3 Ricostruire la storia della Terra

Che cosa sono i fossili? 
Come si formano? 
Come si datano le rocce e i fossili? 

La Terra ha avuto origine circa 4,6 miliardi di anni fa, insieme al Sistema Solare e agli altri pianeti che ne fanno parte. Inizialmente era una massa incandescente poi, in un arco di tempo lunghissimo, si raffreddò fino a differenziarsi in vari strati: nucleo, mantello e crosta. Nello stesso tempo si formò un’atmosfera primordiale carica di vapori e gas velenosi. La comparsa della vita non era ancora possibile, ma si stavano creando i suoi presupposti. Bombardata di continuo da meteoriti e comete di ghiaccio, la Terra veniva rifornita di vapore acqueo che, condensando, cominciò a creare gli oceani (11). L’intensa attività vulcanica, inoltre, liberava nell’atmosfera metano, ammoniaca, azoto e idrogeno. Parte di queste sostanze finirono poi negli oceani dove, probabilmente, si formarono le prime molecole organiche, cioè le componenti essenziali alla costituzione delle cellule, unità di base degli esseri viventi.
Poco dopo, sempre negli oceani, comparvero i primi organismi in grado di sfruttare la luce attraverso la fotosintesi: la produzione di ossigeno che ne derivò fu il preludio alla vita come la conosciamo oggi.

LA VITA SCRITTA NELLE ROCCE: I FOSSILI

Gli scienziati hanno ricostruito la storia della Terra attraverso lo studio delle rocce.
Si potrebbe dire, infatti, che in ciascuna di esse è impresso un pezzo di storia del Pianeta e che, come pagine di un libro, le rocce raccontano i cambiamenti che questo ha subìto in miliardi di anni: ci rivelano da quanto tempo si sono formate, quali organismi hanno vissuto in una determinata zona, come è cambiato il clima e moltissime altre informazioni.
In particolare, la storia della vita sulla Terra è stata ricostruita grazie allo studio dei fossili, cioè dei resti di organismi viventi del passato. Il processo di fossilizzazione, infatti, fa sì che un organismo morto, o una sua parte, possa conservarsi nel tempo. Si tratta di un processo che avviene raramente e a condizione che i resti dell’organismo non rimangano esposti agli agenti atmosferici, che li deteriorerebbero provocandone la decomposizione nell’arco di qualche anno.

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(12) La fossilizzazione

La fossilizzazione può avvenire in diversi modi.

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• Mineralizzazione. I sali minerali presenti nel sedimento (prevalentemente carbonati di calcio, fosfati di calcio e silice) sostituiscono a poco a poco le parti dure dell’organismo (13). È il tipo di fossilizzazione più comune.

• Carbonificazione. Si tratta di un tipo di fossilizzazione che riguarda prevalentemente gli organismi vegetali, nei quali elementi chimici come ossigeno, azoto e idrogeno vengono progressivamente sostituiti dal carbonio (14).

• Mummificazione. Questo processo, che riguarda gli organismi animali, si instaura quando il corpo dell’animale perde rapidamente tutto il suo contenuto di acqua: ciò che resta sono solo le parti dure e parte di quelle molli. Famosi sono i fossili di mammut rinvenuti nella tundra siberiana, arrivati fino a noi in ottimo stato di conservazione (15).

• Fossilizzazione in ambra. Si tratta di un doppio processo di fossilizzazione, perché l’ambra stessa è un fossile, molto pregiato: è una resina vegetale, prodotta da alcuni alberi vissuti nel passato e oggi estinti. Colando lungo il tronco dell’albero, la resina ha inglobato piccoli organismi (per esempio insetti), mantenendoli intatti (16), quindi si è fossilizzata dopo essere stata ricoperta da una coltre di sedimenti, esattamente come gli altri fossili.

La fossilizzazione non permette di conservare tutte le informazioni riguardanti un organismo. Ciononostante, i fossili e i sedimenti all’interno dei quali sono stati rinvenuti forniscono dati preziosi, per esempio sulle cause che hanno portato alla morte dell’organismo, sugli eventi per i quali i suoi resti sono stati ricoperti da sedimenti, sull’età sia del fossile sia dello strato di roccia in cui si è conservato. Tutte queste informazioni servono ai paleontologi (gli scienziati che studiano le forme viventi più antiche) per capire le condizioni ambientali e il periodo in cui l’organismo fossile è vissuto.

I METODI DI DATAZIONE

Per determinare l’età delle rocce e dei fossili al fine di ricostruire la storia della Terra, i paleontologi utilizzano vari metodi, riconducibili a due tipologie: la datazione relativa e la datazione assoluta.

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La datazione relativa è un tipo di datazione usato per i fossili e per le rocce sedimentarie. Non dà indicazioni precise sulla loro età, ma permette di stabilire se il campione in esame è più o meno antico di un altro. Questo è possibile considerando la successione degli strati delle rocce sedimentarie, cioè la sequenza stratigrafica. Infatti, a meno che un evento geologico eccezionale non abbia modificato la disposizione originaria degli strati, in basso si trovano quelli più antichi e, risalendo, si incontrano progressivamente strati più recenti (17). Un campione trovato più in superficie, quindi, è più recente di uno trovato in strati più profondi.
Per la datazione relativa si utilizzano anche i cosiddetti fossili guida (18). Si tratta di fossili di organismi che hanno avuto una larga diffusione sulla Terra per un periodo relativamente breve, nell’ordine di pochi milioni di anni, e possono quindi essere associati a un’epoca precisa. Il fatto che, per esempio, lo stesso tipo di fossile guida venga ritrovato in due diversi affioramenti rocciosi, anche in luoghi distanti tra loro, è utile per stabilire che le due rocce hanno la stessa età.

La datazione assoluta permette di stabilire con una certa precisione l’età effettiva di un fossile o di una roccia. Esistono diversi metodi di datazione assoluta, per esempio la dendrocronologia, che si basa sull’osservazione del numero e dello spessore degli anelli di crescita prodotti ogni anno da una pianta, o l’analisi delle varve (19), cioè gli strati annuali di sedimenti che si depositano nelle zone glaciali.

Uno dei metodi più diffusi, usato per stabilire l’età di fossili e rocce magmatiche e metamorfiche, è quello radiometrico, basato sulla radioattività di alcuni elementi chimici e in particolare degli isotopi radioattivi, come il carbonio-14. Un isotopo è un atomo con un numero di neutroni diverso rispetto a un atomo “normale” dello stesso elemento. Un isotopo radioattivo ha la particolarità di emettere neutroni o protoni fino a trasformarsi in un altro elemento: il tempo necessario affinché la metà della sua massa si trasformi in un altro elemento è detto tempo di dimezzamento. Il tempo di dimezzamento di ogni isotopo radioattivo è fisso (20): misurando la quantità di isotopo radioattivo contenuta nel campione è possibile risalire alla sua età. Gli isotopi utilizzati variano a seconda che si debbano datare campioni ritenuti più antichi o più recenti.

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    SCIENZE +     La datazione con il carbonio-14

Il carbonio-14 (C_-14) è uno degli isotopi radioattivi del carbonio ed è utilizzato per la datazione di materiali organici. Il tempo di dimezzamento del C_-14, cioè quello che impiega a trasformarsi (a “decadere”, in termini tecnici) in un altro elemento (l’azoto), è di 5730 anni.
Finché è in vita, ogni organismo assorbe il carbonio dall’anidride carbonica presente nell’aria e lo trasferisce ai tessuti. In un organismo vivo, quindi, è presente una certa percentuale di C_-14. Quando l’organismo muore, smette di incamerare anidride carbonica: la percentuale di C_-14 presente nei tessuti diminuisce gradualmente con il passare del tempo, fino alla sua completa trasformazione in azoto. Misurando la quantità di C_-14 rimasto nei tessuti è dunque possibile risalire all’epoca in cui l’organismo è morto. Questo metodo viene utilizzato per datare campioni non più vecchi di 70 000 anni.