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Concetti, assunti e basi della Geologia Stratigrafica

Un pò di numeri per capire quando "collocare" nel nostro passato questi nomi che ogni tanto sentiamo:

Pleistocene superiore o Calabriano da 1.800.000 a 781.000 anni fà
Pleistocene medio da 781.000 a 126.000 anni fà
Pleistocene inferiore o Eemiano da 126.000 a 11.000 anni fà
Paleolitico inferiore, che in Italia va da 1.000.000 a 120.000 anni fà
Paleolitico medio, che va da 120.000 a 45.000 anni fà
Paleolitico superiore, che va da 45.000 a 10.000 anni fà
Il Mesolitico va da 10.000 a 6.000 anni fà
Il Neolitico È l'età della pietra levigata, e va dal 6.000 al 3.500 a.C.

ed in periodi più recenti ..:

1300-500 a.C.: clima secco e molto freddo. Sotto la spinta dei grandi cambiamenti climatici che caratterizzano tale era, si accentua la pressione degli Indoeuropei verso il Medio Oriente, le cui civiltà si sono nel frattempo indebolite forse a seguito di un periodo di persistente siccità. La Mesopotamia, una volta sede dell' "Eden" subisce un rapido processo di desertificazione. Scompaiono le foreste da Libano e Galilea. Le favorevoli condizioni climatiche del bacino mediterraneo favoriscono la nascita della civiltà greca, assira, fenicia.
500 a.C.-400 d.C.: clima mite soprattutto sui paesi mediterranei. Le civiltà romana e greca raggiungono il loro massimo splendore.
400-1200 d.C.: il clima mite, e insieme anche la prosperità si sposta verso l'Europa centro-settentrionale, favorendo le popolazioni "barbare" di tale area (Visigoti, Ostrogoti, Vandali).
Tra 1800 e il 1200 si afferma anche la grande civiltà vichinga. Invece sulla parte centrale del vasto continente asiatico imperversano venti freddissimi e siccità cosicché da tali remote contrade parte la grande migrazione dei popoli mongoli (Unni) verso le miti sponde del Mediterraneo. Poi anche gli Arabi si muoveranno dalle loro aride regioni alla conquista delle più confortevoli e prosperose terre del Mediterraneo.

GLOBAL CHANGE: si tratta di un argomento su cui tutti parlano ma solo i geologi e i meteorologi se ne occupano. Tutte le altre sono solo chiacchiere.

È dal 1700 che si hanno dati storici di glaciazioni mentre il geologo puro non ha limiti temporali a riguardo delle fluttuazioni glaciali che ci possono essere state nella storia del pianeta.

Quindi, queste variazioni climatiche sono usate come scale (anche se tendono ad essere molto ma molto più grossolane di tutte le altre viste finora. Queste scale solo applicabili (quelle di tipo glaciale), essenzialmente al QUATERNARIO.

SCALA CALDO-FREDDO: le calotte glaciali non sono sempre esistite: infatti, probabilmente, nel cretaceo esse non esistevano.

Si calcola che nell’ultima glaciazione il volume totale di H₂O congelato nelle calotte glaciali fosse di circa 43-45 * 10⁶ km³.

Si ricorda che la superficie dei continenti è di circa 180 * 10⁶ km²
Mentre la superficie dei mari è di circa 350 * 10⁶ km².

Di conseguenza, dando un certo valore medio di profondità degli oceani, (valore di circa 2.000-3.000 metri), ottengo i seguenti risultati:

2.000 metri * 350 * 10⁶ km² = 700 km³ (caso A)
3.000 metri * 350 * 10⁶ km² = 1.050 km³(caso B)

Nel caso (A) la glaciazione rappresentava il 5% mentre nel caso (B) era il 6% della massa complessiva d’acqua in superficie del pianeta. Tali valori non sono affatto trascurabili dati i volumi che essi rappresentano. Di conseguenza tutto quel ghiaccio (dato da precipitazioni di acqua evaporata e cioè distillata), provoca un’enorme serie di fluttuazioni/variazioni nel mare e nella terra, (come ad esempio processi isostatici e idrostatici).

GLACIAZIONE QUATERNARIA: è data dall’ultima grande glaciazione pleistocenica. La massima estensione di questa glaciazione è data da una linea che toccava le capitali del nord Europa, (Berlino, Varsavia, Parigi). È anche quella che si conosce meglio (anche se possiede molte stranezze ed anomalie):

Prima del pleistocene non vi era alcuna calotta glaciale, poi essa si instaura e ciò si ripercuote sulla composizione delle acque degli oceani. Tutto questo sarebbe provato dalle grandi crisi (ricostruite) del Messiniano di tipo biologico avvenute nel mar Mediterraneo. In ogni caso si ipotizza che essa sia durata più di 3 milioni di anni e si pensa che sia collegata con l’innesco e la formazione delle calotte polari: si pensa che la durata delle calotte sarà ancora molto lunga (deduzione nata dal confronto con i dati provenienti dalle altre glaciazioni).

Tabella età durata

Glaciazione Permo-Carbonifera³ (P-C) circa 250-300 circa 50

Glaciazione Ordoviciana² (O) circa 440-470 circa 25

Glaciazione EoCambriana (E-T) circa 700-800 > 100

Note:

²: questa è quella di cui si hanno maggiori informazioni perché la calotta era in africa ed era circondata dal mare (motivo che ha permesso di avere maggiori informazioni). Le foto del satellite la confermano (?).

³: ha coinvolto soprattutto l’emisfero sud della Pangea, (soprattutto il sud America), e coà vi sono molte prove della sua esistenza. È dalla durata di questa glaciazione che si è dedotto il fatto che le calotte dovrebbero continuare ad esistere ancora per molto tempo.

Attenzione che gli intervalli di durata delle glaciazioni sono documentati dalla formazione delle calotte e di conseguenza dalle relative evidenze morfologiche e NON dai ghiaccia di montagna. Quindi occorre distinguere molto chiaramente le morene e le tilliti di ambiente di pianura da quelli di altitudine (cioè formatesi a quote diverse da quelle del mare).

Nel cretaceo non sono documentate calotte glaciali anche se sono documentati intervalli più freddi e salta fuori una certa periodicità di circa 30 milioni di anni (ciclicità). Dove non ci sono calotte gli intervalli freddi-caldi vengono datati e ricostruiti con lo studio degli isotopi di O₂. Questa ciclicità di valore è stata evidenziata dai paleontologi attraverso “il ciclo di estinzione preferenziale” (periodo o ciclo di 27 milioni di anni), generando in questo modo un “effetto-causa” e sottolineando il controllo ambientale su un’evoluzione traumatica. In sintesi il controllo ambientale domina i processi a lungo periodo di estinzione.

Un altro aspetto da prendere in considerazione è dato dal fatto che la glaciazione quaternaria è di tipo BIPOLARE (cioè sono presenti 2 calotte), mentre le altre si sono manifestate sulla calotta (ora ben separata) del polo sud. Anche oggigiorno la calotta maggiormente sviluppata è quella del polo sud. Un elemento fortemente condizionante a tutto ciò è dato dalla presenza al polo sud di un continente al contrario del polo nord che non ce l’ha: la presenza di un continente fa da “calamita” per la formazione del ghiaccio.

L’altro problema è dato dalla glaciazione EoCambriana, in quanto essa và di pari passo con la fauna di DIAKARA. (che è sempre associata ai depositi di tilliti precambriane). Questa fauna, in sintesi, è composta da organismi senza scheletro ma alquanto differenti tra di loro. In questa glaciazione si ha una distribuzione areale dei ghiacci (e delle sue tracce) molto vasta: praticamente a livello globale contro le altre che erano praticamente concentrate solo ai poli. Di tutto ciò si danno 2 possibili spiegazioni:

a) effettivamente si trattava di una glaciazione di tipo globale;

b) vi è stata successivamente una frantumazione (a causa della tettonica a placche) del continente “ospite” che è proseguita fino ad oggi;

Attenzione che non occorre un grosso sconvolgimento climatico per avere un periodo glaciale o meno, (massimo una variazione di 5-6 C°). Attualmente ci si trova in uno stadio caldo. Comunque sia è sufficiente avere una variazione di 5-6 C° per avere una glaciazione e quando ciò accade si forma una calotta, e se poi successivamente scompare la variazione dei 5-6 C° non è detto che scompaia anche la calotta in quanto essa (la calotta) ha una sua inerzia. Infatti, non esiste una corrispondenza lineare tra la calotta e le variazioni climatiche e questo perché la calotta possiede una forte ALBEDO e di conseguenza di base essa riflette molto calore che le permette di sopravvivere a lungo anche a fronte di avverse condizioni climatiche.

Tutto ciò lo si può riassumere schematicamente nel seguente modo:

Formazione rapida (della calotta) >>> Distruzione lenta (della calotta)

Unità Stratigrafiche
Posted by Gabriele Ponzoni (gabriele) on 05-03-2007 at 4:25 PM
Geologia Stratigrafica >> Definizioni di Base

Unità cronostratigrafiche Unità Geocronologiche equivalenti

Eonotema Eon

Eratema Era

(supersistema) (superperiodo)

Sistema Periodo

(subsistema) (SubPeriodo)

Serie Epoca

(SuperPiano) (superetà)

Piano Età

Subpiano Subetà

Cronozona Crono

Tassi di sedimentazione attuali e fossili

Sperimentalmente si sono trovati dei valori alquanto variabili. Le unità di misura possono essere:

1 µ/anno = 1 mm/K anno = 1 metro/M anno

Mediamente i tassi sono riassumibili, schematicamente, per tre grandi aree geografiche:

Ambito Oceanico con 10¹
Ambito di bacini intermedi 10²
Ambiti sedimentari speciali come i delta, laghi interni, fiordi, avanfosse, (si tratta essenzialmente di aree poste ai margini di zone continentali, e quindi emerse, con conseguente grande apporto di materiale) 10³

Bisogna sempre ricordare che il regime sedimentario nel tempo può variare molto. Di conseguenza sorge spontanea una domanda: quello oggigiorno misurabile è applicabile o paragonabile a quello presente e/o manifestatosi nel passato?

Perché, per esempio, nelle Varve si vede che quelle odierne (attuali) sono nella media statistica. Per quanto concerne quelle fossili si possono osservare anche dei valori alti di sedimentazione ma mai corrispondenti a quelli massimi dei bacini intramontani (che sono chiusi). I valori di cui sopra sono già stati corretti della “compattazione avvenuta”.

Quindi, paragonando il § fossile con quello attuale è possibile notare che nel passato i tassi di sedimentazione sono circa la metà di quelli misurabili oggigiorno, (a volte la differenza è solo del 10% in meno, dipende dall’ambiente posto sotto osservazione).

Tutto ciò è spiegabile o [1] con meccanismi deposizionali differenti da quelli odierni, cioè con processi che nel tempo variano (ma ciò implicherebbe che il meccanismo dell’attualismo non è più valido), o [2] con il fatto che a seconda del luogo dove osservo la sedimentazione e a seconda dell’intervallo di tempo di osservazione (in merito alla deposizione che registro) potrei avere dei valori alquanto diversi (in sintesi potrei osservare solo dei picchi o dei minimi mentre i valori deducibili dalla deposizione fossile è una media proprio tra i massimi ed i minimi).

Da notare anche come il TEMPO GEOLOGICO che rimane registrato grazie alla sedimentazione è approssimativamente solo il 10% di quello effettivamente passato: di conseguenza il concetto di continuità “salta” e bisogna assumere che la continuità temporale nelle successioni geologiche stratigrafiche (emanazione delle deposizioni avvenute nel passato) non è assoluta! Anzi!

Al contrario per brevi intervalli temporali o geografici essa è rispettata.

Le discontinuità osservabilia livello di stratigrafia possono essere anche DIAGENETICHE: cioè fra due superfici diverse c’è dissoluzione di materiale e di conseguenza si perde la registrazione “temporale” di ciò che è successo per dissoluzione delle rocce stesse. Anche questo fenomeno contribuisce a ridurre la quantità di tempo effettivamente registrata e visibile negli affioramenti rocciosi.

Altri tipi di Unità Stratigrafiche

Unità MagnetoStratigrafiche
Unità CicloStratigrafiche
Unità PedoStratigrafiche
Unità MorfoStratigrafiche

Introduzione

La scala standard è la Scala Cronostratigrafica.

Gli intervalli di tempo sono calibrati con metodi radiometrici mentre si usano stratotipi per i periodi (anche per avere un riscontro reale e tangibile del tempo). Si è deciso poi di mettere gli stratotipi nei limiti in modo da delinearli ed usarne uno per due.

Del Sistema occorre sapere:

1. LIMITI, se ci sono o meno e quindi quali sono di conseguenza le aree proposte;

2. SUDDIVISIONE INTERNA, quindi se ci sono sottounità o piani;

3. CARATTERI BIOLOGICI, sono fondamentali;

4. BIOSTRATIGRAFIE, fondamentali anch’esse e occorre capire che cosa si utilizza;

5. Cenni sulla PALEOBIOGEOGRAFIA, in sintesi come si sono diffuse le specie esaminate nell’area studiata;

6. PALEOGEOGRAFIA, ricostruzione geografica dell’area anche alla luce della tettonica;

7. Tratti CLIMATICI, se era freddo o caldo, glaciazioni o meno, ecc.;

8. Fasi OROGENETICHE, presenza o meno di varie fenomenologie metamorfiche e simili;

9. GEODINAMICA, movimento delle placche e complessità delle interazioni tettoniche nell’area esaminata;

Le variazioni principali tra le varie scale oggigiorno esistenti sono essenzialmente riconducibili ai differenti modi di taratura dei metodi radiometrici. Infatti, sulle misure radiometriche vi possono essere dei problemi ed errori di 5-10 o 15 M.A. più o in meno.

Classificazione Stratigrafica: può essere di vario tipo e quindi le classificazioni sono effettuate in modi differenti.

La Terminologia Stratigrafica: i nomi possono essere usati o per tutte le categorie o per alcune singole. Per esempio il termine PIANO è un elemento delle unità cronostratigrafiche mentre il termine FORMAZIONE è usato nelle litostratigrafiche ma serve anche nelle cronostratigrafiche. La parola SERIE deve essere usata solamente nella cronostratigrafia e mai in altri campi. In geologia la serie è superiore al Piano. Se i termini sono formali devono essere usati con la maiuscola (informali quindi con la minuscola). Formale: la parola deve avere sempre la lettera maiuscola sia che sia un termine nuovo che uno già formalizzato ed usato nel tempo; inoltre la maiuscola deve essere usata anche con il nome generico (esempio: Sistema Devoniano). Può capitare che grandi formazioni, poiché sono molto note, non necessitano di nomi accessori di identificazione (come nomi di regioni) e per specificarle si usa spesso solo la sigla (o una lettera) riferita alla litologia della formazione presente. (ad esempio si può dire Formazione Marnoso-Arenacea o Formazione marnoso-arenacea, in minuscolo, in quanto ho già il termine formazione maiuscolo). Questa norma (da usarsi con assoluto rigore) è indicativa dell’interlocutore che si ha di fronte e della sua relativa “sciatteria”.

Se ci sono nomi nuovi formalizzati, li devo usare in modo formale (ad esempio Marne di San Luca) e quindi li devo mettere la maiuscola.

FORMAZIONE: essa viene distinta anche in funzione della differente litologia. La formazione deve essere cartografabile, ecco perché si possono prendere delle formazioni con spessori assai ridotti.

Ad esempio: siltiti eusiniche incise da canali arenacei, (zona europea) si tratta di elementi costituenti la base del Siluriano ed entrambi gli elementi di cui sopra potrebbero essere 2 formazioni.

Nomenclatura Stratigrafica: è un qualcosa di molto specifico per questi accidenti studiati. La terminologia litostratigrafia ha validità (spesso) solo a livello regionale mentre quella cronostratigrafica è valida a livello mondiale.

Le unità della scala cronologica sono tutte formali.

Geocronologia o unità Geocronologiche: è una suddivisione relativa con particolare riferimento a unità cronostratigrafiche.

Concetto Storico: ORTOCRONOLOGIA (di serie A) sono continue

PARACRONOLOGIA (di serie B) sono discontinue

Cronologia: si tratta della scienza del tempo. Non c’è il suffisso “bio” perché si pensava che l’unico metodo per dire quale tempo fosse (periodo/epoca/età), era legato ai fossili: era ovvio quindi, che fosse inutile mettere il suffisso in quanto essi erano l’unico elemento che caratterizzasse i tempi e di conseguenza il termine cronologia poteva essere riferito solo ad essi.

La distinzione ORTO e PARA è dovuta al fatto che le distribuzioni dei fossili andavano a salti in alcuni casi, mentre erano continue in altre situazioni.

Geocronometria: divide in base ad unità di tempo (anno, mese, secondo) e rappresenta un approccio quantitativo e numerico. Rappresenta soprattutto una convenzione astronomica.

Criteri fondamentali di distinzione di Unità Stratigrafiche:

Litologia e proprietà connesse: da essa derivano le unità litostratigrafiche e le unità sismostratigrafiche (quest’ultime sono date dall’addensamento, dalle riflessioni, dalle strutture, ecc.) essa è oggettiva ma poco significativa;
Limiti: essi distinguono le unità per limiti evidenti e ben marcati, (infatti, per esempio, le due unità potrebbero essere omogenee tra di loro da un punto di vista litologico); i limiti dati nella sismica sono dovuti ai limiti specifici derivati dalle indagini a riflessione che ne rivaluta l’importanza;
Fossili: possono essere legati più o meno alla facies. La distribuzione è direttamente proporzionale al trasporto o al luogo (ambiente) di vita. Essi ci danno indicazioni temporali e geografiche là dove oggigiorno non è possibile avere niente di tutto ciò: Principio dell’identità fossilifera che dice che in ogni momento storico vi è solo una facies. Sono quindi indicatori del tempo. (essi determinano le unità biostratigrafiche). Nomi di fossili: gli organismi vengono denominati in latino con un nome generico ed uno specifico; quello generico deve essere scritto in maiuscolo (ed in corsivo o se non si vuole usare il corsivo lo si sottolinea).
Ambiente: il criterio è l’analisi delle strutture e delle caratteristiche (dell’ambiente odierno) e che quindi si possa determinare quello del passato (attenzione che non è la litologia il criterio). Da esso possono derivare le unità ecostratigrafiche e le unità di facies;
Tempo: può essere (a) numerico (e quindi una misura) derivato [1] dalla radiometria e/o [2] dal tasso di sedimentazione* o (b) relativo e a sua volta può essere [1] tendenziale (che si sposta lungo una freccia come ad esempio l’evoluzione biologica) [2] ciclico dato da:

a. Inversioni geomagnetiche¹

b. Fluttuazioni climatiche²

c. Fluttuazioni isotopiche³

d. Fluttuazioni del livello marino⁴

e. Fluttuazioni geochimiche

Le unità STRATIGRAFICHE sono delimitate, in sintesi, dalle discordanze stratigrafiche: queste erano già state istituite nel 1973 e praticamente sono di fatto identiche a quelle precedenti. Il termine, quindi, già preesisteva e quindi esistevano dei precedenti.

Cambriano:

Il criterio iniziale per definire il limite inferiore del Cambriano era dato dall’apparizione della vita. Successivamente, si scoprì che la vita era presente anche nei “tempi/strati” geologici precedenti e quindi divenne necessario definire un nuovo criterio. Dopo varie e lunghe discussioni si arrivò a definire come nuovo criterio la comparsa di organismi metazoi. Nel tempo, e grazie a nuove scoperte e ritrovamenti, anche questa scelta si rivelò inefficace e costrinse gli scienziati a trovare qualcos’altro. Alla fine, con i primi ritrovamenti di trilobiti si riuscì arrivare alla definizione finale del limite inferiore del Cambriano.

Oggigiorno si utilizza la “comparsa” delle parti mineralizzate degli organismi, e cioè degli scheletri. Infatti, tali reperti incominciano ad apparire nelle successioni geologiche stratigrafiche solo dalla base del Cambriano in poi, (si ricorda che le trilobiti appaiono temporalmente un pò dopo questo limite). Il fatto importante, rappresentato dall’apparizione degli scheletri, è dato dalla considerazione che in contemporanea vi deve essere stato un aumento dell’ossigeno nell’atmosfera: Tutto ciò perché vi deve essere ossigeno sufficiente in giro affinché gli scheletri originariamente formatesi da parte degli organismi non si sciolgano successivamente alla loro morte.

Nelle zone geografiche dove affiorano insieme strati geologici del Cambriano e del Precambriano si cerca (ovviamente) di stabilire qual’è il punto esatto di passaggio: dove compaiono i resti scheletrici degli organismi è il limite fra questi due periodi ed è detto TOMMOTIANO.

Tali resti appaiono (o meglio affiorano) in tutti quei siti che geograficamente appartengono ai vecchi scudi (come ad esempio aree cinesi, del Marocco, del Nord America). Qualcuno ha proposto di collocare il limite stratigrafico (inteso come elemento campione di riferimento internazionale) in Cina.

Il Limite basale del Cambriano è collocabile intorno al 495 M.A. ± 10 M.A.

Piano Atdabaniano: si trova dopo il Tommotiano, e alla sua base stratigrafica è possibile individuare i primi trilobiti apparsi.

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