1.

Introduzione

Scala dei tempi geologici Tavola che evidenzia una suddivisione temporale della storia della Terra, dall'origine ai giorni nostri. Elemento essenziale per la ricostruzione dell’evoluzione del pianeta sono le rocce: attraverso lo studio delle loro struttura e composizione e degli organismi fossilizzati che molto spesso esse contengono, si possono definire i tempi di tale evoluzione e mettere in correlazione trasformazioni geologiche avvenute in luoghi lontani.

2.

Tempi relativi e tempi assoluti

I primi passi nella determinazione scientifica dell'età delle rocce riguardarono le età relative, e non assolute.

1.

Rocce sedimentarie e stratigrafia

Nel 1669 il danese Niels Stensen, osservando che le rocce sedimentarie avevano disposizione perlopiù orizzontale, propose il principio di sovrapposizione, il quale stabilisce che gli strati superiori di una successione indisturbata sono più giovani di quelli che giacciono in profondità. Questo principio costituisce la base del ramo della geologia che ha il nome di stratigrafia e per oggetto lo studio delle rocce come strati visti nei loro rapporti cronologici. Oltre alla sovrapposizione, le relazioni stratigrafiche sono state determinate attraverso l'uso di altri semplici principi. Nelle rocce sedimentarie, ad esempio, uno strato che contiene ciottoli prodotti dall'erosione di una roccia attigua è evidentemente più giovane relativamente a questa; tra le rocce ignee, invece, è l'intrusione che si infiltra nelle rocce circostanti ad essere la formazione più recente. Nel corso del XIX secolo gli studi stratigrafici hanno acquistato ulteriore importanza in seguito all'osservazione del fatto che le rocce sedimentarie tendevano a contenere diversi insiemi di fossili, i quali, nel tempo, presentavano evoluzione di forme.

2.

I fossili

Le rocce affioranti che si possono studiare in una data località rappresentano una frazione esigua della storia terrestre. Per ricostruire un quadro completo, bisogna considerare le successioni parziali affioranti in molte regioni e compiere un lungo lavoro di correlazione, in cui l'analisi dei fossili rappresenta uno strumento insostituibile. Dato che flora e fauna sono caratterizzate da ampie diffusioni, è stato possibile correlare rocce di età simile, contenenti fossili biologici uguali, in regioni anche lontanissime geograficamente, e costruire una tavola cronologica degli eventi di portata globale, che si estende da tempi molto remoti fino all'epoca attuale.

Una delle grandi acquisizioni scientifiche del XIX secolo è stata la messa a punto di un'elaborata tavola della storia terrestre, per quanto priva di riferimenti temporali assoluti. Le maggiori divisioni di tempo di questa tavola si basano sul contenuto di fossili degli strati; pertanto, la divisione primaria distingueva la parte della storia terrestre in cui i fossili risultano rari o del tutto assenti, detta Precambriano (o Criptozoico, che significa 'vita nascosta'), e quella in cui l'evoluzione delle forme biologiche risulta ben documentata. In questa seconda parte vennero distinti i periodi caratterizzati da forme di vita arcaiche, e raggruppati nel Paleozoico ('vita antica'), da quelli segnati dalla comparsa di nuove forme, appartenenti alle ere successive, Mesozoico ('vita media') e Cenozoico ('vita recente'), che comprende i periodi Terziario e Quaternario, a loro volta suddivisi ulteriormente in epoche ed età.

3.

Corrispondenza fra tempi e strati rocciosi

A tali suddivisioni di tipo cronologico si fanno corrispondere suddivisioni di tipo stratigrafico: il sistema (che equivale al periodo), la serie (che equivale all'epoca) e lo stadio (che equivale all'età).

I nomi assegnati ai sistemi e ai periodi furono scelti in modo alquanto casuale. Molti erano ispirati a riferimenti geografici: ad esempio, il Cambriano fu detto così perché le rocce affioranti nel Galles (Cambria per i romani) furono fondamentali per la definizione di tale sistema e il Giurassico trasse nome dalle montagne del Giura. Altri nomi furono assegnati in base alla presenza nel sistema di rocce particolari: il Cretaceo venne così denominato dal latino creta, che indica particolari formazioni calcaree, e il Carbonifero dall'abbondanza di carbone nelle formazioni di quel sistema. Nell'ambito dei sistemi, sono state stabilite divisioni minori sulla base dei tipi di roccia e del loro contenuto fossilifero.

4.

Tentativi di definizione dell’età assoluta

Di pari passo con il perfezionamento della datazione relativa, venivano fatti poco convincenti tentativi di determinazione di età assolute. Molto lontano dal vero andò l'eminente fisico William Kelvin, che calcolò sul finire del XIX secolo (basandosi sui plausibili tassi di raffreddamento della Terra) l'età del nostro pianeta in 20-40 milioni di anni. I suoi calcoli furono del tutto falsati per non aver potuto considerare una fonte aggiuntiva di calore, la radioattività. In seguito si scoprì che gli elementi radioattivi contenuti nei minerali decadono con un tempo di dimezzamento costante: questo risultato ha fornito uno strumento essenziale per l’assegnazione di valori assoluti delle età delle rocce.

5.

Il metodo di datazione radiometrica

Le prime determinazioni, all'inizio del XX secolo, si limitavano a rocce contenenti minerali di uranio, ma poi il metodo è stato sviluppato così da includere molti isotopi di altri elementi. Gli isotopi radioattivi a vita più lunga, come quelli dell'uranio e del potassio, che hanno tempi di dimezzamento dell'ordine di 4 miliardi di anni, sono particolarmente adatti per le datazioni geologiche. Viceversa, l'isotopo radioattivo del carbonio (carbonio 14), che ha tempo di dimezzamento di 5715 anni, è più adatto per la datazione di materiali archeologici risalenti a poche migliaia di anni fa.

La datazione radiometrica mette in risalto l'enorme lunghezza del Precambriano (oltre 4000 milioni di anni), in confronto a quella del Fanerozoico (570 milioni di anni), ossia del periodo che va dall'inizio del Cambriano fino al presente. Le suddivisioni stabilite in base ai fossili hanno portato alla definizione di periodi, che hanno durata variabile intorno ai 50 milioni di anni, e di intervalli temporali ancora più brevi, i cosiddetti piani, della durata di qualche milione di anni.

6.

Sviluppi recenti

A partire dagli anni Sessanta si è sviluppato un nuovo tipo di stratigrafia, basato sulla scoperta delle successive inversioni periodiche effettuate dal campo magnetico terrestre nel corso dell’evoluzione del pianeta. Per la determinazione di un tempo assoluto, è stato essenziale stabilire una correlazione fra tali variazioni del campo magnetico e i metodi di datazione radiometrica: oggi la magnetostratigrafia, come è stato battezzato tale settore di studio, permette di determinare l'età di una roccia attraverso lo studio delle sue proprietà magnetiche.