La misura dei tempi geologici e la storia della Terra

•L’età della Terra

•La comparsa della vita

•La comparsa dell’uomo

•La Terra dinamica

•L’evoluzione

•La deriva dei continenti

•Le risorse e la loro gestione

Misconcezioni

Età della Terra

Immutabilità del paesaggio

Storia della vita sulla Terra

Contemporaneità di organismi viventi (dinosauri e uomini – BC- Antenati)

Prima del Pangea?

I fossili e le datazioni

Datazioni relative ed assolute

Datazione con il 14C

I limiti dell’attualismo

Validità della Tettonica delle placche

Cause delle estinzioni di massa

Tempo geologico

Paleontologia

Stratigrafia Biologia (evoluzione)

Geochimica

La misura del tempo geologico

Cronologia relativa Cronologia assoluta

Background storico

Età della Terra

Geocronologia (stratigrafia-paleontologia)

Decadimento radioattivo

Scala dei tempi geologici

Unità di tempo

Ga giga anni 109 anni

Ma mega anni 106 anni

Il tempo e gli eventi geologici

Il tempo geologico è misurato attraverso l’osservazione di

cambiamenti

Le scienze della Terra applicano una serie di princ ipi alle

osservazioni sia di terreno che di laboratorio, i quali

permettono di trarre deduzioni sull’ordine in cui si sono svolti

gli eventi considerati e sul tempo geologico

Eventi geologici da inserire in una scala dei tempi geologici

• deposizione di sedimenti

• intrus ione di corpi ignei

• attività vulcanica

• metamorfismo

• tettonica duttile

• tettonica fragile

• diapirismo

• subsidenza

• erosione

• comparsa di nuove specie

• estinzione di specie

Background storico – l’età della Terra

Sommare le età presenti nei testi sacri

•Cronologia Indù (150-120 ac) 2 Ga

•Teofilo di Antiochia (169 dc) 7519 anni

•Arcivescovo Ussher (1650)

“La Terra e’ stata creata nella notte precedente Domenica 23 ottobre

4004 ac egli oceani si sono formati il martedi’ successivo”

Primi metodi scientif ici – XIX secolo

Sale negli oceani

Se conosciamo il tasso di aggiunta di sale agli oceani e

sappiamo quanto sale c’è negli oceani stessi possiamo risalire

all’età deglo oceani.

Spessore dei sedimenti

Misurando lo spessore dei sedimenti per ogni periodo e

valutando il tasso di accumulo possiamo stimare l’età dall’ inizio

dell’accumulo dei sedimenti.

Entrambi i metodi davano età attorno ai 100 milioni di anni

Il problema dell’età del sole

• Quals ias i reazione chimica di combustione nota nel XIX

secolo, tenuto conto della radiazione solare si sarebbe

esaurita in un massimo di 10.000 anni

• Possibile soluzione – il sole si sta contraendo

• Il tasso di contrazione r ichiesto per il sole sarebbe tale che

30.000 anni fa il sole stesso avrebbe inglobato la Terra.

• Lord Kelvin nel XIX secolo, stimando la temperatura

iniziale della Terra e valutando la curva di raffreddamento

stimò l’età della Terra a circa 20 milioni di anni

• I geologi chiedevano più tempo

• Uniformitarismo

Continuità dei rapporti causa – effetto

Si contrappone al catastrofismo (diluvio universale)

• Attualismo

Il presente è la chiave del passato

• I principi di Stenone

Ripple Marks, Bay Beach

Fossil Ripple Marks, Baraboo Range

Modern Mud Cracks

Fossil Mud Cracks, Virginia

Cronologia relativa

Basata sui 4 principi fondamentali della stratigrafia

•Principio di sovrapposizione (Stenone 1669): l’età di una

sequenza di rocce sedimentarie o di colate di lava decresce verso

l’alto, ciascun letto essendo più giovane di quello sottostante e

più vecchio di quello soprastante.

•Principio di orizzontalità originaria (Stenone, 1669): la

maggior parte dei sedimenti essendos i deposti in mari, laghi o

piane fluviali erano originariamente orizzontali. Se ora sono

inclinati e/o piegati devono essere stati deformati dopo la

deposizione.

Principio di continuità laterale (Stenone, 1669): i sedimenti

inizialmente formano letti continui, i quali cambiano i propri

caratteri solo quando cambiano gli ambienti di deposizione.

Principio delle relazioni di intersezione (Hutton, 1788): se un

letto è intersecato da un’altra struttura (faglia, dicco etc.), esso

deve essere più antico della struttura intersecante.

Discontinuità

Gap temporali per i quali manca la registrazione nella sequenza

rocciosa, per erosione o non deposizione

•Nonconformità: discontinuità tra rocce ignee e sovrastanti rocce

sedimentarie

•Discontinuità angolare: discontinuità che mette a contatto strati a

diversa giac itura

•Disconformità: discontinuità che mette a contatto strati paralleli

Nonconformità

Discordanza angolare

Disconformità

Tipi Tipi didi discontinuitdiscontinuitàà usandousando ilil Gran Canyon come Gran Canyon come esempioesempio

Discontinuità e lacune temporali

Fossili e correlazioni

Le correlazioni stratigrafiche su grandi distanze sono basate sul

riconoscimento dei fossili

•Le associazioni fossili presenti negli strati evolvono nel tempo

•Alcune specie si estinguono altre, nuove, appaiono

•Le associazioni fossili sono uniche e delimitano intervalli di

tempo ristretti

La scala dei tempi geologic i è suddivisa in zone fossili definite da

comparsa o scomparsa di determinate entità tassonomiche o da

particolari associazioni fossili.

Correlazioni biostratigrafiche

Fossili indice: fossili che permettono ampie e sicure correlazioni

anche su grandi distanze

•Ampia distribuzione

•Abbondanza

•Buono stato di conservazione

•Breve intervallo temporale

Ammoniti - mesozoico

Foraminiferi - cenozoico

La scala dei tempi

geologici: età

relative ed assolute

Cronologia assoluta

La scoperta dei processi di decadimento radioattivo ha fornito uno

strumento in grado di definire datazioni assolute su tempi anche

dell’ordine dei Ga.

I principi di base per la datazione delle rocce con metodi

radiometrici sono:

•il nucleo di un atomo consiste di protoni e neutroni

•il numero atomico controlla il comportamento chimico

dell’elemento

•il numero di neutroni varia dando luogo alla formazione di

isotopi con analogo comportamento chimico ma massa diversa

•la somma dei neutroni e dei protoni costituisce il numero di

massa

Gli isotopi instabili decadono seguendo precise leggi, in particolare

il tasso di decadimento radioattivo è regolato dalla costante λ, a sua

volta correlata al tempo di dimezzamento dalla formula:

λ = ln2/T1/2

Il tempo di dimezzamento è il tempo dopo il quale la metà degli

atomi radioattivi originari è decaduta trasformandosi in atomi figli e

radiazioni

Radiometric Dating: Half-Life

50

100

2513

time----------->

ParentDaughterParentDaughter

Abbondanze relative e tempi di dimezzamento

La datazione si ottiene confrontando le concentrazioni relative

dell’ isotopo instabile e dell’isotopo nel quale esso si trasforma a

seguito del decadimento

Limitazioni:

•il sistema deve essere chiuso

•non devono essere presenti concentrazioni iniziali dell’elemento

figlio

•le concentrazioni devono essere misurabili

Alcuni isotopi sono piu’ utili di altr i per le datazioni assolute

E’ possibile determinare età assolute per i seguenti eventi geologici

•cristallizzazione di rocce ignee

•età di formazione trasporto ed eruzione del magma

•velocità di sollevamento di catene montuose

•età di diagenes i dei sedimenti

•calibrazione della scala dei tempi geologici relativi attraverso la

datazione assoluta di livelli cineritici

L’età della Terra

•J. Hutton (1726-1797): “nessuna evidenza di un inizio né di una

fine”

•G L de Buffon (XVIII sec) stima l’età della Terra ad almeno 75000

anni, indispensabili per generare la documentazione fossile

•La teoria di Darwin (XIX sec) richiede tempi lunghi

•Lord Kelvin (XIX sec) stima l’età della Terra a 20-30 Ma

ipotizzando un costante raffreddamento

•J. Joly (fine XIX sec) stima l’età della Terra a 260 Ma basandosi

sull’apporto di sali ai mari

•B Boltwood (1907) stima con metodi radioattivi l’età della Terra tra

400 e 2000 Ma

Il raffinamento delle tecniche di datazione radiometrica ha portato

fino alle attuali stime di un’età pari a circa 4.6 Ga

La scala dei tempi geologici

Classificazione gerarchica degli intervalli temporali

• EONE – La più ampia suddivisione dei tempi geologici.

• ERA – 2° più ampia suddivisione, include due o più periodi

• PERIOD – 3° più ampia suddivisione, diviso in ere

• EPOCH – 4° più suddivisione

EONE > ERA > PERIODO > EPOCA

EONI

• Hadean – rocce dalle meteoriti e dalla Luna, non registrato sulla Terra

• Archean – le più antiche rocce della Terra

• Proterozoic – organismi cellulari ben sviluppati

• Phanerozoic – “vita visibile”, record fossile benconservato

ERE (del Fanerozoico)

• Paleozoico – “vita antica” 544 � 244 ma

• Mesozoic – “vita di mezzo” 245 � 66 ma

• Cenozoic – “vita recente” 66ma � presente

PERIODI

Cambrian – Explos ion of life

Ordovician – 1st Vertebrates

Silurian – 1st Land Plants

Devonian – Age of Fish

Mississippian – Winged insects

Pennsylvanian – First reptiles

Permian – Age of Amphibians

Triassic – First Dinosaurs/Small mammals

Jurassic – First Birds/Flowering Plants

Cretaceous – Heyday of Dinosaurs

Tertiary – Mammals Thrive

Quaternary – Age of Man/Technology

PAST

PRESENT

Scala dei tempi geologici

Pre-

Cambrian• Began with

the formation

of the Earth

4.6 billion

years ago.

• Bacteria

appeared 3.5

billion years

ago, followed

by algae and

fungi.

Paleozoic Era

• Divided into 5 periods:

• Cambrian period -

Sponges, snails, clams

and worms evolve

• Ordovician period -

First fishes evolved and

other species become

extinct

• Silurian period - Land

plants, insects and

spiders appear

• Devonian period -Amphibians evolve and cone-bearing plants start to appear.

• Carbonferous period -Tropical forests appear and reptiles evolve.

• Permian period - Seed plants become common and insects and retiles become widespread. Sea animals and some amphibians begin to disappear.

Mesozoic Era• Divided into 3 periods:

• Triassic period - Turtles and crocodiles evolve and dinosaurs appear.

• Jurassic period - Large dinosaurs roam the world. First mammals and birds appear.

• Cretaceous period -Flowering plants appear, mammals become more common, dinosaurs

• become extinct.

Cenozoic Era• Divided into 2 periods:

• Tertiary period - First

primates appear and

flowering plants

become the most

common.

• Quaternary period -

Humans evolve and

large mammals like

woolly mammoths

become extinct.

Earth During the Silurian (430+ million years ago)Earth During the Silurian (430+ million years ago)

La scala dei tempi geologici e la tettonica delle placche

Earth during:Earth during:

Devonian ~410 Devonian ~410 million years agomillion years ago

Mississippian ~330 Mississippian ~330 million years agomillion years ago

Permian ~250 million Permian ~250 million years agoyears ago

Earth during:Earth during:

Triassic ~ 200 Triassic ~ 200 million years agomillion years ago

Jurassic ~190 million Jurassic ~190 million years agoyears ago

Cretaceous ~100 Cretaceous ~100 million years agomillion years ago

Early Cenozoic ~50 Early Cenozoic ~50 million years agomillion years ago

STORIA GEOLOGICA D’ITALIA

Carta Geologica d’Italia

STORIA GEOLOGICA D’ITALIA

La geografia del Permiano (300 Ma) è incredibilmente semplice: un unico super

continente. Imponenti movimenti e scontri continentali avevano "assemblato" il

megacontinente Pangea, attorno al quale si estendeva un grande oceano, la Pantalassa, che

formava ad est il grande golfo della Tetide. Il clima interno era caldo e arido dato che il mare

non poteva penetrarvi con la sua azione mitigatrice.

Il Triassico (250 Ma) che cominciò con una grande estinzione di massa, fu un’epoca nella

quale si avviarono grandi cambiamenti geografici ed evolutivi del pianeta terra: iniziò l’era

dei rettili e la disintegrazione della Pangea.

Circa 228 milioni di anni fa (Triassico sup.) il centro della Pangea si lacerò (rift continentale)

e venne invaso dalle acque oceaniche. Due supercontinenti, Gondwana (alla quale

apparteneva l'odierna Africa) ed Eurasia (della quale facevano parte Europa e Asia),

cominciarono a separarsi.

Proprio lungo la linea di separazione della Pangea iniziò la storia della futura Italia. E’ qui

che si trovava Adria, una propaggine del Nord Africa occupata interamente dalla Tetide che

sarà teatro della nascita del mediteranno e della penisola italiana.

Triassico superiore

Un dettaglio del golfo della Tetide

mette in evidenza l'Adria, all' epoca

nella quale si trovava a contatto con

l'Europa e l'Asia.

L' Italia, o meglio ciò che diverrà il

nostro territorio, si trovava su Adria e

sui suoi margini a contatto con la zolla

africana ed europea. Era sommersa da

un mare epicontinentale, cioè un mare

basso, contornato da basse piane costiere periodicamente invase dalle

maree.

Si possono scorgere i profili

della Sicilia, e del blocco Sardo-

Corso evidenziati in verde.

Le uniche zone emerse, con aride

pianure e brulli rilievi, erano una

piccola parte della Toscana e

la Sardegna che si trovava sulla costa

del continente europeo, per il resto

scogliere e atolli corallini, piane di

marea, paludi salmastre.

Un mare basso e caldo è l'ideale per la fauna tropicale . Nella Tetide triassica

quindi cominciarono a depositarsi le parti dure (gusci ed esoscheletri) degli organismi marini

(coralli, alghe calcaree, molluschi, per citarne alcuni) che dettero origine alle rocce calcaree.

Nelle piane di marea il calcare, a contatto di acque salmastre, si trasformò in dolomia.

Negli ambienti di laguna l’intensa evaporazione portò alla formazione delle evaporiti , delle

quali i gessi (anidriti di Burano) sono i rappresentanti più eclatanti giunti fino a noi. Non mancano i materiali portati dai fiumi che hanno dato origine alle arenarie.

Le fenditure che alla fine del Triassico

interessano il centro di Pangea si allargarono sempre di più fino a che,

nel Giurassico Medio 180-160 Ma, l'America si separa dall' Africa: nasce

l'Oceano Atlantico Centrale.Questo fenomeno ha una importante

conseguenza sull'area mediterranea: Africa ed Europa cominciano a

separarsi e in mezzo nasce l'Oceano Ligure-Piemontese. Nascono così due

nuovi margini continentali separati dal neonato Oceano Ligure-Piemontese:

l'Adria ad oriente e la costa Europea ad occidente.

L'Adria contiene la maggior parte dei futuri territori italiani (anche se sono

sotto i livello del mare), mentre Sicilia e Sardegna, sono dislocati sul margine

africano il primo e su quello europeo il secondo.

Sempre ad Adria appartengono il Mare Adriatico, e parte della ex Iugoslavia e

della Grecia, le alpi orientali (comprese: Innsbruck, Salisburgo,

Vienna).

L'Oceano Ligure Piemontese è un mare molto più profondo rispetto alla Tetide Triassica.

Difatti si tratta di una grande depressione dovuta alla lacerazione della crosta oceanica nel punto

ove la piattaforma Africana e quella Europea si separarono. Il processo di espansione durerà

fino al Cretaceo inferiore (130Ma) alla velocità di circa 2 cm l'anno (quasi lo stesa velocità con

cui oggi si espande l'oceano Atlantico, esempio odierno di oceano in espansione) e porterà alla

scomparsa di parte delle terre emerse fino ad allora.

Quando 2 zolle continentali si separano,

nasce un nuovo fondo oceanico. La

lacerazione della crosta terrestre produce fratture dalle quali i magmi giungono in

superficie ed entrano in contatto con

l’acqua dell’ oceano.

Si formano così le rocce ignee: i basalti, mentre le rocce più profonde sono

costituite dai gabbri e dalle peridotiti.

L’acqua, che raggiunge temperature

considerevoli, continuamente agisce chimicamente sulle rocce trasformandole

in serpentiniti (metamorfismo).

Tutte queste rocce sono testimoni di quei

mari che, come l'Oceano Ligure Piemontese, si sono aperti in seguito alla

separazione delle placche e sono chiamate

ofioliti, per il loro aspetto che ricorda la

pelle dei serpenti.Sopra le ofiliti si sono adagiati i sedimenti

dell'oceano ovvero le argille, i calcari e i

diaspri.

Le ofioliti si ritrovano negli Appennini, mentre nelle Alpi sono state trasformate

in meta-ofioliti dall'orogenesi alpina: il

basalto ad esempio è diventato

metabasite.

L'Oceano Ligure Piemontese continuava

ed espandersi raggiungendo la larghezza

di 1000 chilometri. A partire dal

Cretaceo medio (100 m.a.) qualcosa

cambiò: Africa ed America

cominciarono a separarsi (nasceva

l'Atlantico meridionale). L'Africa stava

compiendo una rotazione antioraria che

spingeva l'Adria contro l'Europa. Come

conseguenza l'Oceano Ligure

Piemontese si trovò compresso e

schiacciato tra Africa ed Europa che si avvicinavano, e venne a poco a poco

eliminato sparendo sotto il margine

africano. Al suo posto nasceva qualcosa

di nuovo: la catena alpina.

L'Adria, avanzando, spingeva e

corrugava i materiali che si trovavano

nell' oceano contro il margine europeo.

E' questa la genesi delle Alpi e della

catena alpina che vediamo indicata dalla

freccia nella cartina.

Tra l'Oligocene superiore e il Miocene

inferiore, circa 24 m.a., la Corsica e la

Provenza, facendo perno sul golfo di

Genova, ruotano in senso antiorario e

si distaccano dall' Europa per port arsi

verso la posizione attual e.

Questo fenomeno provoca uno

sprofondamento dei t erritori a ovest

del blocco Sardo-Corso, e la

conseguente formazione del Bacino

Baleari co e del Mar Ligure.

Inoltre questo evento ha una

conseguenza importantissima sulla

geografia italiana: la rotazione

comprime e accumula i materi ali verso

est, si ha cioè un'alt ra orogenesi,

quella appenninica, ovvero la nascita

degli Appennini.

Ci vorrà ancora del tempo, ma non

molto, prima dell' apertura del Mar

Tirreno che porterà al compimento del

definitivo assetto geologico del nostro

paese.

Quando sulla superfi cie terrestre si

eleva una nuova cat ena montuosa, il

peso flette verso il basso la crosta

terrestre. Si crea quindi una

depressione chiamata avanfossa

lungo tutto il margine della cat ena.

Inoltre vengono a instaurarsi dei

bacini al disotto del livello del mare

(bacini episuturali) come quello che

nell'Oligocene avanzò da Nord-Est

verso Sud-Ovest e ricoprì quella che

oggi è la Pianura Padana.

Questo Bacino che si chiama

Bacino Terziatio Piemontese fu per

lungo tempo un mare basso e caldo,

con piccoli golfi e baie che in

Liguria lambiscono le zone di

Sassello, Stella Santa Giustina e

Celle Ligure. In queste regioni è

possibili trovare i fossili marini di

questo ambiente.

E' interessante e curioso pensare che

in età oligocenica la Liguria era

lambita da un mare provenient e

dalla Pianura Padana.

Circa 6,9 milioni di anni fa, il lento avvicinamento e la conseguente collisione delle placche europea e

afri cana, produsse la chiusura dello stretto di Gibilterra (altre cause vanno ricercate nell’abbassamento

del livello marino a causa di una glaciazione e dell’innalzamento tettonico dell’area mediterranea). Il

Mediterraneo divenne un mare chiuso, soggetto ad una intensa evaporazione che det erminò un

abbassamento del livello delle acque con la conseguente emersione di vast e aree. I fi umi

cominciarono ad erodere zone profonde delle quali ci rimangono i canyon del Rodano che oggi si

trovano sotto il livello del mare a 900 metri di profondit à. Probabilmente sia il Rodano che il Nilo

formavano cascate di 1500 metri di alt ezza.Circa 3,5 milioni di anni fa l’acqua comincio nuovamente

ad entrare dallo stretto di Gibilterra: cascat e alte 3000 metri cominciarono a riempire il bacino del

mediterraneo. Di tutto questo oggi ci rest ano imponenti sequenze evaporitiche, in particolare gessi

messiniani, affioranti dalla Sicilia fino al Monferrato.

L'ultimo mare ad apririsi fu quello tirrenico.

In realtà per i geologi non si tratta di mare ma bensì di oceano perchè le cause della sua

nascita sono le stesse che portarono alla formazione dell'Oceano Ligure Piemontese:

l'espansione del fondo oceanico dovuto a movimenti che assottigliano ed espandono la

litosfera.

In effetti il Tirreno ha raggiunto (circa un milione di anni fa) il record tra le velocità di espansione dei fondi oceanici: circa 20 cm l'anno nella direzione delle frecce in figura

(Boschi 2006).

Proprio al centro del T irreno, alla profondità di 3500 metri, il Marsili, il più grande vulcano

europeo, ci ricorda che la dinamica dei fondali oceanici è prodotta dal motore interno della

terra e che tutto ha origine dal cuore del pianeta.

Estensione dei ghiacciai durante le glaciazioni

quaternarie

http://www.cartografia.regione.lombardia.it/geoportale

Carte topografiche e carte geologiche