StratigrafiaStratigrafiaee

etetàà delle roccedelle rocce

Stima dellStima dell’’etetàà delle rocce delle rocceLe rocce rappresentano la

materializzazione di processi fisici,chimici e biologici avvenuti nelpassato.

Compito del geologo è (1) stimarel’età delle rocce e (2) correlare roccecoeve geograficamente separate,onde capire età, durata e natura deiprocessi naturali responsabili dellaformazione delle rocce stesse.

Stima dellStima dell’’etetàà delle rocce delle rocce

Ogni metodo di datazione si basa suinformazioni fisiche, chimiche ebiologiche contenute nelle roccestesse. Il nostro punto di partenza perla datazione e correlazione disequenze di rocce è sempre ecomunque la roccia.

Stima dellStima dell’’etetàà delle rocce delle rocceIl tempo fluisce uniformemente. Un dato

processo naturale si sviluppa nel tempo avelocità data. Ma la registrazione del processonelle rocce è spesso discontinua (il processoè materializzato sia da rocce che da assenza dirocce = discordanze con lacune temporali). Laregistrazione del processo nelle roccesedimentarie è mediato dalla velocità disedimentazione (variabile da centinaia di metrial milione d’anni fino a zero) e dai processigeologici (eg, sollevamenti che creanoerosioni con asportazione di sedimento).

CorrelazioneCorrelazioneProcesso con cui si determina se due rocce geograficamentedistanti si sono originate nello stesso periodo di tempo.

Alcuni principi fondamentali per datare ecorrelare rocce sedimentarie:

Principio di originaria orizzontalità degli strati

Principio di originaria superposizione degli strati

Principio di originaria continuità laterale deglistrati

Principio di intersezione

Principio di inclusione

Principio di successione faunistica

Legge di Walther

Leggi di StenoneLeggi di Stenone Niccolò Stenone (1638-1686)

Principio di originariaorizzontalità degli strati

Principio di originariasuperposizione degli strati

Principio di originariacontinuità laterale degli strati

Principi applicabili con sicurezza alle roccesedimentarie

Principio di originaria Principio di originaria orizzontalitorizzontalitàà

Le rocce sedimentarie si

depongono con geometrie

(sub)orizzontali parallelamente

alla superficie terrestre (sul

particolato sedimentario

agisce la forza di gravità)

Principio di originaria orizzontalitPrincipio di originaria orizzontalitàà

Principio di originariaPrincipio di originariasuperposizionesuperposizione

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!

Strati giovani

Strati vecchi

Principio di originaria superposizionePrincipio di originaria superposizione

Principio di originaria continuitPrincipio di originaria continuit àà laterale lateraleall’atto della formazione, gli strati si estendono in tutte ledirezioni fino a ridursi ad uno spessore nullo o a terminarecontro i bordi del bacino di deposizione. L’originariacontinuità laterale degli strati è spesso persa per erosionee/o tettonica (faglie).

Lateral ContinuityLateral 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 intersezionePrincipio di intersezione

Principio di inclusionePrincipio di inclusione

Principio di intersezione Principio di intersezione (cross-cutting)(cross-cutting)Un evento che interrompe una roccia tagliandola trasversalmente(intersecandola) è più giovane della roccia tagliata. Gli eventipossono essere sollevamenti che generano discordanze angolari,oppure intrusioni magmatiche e faglie.

Dicco magmatico (giovane)che intrude unasequenza sedimentaria (vecchia)

Faglia (giovane)che taglia unasequenza sedimentaria(vecchia)

Paraconcordanza

Discordanza angolare

Discordanza angolare

Faglie e Intrusioni

Principio di inclusionePrincipio di inclusioneuna roccia inclusa in un’altra è più vecchia della rocciaincludente.

Leonardo Da Vinci (1452-1519) si occupa dei fossili chesi trovano sui monti e ironizza con coloro che credono nelDiluvio Universale: "Della stoltizia e semplicità di quelli chevogliono che tali animali fussin in tal lochi distanti dai mariportati dal diluvio. Come altra setta d'ignoranti affermano lanatura o i celi averli in tali lochi creati per infrussi celesti....Ese 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 checredendo che tal diluvio superassi il più alto monte di 7 cubiti -come scrisse chi 'l misurò! - tali nichi, che sempre stannovicini a' liti del mare, doveano stare sopra tali montagne, enon sì poco sopra la radice de' monti...."

Principio di successione faunisticaPrincipio di successione faunistica

William Smith (1769-1839)William Smith (1769-1839)Principio di successione faunisticaPrincipio di successione faunistica

Geologic Map of England and Wales with Part of Scotland (1815)

Principio di successione faunisticaPrincipio di successione faunistica" . . . each stratum contained organized fossils peculiarto itself, and might, in cases otherwise doubtful, berecognized and discriminated from others like it, but in adifferent part of the series, by examination of them.”(Smith)

Concetto di faciesConcetto di faciessedimentaria sedimentaria ee Legge di Legge diWaltherWalther

JohannesWalther(1860-1937)

Concetto di Concetto di facies facies sedimentariasedimentaria

Una facies sedimentaria è l’insieme delle caratteristichedi una roccia sedimentaria che derivano dall’ambientedeposizionale.

Facies

Depositional Environments

A = Arenaria di facies di spiaggiaB = Argilla di facies di piattaformaC = Calcare di facies pelagica

Cambiamenti di facies

Concetto di Concetto di facies facies sedimentariasedimentaria

Legge di Legge di WaltherWaltherI sedimenti della stessa facies si depositano gli uni accanto aglialtri. I sedimenti di facies attigue si depositano gli uni accantoagli altri (eteropia). A causa di trasgressioni e regressioni, idepositi di facies migrano lateralmente e si sovrappongono adepositi di facies attigue

Calcare Argilla Siltite Arenaria

Reef PiattaformaSpiaggiasubtidale

Spiaggiaintertidale

Trasgressione Trasgressione = = innalzamento relativoinnalzamento relativodel del livello livello del maredel mare

Legge di Walther

Regressione Regressione = = abbassamento relativo abbassamento relativo deldel livello livello del maredel mare

TrasgressioniTrasgressioni, , regressioni regressioni ee migrazioni migrazionidi di faciesfacies

La La curva dicurva diVail.Vail.VariazioniVariazionirelative delrelative dellivello livello deldelmare.mare.

Trasgressione Regressione

Stima dellStima dell’’etetàà delle rocce delle rocce e e correlazionicorrelazioni

1) Misure relative: biostratigrafia,magnetostratigrafia, stratigrafia isotopica,astrostratigrafia. Stima dell ’età di una rocciarelativamente a un’altra roccia (misurarelativa espressa anche in anni-> astrostrat.).

2) Misure numeriche: datazioni radiometriche.Stima del numero di anni trascorsi dallaformazione di una roccia.

3) Integrazione tra misure relative e“assolute”. Scale Temporali

Con le misure relative possiamo stimare quanto unaroccia è più vecchia o più giovane di un’altra intermini di n unità n zone biostratigrafiche(biostratigrafia), n magnetozone(magnetostratigrafia), n escursioni isotopiche(stratigrafia isotopica), n periodi astronomici(astrostratigrafia). Tutti questi metodi NONesprimono quindi l’età della roccia in anni, ma inmaniera relativa. Sono metodi però che fornisconoinformazioni abbondanti e continue in sensostratigrafico, mentre le misure numeriche dadatazioni radiometriche sono molto più puntiforminel tempo poichè fortemente vincolate ai tipi dirocce-minerali utilizzabili in laboratorio per le analisi.Il segreto sta nell’INTEGRARE le misure relative conmisure “assolute” da datazioni radiometriche,ottenendo SCALE TEMPORALI di riferimento.

BiostratigrafiaBiostratigrafia

• L’evoluzione della vita non torna in dietro. Una speciecompare e scompare ma non ricompare.

• Questa unidirezionalità dell’evoluzione è alla basedella biostratigrafia. I fossili contenuti nelle roccesedimentarie sono unici, riconoscibili e attribuibili adun unico momento dell’evoluzione.

Stima relativa dellStima relativa dell’’etetàà delle rocce delle rocce

La diffusa presenza di resti fossili nelle rocce sedimentariefornisce uno strumento per la loro classificazione ecorrelazione secondo alcuni criteri, tra cui quello temporale.

La disciplina che si occupa di questo aspetto viene definitabiostratigrafia. Essa studia la documentazionepaleontologica (i fossili) di una data roccia sedimentaria e laclassifica sulla base del suo contenuto fossilifero(classificazione biostratigrafica).

Fossili e biostratigrafia

I fossili solitamente costituiscono una componente sparsa equantitativamente minore di uno strato roccioso. Ancheall’interno di una formazione definita fossilifera, non tutti gli straticontengono fossili, tranne in casi eccezionali.

In quanto resti di organismi, essi sono indicatori di antichiambienti e sono essenziali nell’interpretazione paleoecologica,paleobiologica, paleoclimatica e paleoceanografica. Infine,poiché gli organismi sono l’espressione di una evoluzione nonripetitiva, i fossili da essi derivati sono particolarmente utili nellecorrelazioni, nelle datazioni relative dei livelli che li contengono(biocronologia) e nell’individuazione di continuità o discontinuitàdi deposizione nelle successioni sedimentarie.

Fossili e biostratigrafia

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).

Pleistocene-OloceneCenozoicoCretacicoGiurassicoTriassicoPermianoCarboniferoDevonianoSilurianoOrdovicianoCambriano

ProterozoicoArceano

Fossili guida

TrilobitiGraptoliti

Conodonti

Fusuline

Ammoniti

Foram.Plancton.

Nannoplanctoncalcareo

Ammonoidi

Pleistocene-Olocene

Cenozoico

Cretacico

Giurassico

Triassico

Permiano

Carbonifero

Devoniano

Siluriano

Ordoviciano

Cambriano

T1

T3

T2

Zona biostratigrafica o BiozonaUn corpo roccioso definito o caratterizzatosulla base del suo contenuto fossilifero. Ilprefisso bio- serve a distiguere le zonebiostratigrafiche dagli altri tipi di zona. Labiozona è fondata sulla presenza di un singolotaxon o più taxa, ed è definita sulla base delsuo contenuto e dei suoi limiti.

LAD: Datum di ultima apparizioneFAD: Datum di prima apparizione

In realtà le prime apparizioni sono quasi sempre primeoccorrenze e le ultime apparizioni ultime occorrenze,cioè:

FAD: Datum di prima apparizione ~ FO: Datum di primaoccorrenza

LAD: Datum di ultima apparizione ~ LO: Datum di ultimaoccorrenza

Ragioni per cui FAD diverso da FO e LAD diverso da LOe in generale processi che alterano la sequenzabiostratigrafica

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 preservazionedegli organismi. (eg, effetto Lazarus)Rimaneggiamento - fossili più antichi risedimentati in strati piùgiovani (effetto Zombie)Infiltrazione - alcune rocce possono contenere fossili più recentidella matrice rocciosa.Discordanze, paraconcordanze, faglie - assenza di rocce didata età.

Biogeografia

Effetto Lazarus – specie che“ricompaiono” in unasequenza stratigrafica perpreservazione differenziale.

Preservazione

Effetto Zombie - fossilirimaneggiati in depositi più giovanidi quelli (erosi) in cui sisedimentarono.

I fossili contenuti in rocce di una certa etàpossono venire riesumati, trasportati erideposti in sedimenti di età più recente.Essi possono quindi essere mescolati aifossili autoctoni, oppure possonorappresentare gli unici fossili nel sedimentopiù recente. In alcuni casi i fossilirimaneggiati possono venir distintiagevolmente, mentre in altricasi non è possibile separarli. Ciò èparticolarmente vero per i micro- e inannofossili, ove il singolo fossile si puòcomportare come un granulo di sedimento epuò passare attraverso uno opiù episodi di sedimentazione.

Rimaneggiamento

In alcuni casi le rocce possono contenere fossili più recentidella matrice rocciosa. Ciò può essere dovuto a infiltrazione dimicro- e nannofossili lungo discontinuità della roccia comefessure e giunti di stratificazione, in perforazioni di organismi ein radici che formano vuoti entro una formazione, a loro voltariempiti da materiale fossilifero proveniente dalla formazionesoprastante. I fossili infiltrati vanno di norma esclusidall’analisi biostratigrafica. Solo nel caso di filoni sedimentari, ifossili presenti possono essere utilizzati per la datazione dieventi tettonici sinsedimentari o fenomeni carsici.

Fossili infiltrati

Esempio di carotadell’OceanDrilling Project

Litologia e zonea nannoplancton(ma nessunaindicazionedella distribuzionestratigraficadei fossili guida!)

Ocean DrillingProject, TexasA&M University.

Esempio di biostratigrafia a nannoplancton calcareo.Eocene, Veneto.

Esempio di biostratigrafia a nannoplancton calcareo.Eocene, Veneto.

Unità cronostratigrafiche: Eratemi (eg, Mesozoico); Sistemi (eg, Triassico); Serie (eg, Carnico); Piani (eg, Tuvalico)

Unità temporaliEre (eg, Mesozoico);Periodi (eg, Triassico);Epoche (eg, Carnico);Età (eg, Tuvalico);

Con la Biostratigrafia si definiscono le unità cronostratigrafiche,cioè le suddivisioni relative del tempo geologico.