Ere geologiche

ere geologiche

La storia della Terra a puntate

Le rocce possono essere considerate come un immane archivio pietrificato che ci mette nella condizione di viaggiare attraverso il tempo geologico, cioè verso i periodi più remoti del nostro pianeta. Percorrendo a ritroso sconfinati intervalli di tempo ‒ eoni, ere, periodi ‒ prendiamo visione, come in una fantasmagorica macchina del tempo, delle tappe che hanno determinato la storia della Terra. In un viaggio così impegnativo abbiamo bisogno delle informazioni fornite dalle discipline scientifiche che studiano la cronologia della Terra. Sarà così possibile spingersi fino al momento della nascita del nostro pianeta

Grandi intervalli di tempo

Quando facciamo riferimento ai tempi lunghissimi che hanno portato il nostro pianeta alla condizione attuale, di solito utilizziamo in modo generico l'espressione era geologica. L'uso di questo termine è improprio, ma non casuale. In effetti, prima che fossero individuate rocce più antiche di quelle paleozoiche, la scala dei tempi geologici era suddivisa in ere, a loro volta suddivise in periodi. Era geologica evocava epoche remotissime e un intervallo di tempo quasi infinito. Successivamente, si scoprì che in realtà tempi ben più lunghi avevano preceduto la pur sconfinata Era Paleozoica; la scala dei tempi geologici fu ridefinita e le ere divennero suddivisioni di intervalli di tempo ancora più grandi, gli eoni, ma non persero nel linguaggio comune il significato già acquisito.

La struttura della scala dei tempi geologici (o scala cronostratigrafica) segue il principio di ordinare cronologicamente gli eventi cercando di raggiungere i minimi dettagli, e rappresenta pertanto un 'riassunto' della storia della Terra. Gli eoni, le ere, i periodi e le suddivisioni inferiori indicano intervalli di tempo che presentano caratteristiche omogenee e che sono distinguibili tra loro per radicali cambiamenti (spesso estinzioni di massa o diffusioni di specie viventi). È possibile riconoscere queste particolarità negli strati di rocce della stessa età (tracce fossili delle forme di vita, condizioni dell'idrosfera e dell'atmosfera). In questo modo, attraverso lo studio della cronologia della Terra, della stratigrafia delle rocce, del loro contenuto fossilifero (fossile), delle loro caratteristiche geochimiche, si risale all'evoluzione della Terra solida, dell'atmosfera, dell'idrosfera, della biosfera e delle loro interazioni.

Il Precambriano

La durata. Il Precambriano è l'immenso intervallo di tempo che precede l'Era Paleozoica. Inizia con la formazione del pianeta Terra oltre 4 miliardi di anni fa e raggiunge lo stadio nel quale si diffonde la vita sulla terra emersa, in forme varie e differenziate. È costituito da tre lunghissimi eoni: l'Adeano (da 4,6 a 4 miliardi di anni fa), l'Archeozoico (da 4 a 2,5 miliardi di anni fa) e il Proterozoico (da 2,5 miliardi a 570 milioni di anni fa). Soltanto negli anni più recenti, con l'applicazione di avanzate tecnologie di analisi delle rocce (microscopia elettronica, spettrometria di massa), è stato possibile raccogliere dati su queste epoche ancestrali. Bisogna infatti considerare che le rocce precambriane molto spesso hanno perso le caratteristiche originali, subendo trasformazioni, anche ripetute, durante eventi geologici di immane portata (nascita delle montagne od orogenesi, erosione).

L'Adeano. Il più antico eone è caratterizzato dalla formazione di una prima crosta terrestre solida, di una primitiva atmosfera e di una diffusa idrosfera. Per un periodo di circa 200 milioni di anni la materia di piccoli oggetti planetari si aggregò; poi, 4,4 miliardi di anni fa, la Terra acquisì le dimensioni definitive. In questa fase cominciò a formarsi una sottile crosta (di cui si è persa completamente traccia), probabilmente simile a quella che si trova ancora oggi negli altopiani della superficie lunare. Per rilascio di gas da un mantello prevalentemente fuso, si formò anche un'atmosfera molto diversa da quella attuale, costituita principalmente da anidride carbonica, vapore, azoto ed elio. Il progressivo raffreddamento superficiale favorì poi la condensazione del vapore fino a realizzare il mare primitivo. Convenzionalmente, si fa corrispondere la fine dell'Adeano con l'età delle più antiche rocce ritrovate sulla superficie terrestre.

L'Archeozoico. Circa 4 miliardi di anni fa si entra nell'Eone Archeozoico. La roccia più antica finora scoperta si trova in una regione interna dell'America Settentrionale, nel Canada nordoccidentale. Si tratta di una roccia metamorfica, uno gneiss, risalente a 3.962 milioni di anni fa. Altre rocce antichissime, sempre metamorfiche, si trovano in Groenlandia presso la località di Godthaab, dove sono state identificate rocce originariamente vulcaniche e sedimentarie datate 3.824 milioni di anni fa, e in Australia occidentale, dove sembra che alcuni minerali tipici presenti nella crosta continentale risalgano addirittura a 4.200 milioni di anni fa. Si può pertanto affermare che circa 4 miliardi di anni fa era già in atto la formazione di una crosta continentale differenziata dalla crosta basaltica (la parte più interna). Successivamente, le testimonianze di questa fondamentale dinamica si fanno più frequenti: sempre in Australia occidentale, per esempio, rocce appartenenti a un lungo periodo (da 3,6 a 2,5 miliardi di anni fa) suggeriscono come in quel tempo piccoli blocchi di crosta continentale fossero in movimento rispetto a una crosta di tipo oceanico.

Tuttavia, il fenomeno che caratterizza l'Archeozoico sono le prime forme di vita. I più antichi fossili scovati sulla superficie terrestre sono tracce di microrganismi marini risalenti a 3,5 miliardi di anni fa. L'importanza di questi ritrovamenti, provenienti dal Sudafrica e dall'Australia occidentale, è duplice. In primo luogo dimostrano che si era formata già allora la materia organica; una suggestiva simulazione di come ciò sia potuto accadere, a partire dai gas prevalenti dell'atmosfera primordiale, fu realizzata in laboratorio nel 1953 dai chimici statunitensi Stanley Miller e Harold C. Urey, che sintetizzarono alcuni aminoacidi. In secondo luogo i ritrovamenti permettono di comprendere le cause di quella che si può anche definire 'la rivoluzione dell'ossigeno', cioè il progressivo e consistente arricchimento in questo gas dell'atmosfera terrestre.

Il Proterozoico. L'inizio dell'ultimo eone del Precambriano si colloca circa 2,5 miliardi di anni fa. Durante questo periodo si formò gran parte delle rocce che costituiscono i nuclei centrali delle masse continentali (cratoni) e si originarono catene montuose secondo lo schema della tettonica delle placche. Intanto, continuò diffusamente lo sviluppo della biosfera. Durante questo eone si erano formati i primi microrganismi unicellulari Procarioti (senza nucleo) e, a partire da 1,4 miliardi di anni fa, i primi Eucarioti (con nucleo). L'attività cellulare produceva ossigeno, che arricchiva l'atmosfera; si svilupparono così organismi capaci di utilizzare l'energia resa disponibile dalla reattività dell'ossigeno.

fig.

A circa 600 milioni di anni fa risalgono le più antiche forme di organismi pluricellulari (Metazoi), i cui fossili sono stati trovati nelle rocce della località australiana di Ediacara. Si tratta di varie specie di organismi dal corpo molle (v. fig.) che vivevano in fondali sabbiosi di mari poco profondi e che si estinsero poco prima dell'inizio dell'Eone Fanerozoico. Alla fine del Precambriano, l'ambiente terrestre è totalmente cambiato rispetto alle condizioni inospitali alla vita del globo primordiale: sono presenti estese superfici emerse e una biosfera differenziata; l'ossigeno nell'atmosfera è pressappoco nella concentrazione attuale e permette la formazione di uno strato di ozono che proteggerà le future forme biologiche dai raggi ultravioletti solari.

Il Fanerozoico e le ere propriamente dette

Con l'Eone Fanerozoico si entra nell'epoca della 'vita evidente' (dal greco phaneròs "evidente", e zòon, "animale"). In effetti, dall'Era Paleozoica in poi le rocce sono ricchissime di testimonianze fossili, e l'inizio del Paleozoico stesso (570 milioni di anni fa) si fa coincidere con quella che viene definita esplosione cambriana (il Cambriano è il primo periodo di questa era), ossia una estesissima diffusione delle specie viventi. Questa abbondanza di dati paleontologici ha consentito di ricostruire con un certo dettaglio sia i cambiamenti nella distribuzione delle terre emerse e dei mari (paleogeografia) sia l'evoluzione delle specie viventi.

La Terra solida e gli oceani dal Paleozoico al Neozoico

Nel precedente eone si era formato il primo supercontinente a noi noto (Rodinia). Nel Paleozoico inferiore buona parte della sua massa costituiva un blocco di notevoli dimensioni nella regione del Polo Sud. Altre masse continentali più settentrionali si riavvicinarono tra loro per dare origine, con una collisione avvenuta nel Periodo Siluriano (iniziato circa 438 milioni di anni fa), alla catena montuosa caledonica, di cui rimangono notevoli evidenze nell'America Settentrionale (Monti Appalachi), in Groenlandia, Scozia e Norvegia. Durante il Paleozoico superiore (nel Periodo Permiano) si completò un unico gigantesco blocco di terre emerse (Pangea) circondato da un immenso oceano (Pantalassa). Le collisioni di blocchi continentali causarono l'orogenesi, detta ercinica, responsabile della formazione di estese catene montuose (in Europa, i Vosgi, la Foresta Nera e la Selva Boema).

Nel corso dell'Era Mesozoica (cominciata circa 245 milioni di anni fa) si frammentò il supercontinente Pangea e si andarono delineando le forme dei continenti attuali; si aprirono prima l'Oceano Atlantico settentrionale e l'Oceano Indiano, poi l'Oceano Atlantico meridionale. Lungo i margini occidentali dei continenti dell'America Settentrionale e dell'America Meridionale cominciarono a deformarsi le grandi cordigliere.

Intanto, nell'Oceano della Tetide ‒ una fascia di mare equatoriale estesa in direzione est-ovest a separare il continente euroasiatico da quello africano ‒ si depositavano ingenti quantità di sedimenti. Circa 100 milioni di anni fa, durante il Periodo Cretaceo, il blocco africano cominciò a muoversi verso quello euroasiatico. Nell'era successiva, il Cenozoico, questo movimento, insieme a quello dell'India verso il bordo orientale della stessa Eurasia, originerà il sollevamento della catena montuosa alpino-himalayana. Durante l'Era Cenozoica si completò il sollevamento delle Montagne Rocciose nell'America Settentrionale e della Cordigliera occidentale delle Ande nell'America Meridionale, e si definirono i limiti dei bacini oceanici come li conosciamo oggi.

La biosfera dal Paleozoico al Neozoico

Rispetto al Precambriano, l'evoluzione delle forme viventi durante le cinque ere del Fanerozoico si fa ricca e articolata. Le specie animali e vegetali occupano tutte le nicchie ecologiche e condizionano fortemente l'ambiente superficiale terrestre, subendone anche le variazioni climatiche. Si verificano grandi crisi biologiche accompagnate da estinzioni di massa estese su tutto il Pianeta. Il Paleozoico si conclude circa 245 milioni di anni fa con l'estinzione dell'85% delle forme viventi. Questa era aveva visto la diffusione dei primi organismi con parti scheletriche mineralizzate (spugne, coralli, brachiopodi), di caratteristici Invertebrati marini, i trilobiti, dei primi vertebrati nella forma di pesci ancestrali con una corazza esterna (Ostracodermi), delle piante ad alto fusto (Gimnosperme, in particolare conifere) che caratterizzarono con immense foreste il periodo Carbonifero, alimentando quelli che sarebbero divenuti i depositi di carbone.

Anche l'era successiva, il Mesozoico, si concluse 65 milioni di anni fa con una grande estinzione di massa, forse la più celebre, quella che decretò la scomparsa dei grandi Rettili che dominarono l'epoca: i dinosauri. Durante il Mesozoico si verificarono altri eventi importanti: nel regno vegetale comparvero le piante con semi contenuti in un frutto (Angiosperme); nei mari si diffusero le ammoniti; apparvero i primi Uccelli (Archaeopteryx) e si ebbe la timida comparsa dei Mammiferi.

Nell'era seguente, il Cenozoico, i Mammiferi si diffondono rapidamente, differenziandosi in molte famiglie; si distribuirono su tutto il Pianeta, occupando gli spazi lasciati liberi dai grandi Rettili. Verso la fine di questa era, con fauna e flora ormai simili alle attuali, fecero la loro comparsa i Primati, l'ordine a cui appartiene la famiglia degli Ominidi.

Il limite tra le ere Cenozoica e Neozoica è segnato dalla comparsa dell'Uomo e viene infatti collocato a 1,8 milioni di anni fa, in corrispondenza con i più antichi resti noti di Ominidi (Homo abilis della gola di Olduvai in Tanzania). All'inizio dell'Era Neozoica si verificò un altro rilevante evento, questa volta di tipo climatico: la prima delle cinque glaciazioni che caratterizzeranno l'era in cui ancora viviamo.

Confrontare nel tempo e misurare il tempo

Ci sono due metodi per fare considerazioni sull'età degli eventi registrati nelle rocce. Il primo consiste nel confrontare l'ordine cronologico degli strati di due o più livelli rocciosi. La disciplina che affronta questo argomento, la stratigrafia, è il nucleo originario delle moderne scienze della Terra e ha le sue origini nel 17° secolo. Il secondo metodo, che consente di misurare in modo assoluto l'età di una roccia, è molto più recente (20° secolo): le rocce spesso contengono elementi instabili (isotopi radioattivi) che in modo spontaneo, in un intervallo di tempo costante e caratteristico per ognuno, si trasformano in elementi stabili. Con tecniche particolari si possono 'contare' quanti elementi instabili sono rimasti da quando la roccia si è formata, potendo conseguentemente determinare l'età di quest'ultima.

L'acqua dalle comete

Secondo una recente teoria l'acqua superficiale terrestre sarebbe stata apportata da comete e meteoriti, che durante l'eone Adeano bombardavano copiosamente la Terra. L'analisi del contenuto d'acqua di alcune meteoriti, e ancora di più delle comete, farebbe ipotizzare che sia stata proprio questa la fonte prevalente.

Nel corso di circa 2 miliardi di anni, alcuni microscopici organismi che rappresentano le prime forme di vita sulla Terra stravolsero il Pianeta. Erano batteri simili alle attuali alghe azzurre capaci di attività fotosintetica, quindi di produrre ossigeno; vivevano, edificando biostrutture chiamate stromatoliti, in acque probabilmente basse e salate. In un intervallo di tempo che va da 3,5 a 1,5 miliardi di anni fa, produssero una quantità di ossigeno tale da cambiare radicalmente la composizione dell'atmosfera terrestre, rendendola unica tra i pianeti del sistema solare.