Ere geologiche (2)

Le ere geologiche

La Terra si è originata, insieme all'intero sistema solare, circa 4600 milioni di anni fa. I geologi hanno diviso questo periodo di tempo in intervalli detti unità geocronologiche. Le unità più grandi sono gli eoni, il Criptozoico e il Fanerozoico, che a loro volta sono suddivisi in ere, periodi, epoche ed età.

L'Eone Criptozoico, che corrisponde al periodo iniziale della storia della Terra, è caratterizzato dall'assenza quasi totale di fossili e comprende un'unica lunghissima era, il Precambriano; il successivo Eone Fanerozoico, ricco di testimonianze fossili vegetali e animali, è invece suddiviso in 4 ere: Primario (Paleozoico), Secondario (Mesozoico), Terziario (Cenozoico) e Quaternario (Neozoico).

Il Criptozoico

Il Criptozoico ha una durata che corrisponde all'85% della storia della Terra. Le rocce del Precambriano, prevalentemente magmatiche e metamorfiche, sono quasi totalmente prive di reperti fossili.
Il Precambriano viene suddiviso in 2 periodi: l'Archeano (in cui si forma la crosta solida, gli oceani e l'atmosfera e in cui compaiono le prime forme di vita) e il Proterozoico (che fornisce i primi resti fossili).
La Terra si è formata per aggregazione di frammenti solidi derivanti dalla nebulosa che diede origine al sistema solare ed era inizialmente un agglomerato freddo. Successivamente subì un processo di riscaldamento, prodotto da 3 eventi: trasferimento di energia cinetica dalle meteoriti alla Terra; la produzione di calore durante il processo di contrazione gravitazionale e i processi di decadimento radioattivo. Nell'arco di poche centinaia di milioni di anni, la temperatura raggiunse valori tali da causare la fusione di ferro, nichel e di altri materiali pesanti che cominciarono a migrare verso il centro della Terra e andarono a formare il nucleo liquido del pianeta. Viceversa i materiali più leggeri (minerali silicatici) si concentrarono nelle zone più esterne e, raffreddandosi, diedero origine alla primordiale crosta basaltica. Tale meccanismo detto differenziazione gravitativa trasformò un corpo celeste in un pianeta a struttura stratificata diviso in nucleo, mantello e crosta. Si ebbe inoltre un fenomeno di zonazione chimica: elementi e composti si distribuirono in fasce, ognuna delle quali si caratterizzò per una composizione chimica relativamente omogenea. Una conseguenza di questo fenomeno fu che vari elementi radioattivi si disposero nella crosta e, favorendo la dispersione del calore, la Terra cominciò a raffreddarsi anche grazie alla presenza di moti convettivi formatosi nel mantello.
Le rocce più antiche sino a ora trovate risalgono a circa 4miliardi di anni fa e sono di tipo continentale; si sono trovate anche rocce laviche, sedimentarie e gneiss granitoidi di origine intrusiva, risalenti a 3500-2500 milioni di anni fa. Questi dati dimostrano che nel corso del Precambriano la primitiva crosta basaltica fu sostituita da una nuova crosta originatasi grazie a moti convettivi del mantello e a fenomeni di anatessi, metamorfismo, plutonismo e subduzione.
Grazie a fenomeni endogeni si formarono i primi continenti costituiti da leggere rocce sialiche e successivamente iniziarono i processi erosivi, di trasporto e di sedimentazione a opera degli agenti esogeni, con la formazione di ampi bacini di sedimentazione ai margini dei continenti, che si accrebbero nel tempo.
Verso la fine del Proterozoico, circa 750 milioni di anni fa, si formò il supercontinente Rodinia.
L’atmosfera primitiva del nostro pianeta era molto diversa da quella attuale: costituita prevalentemente da gas leggeri, come idrogeno, elio, ammoniaca, metano, vapor d’acqua e diossido di carbonio. Era un’atmosfera di tipo riducente e permise la sintesi spontanea di materiali organici e la formazione di primitive forme viventi: la vita è nata in condizioni chimico-fisiche che, se esistessero oggi, la cancellerebbero completamente dalla faccia del pianeta. La primitiva atmosfera si trasformò gradualmente in quella attuale, composta principalmente di azoto e ossigeno che aumentò grazie alla comparsa dei primi organismi fotosintetici, come i cianobatteri (alghe azzurre) e grazie alla scomposizione del vapor acqueo per fotolisi o elettrolisi. Anche la diminuzione della concentrazione di diossido di carbonio potrebbe aver avuto diverse cause: l’azione degli organismi fotosintetici ne sottrasse sicuramente grandi quantità all’atmosfera; d’altra parte anche l’utilizzo che ne fanno gli organismi marini per la produzione di carbonato di calcio, essenziale per formare scheletri e gusci può aver avuto una notevole importanza.
L’importanza dell’azione modificatrice dei primi organismi fotosintetici sulla composizione dell’atmosfera è documentata dai giacimenti di ferro a bande che sono estesi depositi stratificati di rocce ferrifere alternate a selce, datati da 3 a 1,7 miliardi di anni fa. Il fatto che l’ossigeno fosse prodotto dall’azione fotosintetica dei cianobatteri (stromatoliti) è dimostrato dalla struttura di queste rocce. Successivamente avvenne il passaggio graduale dell’ossigeno dalle acque alla bassa atmosfera. L'acqua esistente sulla terra ha probabilmente origini diverse. Una gran parte si liberò dai cristalli di minerali come le miche, in seguito alla loro fusione durante il periodo di riscaldamento iniziale del pianeta. L'acqua raggiunse la superficie in forma di vapore per mezzo del vulcanismo; il successivo raffreddamento del pianeta causò la condensazione del vapore nei bacini oceanici. Grazie a processi di evaporazione e condensazione ebbe poi inizio il ciclo dell'acqua. La produzione di sali minerali da parte dell'attività vulcanica sottomarina e il continuo apporto dei residui dell'erosione continentale, aumentarono nel tempo la salinità dei mari e crearono le condizioni per la comparsa della vita. I primi fossili conosciuti risalgono a 3500 milioni di anni fa, e possiamo far risalire a quel periodo la comparsa dei primi esseri viventi (organismi di tipo batterico). Dell'evoluzione prebiotica (chimica) non sono rimaste tracce. Nonostante ciò sono state formulate teorie per spiegare come si siano originate le prime forme di vita: il brodo primordiale, la sintesi spontanea di macromolecole, i coacervati.
I primi segni inconfutabili lasciati da organismi viventi sono stati ritrovati in Australia: si tratta di accumuli di calcare in lamine, detti stromatoliti (=stratificazione) che sono tracce fossilizzate dell'attività biologica di microrganismi del tipo dei cianobatteri. L'importanza di questi fossili è legata al fatto che i microrganismi che li hanno formati erano capaci di attività fotosintetica. Altre prove dell'esistenza di forme di vita procariote nel Precambriano sono le selci di Fig Tree (Sudafrica) che risalgono a 3,2miliardi di anni fa, e le selci di Gunflint (Canada) di 2miliardi di anni fa, che sono associazioni di batteri e cianobatteri.
Il ritrovamento più antico di tracce di organismi più evoluti, gli eucarioti, è quello di Bitter Springs (Australia): si tratta di fossili che risalgono a 1miliardo di anni fa e contengono alghe verdi e funghi.
I più antichi resti fossili di organismi pluricellulari (metazoi) sino a ora noti sono stati individuati nella zona di Ediacara (Australia) e risalgono a 650 milioni di anni fa, sono in parte resti di forme di vita simili agli anellidi, ai celenterati e agli artropodi attuali, in parte non presentano alcuna somiglianza con gli inverterbati presenti oggi sulla Terra.

L'Eoine Fanerozoico

L'Eone Fanerozoico, anche se molto più breve del Precambriano, ci fornisce numerose testimonianze ben conservate sia degli eventi geologici sia di quelli biologici; in particolare i fossili documentano una vera esplosione di forme di vita e momenti di crisi gravissima come le estinzioni di massa.

Il Paleozoico

Il Paleozoico (Primario) è caratterizzato da imponenti modificazioni della crosta terrestre, oltre che dalla comparsa e dall'evoluzione di organismi invertrebati. È suddiviso in sei periodi: Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonifero, Permiano.
Nel Cambriano si ebbe la frantumazione del supercontinente Rodinia, con la formazione di 5 blocchi continentali alla deriva. I primi corrispondevano approssimativamente a Europa, Asia e Nord America e Cina attuali, mentre il quinto più grande e situato nell'emisfero australe, è stato denominato Gondwana. Nel Siluriano i frammenti dei continenti situati nell'emisfero boreale, corrispondenti allo scudo noramericano ed europeo, si scontrarono, saldandosi in un unico continente detto Laurussia. Tale collisione diede origine a diverse catene montuose (orogenesi caledoniana). Nel Carbonifero il continente Gondwana, nella sua deriva verso nord, si scontrò con la Laurussia e si saldò ad essa; nel permiano si aggregò agli altri anche il continente siberiano e si formò un unico supercontinente, la Pangea, circondata da un unico oceano, il Panthalassa. Un grande mare, la Tetide, separava parzialmente la parte settentrionale da quella meridionale della Pangea. Durante la collisione, si sollevarono nuove catene montuose (orogenesi ercimica). Le zone corrispondenti ai continenti attuali si vennero a trovare, alla fine del paleozoico, in posizioni assai differenti dalle attuali. Nel paleozoico rocce sedimentarie, ricche di fossili, testimoniano la straordinaria espansione degli invertebrati avvenuta nel paleozoico. Nel cambriano, in un tempo relativamente breve, i mari si popolarono di alghe, spugne, artropodi, celenterati, anellidi, molluschi, echinodermi e di molte altre specie difficilmente classificabili. Dopo tale esplosione evolutiva, alcune specie ebbero maggiore successo delle altre e si diffusero enormemente: tra queste i trilobiti, importanti fossili guida con il corpo suddiviso in tre lobi longitudinali. Nell'ordoviciano comparvero i primi vertebrati, gli ostracodermi (pesci privi di mascelle); tra ordoviciano e siluriano emersero i più evoluti placodermi (pesci corazzati con mascella e mandibola, di notevoli dimensioni). Nel siluriano i pesci assunsero grosso modo le caratteristiche attuali, differenziandosi in cartilaginei e ossei. Tra la fine del siluriano e l'inizio del devoniano cominciò la colonizzazione delle terre emerse da parte dei vegetali (alghe verdi) e degli invertebrati: comparvero infatti gli insetti e i ragni. Al termine del devoniano particolari pesci ossei, dotati di pinne simili ad arti e di polmoni, si adattarono alla vita terrestre trasformandosi in anfibi. Nel carbonifero il clima molto umido favorì la diffusione di piante primitive come gli equiseti giganti e le felci arboree che formarono estese foreste in tutte le terre emerse: il seppellimento e la decomposizione anaerobia di tali foreste hanno prodotto i combustibili fossili. Nel permiano si verificò un imponente fenomeno di estinzione, dovuto probabilmente a cause geologiche: si ritiene infatti che la formazione della pangea abbia creato condizioni climatiche nuove, con l'inaridimento del clima nell'emisfero boreale e con imponenti glaciazioni nell'emisfero australe. La scomparsa di gran parte delle foreste equatoriali e delle immense zone paludose, che avevano ospitato anfibi e felci (vincolati entrambi all'acqua per la riproduzione), ne causò l'estinzione quasi totale, insieme a quella di molte altre specie come i pesci corazzati e i trilobiti (nel complesso scomparve circa l'85% di tutte le forme di vita). Sempre nel permiano comparvero i rettili: tra essi predominano i terapsidi, rettili omeotermi, precursori dei mammiferi.

Il Mesozoico

Il Mesozoico (Secondario) è un'era di transizione, caratterizzata da una scarsa attività orogenetica e dalla presenza preponderante dei rettili tra i vertebrati. Viene diviso in tre periodi:
– triassico
– giurassico
– cretaceo
L'evento più importante accaduto nel mesozoico fu la frammentazione della Pangea che iniziò 200 milioni di anni fa. Nel triassico si cominciarono a separare Gondwana e Laurasia, con l'amplimento della Tetide. Successivamente il Gondwana si divise in vari blocchi: Sud America, Africa, Australia, India e Antartide. L'Africa si separò dal Sud America con l'apertura dell'Atlantico meridionale e si mosse verso nord iniziando un lento avvicinamento all'Europa, mentre l'India si mosse in direzione nord est verso il continente Euroasiatico: iniziò il processo di chiusura della Tetide. Nel Cretaceo si divisero Europa e Nord America con l'apertura dell'Atlantico settentrionale, mentre Australia e Antartide si separarono alla fine dell'era. Nel mesozoico prevalsero fenomeni di espansione oceanica e di frantumazione dei continenti. Solo nei continenti americani, che si muovevano verso ovest ebbe inizio l'orogenesi che portò alla formazione delle Ande e delle montagne rocciose. Sui margini continentali di Africa ed Eurasia si accumularono prismi sedimentari che avranno molta importanza nella successiva orogenesi alpino-himalayana. Nel corso dell'Era si alternarono ampie regressioni e trasgressioni marine: nel giurassico gran parte dell'Europa era sommersa dalle acque e fu in questo ambiente che si depositarono i sedimenti che sarebbero emersi successivamente per formare Alpi e Appennini. Il mesozoico è caratterizzato dalla straordinaria espansione dei rettili. Il successo evolutivo di questi vertebrati fu dovuto a un nuovo sistema di riproduzione, non dipendente dall'acqua, ma caratterizzato da fecondazione interna e uovo amniotico. Le uova dei rettili permettono all'embrione di svilupparsi in un ambiente acquatico (liquido amniotico) anche sulla terra ferma. Le squame ossee epidermiche e un rene, sono altri adattamenti agli ambienti aridi tipici di quest'Era. Il gruppo maggioritario fu quello dei dinosauri, che si differenziarono nel corso nel mesozoico, in una grande varietà di forme: erbivori giganti (con due cervelli), bipedi velocissimi, carnivori predatori, con corna, collare e becco, come i triceratopi e forniti di piastre dorsali, come gli stegosauridi. Nel giurassico l'espansione dei rettili raggiunse il suo apogeo, ma comparvero anche gli uccelli, che da essi derivano, e il più antico uccello che sia a noi noto, l'Archaeopteryx.
Al termine del giurassico comparvero anche i mammiferi, dotati di adattamenti vincenti, come l'omeotermia, lo sviluppo embrionale interno al corpo materno, l'allattamento dei piccoli e un superiore sviluppo cerebrale. Rimasero però per molto tempo relegati in nicchie ecologiche periferiche: erano infatti di piccole dimensioni, insettivori e notturni. In questo modo non entravano in competizione con i rettili. Tra gli invertebrati marini, ebbero grande sviluppo i molluschi, in particolare i cefalopodi: tra questi le Ammoniti, con conchiglia a spirale, si differenziarono nel tempo in molte forme, tanto da essere utilizzate come fossili guida. Il cretaceo vide anche la comparsa delle angiosperme, piante dotate di semi protetti e di fiori, per attirare gli insetti impollinatori: grazie a questi adattamenti, ben presto si diffusero ovunque. Il mesozoico si concluse con la cosiddetta “estinzione cretacea”, che portò in un tempo relativamente breve alla scomparsa del 75% delle forme di vita esistenti: gran parte del plancton marino, le ammoniti tra gli invertebrati e i grandi rettili tra i vertebrati. Per spiegare tale fenomeno sono state elaborate diverse ipotesi:
– la collisione della terra con una grande meteorite,
– modificazioni radicali del clima,
– per i dinosauri, la competizione con i mammiferi.

Il Cenozoico

Il Cenozoico (Terziario) si divide in 5 periodi: Paleocene, Eocene, Oligocene, Miocene, Pliocene.
Nel Cenozoico, Nord America e Sud America continuarono ad allontanarsi da Africa ed Eurasia a causa dell'espansione dell'Oceano Atlantico. L'India si scontrò con l'Eurasia 50-60milioni di anni fa e l'Africa continuò il suo movimento verso il nostro continente, causando la chiusura della Tetide. Il risultato di questi movimenti fu l'orogenesi alpino-himalayana e l'orogenesi andina. L'orogenesi alpina avvenne in due tempi. Nella prima parte del cenozoico la spinta operata dal movimento della placca africana causò il sollevamento dei sedimenti marini, depositati ai margini del continente europeo: si formarono pieghe e falde che si addossarono al margine del continente, formando la cordigliera betica, le alpi occidentali, i carpazi e il caucaso. Successivamente nel miocene, il persistere della spinta africana produsse una seconda fase del processo con la formazione di un arco montuoso costituito da atlante e magrebidi, appennino, prealpi e alpi orientali, dinaridi, ellenidi, tauridi, sino ai monti Zagros. In questo modo la catena alpina si collegò al sistema himalayano che si formò contemporaneamente. Il processo descritto portò anche alla chiusura quasi totale del bacino della Tetide, al distacco della penisola arabica dal continente africano, con la formazione del Mar Rosso e l'inizio della chiusura del Golfo Persico e la formazione della Pianura Padana. Verso la fine dell'Era si formò il mediterraneo occidentale. Infine, circa 6 milioni di anni fa, si ebbe la chiusura della comunicazione tra l'Atlantico e il Mediterraneo. Nel Pliocene si aprì lo stretto di Gibilterra e un'immensa quantità di acqua si riversò in breve tempo nel bacino del Mediterraneo. In Europa, durante questa Era, si modificò anche il clima a causa dello spostamento del continente verso nord. Nell'emisfero australe l'Australia, che nel tardo mesozoico si era separata da Africa e India, nel Celozoico si separò anche dall'Antartide, diventando un continente isolato. Le graduali ma significative modificazioni climatiche avvenute nel Celozoico, produssero una modificazione radicale delle forme di vita animali e vegetali. Tra i vegetali il predominio venne definitivamente conquistato dalle angiosperme, tra gli invertebrati comparvero e si diffusero nuove specie di lamellibranchi (molluschi bivalvi) e gasteropodi (molluschi con conchiglia a spirale). Fossili guida tipici di quest'Era sono i nummuliti. Per quanto riguarda i vertebrati, la scomparsa dei grandi rettili, permise ai mammiferi di occupare un'infinità di nicchie ecologiche libere in tempi relativamente brevi (fenomeno detto radiazione adattativa). L'evoluzione dei mammiferi prese strade diverse nei vari continenti. In Australia i mammiferi sono monotremi e marsupiali: i primi sono ovipari e i secondi aplancentati. Negli altri continenti i mammiferi si differenziarono in diversi ordini e famiglie: roditori, cetacei, carnivori, perissodattili, artiodattili, chirotteri, primati e altri. I primati in ogni parte del mondo si adattarono alla vita arboricola acquisendo caratteristiche particolari, come la mano prensile, con il pollice opponibile, gli occhi frontali (per visione stereoscopica), una riduzione della prominenza di mandibola e mascella, con riduzione del numero di denti, una riduzione del numero di figli per gravidanza, delle mammelle per l'allattamento e, infine, un notevole sviluppo intellettivo abbinato a capacità manipolatorie. Nel celozoico comparvero anche i primati progenitori dell'uomo: l'aegyptopithecus, un quadrupede arboricolo vissuto in Africa; il suo discendente proconsul, che dall'Africa colonizzò Europa e Asia; il kenyapithecus, vissuto nel centro dell'Africa nel tardo miocene, ma che colonizzò anch'esso l'intera Eurasia. Nel periodo successivo, della durata di alcuni milioni di anni, si sa ben poco a causa della mancanza di fossili. Sono invece numerosi i ritrovamenti di australopithecus (scimmia australe), comparso in Africa circa 5 milioni di anni fa. L'analisi dei reperti dimostra che l'australopithecus era dotato di stazione eretta e di andatura quasi perfettamente bipede: l'apparato scheletrico, nonostante la piccola taglia, era decisamente umana, eccetto per il volume cranico minore di quello di uno scimpanzé. Gli australopiteci si differenziarono nel tempo in diverse specie, ma non si diffusero in tutta l'Africa; a sud ovest si svilupparono le scimmie antropomorfe, mentre a sud est comparvero gli ominidi a stazione eretta.

Il Neozoico

Il Neozoico (quaternario) è l'era geologica attuale, caratterizzata da due avvenimenti fondamentali:
– la comparsa del genere Homo
– le glaciazioni.
Viene suddiviso in due periodi: Pleistocene e Olocene. Nel quaternario prosegue l'orogenesi alpino-himalayana e i continenti assumono la posizione attuale. Più importanti però sono state le variazioni climatiche che hanno prodotto l'alternanza tra periodi freddi (glaciazioni) e periodi più caldi, detti interglaciali. I motivi di queste periodiche oscillazioni termiche potrebbero essere individuati nei moti millenari della terra. Le glaciazioni furono più evidenti nell'emisfero boreale, occupato principalmente da continenti, con la formazione di ampie calotte glaciali e l'espansione dei ghiacciai sulle catene montuose. In Europa sono state individuate 5 glaciazioni nel quaternario: Donau, Gunz, Mindel, Riss e Wurm.
Durante le fasi glaciali immense quantità di acqua rimasero intrappolate nei ghiacciai, di conseguenza il livello del mare si abbassò notevolmente. Al contrario nei periodi interglaciali il livello marino si alzava e le coste arretravano a causa dello scioglimento dei ghiacciai. L'alternanza di periodi caldi e freddi ebbe notevoli ripercussioni sulla flora e la fauna. Nei periodi caldi una fauna tropicale invadeva l'Europa; durante i periodi glaciali, invece, le conifere e le betulle raggiungevano il sud dell'Europa. L'evento biologico più importante del neozoico è certamente la comparsa e l'evoluzione del genere Homo. Gli australopiteci si estinsero quando già era apparso l'homo habilis, vissuto in Africa tra 2,5 e 1,3 milioni di anni fa. Era dotato di una capacità cranica decisamente maggiore e fu il primo costruttore di utensili apparso sulla terra. È da questo periodo che ha inizio l'Età Paleolitica. Circa 1,5 milioni di anni fa comparve l'homo erectus, che si diffuse dall'Africa in Europa e Asia. Dotato di capacità cranica superiore ai predecessori, sviluppò una notevole capacità nella produzione di utensili in pietra, appuntiti e dotati di impugnatura, cui è stato dato il nome di amigdale. La più importante conquista dell'homo erectus fu la capacità di utilizzare il fuoco.
È opinione condivisa che l'homo erectus si sia gradualmente evoluto, tra i 400 mila e i 200 mila anni fa, nell'homo sapiens. I reperti fossili testimoniano l'esistenza contemporanea in certi periodi di due sottospecie di sapiens: l'homo sapiens neanderthalensis e l'homo sapiens sapiens, che è l'uomo moderno. L'uomo moderno comparve 150 mila – 100 mila anni fa, probabilmente in Africa e convisse con il neandethalensis per migliaia di anni: solo al termine del periodo glaciale esso prevalse definitivamente. Tra i 10 e 8 mila anni fa iniziarono l'agricoltura e l'allevamento. L'uomo attraversò l'età neolitica per entrare in epoca storica.