1 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO GEOSCIENZE LEZIONE 13 * - LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO * Icone, grafici e foto provengono da varie fonti. Si ringraziano i relativi Autori ed Editori.

2 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE ANNO ACCADEMICO GEOSCIENZE INTRODUZIONE PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE PRIMA. TELLUS, LA TERRA E LO SPAZIO PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA - LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - PARTE TERZA. GEA, LA TERRA E IL SUO DIVENIRE - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA FLUIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - ASPETTI DELLA TERRA SOLIDA - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUARTA. ESERCITAZIONI DI LABORATORIO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO - PARTE QUINTA. ESCURSIONI SUL TERRENO

3 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO IMPORTANZA DEI FOSSILI nella misura del tempo geologico Abbiamo visto nella lezione precedente come i fossili costituiscano la chiave del passato; ci aiutano soprattutto a capire i modelli di vita che si sono realizzati nel passato. Non è facile, però, determinarne l’età. Abbiamo fatto un esempio molto semplice. Se viene calcolato che per la formazione di un determinato strato sedimentario dello spessore di 30 cm occorrono almeno anni (1000 anni per ogni cm di accumulo), qualora in sedimenti analoghi un fossile venisse trovato nove metri sopra un altro, si potrebbe dedurre che il primo è più giovane del secondo di circa anni. Questo calcolo molto approssimativo, però, ci può fornire solo l’età relativa dei due fossili, cioè il tempo trascorso tra le loro deposizioni ma non ci dà l’età reale di quel complesso di strati.

4 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO In questa immagine viene rappresentato un esempio banale del calcolo del tempo relativo. La carcassa d’auto dello strato E è più recente di quella dello strato B. Di quanto? Se ogni strato corrisponde allo spessore di una discarica portata avanti per 10 anni e poi interrotta per breve periodo, la carcassa dell’auto E è stata abbandonata almeno 30 anni dopo di quella dello strato B. Possiamo anche dedurre che, essendo più recente, il suo modello sia più aggiornato e tecnologicamente più avanzato. A B C D E

5 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO Nella pratica del rilevamento geologico di campagna si procede correlando fra loro diversi affioramenti, fino a determinare una scala del tempo relativa, cioè di paragone. Per calcolare l’età assoluta, cioè l’età vera o reale di un determinato affioramento o di un determinato fossile, occorrono altri sistemi di misura del tempo che si basino su metodi diretti come il calcolo del residuo stabile di isotopi radioattivi contenuti nel sedimento.

6 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO PRINCIPI DI GEOCRONOLOGIA L’analisi degli strati rocciosi ci può dire molto circa la sequenza degli eventi che si sono succeduti nel tempo ma molto poco circa i reali intervalli di tempo che sono stati necessari per realizzarli e di conseguenza ci informa poco sulla loro età e sulla durata dei processi che li hanno costruiti. Per apprendere questi elementi è necessario conoscere qualche componente delle testimonianze geologiche o qualche loro caratteristica che cambi regolarmente e in modo prevedibile nel tempo. La nostra capacità di percepire gli intervalli di tempo è peraltro piuttosto limitata : dalla frazione di secondo delle macchine fotografiche ai secoli della storia delle civiltà conosciute, c’è una differenza grandissima che tuttavia percepiamo perché sono intervalli di tempo abituali. Se ora consideriamo due avvenimenti geologici, l’uno avvenuto anni fa e l’altro 65 milioni di anni fa, la prima impressione è che siano entrambi molto lontani nel tempo; solo in un secondo momento riusciamo a stabilire il giusto rapporto di distanza fra i due eventi. EVENTI GEOLOGICI DIVERSAMENTE LONTANI NEL TEMPO

7 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO PRINCIPI DI GEOCRONOLOGIA, segue La conoscenza della cronologia assoluta della Terra, ovvero la misura in anni reali delle varie epoche geologiche è stato un vivo desiderio degli studiosi fin dal sorgere della scienza geologica. I primi tentativi portarono a valutazioni errate o troppo vaghe, ma ebbero il merito di allargare l’orizzonte dei pochi millenni di storia umana al quale ci si riferiva comunemente. Si comprese subito che era indispensabile cercare innanzi tutto la scala di tempo più adatta per misurare l’evoluzione dei fenomeni. Per esempio, il defluire di un ghiacciaio e quello di un fiume, sono fenomeni che presentano analogie che però avvengono su scale di tempo piuttosto diverse. Così anche accade per tutta una serie di fenomeni di rilevante importanza geologica. Occorre perciò definire una gerarchia dei tempi degli eventi fenomenologici. Le successioni rocciose sedimentarie si prestano bene a questo scopo. Le rocce infatti sono la chiave del passato. Per il geologo sono come le pagine di un antico testo da studiare e interpretare pur con evidenti difficoltà: alcune pagine possono essere lacerate, piegate, scambiate e disperse su una grande estensione. La scala geologica dei tempi, il riferimento che serve a mettere ordine nella storia evolutiva della Terra fu fondata principalmente sui dati ricavati dalle rocce sedimentarie. Permette di classificare gli eventi geologici in ordine cronologico e di attribuire a ciascuno l’esatta posizione nel tempo. Evoluzione della vita nel Tempo

8 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO La maggior parte degli studiosi già nella seconda metà del XVIII° secolo riteneva che la Terra dovesse essere molto più vecchia dell’età deducibile dai libri della Genesi. - Nel 1779 George L. LECLERC aveva sostenuto che la Terra avesse anni; - ma, intorno al 1760 Mikhail V. LOMONOSOV aveva avanzato l’ipotesi che la Terra avesse alcune centinaia di migliaia di anni; - nel 1785 James HUTTON propendeva per un’età illimitata della Terra e amava ripetere che la Terra è come una macchina che si autorinnova continuamente; concetto, questo, ripreso più tardi da Charles Lyell. - già dal 1830 i geologi ragionavano in termini di milioni di anni a proposito dell’età del pianeta (con LYELL) in seguito alle scoperte scaturite dagli studi stratigrafici (spessore delle formazioni rocciose e presenza di fossili) - nel 1859 Charles DARWIN stimò lo spessore totale della colonna stratigrafica della sola Gran Bretagna in 22 km; - intorno al 1860 però il fisico William KELVIN basandosi sul tempo di raffreddamento della Terra a partire da un ammasso gassoso, ne stimò l’età in meno di 50 milioni di anni. Non aveva tenuto però conto dell’energia rilasciata continuamente dagli elementi radioattivi che provoca un costante aumento dell’equilibrio termico della Terra; - attualmente l’età assoluta della Terra è stimata in 4,6 x 10 9 anni (± 0,1). Leclerc Kelvin Hutton Darwin Lomonosov

9 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO Fu Charles LYELL con il suo Principles of Geology (1830) a rendere il mondo geologico consapevole dei vantaggi derivanti da una scala temporale estesa basata sulla cronologia relativa. Fu anche, con HUTTON, sostenitore della teoria dell’attualismo adducendo che i lenti fenomeni naturali di oggi possono adeguatamente spiegare i fenomeni geologici avvenuti nel passato purchè si tenga conto di un tempo sufficientemente lungo (teoria uniformitaria). Questo approccio ‘uniformitario’ secondo il quale la storia della Terra potrebbe venire interpretata in termini di processi uguali a quelli che oggi vi agiscono, sostituì le teorie precedenti basate sul creazionismo. Charles Lyell Paesaggio ancestrale Paesaggio attuale

10 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO Il tempo geologico si può calcolare in due modi diversi: relativo e assoluto. Il tempo relativo ci dice se un evento geologico si verificò prima o dopo un altro evento senza alcun specifico riferimento agli anni. Il tempo assoluto calcola se un dato evento geologico è avvenuto poche migliaia di anni fa, centinaia di milioni di anni fa o ancor prima. Perciò quando attribuiamo un avvenimento del passato ad una determinata era o periodo facciamo riferimento ad una cronologia relativa basata sulle successioni fossilifere come esse si presentano nell’ambito del repertorio generale delle successioni stratigrafiche dell’intero pianeta. Se invece diciamo che una roccia o un fossile risalgono a un milione o a cento milioni di anni fa, allora ci riferiamo ad una cronologia assoluta. Scala grafica assoluta del tempo geologico Successione di eventi sedimentari in un contesto ‘relativo’ di deposizione

11 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PRINCIPIO DELLA SOVRAPPOSIZIONE Uno dei principi di base della geologia storica già accennato dal danese Stenone nel XVII° secolo e acclarato da William SMITH nella prima metà del XVIII° secolo afferma che i rapporti tra le posizioni delle rocce, dei minerali e dei fossili si possono interpretare in termini di rapporti di tempo e quindi in una pila di strati rocciosi lo strato più basso è anche il più antico perchè si è deposto prima (principio della sovrapposizione degli strati). La logica infatti ci dice che uno strato di sedimento si deve essere depositato necessariamente prima dello strato che gli sta sopra e quindi deve essere più antico. Questo è il principio della sovrapposizione. Sovrapposizione di strati in discordanza Stratigrafia della Toscana secondo Stenone CRONOLOGIA GEOLOGICA RELATIVA Il metodo della datazione relativa degli eventi geologici del passato si basa su pochi semplici principi e criteri. William Smith PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA

12 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CRONOLOGIA RELATIVA, segue Il principio della sovrapposizione degli strati è il più elementare dei criteri di datazione. L’applicazione di questo principio è relativamente facile quando ci si trova di fronte a una serie di formazioni sedimentarie poco disturbate. Infatti ogni serie sedimentaria, o gruppo di strati, come ogni singolo strato, è necessariamente posteriore a quella su cui poggia. La natura RELATIVA di questo semplice criterio di sovrapposizione appare ancor più evidente se si considera che i singoli termini di una serie stratigrafica possono deporsi con una velocità di sedimentazione molto diversa da caso a caso e che quindi varie centinaia di metri in un certo ambiente di sedimentazione possono rappresentare lo stesso intervallo di tempo di pochi centimetri di sedimento in un altro ambiente. Maggiori incertezze si presentano nel caso di sedimentazione discontinua. Irlanda, Paleozoico indisturbato Correlazioni fra due serie che presentano discontinuità

13 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA PRINCIPIO DI TAGLIO TRASVERSALE Se si dovessero sovrapporre tutte le successioni sedimentarie riconosciute sulla Terra, lo spessore totale delle formazioni sedimentarie supererebbe il valore di 100 km; come dire lo spessore medio dell’intera litosfera! In realtà accade sempre che in una regione si depositano dei sedimenti mentre in un’altra la superficie terrestre viene erosa. Prendiamo, per esempio una regione in sollevamento orogenetico (v. figure). I semplici strati orizzontali (A) possono essere piegati e compressi fino a formare i rilievi (B) che, con il passare del tempo e sotto l’azione degli agenti esogeni, saranno trasformate in pianure (C). Più tardi i piegamenti in parte erosi e spianati delle antiche alture possono essere nuovamente sommersi dal mare: su di essi si depositeranno strati freschi di sedimento (D). Successivamente l’intera regione potrà riemergere (E). Ora mostrerà una successione di strati rocciosi che però non rappresentano con continuità tutte le fasi successive della storia di quella regione. Esempi di rapporti di taglio trasversale ABC D E

14 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA PRINCIPIO DI TAGLIO TRASVERSALE, segue Vi può essere un vuoto di decine di milioni di anni tra la deposizione delle rocce sedimentarie più antiche e quella degli strati soprastanti più recenti, vuoto che può essere individuato perchè gli strati orizzontali più recenti appariranno incompatibili con gli strati sottostanti più antichi. La superficie di separazione fra i due gruppi viene definita discontinuità. Le rocce di un continente che si è sollevato vengono erose fornendo i sedimenti che alla fine contribuiranno a formare il prossimo continente. Hutton previde anche che dove il paesaggio denudato più antico avrebbe incontrato la nuova area in accrescimento, si sarebbe verificata l’esistenza di discordanze fra le relative formazioni rocciose. Gli stessi sollevamenti provocano fratture o pieghe nelle serie rocciose già deposte come conseguenza di sforzi differenziali. Si originano così altre discontinuità. Esempi di rapporti di taglio trasversale (Individuare gli eventi geologici che si sono succeduti in questa rappresentazione, collocandoli in un corretto rapporto cronologico)

15 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA PRINCIPIO DI TAGLIO TRASVERSALE, segue Un principio cardine nella valutazione del tempo relativo è dunque quello dei rapporti di taglio trasversale il quale afferma che i movimenti della Terra che produssero pieghe, faglie o intrusioni nelle rocce devono essere avvenuti in un periodo più recente rispetto alla formazione delle rocce stesse. Così anche il principio dei frammenti inclusi il quale afferma che i frammenti di roccia incorporati in altra roccia sono necessariamente più antichi della roccia in cui si trovano. In questo caso può essere ben confermata la visione di Hutton della Terra come macchina riciclante. Piega Frammenti Inclusi in roccia Rottura per faglia

16 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CRITERIO PALEONTOLOGICO La presenza di discontinuità negli strati rocciosi rappresenta sempre un vuoto di tempo. Durante l’intervallo di tempo in cui in una determinata area non avveniva sedimentazione, forse perché era emersa, certamente in qualche altra parte del mondo deve esserci stata deposizione di nuovi strati. Esisteranno quindi altrove delle rocce che colmano il vuoto di tempo. Il grande problema consiste nel riconoscere questi strati intermedi, dove e quando si trovano. E’ qui che si mette in evidenza il grande valore dei fossili. Fu il geologo inglese William Smith vissuto nel XVIII^ secolo il primo a constatare che certi fossili si trovano esclusivamente in determinate formazioni rocciose. Egli arrivò giustamente alla conclusione che doveva essere possibile identificare una particolare formazione rocciosa, dovunque fosse scoperta, in base ai fossili che conteneva. La ragione per cui certi fossili appaiono soltanto in certe rocce è molto semplice: le forme viventi si sono continuamente evolute nel corso della lunga storia della Terra per cui una specie, animale o vegetale, può essere esistita soltanto per un certo periodo di tempo e i suoi resti o le sue tracce appaiono soltanto nelle rocce depositate durante quel periodo. William Smith Ammoniti, buoni fossili-guida Datazione facilitata dalla parziale contemporaneità di due fossili-guida

17 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CRITERIO PALEONTOLOGICO, segue Poichè il quadro dell’evoluzione è chiaramente registrato negli strati rocciosi successivi, è possibile riconoscere in una data regione le rocce formatesi in un periodo corrispondente a un vuoto di tempo in un’altra regione basandosi sui fossili che esse contengono e che rappresentano transizione evolutiva di quella specie. Se invece ci troviamo in presenza di una successione di fossili innaturale, ciò indicherà che gli strati rocciosi hanno subito un forte disturbo o un’inversione degli strati a causa di movimenti tettonici. Così con l’aiuto dei fossili è stato possibile costruire un quadro delle rocce delle varie età disposte in ordine cronologico ed è stato così possibile realizzare la scala geologica del tempo. Non tutti i fossili hanno però lo stesso significato cronologico. Le specie che hanno avuto breve durata sono quelle che consentono le determinazioni più precise e sono considerate ‘buoni fossili’ Nelle due sequenze si registrano diversità: nella REGIONE 2 sono stati individuati gli orizzonti C ed S che mancano nella REGIONE 1. In questa à stata però individuato l’orizzonte M che non si rinviene nella REGIONE 2. Dall’analisi delle due sequenze stratigrafiche è possibile ricostruire artificialmente la storia geologica di quella determinata area ricostruendo una colonna stratigrafica virtuale.

18 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CRITERIO PALEONTOLOGICO, segue Altri fossili appartengono a specie che sono vissute per tempi molto lunghi senza che abbiano subito mutamenti apprezzabili. Come indicatori di età hanno valore più scarso, però possono essere talora utilissimi indicatori ambientali. Uova di dinosauro Coralli fossili Stromatoliti attuali e fossili Mosca in ambra AMMONITEBELEMNITE ITTIOSAURO RUDISTA Ricostruzione di fossili e del loro habitat

19 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Un’altra importante differenza nel significato dei fossili riguarda la loro distribuzione spaziale. Alcune specie si sono mantenute, per tutto il periodo della loro esistenza, entro un’area ristretta. Possono quindi avere un notevole significato locale, ma servono poco alla comparazione di depositi lontani fra loro. Altre specie, invece, si sono diffuse su aree molto vaste e sono quindi più utili a questo scopo. Quando poi il carattere di ‘buon fossile’ si può attribuire anziché ad una singola specie, ad un gruppo sistematico più ampio, come il genere o meglio la famiglia, allora il criterio paleontologico trova buona applicazione per le correlazioni a distanza. Questi concetti sono alla base della geologia storica o stratigrafica. CRITERIO PALEONTOLOGICO, segue Quadro evolutivo di alcuni principali fossili. In nero l’intervallo di massima espansione

20 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO Questi descritti e altri principi fondamentali della geologia storica sono relativamente semplici da applicare ad una singola località ma i problemi sorgono quando vengono paragonate e applicate sequenze di aree diverse. Un geologo si deve ritenere particolarmente fortunato se riesce a trovare in una sola località l’intera sequenza di rocce che hanno determinato la storia geologica di una regione. E’ il caso del Grand Canyon del Colorado in Arizona dove in una sequenza di 1600 metri di strati orizzontali è possibile leggere una parte significativa della storia della Terra pari a circa 250 milioni di anni. Il complesso dei Canyons Colorado-Zion-Bryce copre invece la storia geologica di circa 600 milioni di anni per oltre 3600 metri complessivi di strati orizzontali sollevatisi a partire da 10 milioni di anni fa. Colorado Canyon Bryce Canyon Zyon Canyon PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA

21 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Il sistema dei Canyons Colorado-Zion-Bryce con le loro formazioni geologiche. In 3600 metri di sequenza si legge la storia degli ultimi 600 milioni di anni.

22 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA La vita attuale del Grand Canyon del Colorado I fossili del Grand Canyon del Colorado

23 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO Il criterio della sovrapposizione degli strati, il criterio dei rapporti di taglio trasversale e il criterio paleontologico, s’integrano a vicenda e ci permettono di dire che una certa fase della storia della Terra è stata caratterizzata (in una regione) da una determinata successione di sedimenti, in ambienti che permettevano la vita di determinati organismi. Attraverso innumerevoli confronti e correlazioni tra successioni di rocce affioranti in ogni parte del globo è stato possibile costruire una scala stratigrafica o scala dei tempi geologici, a livello mondiale, che riassume l’ordine in cui si sono susseguiti gli eventi importanti dell’evoluzione del nostro pianeta pur senza conoscerne l’età effettiva in anni. L’attribuzione di una roccia a uno o all’altro dei capitoli viene fatta in base ai rapporti geometrici con altre rocce di età già determinata oppure attraverso il suo contenuto in fossili facendo riferimento in particolare ai fossili-guida, cioè quelli che hanno caratterizzato per un periodo di tempo ragionevolmente breve un intero bioma terrestre e poi si sono estinti. La successione del tempo geologico con i principali eventi

24 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA LA SUCCESSIONE DEL TEMPO GEOLOGICO CON I PRINCIPALI EVENTI DELLA STORIA DELLA TERRA

25 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Il mondo della BIOSFERA e lo studio degli organismi del passato, si è rivelato ricco di situazioni nuove, le più appariscenti delle quali costituiscono capisaldi per la cronologia relativa. Alcuni momenti della storia biologica sono stati infatti caratterizzati dall’improvvisa comparsa e dalla rapida diffusione di nuovi animali o vegetali, oppure dall’estinzione quasi contemporanea della maggior parte o di tutte le specie appartenenti ad un gruppo sistematico vasto. Sono questi i fatti appariscenti che fungono da capisaldi nella ricostruzione della storia evolutiva della Terra che ci permettono di frazionarla in divisioni più o meno ampie. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO, segue SPIRALE DEL TEMPO GEOLOGICO

26 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Nell’ambito della letteratura geologica ci si riferisce ripetutamente ad un insieme di termini (Cambriano, Ordoviciano, Siluriano ecc.) che tutti insieme descrivono l’intero repertorio stratigrafico più o meno a cominciare dal momento in cui appaiono abbondanti fossili. La scienza della suddivisione e classificazione del tempo geologico è nota come Cronostratigrafia. La CRONOSTRATIGRAFIA (o cronologia geologica) è stata suddivisa secondo una scala di successione dei tempi. Le più importanti suddivisioni della Storia della Terra, le ERE, sono state stabilite dai primi studiosi assumendo come loro limite gli avvenimenti più appariscenti e più generali che davano l’impressione di un rinnovamento delle faune. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO, segue Evoluzione delle faune nel tempo

27 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Evoluzione e sviluppo dei principali gruppi vegetali dal Paleozoico a oggi.

28 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Evoluzione e sviluppo dei principali gruppi animali dal Paleozoico a oggi.

29 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Distribuzione dei principali gruppi di organismi viventi nella storia della Terra

30 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA A molti dei sistemi geologici fu dato un nome prima di comprendere completamente la natura del materiale stratigrafico. I sistemi geologici erano considerati divisioni naturali del repertorio delle rocce che si erano deposte in episodi ben distinti della storia della Terra. Possiamo dire che le faune, più che le flore, sono servite da riferimento perché i fossili animali, soprattutto i marini, si conservano meglio. Sono molto più abbondanti e rispondono quindi meglio alla necessità di rendere riconoscibile dappertutto anche fra luoghi lontani, nell’ambito della superficie terrestre, il limite fra due Ere. I fossili marini hanno maggiore probabilità di formarsi e di superare le insidie del tempo perché sono ospitati in un ambiente tendenzialmente conservativo. Significato etimologico delle principali divisioni del sistema cronostratigrafico

31 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA Alcuni importanti avvenimenti biologici del passato, come per esempio la comparsa dei mammiferi, non sono stati assunti come limiti fra le ere, e nemmeno tra i periodi, perché la documentazione storica è scarsa e ciò fa ritenere che la prima comparsa sia stata piuttosto timida e limitata in ambienti circoscritti. Per di più i mammiferi vivono essenzialmente in un ambiente altamente distruttivo qual’è quello subaereo: le loro spoglie tendono a distruggersi rapidamente. Sono perciò considerati fossili eccezionali sotto il profilo evolutivo ma di scarsa utilità stratigrafica. L’enorme intervallo del tempo geologico viene suddiviso in varie unità e sottounità. Si può così tracciare una linea divisoria nel punto del passato in cui si sono registrati grandi eventi che hanno caratterizzato l’evoluzione del nostro pianeta. S’individuano così quattro suddivisioni maggiori o EONI: l’Adeano (da Ade, inferno), l’Archeozoico o Archeano (archaios= antico; zoon= vita), il Proterozoico (proteros= anteriore; zoon= vita) e il Fanerozoico (faneros= evidente; zoon= vita). PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA

32 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA L’Eone Adeano (15% della storia della Terra) va dall’origine della Terra fino alla formazione di un’atmosfera primitiva, circa 4000 MAF*. L’Eone Archeozoico (copre 1/3 della storia della Terra) va da 4000 a 2500 MAF, età caratterizzata dalla concentrazione di ossigeno nell’atmosfera terrestre. l’Eone Proterozoico (40% della storia della Terra) va da 2500 a 570 MAF caratterizzato da forme di vita cellulare nucleate. L’Eone Fanerozoico, da 570 MAF ad oggi (poco più di 1/10 della storia della Terra), è testimone dello sviluppo ed esplosione di vita organizzata e specializzata. Viene suddiviso in unità minori: Era Paleozoica (palaios=vecchio), Era Mesozoica (mesos=medio), Era Cenozoica (coiné=recente), Era Neozoica (neos=nuovo). PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA *MAF = Milione di Anni Fa

33 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA Le Ere a loro volta si suddividono in unità minori (PERIODI) sempre sulla base di eventi particolari registrati nell’ambito delle successioni stratigrafiche. Le suddivisioni di rango inferiore (EPOCHE) sono scandite da eventi regionali e quelle ancora minori (PIANI) da eventi del tutto locali. Il repertorio stratigrafico delle successioni geologiche può essere applicato tanto a rocce quanto a fossili. Ogni periodo è parte di unità maggiori le quali sono così distinte: era paleozoica, mesozoica, cenozoica e neozoica; queste a loro volta formano, come detto, l’eone fanerozoico. E’ bene precisare che attualmente nell’ambito della cronostratigrafia si tende a definirne i limiti piuttosto che a caratterizzare le divisioni stesse. L’unico limite finora stabilito nella scala stratigrafica tipo è quello fra i sistemi Siluriano e Devoniano. Per quanto riguarda gli altri limiti, sono pochi quelli che sono vicini ad essere accettati universalmente e ci vorranno parecchi anni prima che l’intera scala stratigrafica venga ad essere definita con assoluta precisione. Qui di seguito viene data una classificazione sistematica di riferimento. Suddivisione dei sistemi geologici cronostratigrafici

34 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CRONOLOGIA GEOLOGICA Rango Unità cronostratigrafiche Esempio 1° ordine EONE FANEROZOICO 2° ordine ERA MESOZOICO 3° ordine PERIODO TRIASSICO 4° ordine EPOCA (SOTTOPERIODO) MEDIO 5° ordinePIANO ANISICO 6° ordineSOTTOPIANO INFERIORE 7° ordineZONA a Dadocrinus gracilis INQUADRAMENTO DELLA SCALA STRATIGRAFICA

35 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA GEOCRONOLOGIA RELATIVA SCALA GEOCRONOLOGICA TIPO PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO

36 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO SCALE GEOCRONOLOGICHE A CONFRONTO

37 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA La progressione dei tempi è da destra in basso verso sinistra in alto

38 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA GEOCRONOLOGIA DEL FANEROZOICO PALEOZOICO inferiore EONE ERA ERATEMA PERIODO SISTEMA EPOCA SERIE ETA’ PIANO M A FANEROZOICOPALEOZOICO SILURIANO SUPERIORE Pridoli Ludloviano MEDIO Wenlockiano INFERIORE Llandoveriano ORDOVICIANO SUPERIORE Ashgilliano Caradociano >510 MEDIO Llandeiliano Llanvirniano INFERIORE Arenigiano Tremadociano CAMBRIANO SUPERIORE Potdamiano 530 <550 <570 MEDIO Acadiano INFERIORE Tommotiano La freccia indica il decorrere del tempo dall’evento più antico verso il più recente

39 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA PALEOZOICO EONE ERA ERATEMA PERIODO SISTEMA EPOCA SERIE ETA’ PIANO M A FANEROZOICOPALEOZOICO PERMIANO SUPERIORE Tartariano Kazaniano INFERIORE Kunguriano Artinskiano Sakmariano Assseliano CARBONIFERO SUPERIORE (Pennsylvaniano) Stefaniano Westfaliano Namuriano INFERIORE (Mississipiano) Viseano Tournaisiano DEVONIANO SUPERIORE Famenniano Frasniano MEDIO Givetiano Eifeliano INFERIORE Emsiano Siegeniano Gedinniano La freccia indica il decorrere del tempo dall’evento più antico verso il più recente

40 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA MESOZOICO EONE ERA ERATEMA PERIODO SISTEMA EPOCA SERIE ETA’ PIANO M A FANEROZOICOMESOZOICO GIURASSICO MALM Titoniano Kimmeridgiano Oxfordiano DOGGER Calloviano Batoniano Bajociano Aaleniano LIAS Toarciano Pliensbachiano Sinemuriano Hettangiano TRIASSICO SUPERIORE Retico Norico Carnico MEDIO Ladinico Anisico INFERIORE Scitico La freccia indica il decorrere del tempo dall’evento più antico verso il più recente

41 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA MESOZOICO EONE ERA ERATEMA PERIODO SISTEMA EPOCA SERIE ETA’ PIANO M A FANEROZOICOMESOZOICO CRETACICO SUPERIORE Maastrichtiano Campaniano Santoniano Coniaciano Turoniano Cenomaniano INFERIORE Albiano Aptiano Barremiano Hauteriviano Valanginiano Berriasiano GIURASSICO MALM Titoniano Kimmeridgiano Oxfordiano DOGGER Calloviano Batoniano Bajociano Aaleniano LIAS Toarciano Pliensbachiano Sinemuriano Hettangiano Senoniano Neocomiano La freccia indica il decorrere del tempo dall’evento più antico verso il più recente

42 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CENOZOICO EONE ERA ERATEMA PERIODO SISTEMA EPOCA SERIE ETA’ PIANO M A FANEROZOICOCENOZOICO NEOGENE PLIOCENE Astiano Piacenziano o Zancleano MIOCENE Messiniano Tortoniano Serravalliano Langhiano Burdigaliano Aquitaniano PALEOGENE OLIGOCENE Cattiano Rupeliano Lattorfiano EOCENE Priaboniano Bartoniano Luteziano Ypresiano PALEOCENE Thanetiano Montiano Daniano La freccia indica il decorrere del tempo dall’evento più antico verso il più recente

43 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA RELATIVA CRONOLOGIA GEOLOGICA NEOZOICO o Quaternario o Antropozoico La freccia indica il decorrere del tempo dall’evento più antico verso il più recente EONE ERA ERATEMA PERIODO SISTEMA EPOCA SERIE ETA’ PIANO M A FANEROZOICONEOZOICONEOGENE OLOCENE ATTUALE PLEISTOCENE Superiore Medio Inferiore 0,012 0,13 0,8 1,8

44 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA CRONOLOGIA GEOLOGICA ASSOLUTA La famiglia di metodi più usati per la datazione dell’età geologica reale è quella che si basa sul decadimento radioattivo. Comunque ci sono altri processi caratterizzati da una certa periodicità e, in casi particolari, possono essere usati per misurare il tempo geologico. DATAZIONE ATTRAVERSO LA SEDIMENTAZIONE Si è guardato spesso ai processi di sedimentazione per ottenere le prove del passare del tempo seguendo il principio apparentemente semplice secondo cui più è spesso il sedimento, più tempo ci deve essere voluto perchè si accumulasse. Darwin valutò in 22 km di sedimenti l’intera sequenza geologica o colonna stratigrafica delle Isole Britanniche; applicando questo metodo a tutte le formazioni dell’intero pianeta si giunge ad una valutazione di 138 km. Le velocità medie di deposizione vengono valutate diversamente e adottando un valore medio di 0,3 mm di depositi all’anno risulta che l’intera lunghezza dell’ Eone Fanerozoico è pari a 457 milioni di anni (Ma). Lo stesso periodo è stato valutato con i metodi radiometrici vicino ai 570 Ma. Distribuzione dei sedimenti marini

45 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA CRONOLOGIA ASSOLUTA In ogni caso le velocità di sedimentazione sono così variabili da luogo a luogo e da situazione a situazione che non possono rappresentare un metro di misura certo per la valutazione del tempo geologico assoluto tranne che in casi molto particolari e limitati. Per esempio risulta molto più affidabile il calcolo della velocità di sedimentazione che viene controllata direttamente dai processi stagionali come le VARVE o RITMITI che registrano il ritmo stagionale nelle aree glaciali. Vi sono anche varve di aree non glaciali che registrano le ‘fioriture’ stagionali di microplancton formando lamine sottili organiche scure (inverno) intercalate con fango inorganico chiaro (estate). ARGILLA VARVATA Lago di origine glaciale

46 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA DATAZIONE ATTRAVERSO L’EVOLUZIONE L’evoluzione della Vita ha fornito alla stratigrafia uno dei suoi strumenti più utili per la datazione relativa e sono stati fatti tentativi per quantificare questo processo ma questo richiede una valutazione della velocità di evoluzione che è ben lontana dall’essere costante nel tempo geologico. I primi calcolI erano basati sulla velocità di comparsa e di estinzione degli organismi. Nel 1867 Charles Lyell suppose che 20 Ma potevano risultare sufficienti per un ribaltamento completo di tutte le specie di molluschi. Su questa base datò l’inizio dell’Ordoviciano a 240 MAF ben lontano dai 490 MAF considerati al giorno d’oggi. Evoluzione Molluschi

47 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA DATAZIONE ATTRAVERSO L’EVOLUZIONE Al giorno d’oggi i meccanismi dell’evoluzione e dell’ereditarietà sono compresi meglio e si sta intraprendendo una nuova linea di ricerca sulla definizione del tempo geologico assoluto basato sulla genetica. E’ infatti ora possibile quantificare le differenze di materiale genetico fra due organismi lontanamente imparentati e queste differenze possono essere usate come misura del tempo trascorso da quando il cammino evolutivo si è disgiunto dal loro antenato comune. Per esempio, il numero delle differenze degli amminoacidi nella catena  (alfa) dell’emoglobina di uomini e cavalli (l’antenato comune più recente è datato Cretaceo Inferiore, circa 80 MAF) è 18. La cifra corrispondente fra uomini e carpe (l’antenato comune più recente è datato Devoniano superiore, circa 370 MAF) è 68. Partendo da basi del genere potrebbe essere valutata l’età di strati contenenti l’antenato comune più recente di due o più specie viventi di cui siano note le differenze di amminoacidi.

48 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA DATAZIONE ATTRAVERSO IL DECADIMENTO RADIOATTIVO Il decadimento radioattivo a livello atomico è alla base di due tecniche di datazione: quello delle tracce di fissione e la radiometria. La più recente è la datazione con il metodo delle tracce di fissione. Il metodo esige la presenza di 238 U, il più comune isotopo dell’uranio che possiede la singolare proprietà di scindersi spontaneamente in due frammenti. Il processo è esplosivo e lascia una piccola traccia dei danni provocati nel materiale che lo racchiude. Esiste una probabilità fissa che un evento si verifichi in una determinata quantità di 238 U in un certo intervallo di tempo, cosicchè il numero delle tracce di fissione formatesi è collegato alla quantità di 238 U presente e al tempo trascorso. La loro velocità di formazione è di circa quattro tracce x mm 2 per un minerale che contenga una parte per milione (1 ppm) di uranio. La quantità di uranio presente si misura irradiando il campione in un reattore nucleare. Tracce di fissione lunghe circa  in un cristallo di titanite, età calcolata: circa 400 Ma Titanite

49 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA DATAZIONE ATTRAVERSO IL DECADIMENTO RADIOATTIVO La datazione radiometrica delle rocce è ormai molto diffusa. Anch’essa dipende dai cambiamenti spontanei che hanno luogo in determinati isotopi. La radiometria si avvale di una gamma maggiore di tipi di decadimento possibili. Con questo metodo vengono misurati i prodotti del processo di decadimento radioattivo e l’età del campione viene dedotta sulla base della quantità dei residui del decadimento. Il processo di decadimento radioattivo è di tipo esponenziale: il numero di atomi che si sono disintegrati nell’unità di tempo è proporzionale al numero totale di atomi radioattivi presenti.

50 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA DATAZIONE ATTRAVERSO IL DECADIMENTO RADIOATTIVO Normalmente in geologia la velocità di decadimento di un atomo viene espressa in termini di tempo di dimezzamento, cioè il periodo di tempo che occorre perchè un determinato isotopo instabile possa ridursi della metà. Ovviamente per un calcolo attendibile è necessario che le specie ‘discendenti’ rimangano fossilizzate nel campione. Le specie nucleari che si misurano più comunemente sono il piombo, l’argon, lo stronzio e il neodimio che sono specie nucleari discendenti rispettivamente da uranio, potassio, rubidio e samario. SINTESI DEI PROCESSI RADIOMETRICI

51 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA Il metodo uranio-piombo è usato soprattutto per datare campioni del minerale zircone, piuttosto presente nelle rocce ignee; il processo di decadimento avviene per tappe e prevede la formazione di isotopi intermedi. Gli isotopi radioattivi dell’uranio emettono dopo il decadimento particelle  che equivalgono al nucleo di un atomo di elio: U 235  Pb He 4 U 238  Pb He 4 Il metodo rubidio-stronzio è usato per buona parte delle rocce ignee e sedimentarie. Schema del decadimento Rubidio-Stronzio Decadimento Uranio- Torio-Piombo Zircone

52 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA Il metodo potassio-argon ha il vantaggio che il potassio, la specie nucleare madre è molto più comune nelle rocce che non l’uranio o il rubidio e che l’argon, gas nobile, non si trova in nessun reticolo spaziale. I minerali più usati sono la mica biotite, la mica muscovite e l’orneblenda. Questo metodo è quindi più indicato per le rocce ignee e metamorfiche e, con minori possibilità per le rocce sedimentarie. K 40  Ca 40 +  K 40 + e  Ar 40 Tutti questi schemi di decadimento radioattivo hanno periodi di dimezzamento di milioni o addirittura di miliardi di anni. Non sono quindi adatti per datare rocce antiche meno di anni perchè nelle rocce più giovani la quantità di specie discendenti è troppo bassa per ottenere misure accurate.

53 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA Percentuali di permanenza del Carbonio 14 PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA

54 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA CRONOLOGIA ASSOLUTA, segue Rimane quindi un vuoto applicativo per le formazioni più giovani. Sopperisce in parte a questo buio procedurale l’applicazione del metodo del radiocarbonio che viene usato per il materiale geologico e archeologico meno antico di anni dato che l’isotopo radioattivo carbonio 14 ( 14 C) ha un periodo di dimezzamento di soli 5730 anni. C 14  N 14 +  Processi di decadimento del Carbonio 14 PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO – CRONOLOGIA ASSOLUTA

55 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO I GRANDI EVENTI DEL PASSATO

56 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO I GRANDI EVENTI DEL PASSATO

57 E. CRAVERO - NTRODUZIONE ALLE GEOSCIENZE CORSO DI LAUREA IN SCIENZE GEOLOGICHE UNINA PARTE SECONDA. GAIA, LA TERRA E LA VITA – 13. LA MISURA DEL TEMPO GEOLOGICO I GRANDI EVENTI DEL PASSATO