Stratigrafia Stratigrafia e e et et à à delle rocce delle rocce

Stima dell Stima dell ’ ’ et et à à delle rocce 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 Stima dell ’ ’ et et à à delle rocce 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 Stima dell ’ ’ et et à à delle rocce 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 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 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 Principio di originaria orizzontalit à à 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 à

Principio di originaria 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 Principio di originaria continuit à laterale 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 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 Charles Lyell Lyell (1797-1875) (1797-1875) Principio di intersezione Principio di intersezione Principio di inclusione Principio di inclusione

Principio di intersezione 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) Faglia (giovane) che intrude una che taglia una sequenza sedimentaria (vecchia) sequenza sedimentaria (vecchia)

Paraconcordanza

Discordanza angolare

Discordanza angolare

Faglie e Intrusioni

Principio di inclusione 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) William Smith (1769-1839) Principio di successione faunistica 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 Concetto di facies sedimentaria sedimentaria e e Legge di Legge di Walther Walther Johannes Walther (1860-1937)

Concetto di Concetto di facies facies sedimentaria sedimentaria Depositional Environments Facies Una facies sedimentaria è l’insieme delle caratteristiche di una roccia sedimentaria che derivano dall’ambiente deposizionale.

Concetto di Concetto di facies facies sedimentaria sedimentaria Cambiamenti di facies A = Arenaria di facies di spiaggia B = Argilla di facies di piattaforma C = Calcare di facies pelagica

Legge di Legge di Walther 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 Argilla Siltite Arenaria Reef Piattaforma Spiaggia Spiaggia subtidale intertidale

innalzamento relativo innalzamento relativo del del livello livello Trasgressione Trasgressione = = innalzamento relativo innalzamento relativo del del livello livello del mare del mare Legge di Walther

Regressione Regressione = = abbassamento relativo abbassamento relativo del del livello livello del mare del mare

Trasgressioni Trasgressioni , , regressioni regressioni e e migrazioni migrazioni di di facies facies

La La curva di curva di Vail. Vail. Variazioni Variazioni relative del livello livello del del mare. mare. Trasgressione Regressione

Stima dell Stima dell ’ ’ et et à à delle rocce delle rocce e e correlazioni 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 Stima relativa dell ’ ’ et et à à delle rocce Biostratigrafia 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 l ’ espressione 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 Foram. Nannoplancton Cenozoico Cretacico Plancton. calcareo Cretacico Giurassico Giurassico Ammoniti Ammonoidi Triassico Triassico Permiano Permiano Fusuline Carbonifero Carbonifero Devoniano Conodonti Devoniano Siluriano Ordoviciano Siluriano Graptoliti Cambriano Ordoviciano Proterozoico Trilobiti Cambriano Arceano

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

Effetto Lazarus – specie che “ricompaiono” in una 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);