Datazione isotopica - Università degli Studi di Firenze

12 - Stratigrafia e cronologia geologica

Tempo geologico
La maggiore differenza fra i geologi e gran parte degli altri scienziati è il diverso
atteggiamento nei confronti del parametro “tempo”
Un lasso di tempo normalmente inteso come “lungo” può non essere importante per il
geologo, a meno che non sia superiore a un milione di anni
Due modi per datare
gli eventi geologici
Legno pietrificato
1) Datazione relativa (fossili,
strutture)
2) Datazione assoluta (isotopi,
dendrocronologia, ecc.)
12.2
Ammoniti

12.3
Intervalli di tempo richiesti da
alcuni eventi e processi geologici

Leggi di Stenone (1669)
Si applicano sia alle rocce sedimentarie che a quelle magmatiche
Più recenti
Principio di sovrapposizione stratigrafica
In una sequenza di rocce stratificate indisturbate,
quelle più antiche stanno alla base
Più antiche
12.4
Principio di orizzontalità
originale
Gli strati sono depositati
orizzontali, o quasi orizzontali, o
quasi paralleli alla superficie
terrestre

12.5
Uso dei fossili per le correlazioni stratigrafiche di
affioramenti (outcrops)) non continui

12.6
Formazione di una discontinuità (unconformity)
Superficie di erosione sepolta
Grand
Canyon
del
Colorado
(USA)

12.7
Formazione di una discontinuità angolare
(angular unconformity)
Successione temporale di eventi geologici
che hanno interessato una certa regione
I) Sedimentazione della serie A-I - II) Piegamento della
serie A-I - III) Intrusione magmatica – IV) Erosione
superficiale – V) Faglia

12.8
Sequenza A formatasi
durante un
abbassamento del
livello del mare
(regressione)
Sequenza B formatasi
durante un
innalzamento del
livello del mare
(trasgressione)

12.9
Ricostruzione di una
sequenza relativa
di eventi

12.10
Sezione stratigrafica delle
formazioni geologiche affioranti
nel Grand Canyon

12.11
La scala dei tempi
geologici
Divisione cronologica (“colonna
stratigrafica”) valida per tutto il
pianeta e basata sulle variazioni
del contenuto in organismi fossili
conservati
E’ stata costruita combinando
relazioni stratigrafiche, eventi
tettonici, intrusioni magmatiche ed
età (isotopiche) assolute

12.12
Geocronologia assoluta
Aggiunge valori assoluti (numeri) alla colonna stratigrafica basata sui
fossili
Si basa sul regolare decadimento radioattivo di alcuni elementi chimici
Isotopi
Differenti forme dello stesso elemento che contengono lo stesso numero di
protoni, ma un variabile numero di neutroni
Es.: 235
235 U, 238
238 U - 87 Sr,
Sr, 86 Sr - 14
86 Sr
14 C, 12 C
Mezza-vita
La mezza vita di un isotopo radioattivo è definita come
il tempo richiesto per il quale la sua presenza si riduce
della metà

12.13
Datazione isotopica
Glielementiradioattivi(primario “genitori”) decadono in elementi
nonradioattivi e stabili (secondari o “figlie”)
L’indice di decadimento è costante e riconoscibile
Proporzione di atomi
“genitori” residui in
funzione del tempo
Quindi, se
conosciamo l’indice di
decadimento e la
quantità presente di
genitore e figlia,
possiamo calcolare per
quanto tempo questo
processo è stato attivo

Principali elementi radioattivi utilizzati per le datazioni isotopiche
Genitore
Isotopi
Figlia
Mezza-vita
del genitore
(anni)
Intervallo
effetivo di
datazione (anni)
Minerali e altri materiali
che possono essere datati
Uranio 238 Piombo 206 4,5 mld 10 mil - 4,6 mld
Zircone
Uraninite
Potassio 40 Argon 40 1,3 mld 50,000 – 4,6 mld
Muscovite
Biotite
Orneblenda
Rocce vulcaniche
Rubidio 87 Stronzio 87 4,7 mld 10 mil – 4,6 mld
Muscovite
Biotite
Feldspato potassico
Rocce metamorfiche o magmatiche
Legno, carbone, torba
Carbonio 14 Azoto 14 5730 100 –70.000
Ossa e tessuti
Conchiglie e carbonato di calcio
Acque profonde, oceaniche – ghiaccio con
anidride carbonica disciolta
12.14

12.15
Uniformitarismo
Il presente è la chiave per ricostruire il passato (James Hutton)
Le leggi naturali non cambiamo col tempo,
ma l’intensità e il ritmo dei processi possono cambiare

12.16
Paleontologia
E’ lo studio della
vita nel passato,
basato su piante e
animali fossili. I
fossili sono la
migliore evidenza
della vita nel passato
I fossili conservati
nelle rocce
sedimentarie sono
usati per
determinare:
1) Età relativa
2) Ambienti di
deposizione

12.17
Molti metodi sono stati usati per determinare l’etl
età della Terra
1) Bibbia: nel 1664, l’Arcivescovo Usher di Dublino usò la cronologia del
Libro della Genesi per calcolare che il mondo avrebbe avuto inizio a
partire dal 26 Ottobre dell’anno 4004 a.C.
2) Salinità degli Oceani: (ca. 1899): supponendo che all’inizio gli Oceani
fossero costituiti da acqua dolce, il ritmo col quale i fiumi trasportano
sali agli oceani avrebbe fatto raggiungere la salinità attuale in circa 100
milioni di anni
3) Spessore dei sedimenti: Supponendo un ritmo di deposizione nel passato
simile all’attuale, la sequenza sedimentaria più potente (es. Grand Canyon)
sarebbe stata depositata in circa 100 milioni di anni
4) Calcolo di Kelvin (1870): Lord Kelvin calcolò che l’attuale gradiente
geotermico di circa 30°C/km sarebbe il risultato del progressivo
raffreddamento in 30 – 100 milioni di anni di un pianeta Terra,
originariamente allo stato di fuso

12.18
Punti deboli delle precedenti teorie
‣ La Bibbia non è un testo scientifico né storico
‣ I sali sono precipitati entro le formazioni sedimentarie
‣ L’erosione e la non-sedimentazione sono le fasi principali del ciclo
sedimentario
‣ La radioattività fornisce ulteriori fonti di calore
Il calore interno della Terra
La scoperta della radioattività alla fine del 1800 - da parte di
Bequerel, Curie e Rutherford - non solo spiegò la sorgente di calore
per superare i calcoli di Kelvin, ma costituì la base per tutte le stime
quantitative dell’età delle rocce

12.19
Età della Terra
Sebbene le rocce più antiche trovate sulla Terra abbiano
un’età di 3.96 (o anche 4.4) miliardi di anni (Ga), crediamo
che l’età della Terra sia approssimativamente di di 4.6. Tutte
le rocce fra 4.6 e 4.0 Ga sono state distrutte (ciclo di
erosione) o sono attualmente coperte da rocce più recenti.
Questa affermazione si basa sull’età delle rocce trovate
sulla Luna (4.4 Ga) e delle meteoriti (4.6 Ga) che sono ritenute
essere sufficientemente rappresentative delle prime fasi
dello sviluppo del sistema solare, e anche di un più complicato
modello geochimico. Questi dati suggeriscono che l’attuale
composizione chimica della crosta terrestre deve essersi
evoluta per più di 4.5 Ga.

La cronologia geologica e l’età assoluta
La datazione isotopica di rocce vulcaniche intercalate in serie
stratigrafiche permette l’attribuzione di un’età assoluta a
particolari facies sedimentarie fossilifere, favorendo l’esatta
collocazione cronologica delle tappe dell’evoluzione biologica
Il grande assunto
Le mezze-vite degli isotopi radioattivi sono le stesse di miliardi di anni fa
Verifica
Le meteoriti e le rocce lunari (che sono ritenute aver avuto una storia molto
semplice dalla loro formazione), sono state datate da più di 10 sistemi
isotopici indipendenti, ciascuno dei quali ha fornito la stessa risposta.
Tuttavia, gli scienziati continuano a valutare criticamente questi dati
12.20