I FOSSILI La parola fossile indica il resto o l'impronta di organismi vegetali o animali, vissuti anteriormente all'epoca attuale, conservatosi negli strati della crosta terrestre. L organismo morto deve essere rapidamente sepolto da sedimenti o da qualche altro mezzo che esplichi una funzione protettiva. Se ciò non avvenisse, le sue spoglie verrebbero distrutte per l azione meccanica e chimica degli agenti esogeni (piogge, vento, ecc ) e per quella, altrettanto distruttrice, degli animali necrofagi (che si nutrono cioè di carcasse. L organismo deve essere dotato di impalcature scheletriche esterne o interne (ossa, conchiglie, ecc ). Le parti molli (muscoli e visceri), costituite da grassi, carboidrati e proteine, sono soggette a un rapido processo di putrefazione a opera di agenti decompositori (in particolare batteri e funghi) e quindi molto difficilmente si possono conservare; successivamente si degradano gli apparati tegumentari (pelle, pellicce, piume) e da ultimo le parti scheletriche e i denti, che hanno maggiore probabilità di superare il periodo critico tra la morte dell organismo e la sepoltura nei sedimenti. La possibilità che un organismo diventi un fossile dipende dall ambiente in cui è vissuto e morto. Le acque marine e lacustri, ad esempio, contengono sabbie e argille in sospensione: tali sedimenti si depositeranno a strati sul fondo inglobando gli organismi morti (in acque poco profonde) che, così protetti, subiranno un rallentamento dei processi di decomposizione. In ambiente terrestre prevalgono i fenomeni di erosione su quelli di sedimentazione, quindi la fossilizzazione è un evento raro: non mancano casi eccezionali, come il rapido accumulo di materiale piroclastico durante un eruzione vulcanica.
Pertanto la maggior parte dei fossili si trova in rocce sedimentarie depositatesi in acque marine poco profonde ed è costituita da resti di animali marini. PROCESSI DI FOSSILIZZAZIONE La fossilizzazione è il processo che porta alla produzione di un fossile ed è un fenomeno che avviene raramente e in condizioni particolari I processi chimici e fisici che permettono la conservazione dei fossili sono vari. 1) MINERALIZZAZIONE: più frequente. Dopo la demolizione delle parti molli dell organismo, le impalcature scheletriche vengono sostituite molecola per molecola da minerali di diversa composizione (silice, carbonato di calcio, solfuri e ossidi di ferro), provenienti da soluzioni acquose e sature. Questo processo porta a un fossile di composizione chimica completamente diversa dall originale, del quale però sono mantenuti i più minuti dettagli. 2) IMPREGNAZIONE: nelle impalcature scheletriche porose si infiltrano, per precipitazione, sostanze minerali, provenienti da soluzioni acquose sature. Il risultato è meno preciso del precedente. 3) MODELLI o CALCHI: si tratta di impronte. Ad esempio, la cavità interna di una conchiglia, una volta scomparsa l organismo che la occupava, venga riempita da Sali minerali o sedimenti entrati attraverso apertura o pori; la conchiglia successivamente si degraderà, ma rimarrà un suo calco all interno (modello interno). In altri casi un organismo lascia un impronta che si manterrà anche dopo la scomparsa dell organismo stesso (modello esterno). 4) MUMMIFICAZIONE: consiste di una completa disidratazione dell organismo e avviene in ambiente arido, ben ventilato e sostanzialmente asettico (dove, cioè, i batteri non agiscono o sono assenti). Può avvenire nei deserti ed è il più
conservativo, perché mantiene inalterate le ossa e l apparato tegumentario (disidratato). 5) INCLUISIONE: abbastanza frequente. Un intero organismo, spesso un insetto o una foglia, viene incluso nell ambra e conservato quasi perfettamente anche nelle sue parti molli. Molto più raro è invece il ritrovamento di un organismo congelato nel ghiaccio. 6) TRACCE FOSSILI: Costituite da orme, piste, tane lasciati da animali vivi, conservate sino ad oggi perché protette da strati sedimentari. LA DATAZIONE RELATIVA I metodi di datazione relativa delle rocce e dei fossili consentono di stabilire la successione reciproca con la quale si sono verificati eventi, geologici o biologici, ma non di assegnarne una data. Tre sono i criteri seguiti: il criterio stratigrafico, il criterio paleontologico e il criterio litologico. 1) Il criterio stratigrafico si basa sull'osservazione che, in generale, in una successione di strati sedimentari, quelli che si trovano più in basso sono più antichi degli strati superiori, per cui anche la sequenza degli eventi geologici che li ha originati segue lo stesso ordine cronologico. Tuttavia, bisogna tener presente che non sempre questo criterio è applicabile, poiché, a causa dei movimenti tettonici della litosfera, a volte gli strati sedimentari possono presentarsi in posizioni diverse da quelle originarie. 2) Il criterio paleontologico si basa sull'uso dei fossili per datare gli strati rocciosi in cui essi si trovano, poiché in genere tali strati possiedono la loro stessa età. Ammettendo che la vita si sia evoluta più o meno omogeneamente su
tutta la Terra, la presenza di determinati fossili permette di stabilire se una roccia che li contiene sia più antica o più recente rispetto a un'altra. Tuttavia, non tutti i fossili sono utili per questo tipo di datazione, ma solo alcuni, detti fossili guida, appartenenti a specie animali e vegetali che hanno avuto una rapida evoluzione (e quindi sono vissuti in un periodo di tempo relativamente breve) e un'ampia diffusione geografica. 3) Il criterio litologico, applicabile ad aree limitate, si basa sul fatto che rocce uguali hanno la stessa età; esso è valido limitatamente a depositi formatisi all'interno di singoli bacini (per esempio, un bacino lacustre o un mare). LA DATAZIONE ASSOLUTA I metodi di datazione assoluta permettono di attribuire una determinata età alle rocce e a fossili e dunque anche all'evento che li ha originati, specificando la sua durata. Tra i diversi metodi di datazione assoluta rivestono particolare importanza i metodi radiometrici (di seguito trattati), che si basano sulla misura della radioattività residua di rocce e di fossili. La radioattività è una proprietà di alcuni isotopi instabili di certi elementi, che nel tempo si trasformano spontaneamente in isotopi stabili dello stesso elemento o di un elemento differente, attraverso il fenomeno del decadimento radioattivo consistente nell'emissione di raggi (o particelle) alfa, beta o gamma. Un isotopo è un atomo con un diverso numero di neutroni presenti nel nucleo dell'atomo a parità di numero protoni. Ciascun isotopo radioattivo è caratterizzato da un determinato valore del tempo di dimezzamento, che rappresenta il tempo necessario perché una certa massa di un isotopo radioattivo si riduca a metà. La velocità di questo decadimento, diversa per
ogni tipo di isotopo, non è condizionata da eventi esterni e quindi presenta una variazione regolare nel tempo, ed è indipendente dalla quantità di isotopo radioattivo inizialmente presente. Per la datazione, vengono utilizzati prevalentemente cinque isotopi: l'uranio-238, l uranio-235, rubidio-87, potassio-40, carbonio-14. In base al rapporto tra la quantità di un elemento radioattivo ancora presente in una roccia e la quantità di elemento stabile (risultante dal decadimento del primo), si può, conoscendo il tempo di dimezzamento, risalire, con opportune formule, all'età della roccia o del fossile. Per la datazione di reperti fossili relativamente recenti si ricorre alle quantità dei due isotopi del carbonio: il carbonio-14 ( 14 C) radioattivo e il carbonio-12 ( 12 C) stabile. ALTRI METODI DI DATAZIONE ASSOLUTA La dendrocronologia è un metodo di datazione che si basa sul conteggio degli anelli di crescita annuale delle piante. Le piante crescono solo nei periodi primaverile ed estivo, producendo nuovi tessuti che si dispongono in strati concentrici. In primavera, a causa della maggiore piovosità, la pianta produce uno strato ricco d acqua più ampio e più chiaro. Di conseguenza, nella sezione trasversale compariranno anelli annuali, formati da una zona chiara e una scura. Per poter effettuare queste osservazioni, senza abbattere la pianta, si usa la tecnica del carotaggio, prelevando un sottile tassello di legno corrispondente al raggio del tronco.