biostratigrafia

Stratigrafia
e
età delle rocce
Stima dell’età delle rocce
Le rocce rappresentano la
materializzazione di processi fisici,
chimici e biologici avvenuti nel
passato.
Compito del geologo è (1) stimare
l’età delle rocce e (2) correlare rocce
coeve geograficamente separate,
onde capire età, durata e natura dei
processi naturali responsabili della
formazione delle rocce stesse.
Stima dell’età delle rocce
Ogni metodo di datazione si basa su
informazioni fisiche, chimiche e
biologiche contenute nelle rocce
stesse. Il nostro punto di partenza per
la datazione e correlazione di
sequenze di rocce è sempre e
comunque la roccia.
Stima dell’età delle rocce
Il tempo fluisce uniformemente. Un dato
processo naturale si sviluppa nel tempo a
velocità data. Ma la registrazione del processo
nelle rocce è spesso discontinua (il processo
è materializzato sia da rocce che da assenza di
rocce = discordanze con lacune temporali). La
registrazione del processo nelle rocce
sedimentarie è mediato dalla velocità di
sedimentazione (variabile da centinaia di metri
al milione d’anni fino a zero) e dai processi
geologici (eg, sollevamenti che creano
erosioni con asportazione di sedimento).
Correlazione
Processo con cui si determina se due rocce geograficamente
distanti si sono originate nello stesso periodo di tempo.
Alcuni principi fondamentali per datare e
correlare rocce sedimentarie:
Principio di originaria orizzontalità degli strati
Principio di originaria superposizione degli strati
Principio di originaria continuità laterale degli
strati
Principio di intersezione
Principio di inclusione
Principio di successione faunistica
Legge di Walther
Leggi di Stenone
Niccolò Stenone (1638-1686)
Principio di originaria
orizzontalità degli strati
Principio di originaria
superposizione degli strati
Principio di originaria
continuità laterale degli strati
Principi applicabili con sicurezza alle rocce
sedimentarie
Principio di originaria
orizzontalità
Le rocce sedimentarie si
depongono con geometrie
(sub)orizzontali parallelamente
alla superficie terrestre (sul
particolato sedimentario
agisce la forza di gravità)
Principio di originaria orizzontalit à
Principio di originaria
superposizione
In una sequenza di rocce
sedimentarie (deposte
orizzontalmente), le rocce più
vecchie giacciono al di sotto delle
più recenti. Ciò è sempre vero ma
attenzione alla tettonica!
Principio di originaria superposizione
Strati giovani
Strati vecchi
Principio di originaria continuit à laterale
all’atto della formazione, gli strati si estendono in tutte le
direzioni fino a ridursi ad uno spessore nullo o a terminare
contro i bordi del bacino di deposizione. L’originaria
continuità laterale degli strati è spesso persa per erosione
e/o tettonica (faglie).
Lateral Continuity
Quindi: le rocce sedimentarie si
formano orizzontalmente le une sulle
(dopo le) altre (e sono spesso separate
da discordanze con associate lacune
temporali). Così i metodi per datarle e
correlarle si basano su informazioni
fossilizzate le une sulle (dopo le) altre
(spesso separate da discordanze con
lacune temporali).
Charles Lyell (1797-1875)
Principio di intersezione
Principio di inclusione
Principio di intersezione (cross-cutting)
Un evento che interrompe una roccia tagliandola trasversalmente
(intersecandola) è più giovane della roccia tagliata. Gli eventi
possono essere sollevamenti che generano discordanze angolari,
oppure intrusioni magmatiche e faglie.
Dicco magmatico (giovane)
che intrude una
sequenza sedimentaria (vecchia)
Faglia (giovane)
che taglia una
sequenza sedimentaria
(vecchia)
Paraconcordanza
Discordanza angolare
Discordanza angolare
Faglie e Intrusioni
Principio di inclusione
una roccia inclusa in un’altra è più vecchia della roccia
includente.
Principio di successione faunistica
Leonardo Da Vinci
(1452-1519) si occupa dei fossili che
si trovano sui monti e ironizza con coloro che credono nel
Diluvio Universale: "Della stoltizia e semplicità di quelli che
vogliono che tali animali fussin in tal lochi distanti dai mari
portati dal diluvio. Come altra setta d'ignoranti affermano la
natura o i celi averli in tali lochi creati per infrussi celesti....E
se tu dirai che li nichi [le conchiglie] che per li confini d'Italia,
lontano da li mari, in tanta altezza si vegghino alli nostri tempi,
sia stato per causa del diluvio che lì li lasciò, io ti rispondo che
credendo che tal diluvio superassi il più alto monte di 7 cubiti come scrisse chi 'l misurò! - tali nichi, che sempre stanno
vicini a' liti del mare, doveano stare sopra tali montagne, e
non sì poco sopra la radice de' monti...."
William Smith (1769-1839)
Principio di successione faunistica
Geologic Map of England and Wales with Part of Scotland (1815)
Principio di successione faunistica
" . . . each stratum contained organized fossils peculiar
to itself, and might, in cases otherwise doubtful, be
recognized and discriminated from others like it, but in a
different part of the series, by examination of them.”
(Smith)
Concetto di facies
sedimentaria e Legge di
Walther
Johannes
Walther
(1860-1937)
Concetto di facies sedimentaria
Depositional Environments
Facies
Una facies sedimentaria è l’insieme delle caratteristiche
di una roccia sedimentaria che derivano dall’ambiente
deposizionale.
Concetto di facies sedimentaria
Cambiamenti
di facies
A = Arenaria di facies di spiaggia
B = Argilla di facies di piattaforma
C = Calcare di facies pelagica
Legge di Walther
I sedimenti della stessa facies si depositano gli uni accanto agli
altri. I sedimenti di facies attigue si depositano gli uni accanto
agli altri (eteropia). A causa di trasgressioni e regressioni, i
depositi di facies migrano lateralmente e si sovrappongono a
depositi di facies attigue
Calcare
Reef
Argilla
Siltite
Piattaforma Spiaggia
subtidale
Arenaria
Spiaggia
intertidale
Trasgressione = innalzamento relativo
del livello del mare
Legge di Walther
Regressione = abbassamento relativo
del livello del mare
Trasgressioni , regressioni e migrazioni
di facies
La curva di
Vail.
Variazioni
relative del
livello del
mare.
Trasgressione
Regressione
Stima dell ’età delle rocce e correlazioni
1) Misure relative: biostratigrafia,
magnetostratigrafia, stratigrafia isotopica,
astrostratigrafia. Stima dell ’età di una roccia
relativamente a un’altra roccia (misura
relativa espressa anche in anni-> astrostrat.).
2) Misure numeriche: datazioni radiometriche.
Stima del numero di anni trascorsi dalla
formazione di una roccia.
3) Integrazione tra misure relative e
“assolute”. Scale Temporali
Con le misure relative possiamo stimare quanto una
roccia è più vecchia o più giovane di un’altra in
termini di n unità n zone biostratigrafiche
(biostratigrafia), n magnetozone
(magnetostratigrafia), n escursioni isotopiche
(stratigrafia isotopica), n periodi astronomici
(astrostratigrafia). Tutti questi metodi NON
esprimono quindi l’età della roccia in anni, ma in
maniera relativa. Sono metodi però che forniscono
informazioni abbondanti e continue in senso
stratigrafico, mentre le misure numeriche da
datazioni radiometriche sono molto più puntiformi
nel tempo poichè fortemente vincolate ai tipi di
rocce-minerali utilizzabili in laboratorio per le analisi.
Il segreto sta nell’INTEGRARE le misure relative con
misure “assolute” da datazioni radiometriche,
ottenendo SCALE TEMPORALI di riferimento.
Stima relativa dell’età delle rocce
Biostratigrafia
• L’evoluzione della vita non torna in dietro. Una specie
compare e scompare ma non ricompare.
• Questa unidirezionalità dell’evoluzione è alla base
della biostratigrafia. I fossili contenuti nelle rocce
sedimentarie sono unici, riconoscibili e attribuibili ad
un unico momento dell’evoluzione.
Fossili e biostratigrafia
La diffusa presenza di resti fossili nelle rocce sedimentarie
fornisce uno strumento per la loro classificazione e
correlazione secondo alcuni criteri, tra cui quello temporale.
La disciplina che si occupa di questo aspetto viene definita
biostratigrafia. Essa studia la documentazione
paleontologica (i fossili) di una data roccia sedimentaria e la
classifica sulla base del suo contenuto fossilifero
(classificazione biostratigrafica).
Fossili e biostratigrafia
I fossili solitamente costituiscono una componente sparsa e
quantitativamente minore di uno strato roccioso. Anche
all’interno di una formazione definita fossilifera, non tutti gli strati
contengono fossili, tranne in casi eccezionali.
In quanto resti di organismi, essi sono indicatori di antichi
ambienti e sono essenziali nell’interpretazione paleoecologica,
paleobiologica, paleoclimatica e paleoceanografica. Infine,
poiché gli organismi sono ’lespressione di una evoluzione non
ripetitiva, i fossili da essi derivati sono particolarmente utili nelle
correlazioni, nelle datazioni relative dei livelli che li contengono
(biocronologia) e nell’individuazione di continuità o discontinuità
di deposizione nelle successioni sedimentarie.
Biostratigrafia: basata sui fossili guida.
Un buon fossile guida deve essere:
-Riconoscibile.
-Abbondante.
-Geograficamente ben distribuito.
-Non dipendente da facies.
-Ristretto nel tempo (soggetto a rapida
evoluzione).
Fossili guida
Pleistocene-Olocene
Pleistocene-Olocene
Cenozoico
Cenozoico
Cretacico
Cretacico
Giurassico
Giurassico
Triassico
Triassico
Permiano
Permiano
Carbonifero
Carbonifero
Devoniano
Devoniano
Siluriano
Siluriano
Ordoviciano
Cambriano
Ordoviciano
Proterozoico
Cambriano
Arceano
Foram.
Plancton.
Ammoniti
Nannoplancton
calcareo
Ammonoidi
Fusuline
Conodonti
Graptoliti
Trilobiti
Zona biostratigrafica o Biozona
Un corpo roccioso definito o caratterizzato
sulla base del suo contenuto fossilifero. Il
prefisso bio- serve a distiguere le zone
biostratigrafiche dagli altri tipi di zona. La
biozona è fondata sulla presenza di un singolo
taxon o più taxa, ed è definita sulla base del
suo contenuto e dei suoi limiti.
T3
LAD: Datum di ultima apparizione
FAD: Datum di prima apparizione
T2
T1
In realtà le prime apparizioni sono quasi sempre prime
occorrenze e le ultime apparizioni ultime occorrenze,
cioè:
FAD: Datum di prima apparizione ~ FO: Datum di prima
occorrenza
LAD: Datum di ultima apparizione ~ LO: Datum di ultima
occorrenza
Ragioni per cui FAD diverso da FO e LAD diverso da LO
e in generale processi che alterano la sequenza
biostratigrafica
Biogeografia - tutte le specie hanno una origine geografica,
migrano verso nuove aree, soffrono di estinzioni locali.
Preservazione - non sempre i fossili si preservano nelle rocce;
non tutte le facies sedimentarie promuovono la preservazione
degli organismi. (eg, effetto Lazarus)
Rimaneggiamento - fossili più antichi risedimentati in strati più
giovani (effetto Zombie)
Infiltrazione - alcune rocce possono contenere fossili più recenti
della matrice rocciosa.
Discordanze, paraconcordanze, faglie - assenza di rocce di
data età.
Biogeografia
Preservazione
Effetto Lazarus – specie che
“ricompaiono” in una
sequenza stratigrafica per
preservazione differenziale.
Rimaneggiamento
Effetto Zombie - fossili
rimaneggiati in depositi più giovani
di quelli (erosi) in cui si
sedimentarono.
I fossili contenuti in rocce di una certa età
possono venire riesumati, trasportati e
rideposti in sedimenti di età più recente.
Essi possono quindi essere mescolati ai
fossili autoctoni, oppure possono
rappresentare gli unici fossili nel sedimento
più recente. In alcuni casi i fossili
rimaneggiati possono venir distinti
agevolmente, mentre in altri
casi non è possibile separarli. Ciò è
particolarmente vero per i micro- e i
nannofossili, ove il singolo fossile si può
comportare come un granulo di sedimento e
può passare attraverso uno o
più episodi di sedimentazione.
Fossili infiltrati
In alcuni casi le rocce possono contenere fossili più recenti
della matrice rocciosa. Ciò può essere dovuto a infiltrazione di
micro- e nannofossili lungo discontinuità della roccia come
fessure e giunti di stratificazione, in perforazioni di organismi e
in radici che formano vuoti entro una formazione, a loro volta
riempiti da materiale fossilifero proveniente dalla formazione
soprastante. I fossili infiltrati vanno di norma esclusi
dall’analisi biostratigrafica. Solo nel caso di filoni sedimentari, i
fossili presenti possono essere utilizzati per la datazione di
eventi tettonici sinsedimentari o fenomeni carsici.
Esempio di carota
dell’Ocean
Drilling Project
Litologia e zone
a nannoplancton
(ma nessuna
indicazione
della distribuzione
stratigrafica
dei fossili guida!)
Ocean Drilling
Project, Texas
A&M University.
Esempio di
biostratigrafia a
nannoplancton calcareo.
Eocene, Veneto.
Esempio di biostratigrafia a
nannoplancton calcareo.
Eocene, Veneto.
Con la Biostratigrafia si definiscono le unità cronostratigrafiche,
cioè le suddivisioni relative del tempo geologico.
Unità cronostratigrafiche:
Eratemi (eg, Mesozoico);
Sistemi (eg, Triassico);
Serie (eg, Carnico);
Piani (eg, Tuvalico)
Unità temporali
Ere (eg, Mesozoico);
Periodi (eg, Triassico);
Epoche (eg, Carnico);
Età (eg, Tuvalico);