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Geologia e Geologia Tecnica
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Cenni storici:
Il termine "Geologia" fu utilizzato per la prima volta nel 1603 da Ulisse Aldrovandi, ma le prime ipotesi che la Terra avesse un comportamento dinamico e che quindi i rapporti tra continenti e oceani potessero cambiare furono formulate già dai filosofi pitagorici.
Ulisse Aldrovandi è stato un naturalista, botanico ed entomologo italiano, realizzatore di uno dei primi musei di storia naturale, studioso delle diversità del mondo vivente, esploratore che, negli ultimi decenni del Cinquecento e fino ai primi del Seicento, si impose come una delle maggiori figure della scienza, nonché guida e riferimento per i naturalisti italiani contemporanei.
Le sue imponenti raccolte naturalistiche sono riunite ancora oggi in larga parte nel Museo Aldrovandiano custodito presso l'Università di Bologna, a Palazzo Poggi. Egli inoltre coniò nel 1603 il termine geologia.
La comunità pitagorica, appartenente al periodo presocratico, fu la scuola fondata da Pitagora a Crotone intorno al 520 a.C.,sull'esempio delle comunità orfiche e delle sette religiose d'Egitto e di Babilonia, terre che egli aveva conosciuto in occasione dei suoi precedenti viaggi di studio. La scuola di Crotone ereditò dal suo fondatore la dimensione misterica e la passione per la matematica, l'astronomia, la musica e la filosofia.
Le dottrine filosofiche della scuola per il suo ordinamento stesso di non poter essere promulgate non si diffusero e furono quindi riprese solo molti secoli dopo.
Il simbolo dei pitagorici era il pentagramma, ovvero una stella a cinque punte inscritta in una circonferenza. Un ulteriore simbolo a cui i pitagorici furono molto legati era il tetraktis (inteso anche come figura sacra): un triangolo fatto di punti, quattro per ogni lato e uno al centro.
Rosso Ammonitico
La scala geologica
I principi che hanno delineato la scala geologica dei tempi furono gettati da Nicholas Steno nel tardo XVII secolo. Steno arguì che gli strati rocciosi (o strata) si depositano in successione, e che ognuno di essi rappresenta una “fetta” di tempo. Egli formulò anche il principio della sovrapposizione, attestando che ogni trato considerato è probabilmente più antico di quelli che sono a lui sovrapposti e più giovani di quelli posti sotto di lui. Mentre i principi di Steno sono molto semplici, applicarli alle rocce reali diventa più complesso. Durante il XVIII secolo i geologi compresero che:Il primo serio tentativo di formulare una scala dei tempi geologici che potesse essere applicata ovunque sulla Terra si ebbe nel tardo XVIII secolo. Il più importante di questi primi tentativi (effettuato da Abraham Gottlob Werner, tra gli altri) divise le rocce della crosta terrestre in quattro tipi: primarie, secondarie, tertiarie, e quaternarie. Ogni tipo di roccia, secondo questa teoria, si era formata durante uno specifico periodo della storia geologica della Terra. Era quindi possibile parlare di un "Periodo Terziario" così come di "rocce terziarie." "Terziario" (ora Paleocene-Pliocene) e "Quaternario" (ora Pleistocene-Olocene) rimasero in uso come nomi di periodi geologici fino al XX secolo.In opposizione alle teorie nettuniste allora popolari esposte da Werner (secondo le quali tutte le rocce avevano avuto origine da un unico enorme fluido), un passo avanti con il pensiero si ebbe con lo scritto di James Hutton sulla sua Teoria della Terra; o, una investigazione delle leggi osservabili nella Composizione, Dissoluzione, e Ripristino delle Terre sul Globo (manca referenza!) nella Royal Society of Edinburgh nel marzo e aprile del 1785, evento per il quale "per come le cose appaiono dalla prospettiva del XX secolo, James Hutton in questo scritto diventa il fondatore della moderna geologia". Ciò che Hutton propose era l'idea che l'interno della terra fosse caldo, e che questa forza interna fosse quella che guidava la creazione di nuova roccia: le terre erano erose da aria ed acqua, che depositava sedimenti sui fondali marini; in questo luogo i sedimenti si condensavano in roccia, spinta su verso nuove terre. Questa teoria fu nominata “Plutonista” in contrasto con la teoria Nettunista.L'identificazione degli strati secondo i fossili in essi contenuti, i cui pionieri furono William Smith, Georges Cuvier, Jean d'Omalius d'Halloy e Alexandre Brongniart nel primo XIX secolo, rese possibile per i geologi dividere più precisamente la storia della Terra. Rese anche possibile correlare gli strati attraverso i confini delle varie nazioni (o continenti). Se due strati (comunque differenti per posizione nello spazio o composizione) contenevano gli stessi fossili, c'erano buone possibilità che potessero essersi depositati nello stesso tempo. Studi dettagliati tra il 1820 e il 1850 degli strati e dei fossili d'Europa produssero una sequenza di periodi geologici ancora oggi utilizzati.Il processo vedeva al centro degli sviluppi i geologi britannici, e i nomi famosi in quel periodo, in tal senso, riflettono quella situazione. Il “Cambriano” (da Cambria, il nome romano per il Galles), l'"Ordoviciano" e il "Siluriano", che prendono il nome da tribù gallesi, sono periodi geologici nominati ispirandosi alla sequenza stratigrafica del Galles. Il “"Devoniano"” era il nome della contea inglese del Devon, ed il nome “"Carbonifero"” è semplicemente un adattamento delle “"Coal Measures"”, l'antico termine che i geologi inglesi usavano per definire lo stesso concetto di strato. Il “"Permiano"” era nominato con riferimento a Perm, in Russia, poiché fu definito in quella regione, attraverso gli strati, dal geologo scozzese Roderick Murchison. Comunque, alcuni periodi furono definiti dai geologi anche di altre nazionalità. Il “Triassico"fu definito nel 1834 dal geologo tedesco Friedrich Von Alberti a partire da tre distinti strati (dal latino trias, “triade”).
L'eone è un'unità geocronologica utilizzata in geologia. È la categoria di rango superiore tra le suddivisioni della scala dei tempi geologici; la categoria di rango immediatamente inferiore è l'era. Il limite tra un eone e il successivo viene posto in corrispondenza di un cambiamento fondamentale nella storia degli organismi viventi.
Gli eoni nella storia della Terra sono quattro: (dal più recente al più antico)
- Fanerozoico (iniziato 545 milioni di anni fa)
- Proterozoico (tra 2500 e 545 milioni di anni fa)
- Archeano o Criptozoico (tra 3800 e 2500 milioni di anni fa)
- Adeano o Azoico (prima di 3800 milioni di anni fa)
Solo l'eone Adeano non è suddiviso in ere (si veda il corrispondente articolo per una giustificazione approfondita). Inoltre, si è soliti usare il termine Precambriano per definire collettivamente gli eoni precedenti al Fanerozoico (il cui primo periodo è appunto il Cambriano).
Posizione gerarchica nella scala dei tempi:
Unità geocronologiche Unità Cronostratigrafiche
Eone Eonotema
Era Eratema
Periodo Sistema
Epoca Serie
Età Piano
Crono Cronozona
La fossilizzazione è l'insieme dei processi biologici ed ambientali che modificano i resti degli esseri viventi, impedendo il loro disfacimento, e li trasformano nel prodotto chiamato appunto fossile. Più genericamente, il termine si applica all'intera storia di tali resti fino al loro ritrovamento.
Il requisito fondamentale per la conservazione allo stato fossile delle spoglie è che vengano sottratte più rapidamente possibile a tutta una serie di agenti biologici, chimici, fisici e meccanici che tendono a distruggerle.
In genere, le spoglie vengono preservate da un rapido seppellimento, che le sottrae all’ossidazione e putrefazione aerobica; ciò avviene meglio in acqua , dove la sedimentazione è più veloce della decomposizione. Le spoglie possono essere sottratte all'aria anche in altri modi, p.es. nel caso dell'ambra o delle eruzioni vulcaniche.
Le parti dure mineralizzate, come ossa e gusci, o non mineralizzate, come chitina e lignina, hanno maggiori probabilità di superare l’intervallo di tempo critico tra la morte e l’inclusione nel sedimento rispetto alle parti molli. Per questo motivo, la fossilizzazione preserva queste ultime solo raramente.
Incrostazione
Si tratta di un processo limitato a fossili piuttosto recenti.
Le acque ricche di carbonato di calcio, scorrendo sui resti organici, li coprono di una sottile pellicola di minerale.
Una roccia molto conosciuta che conserva in grande abbondanza resti di vegetali formatisi con questo processo è il travertino.
Riempimento
Processo che porta dei sedimenti o della materia a riempire il resto evitando una decomposizione rapida.
Mineralizzazione
È il principale processo che porta alla fossilizzazione, durante il quale la composizione chimica dell'organismo viene modificata chimicamente per azione delle soluzioni che circolano tra i sedimenti. Il caso più frequente è quello di organismi che restano sepolti sul fondo di un lago o di un mare: poco alla volta, per le reazioni chimiche tra le parti dure dell'organismo e le soluzioni circolanti, i minerali presenti in soluzione vanno a sostituire quelli presenti nell'organismo. Le modalità sono diverse a seconda dei vari ambienti diagenetici (impregnazione, sostituzione o precipitazione, calcitizzazione).
Carbonificazione
Questo è un processo molto diffuso di fossilizzazione riguardante soprattutto i vegetali, che ha portato alla formazione dei grandi giacimenti di carbone fossile del periodo Carbonifero, risalenti ad almeno 340 milioni di anni fa. Durante questo periodo geologico grandi aree della terra, oggi corrispondenti a Cina, India, Australia, Africa, Nord - America e parte dell’Europa, erano coperte di vasti acquitrini, circondati da lussureggianti foreste la cui crescita era favorita da un clima caldo – umido di tipo tropicale. I resti di queste antiche foreste costituiscono la base degli accumuli di carbone fossile. Questo è dovuto all’azione di particolari batteri, batteri anareobici, che attaccano i resti vegetali, eliminano l’ossigeno e l’azoto e li arricchiscono cosi indirettamente di carbonio.
Inglobamento in ambra fossile
Processo molto conosciuto per la singolare conservazione che comporta. I resti dei piccoli animali (insetti e aracnidi) e resti vegetali inglobati nell'ambra fossile (resina che colava lungo i tronchi delle conifere) sono stati rinvenuti in uno stato di conservazione pressoché perfetto, anche essendo assai antichi. Queste resine, una volta indurite, sono trasparenti e consentono spesso di vedere anche a occhi nudo gli organismi conservati al loro interno.
Sedimentazione
La sedimentazione è il risultato dell’accumulo di materiale proveniente dalla disgregazione delle rocce; questo processo può avvenire in un ambiente continentale, con la formazione, ad esempio, delle dune o in un ambiente marino. In ogni caso si tratta sempre di accumuli di particelle di dimensioni più o meno grandi e di diversa natura; l’insieme di queste particelle viene chiamato sedimento. Si possono distinguere due tipi fondamentali di sedimenti: i sedimenti clastici, originatisi in seguito alla precipitazione dei sali contenuti nelle acque. Un sedimento dopo la sua deposizione deve sottostare a una mutazione, chiamata dai geologi diagenesi, che lo trasforma in una roccia sedimentaria.
La sedimentazione è iniziata con la storia della Terra e i sedimenti depositatisi da allora costituiscono la parte più superficiale della crosta terrestre. Questi sedimenti formano successioni di strati più o meno spesse e profonde che hanno uno stretto rapporto con il tempo che contengono i fossili: in questi strati è racchiusa la storia della Terra. Le successioni di rocce vengono chiamate dai paleontologi e dai geologi.
Grazie a quei fossili guida ad ampia distribuzione geografica, si è tuttavia giunti, nel corso di oltre un secolo e mezzo di studi a una datazione soddisfacente delle diverse serie rocciose terrestri, ed è stato cosi possibile suddividere la storia della Terra, proprio in base ai fossili, in intervalli di tempo che prescindono dal tipo di roccia che si incontra nelle differenti serie stratigrafiche.
Per definire la durata e l’età esatta delle diverse suddivisioni cronologiche, per definire cioè l’età assoluta in numero di anni, la paleontologia non è di nessuna utilità. Il problema dell’età assoluta delle rocce è un problema che ha sempre affascinato e che è stato risulto solo di recente grazie a quelli che vengono chiamati metodi radiometrici, e cioè, in definitiva facendo uso dei materiali radioattivi. Il metodo è abbastanza semplice: ogni elemento radioattivo emette, dal momento della consolidazione di una massa fusa, una serie di radiazioni a velocità costante, trasformandosi a poco a poco in un elemento stabile. I problemi che si oppongono alle correlazioni sono particolarmente complessi e abbondanti; ciononostante i paleontologi, costruendo un intricato mosaico di piccoli tasselli, sono riusciti a dare un quadro abbastanza completo di quanto è avvenuto durante il corso delle ere geologiche.
Conservazione in asfalti naturali
- Avviene in asfalti o bitumi fossili. Famosi i vertebrati fossili del Pleistocene che si trovano in grande copia a Ranch La Brea, vicino a Los Angeles.
Distillazione
In questo processo gli elementi più volatili che compongono il resto organico vengono distillati e lasciano una sottile pellicola di carbonio sulla roccia, a testimoniare la forma originaria dell’organismo. I fossili derivanti da questo processo non sono certamente perfetti, tanto è vero che i graptoliti, quegli organismi che più di altri si sono conservati attraverso questo sistema, non furono compresi appieno se non dopo che di essi vennero alla luce alcuni esemplari piritizzati, derivati cioè da un tipico processo di mineralizzazione. Un giacimento in cui le condizioni erano tali da permettere a volte le conservazioni di queste delicatissime strutture è quello assai famoso di Solnhofen in Baviera, ove fu rinvenuto lo scheletro del primo uccello, l’Archaeopteryx, che fu determinato come tale per la eccezionale conservazione delle sue penne. Nello stesso giacimento furono trovati resti di rettili volanti con l’impronta della membrana alare, tentacoli di meduse, insetti completi delle sottili e delicate ali membranose e belemniti completi dei loro tentacoli.
Mummificazione
Si tratta di una conservazione in toto di parti molto delicate Due esemplari di Anatosaurus, un dinosauro del Cretaceo, furono trovati completi della pelle raggrinzita, compressa sulle ossa dello scheletro come se l’animale avesse subito una forte disidratazione dopo la morte. Si pensa che ciò sia potuto accadere perché i due esemplari furono sepolti da sabbie che li isolarono dall’azione delle acque circolanti nei sedimenti e che, grazie alle sostanze minerali che contenevano, permisero la pietrificazione quasi perfetta della pelle.
Congelamento o crioconservazione
Interessa fossili dei periodi glaciali del Quaternario. È relativamente frequente nel Pergelisol della tundra siberiana. Congelamento: interessa ovviamente resti di età recente, ad esempio i mammuth conservati nel permafrost della Siberia.
