Fossili - Metodi di datazione

I fossili

Si definisce fossile (=scavare) qualsiasi resto o traccia di organismo vegetale o animale vissuto in epoche anteriori e conservato nelle rocce della crosta terrestre. Mentre nella grande maggioranza dei casi il corpo di un organismo morto subisce un processo di decomposizione che non lascia alcuna traccia, in casi eccezionali si presentano processi di fossilizzazione che conservano resti di organismi vissuti in epoche remote.

Affinché avvenga la fossilizzazione è necessario che si verifichino due condizioni:
– l'organismo morto deve essere rapidamente sepolto da sedimenti (o altri mezzi che esplichino una funzione protettiva). Se ciò non avvenisse, le sue spoglie verrebbero distrutte tramite l'azione meccanica e chimica degli agenti esogeni e per quella degli animali necrofagi (=che si nutrono di carcasse).
– L'organismo deve essere dotato di impalcature scheletriche interne o esterne. Le parti molli sono soggette a un rapido processo di putrefazione e successivamente si degradano gli apparati tegumentari e da ultimo le parti scheletriche e i denti.
La possibilità che un organismo diventi un fossile dipende molto dall'ambiente in cui è vissuto e morto. Le acque marine e lacustri contengono sabbie e argille in sospensione: tali sedimenti si depositano a strati sul fondo, inglobando più o meno rapidamente spoglie di organismi. Se però i fondali sono molto profondi, gusci e scheletri calcarei si dissolvono in tempi relativamente rapidi. In ambiente terrestre prevalgono i fenomeni di erosione su quelli di sedimentazione e la fossilizzazione è un evento rarissimo; non mancano però eventi eccezionali come il rapido accumulo di materiale piroclastico durante un'eruzione vulcanica o una colata di fango alluvionale. Pertanto la maggior parte dei fossili è costituita da resti marini, ma poiché i sedimenti marini più antichi formano attualmente alcune catene montuose, non deve stupire il ritrovamento di conchiglie fossili in alta montagna.

Processi di fossilizzazione

Possiamo individuare alcuni differenti processi di fossilizzazione, cui corrispondono diversi livelli di conservazione.
• Mineralizzazione: è il caso più frequente. In questi fossili non rimane nulla dei costituenti originari degli organismi, ma solo la riproduzione precisa della loro struttura da parte del minerale depositato (carbonato di calcio, silice, pirite).
• Impregnazione: nelle impalcature scheletriche porose si infiltrano, per precipitazione da soluzioni sature, sostanze minerali. Il risultato è meno preciso del precedente nella riproduzione della struttura.
• Modelli o calchi: si tratta di “impronte” di organismi che risultano da vari possibili processi. Esistono modelli interni (la cavità di una conchiglia si riempe di sedimenti) e modelli esterni (un organismo lascia un'impronta nel sedimento che lo contiene). Un caso particolare è la carbonizzazione che avviene in ambiente anaerobio e lascia un'impronta di carbonio atomico e riguarda tessuti organici degli organismi (più spesso vegetali).
• Mummificazione: consiste in una completa disidratazione dell'organismo e avviene in ambiente arido, ben ventilato e sostanzialmente asettico. È più conservativo dei precedenti processi, in quanto mantiene inalterate le ossa e l'apparato tegumentario.
• Inclusione: relativamente frequente è il caso in cui un intero organismo, spesso un insetto o una foglia, viene incluso nell'ambra (resina fossile) e conservato quasi perfettamente anche nelle sue parti molli. Molto più raro è invece il ritrovamento di organismi conservati nel ghiaccio.
• Tracce fossili: costituite da orme, piste, tane e altri segni lasciati da animali vivi, conservate fino ad oggi perchè protette da strati sedimentari.

Datazione relativa

Lo studio dei fossili, oltre a fornire evidenti prove a favore della teoria dell'evoluzione, permette di ricostruire le caratteristiche dell'ambiente in cui vivevano gli organismi e il clima dell'epoca. Grazie ai fossili è possibile ricostruire le trasformazioni e gli eventi (geologici e biologici) accaduti sul pianeta e ordinarli cronologicamente. Le rocce sedimentarie sono le uniche in cui si possano ritrovare resti fossili; si è osservato che le rocce sedimentarie derivano dal depositarsi, in tempi molto lunghi e in spesso in ambiente acqueo, di successivi strati di sedimenti in cui gli strati più profondi si sono depositati prima di quelli superiori (secondo il principio di sovrapposizione). Questo principio si può estendere anche ai resti di organismi che si ritrovano all'interno; viene effettuata così una datazione relativa. Tuttavia se studiamo una successione di strati sovrapposti, notiamo che alcuni fossili sono contenuti in più strati (hanno cioè una notevole distribuzione verticale) e quindi che hanno “abitato” la Terra a lungo. Altri fossili invece sono presenti in scavi effettuati in tutto il mondo (hanno cioè un'ampia distribuzione orizzontale) e sono i fossili guida. Nella maggioranza dei casi si tratta di organismi che si diffusero ampiamente in tutti i mari.
La correlazione tra unità litostratigrafiche o biostratigrafiche, situate in differenti regioni della Terra, ha permesso di stabilire una successione relativa degli avvenimenti biologici e geologici, che sono stati ordinati in una scala geocronologica. Tale scala può essere suddivisa in unità geocronologiche, che corrispondono a intervalli di tempo limitati da avvenimenti particolari della storia biologica o geologica del nostro pianeta. A ciascuna unità corrispondono delle particolari sequenze di strati sedimentari depositatisi in quel preciso intervallo di tempo, dette unità cronostratigrafiche.

Datazione assoluta

Per ottenere la datazione assoluta di un fossile, cioè il tempo che è trascorso dalla sua formazione, si ricorre a metodi basati sul decadimento degli isotopi radioattivi (datazioni radiometriche), ossia il fenomeno tramite il quale un elemento radioattivo instabile si trasforma in un altro elemento stabile, emettendo raggi gamma o particelle elementari. La velocità di questo decadimento non dipende da fattori esterni e quindi presenta una variazione regolare nel tempo. Per questo motivo, per ogni tipo di isotopo, è tipico e rigorosamente costante il tempo di semitrasformazione (o dimezzamento).
Nel corso del tempo, l'isotopo radioattivo diminuirà, mentre aumenterà l'isotopo stabile finale: se misuriamo il rapporto quantitativo tra i due, essendo nota la velocità di decadimento, possiamo risalire all'età del fossile o della roccia che lo contiene. Per le datazioni vengono utilizzati 5 isotopi.
L'integrazione dei metodi di datazione relativa con quelli di datazione assoluta permette di collocare con precisione un qualsiasi avvenimento della storia del nostro pianeta.

Altri metodi di datazione assoluta

La dendrocronologia è un metodo di datazione che si basa sul conteggio degli anelli di crescita annuale delle piante. Nella sezione trasversale di un tronco compaiono anelli annuali, ciascuno formato da una zona chiara (legno primaverile) e da una scura (legno estivo). Contando e osservando gli anelli di una pianta secolare si possono ottenere informazioni sulla sua età, ma anche sulle modificazioni climatiche avvenute durante la sua esistenza. Per poter effettuare queste osservazioni senza abbattere la pianta , si usa la tecnica del carotaggio (si preleva un sottile tassello di legno). Anche animali, come i molluschi e i polipi corallini, presentano variazioni stagionali di crescita che permettono di effettuare datazioni. L'alternanza delle stagioni influenza inoltre i processi di sedimentazione: le varve sono depositi sedimentari a ciclo annuale, che si formano in bacini lacustri alimentati da ghiacci; sono costituite da strati chiari e scuri alternati, che si possono contare per determinare l'età del deposito sedimentario o di un suo strato (metodo delle varve).