detti fossili di facies e sono molto utili per definire l'ambiente presente in un certo luogo in una certa era. Generalmente si tratta di organismi sessili, cioè organismi che vivevano fissati al fondo di un bacino.
Altri organismi molto importanti per la stratigrafia sono quelli vissuti per un breve lasso di tempo, ma in un gran numero di ambienti differenti. Questi, detti fossili guida sono utilissimi per determinare il periodo geologico di un certo strato di roccia. In questo modo è possibile effettuare datazioni tra differenti tipi di terreno. I migliori fossili guida sono invertebrati marini e specialmente planctonici, come graptoliti o trilobiti per il Paleozoico, ammoniti per il Mesozoico, foramminiferi e nannoplacton per il tardo Mesozoico e tutto il Cenozoico.
Il tempo in geologia si può considerare in due modi diversi: può essere relativo se ci dice quale avvenimento si verificò prima, o assoluto se invece misura quanto tempo fa ebbe luogo un dato evento. Il criterio che permette la datazione delle rocce e con esse dei fossili che vi si trovano è il principio di sovrapposizione stratigrafica, per il quale ogni strato è più vecchi di quello che gli sta sopra e più giovane di quello che gli sta sotto.
Per ottenere una datazione assoluta occorre possedere un attendibile segnatempo per misurare il tempo trascorso. Uno di questi possono essere gli effetti stagionali che rimangono fissi negli organismi e nei sedimenti ci permettono di contare il numero delle estati e degli inverni.
Noto a tutti è il metodo di misurare l'età di un albero contando i cerchi concentrici del suo tronco. Questa scienza, la dendrocronologia, ci ha permesso di datare con precisione siti archeologici di 4'000 anni fa. L'organismo più vecchi del mondo è una sequoia di 4'800 anni.
Oltre questa data è necessario ricorrere al metodo delle varve, depositi a ciclo annuale associate ai ghiacciai, che sciogliendosi d'estate trasportano verso una grande quantità di sedimenti che formano uno straterello sedimentario di colore chiaro. D'inverno invece si deposita un piccolo strato di materiale organico che forma una linea di colore scuro. Anche le varve però ci permettono di risalire alla date di rocce fino a 20'000 anni fa.
Grazie al metodo radiometrico invece si può arrivare a datare rocce anche di 47 miliardi di anni fa. Questo metodo si basa sul concetto che attraverso la disintegrazione radioattiva, isotopi di un elemento si trasformano in un altro elemento, seguendo una velocità di decadimento. Questa velocità è data dal numero di atomi che decadono per un'unità di tempo e non solo è diversa per ogni isotopo, ma varia anche per lo stesso isotopo. Infatti la velocità di decadimento è proporzionale al numero di atomi dell'isotopo ed è maggiore, maggiore è il numero degli atomi. per ogni isotopo esiste una grandezza costante utile a definire la velocità di decadimento: è il tempo di dimezzamento che si indica con t1/2. Gli isotopi più utilizzati attualmente sono:
- Biologia
