Tano Cavattoni, Fabio Fantini, Simona Monesi, Stefano Piazzini
Dall’Universo
al Pianeta azzurro
Capitolo 3
I fossili e la scala del tempo geologico
ome nella storia civile si consultano i documenti, si ricercano le medaglie, si decifrano le
C
antiche iscrizioni, così nella storia naturale si deve rovistare negli archivi del mondo, si
devono estrarre dalle viscere della Terra i vecchi monumenti, raccogliere i loro resti.
[...] È questo il solo mezzo per fissare qualche punto nell’immensità dello spazio e per
porre qualche pietra numeraria sulla via eterna del tempo.
George Louis Leclerc, conte di Buffon
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Capitolo 3
I fossili e la scala
del tempo geologico
Testimonianze della vita nelle rocce
Rocce sedimentarie e fossili
Formazione dei fossili
Processi di fossilizzazione
Lezione 8
§3.1
§3.2
§3.3
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Capitolo 3
Lezione 9
§3.4
I fossili e la scala
del tempo geologico
Misura del tempo geologico
Le testimonianze dei fossili
Datazione relativa e datazione assoluta
§3.6 Datazione radiometrica
§3.7 Datazione con il potassio-argo
§3.8 Datazione con il radiocarbonio
§3.9 Correlazioni stratigrafiche
§3.10 Le ere geologiche e la scala dei tempi geologici
§3.5
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§3.1
Rocce sedimentarie e fossili
La storia della Terra
può essere ricostruita
attraverso l’osservazione
e lo studio delle rocce
sedimentarie.
Le rocce sedimentarie
possono contenere
testimonianze di
organismi vissuti nel
passato.
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§3.1
Rocce sedimentarie e fossili
I segni lasciati nelle
rocce da organismi
viventi, ci aiutano a
ricostruire le
caratteristiche biologiche,
fisiche e geografiche
degli antichi ambienti.
Un fossile di balena, vecchio di circa 10
milioni di anni, rinvenuto nel Caucaso
settentrionale, testimonia che a quell’epoca
l’area del Caucaso era occupata da un
bacino marino.
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§3.1
Rocce sedimentarie e fossili
Un fossile è formato dai resti di un organismo, dalle
sue impronte o da qualunque altra testimonianza
della sua attività, che si sono conservati nella roccia
in modo più o meno completo.
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§3.1
Rocce sedimentarie e fossili
La scienza che studia la vita del passato attraverso
lo studio dei fossili si chiama paleontologia.
Sono considerate fossili tutte le testimonianze della
vita nel passato, dalle sue origini fino allo sviluppo
delle civiltà umane, circa 10.000 anni fa.
Le tracce relative ai periodi successivi a questa età
sono considerate reperti archeologici e sono oggetto
di studio dell’archeologia.
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§3.2
Formazione dei fossili
La fossilizzazione è il processo che porta alla
produzione dei fossili; esso è un fenomeno naturale
che avviene raramente e in condizioni particolari.
Hanno maggior probabilità di fossilizzarsi organismi che posseggono scheletri, gusci,
o altre parti dure, ma in rarissimi e fortunati casi anche animali costituiti
prevalentemente di acqua, come meduse e vermi, possono lasciare impronte fossili.
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§3.2
Formazione dei fossili
Successione degli eventi che portano alla fossilizzazione di un organismo
1
2
3
Un’ammonite (1), mollusco cefalopode marino, muore e si deposita sul fondo (2).
Le parti molli si decompongono in breve tempo, mentre il guscio è ricoperto dai sedimenti (3).
4
5
6
Col procedere della sedimentazione lo scheletro è completamente sepolto.
Col tempo i sedimenti si trasformano in rocce e lo scheletro fossilizza (4).
Spinte tettoniche provocano il sollevamento delle rocce fino a farle emergere (5).
L’erosione mette il fossile a giorno (6).
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§3.2
Formazione dei fossili
Condizione necessaria affinché si verifichi il
processo di fossilizzazione è il rapido isolamento
dei resti o delle tracce degli organismi.
La fossilizzazione è un evento eccezionale perché è
condizionata dalla differente velocità di due
processi:
-quello di decomposizione, molto rapido,
- quello di sedimentazione, seppellimento e
isolamento, molto più lento.
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§3.2
Formazione dei fossili
La condizione di isolamento si produce più
facilmente in ambiente acquatico, sia marino che
lacustre, sede di intensa sedimentazione.
Negli ambienti subaerei, a differenza di quelli
acquatici, la degradazione della materia organica è
veloce e la probabilità che si verifichi la
fossilizzazione è bassa.
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§3.3
Processi di fossilizzazione
I processi di fossilizzazione più frequenti sono il processo di mineralizzazione,
il processo di sostituzione e il processo di carbonificazione.
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§3.3
Processi di fossilizzazione
Con il processo di
mineralizzazione si ha
la deposizione di
sostanze trasportate nei
liquidi circolanti nei
sedimenti (silice,
carbonato di calcio e
ferro) in tutte le cavità,
anche le più piccole,
presenti nei resti degli
organismi.
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§3.3
Processi di fossilizzazione
Con il processo di
sostituzione il fossile
acquista una
composizione chimica
diversa dall’originale.
Si verifica la sostituzione
delle sostanze originarie
con altre trasportate dai
liquidi circolanti, sia nelle
cavità che a livello
molecolare.
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§3.3
Processi di fossilizzazione
Il processo di
carbonificazione
riguarda solo le parti
molli degli organismi.
Si verifica in assenza di
ossigeno, attraverso
reazioni chimiche che
liberano anidride
carbonica e acqua e
lasciano un residuo
ricco in carbonio.
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§3.3
Processi di fossilizzazione
Il processo di
inglobamento lascia
inalterati i resti
dell’organismo è può
avvenire nell’ambra,
nell’asfalto, nel ghiaccio.
Nel processo di
mummificazione si ha
la disidratazione dei resti
dell’organismo.
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§3.4
La testimonianza dei fossili
A partire pochi elementi
incompleti e disordinati
rinvenuti in un reperto
fossile, i paleontologi
sono in grado di
ricostruire la struttura
interna e l’aspetto
esteriore degli organismi.
Reperto fossile
Struttura ossea
Aspetto esteriore
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§3.4
La testimonianza dei fossili
I resti fossili ci danno
informazioni sulle
caratteristiche
dell’ambiente in cui
vivevano gli organismi
prima di fossilizzarsi.
I fossili di corallo sono testimoni di un
ambiente marino poco profondo, con
acque calme e calde, situato a latitudini
tropicali.
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§3.4
La testimonianza dei fossili
Lo studio dei fossili permette di individuare i
cambiamenti che sono intervenuti negli organismi nel
corso del tempo geologico e di delineare l’evoluzione
dei sistemi viventi, riconoscendo la comparsa di nuove
specie e la loro estinzione.
Lo studio dei fossili ha consentito di ricostruire la storia
evolutiva del cavallo negli ultimi 50 milioni di anni.
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§3.5
Datazione relativa e
datazione assoluta
Delle rocce può essere determinata l’età assoluta
oppure l’età relativa.
La datazione relativa stabilisce se un dato evento
si è verificato prima o dopo un altro evento.
La datazione assoluta misura il tempo trascorso
da quando un dato evento si è verificato.
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§3.5
Datazione relativa e
datazione assoluta
Lo studio dei fossili offre uno strumento prezioso per
effettuare datazioni relative.
I paleontologi riconoscono le caratteristiche degli
organismi che si sono succedute durante
l’evoluzione e sanno quindi indicare quali fossili
sono più antichi e quali più recenti.
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§3.5
Datazione relativa e
datazione assoluta
In natura molti processi
avvengono in modo
costante e segnano il
tempo come orologi.
La sezione del tronco di un albero
mostra i caratteristici anelli di
accrescimento, che si aggiungono
al ritmo di uno all’anno.
Un tronco tagliato in sezione
permette di misurare l’età dell’albero,
senza bisogno di cercare documenti
che indichino l’anno in cui l’albero fu
piantato.
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§3.6
Datazione radiometrica
L’età assoluta è stabilita mediante il metodo
radiometrico, basato sulla radioattività di alcuni
atomi contenuti nelle rocce.
I nuclei degli atomi
radioattivi (nuclidi genitori)
sono instabili e tendono a
trasformarsi in nuclei
stabili (nuclidi figli)
attraverso il processo di
decadimento radioattivo.
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§3.6
Datazione radiometrica
Per ogni nuclide radioattivo si conosce il tempo
necessario affinché, a partire da una quantità Q
iniziale, ne rimanga una quantità Q/2, cioè la metà.
Questo tempo, detto tempo di dimezzamento, è
costante.
Dopo 2 tempi di dimezzamento la quantità del
nuclide genitore che rimane è diventata Q/4,
dopo 3 tempi Q/8 e così via.
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§3.6
Datazione radiometrica
I più comuni atomi usati nel metodo radiometrico per la datazione
delle rocce e dei reperti fossili.
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§3.6
Datazione radiometrica
Il rapporto tra numero originario e numero attuale di
nuclidi genitori consente di calcolare quanti tempi di
dimezzamento sono trascorsi dal momento della
formazione della roccia, diventa così possibile
determinarne l’età assoluta.
Con la datazione radiometrica si è potuto stabilire
che:
- le più antiche rocce del pianeta hanno 4.000 Ma,
- l’età della Terra è di circa 4.500 Ma.
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§3.7
Datazione con il potassio-argo
I
l potassio-40 è un nuclide che decade nel nuclide
figlio argo-40 con un tempo di dimezzamento di
circa 1,3·109 anni.
utto l’argo presente in un campione di roccia
T
proviene dal decadimento del potassio-40.
a somma del potassio-40 e dell’argo-40 rinvenuti in
L
un campione di roccia permette di calcolare la
quantità di potassio-40 originario presente al
momento della sua formazione.
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§3.8
Datazione con il radiocarbonio
I
l carbonio-14 si trasforma nell’atmosfera in azoto-14
con un tempo di dimezzamento di 5.730 anni.
Il carbonio-14 si trova in tutti i sistemi viventi, nei
quali, grazie ai processi metabolici, la sua quantità
resta costante per tutto il tempo della vita.
Quando un organismo muore, il carbonio-14
comincia a trasformarsi in azoto-14.
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§3.8
Datazione con il radiocarbonio
a stima dell’età di un reperto organico si fa quindi
L
misurando la quantità di carbonio-14 residua in esso
presente.
Il metodo del carbonio-14
può essere applicato solo a
reperti costituiti da materiale
organico e con un’età
relativamente recente, non
superiore ai 600.000 anni.
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§3.9
Correlazioni stratigrafiche
La datazione relativa delle rocce si fonda sul principio
di sovrapposizione, che permette di riconoscere le
rocce più giovani per il fatto che giacciono sopra le
altre rocce.
Seuna
In
la stessa
successione
successione
di
strati
ha
subito
non una
perturbati, gli
strati sono disposti dai
perturbazione
piùconseguenza
in
antichi ai più di
recenti
un
dal basso verso
corrugamento
crostale,
l’alto. in
alcuni affioramenti strati più
antichi risultano sovrapposti
a strati più recenti.
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§3.9
Correlazioni stratigrafiche
Le caratteristiche litologiche degli strati non sono
influenzate dal tempo, perché i fenomeni geologici
del passato sono gli stessi che si verificano ancora
oggi, con le stesse modalità.
I fossili contenuti nelle rocce sedimentarie, invece,
sono unici, riconoscibili e attribuibili a un unico
momento dell’evoluzione dei sistemi viventi.
Poiché l’età di un fossile è la stessa della roccia in
cui si è formato, si può affermare che strati rocciosi
contenenti gli stessi fossili hanno la stessa età.
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32
§3.9
Correlazioni stratigrafiche
I fossili consentono di correlare strati appartenenti a
formazioni diverse, separate anche da grandi
distanze.
Grazie ai fossili si possono effettuare correlazioni
stratigrafiche, cioè stabilire relazioni cronologiche
tra strati di affioramenti diversi.
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33
§3.9
Correlazioni stratigrafiche
Nelle due colonne stratigrafiche qui rappresentate vi sono lacune.
Dalla correlazione degli strati si può però ottenere una colonna stratigrafica ideale
più completa, che colma le lacune e abbraccia un arco di tempo maggiore rispetto a
ciascuna delle due colonne prese singolarmente.
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§3.9
Correlazioni stratigrafiche
Molto utili per la datazione relativa delle rocce sono i
fossili guida, fossili di organismi vissuti in un
periodo geologico ristretto e che si rinvengono in
aree molto vaste.
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§3.10
Le ere geologiche e
la scala dei tempi geologici
I geologi e i paleontologi hanno ricostruito la storia
della Terra prendendo a riferimento i principali eventi
geologici e biologici verificatesi nel corso del tempo.
È stata elaborata così la scala dei tempi geologici.
La storia della Terra è suddivisa in grandi unità
chiamate ere, lunghi intervalli di tempo che
comprendono specifiche sequenze di eventi
geologici e biologici.
Le ere, a loro volta, sono suddivise in periodi e
questi ultimi in epoche.
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§3.10
Le ere geologiche e
la scala dei tempi geologici
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§3.10
Le ere geologiche e
la scala dei tempi geologici
I limiti tra le ere, tra i periodi e tra le epoche sono
stati stabiliti facendo riferimento alle tracce lasciate
da importanti avvenimenti geologici e/o biologici.
Le ere hanno durata molto diversa, che diminuisce
man mano che ci si avvicina all’epoca odierna.
Ciò dipende dal fatto che le rocce,i reperti fossili e i
segni di avvenimenti rilevanti sono tanto più rari
quanto più si va indietro nel tempo.
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