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I fossili sono resti, oppure delle tracce, di organismi vissuti in passato che sono stati conservati nel tempo. Possono essere di animali, piante o microorganismi, e possono essere trovati in tutto il mondo in forma di conchiglie, ossa, resti di insetti o tracce di attività come impronte ed escrementi.
La scienza che studia i fossili è la paleontologia.
Come si formano i fossili?
La condizione necessaria al processo di fossilizzazione è il rapido isolamento dei resti – o delle tracce – degli organismi ad opera della sedimentazione.
Se i resti vengono rapidamente sepolti sotto uno spesso strato di sedimenti, i processi di decomposizione possono essere rallentati o fermati del tutto.
La fossilizzazione è agevolata negli ambienti acquatici, sia marini che lacustri, caratterizzati da acque tranquille e da una intensa sedimentazione.
Tuttavia, nei fondali marini profondi i gusci e gli scheletri fatti di carbonato di calcio, dei foraminiferi ( che sono degli organismi planctonici) si dissolvono completamente sotto i 4500 metri di profondità.
La fossilizzazione
Con fossilizzazione si indica quel processo che porta alla produzione di un fossile ed è un fenomeno che avviene raramente e in condizioni particolari.
Un esempio della successione di eventi che possono portare alla fossilizzazione di un organismo. Un’ammonite (1), cefalopode che «nuotava» nei mari del Mesozoico, muore e il suo cadavere si deposita sul fondo (2). Le parti molli si decompongono in breve tempo, mentre il guscio viene lentamente ricoperto dal sedimento (3). Col procedere della sedimentazione lo scheletro viene completamente sepolto (4). Col tempo, la litogenesi trasforma i sedimenti in rocce e l’orogenesi le porta in condizioni di emersione (5). L’erosione mette il fossile a giorno (6).
I processi di fossilizzazione
La fossilizzazione è il processo che porta alla produzione di un fossile ed è un fenomeno che avviene raramente ed in condizioni particolari.
La condizione necessaria affinché si verifichino i processi di fossilizzazione è il rapido isolamento dei resti o delle tracce degli organismi.
La materia organica e le parti mineralizzate (le ossa!) degli organismi viventi vengono interessate da processi di fossilizzazione molto diversi tra di loro. Vediamo insieme quali sono.
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Fossilizzazione della materia organica
Con fossilizzazione della materia organica si intende la fossilizzazione di organi e tessuti.
La fossilizzazione della materia organica è molto rara ma quando avviene ci permette di ricostruire molto dettagliatamente le parti anatomiche di un organismo.
L’esempio più vicino a noi, dal punto di vista geografico, è il dinosauro Ciro (un esemplare di Scipionyx samniticus), un teropode del Cretaceo inferiore ritrovato in Italia e in cui è possibile osservare gran parte dei tessuti molli e degli organi, come fegato, occhi, trachea, fasci muscolari e addirittura parti di pelle.
Mummificazione
La mummificazione è un processo di fossilizzazione, reso celebre dagli antichi Egizi, che porta alla conservazione quasi completa dei tessuti molli di un organismo (come gli organi interni e i muscoli).
Generalmente quando si sente parlare di mummificazione vengono subito in mente le mummie dei faraoni. Ma esistono anche mummie di dinosauro!
Un esempio è rappresentato da un esemplare di Edmontosaurus annectens, un adrosauride estinto di cui si sono conservate addirittura tracce di pelle.
La mummificazione è favorita da substrati porosi ( come la sabbia e la ghiaia) e dagli ambienti aridi, sia caldi che freddi, perché portano alla disidratazione dei tessuti e alla poca proliferazione di batteri.
Carbonificazione
La carbonificazione è un processo di fossilizzazione della materia organica che avviene grazie a batteri anaerobi, cioè batteri in grado di crescere in assenza di ossigeno.
Questi batteri eliminano idrogeno e ossigeno dai resti dell’organismo e li arricchiscono di carbonio. Affinché avvenga la carbonificazione non ci deve essere ossigeno introdotto dall’esterno.
Questo è il processo che ha formato il carbone fossile e gli idrocarburi fossili, come il petrolio.
I carboni fossili rappresentano il prodotto della carbonificazione di grandi alberi che, dopo la morte, sono stati rapidamente seppelliti sotto spessi strati di sedimenti.
Gli idrocarburi fossili rappresentano invece il risultato della carbonificazione di grassi organici.
Una volta carbonificato, i resti organici subiscono una riduzione di volume e ad uno schiacciamento ad opera dei sedimenti che li sovrastano.
La carbonificazione inoltre fornisce, tra l’altro, il nome al famoso periodo geologico del Carbonifero ( 359-299 milioni di anni fa circa), in cui si formarono gran parte dei giacimenti di carbone fossile.
Perminalizzazione
La permineralizzazione è un processo di fossilizzazione dove le acque interstiziali impregnano i tessuti organici e vi depositano dentro di essi dei sali, in forma cristallina o amorfa.
Un esempio di questo tipo di fossilizzazione è la cosiddetta concrezione nodulare, una sorta di blocco di roccia al cui interno è conservato un intero organismo fossile.
Alla permineralizzazione partecipano diversi tipi di sostanze minerali, come:
- carbonati;
- silicati;
- pirite;
- ghiaccio.
La carbonatizzazione, una forma di perminalizzazione che si ha grazie ai carbonati, forma le concrezioni calcaree fossilifere, in cui le argille marnose composte da calcite ( o anche da siderite) racchiudono i fossili al loro interno.
La permineralizzazione con silicati (silicizzazione) e permette di ammirare una conservazione straordinaria dei legni.
La piritizzazione è un’altra forma di perminalizzazione. Produce parziali permineralizzazioni di tessuti organici e può riempire gli spazi tra le cellule con microcristalli ottaedrici o cubici di pirite (chiamati framboidi).
La permineralizzazione con ghiaccio (crioconservazione) porta a alla conservazione di organismi recenti, come le specie risalenti all’ultima glaciazione (ad esempio il mammut lanoso, Mammutus primigenius).
La crioconservazione è un tipo di fossilizzazione atipica in quanto le componenti organiche si preservano dalla decomposizione. Il processo è molto simile alla mummificazione, la quale però non prevede la permineralizzazione dei tessuti.
La fossilizzazione in ambra
La fossilizzazione in ambra è un processo straordinario che produce alcuni dei fossili più spettacolari. Questo metodo di conservazione coinvolge la cattura e l’immobilizzazione di organismi o parti di essi all’interno di resine vegetali, preservandoli completamente. In superficie, i resti appaiono intatti e i dettagli anatomici sono visibili persino ad occhio nudo. La fossilizzazione in ambra permette lo studio di elementi o organismi che raramente si fossilizzano, come penne, piume e peli.
Tuttavia, a differenza di quanto si vede nel film Jurassic Park, dai resti in ambra non è possibile estrarre sangue o altri campioni organici, poiché l’organismo è stato trasformato in roccia. Quello che rimane è semplicemente un riflesso di ciò che l’organismo era in origine.
Il processo è abbastanza semplice: gli organismi o parti di essi rimangono intrappolati e inclusi nelle resine vegetali. Successivamente, la solidificazione di queste resine conduce alla trasformazione diagenetica delle componenti organiche intrappolate.
La fossilizzazione delle parti mineralizzate
La fossilizzazione delle parti mineralizzate coinvolge tutte le componenti resistenti di un organismo, come i gusci e le ossa, ossia quelle strutture che non vengono danneggiate dai processi biostratinomici e che vengono quindi sepolte sotto uno strato di sedimenti. In questo tipo di fossilizzazione, le acque interstiziali e le acque presenti nel sedimento svolgono un ruolo cruciale, poiché scambiano costantemente le sostanze disciolte al loro interno.
Dissoluzione diagenetica
La dissoluzione diagenetica è un processo di fossilizzazione che può interessare i resti di un organismo prima, durante o dopo la sua trasformazione geologica, nota come diagenesi. Questo processo comporta la solubilizzazione di alcune sostanze e la conservazione di altre.
In un ambiente acido, con un pH inferiore a 7, le parti dure mineralizzate più solubili sono quelle costituite da calcite ad alto tenore di magnesio, aragonite o calcite a basso contenuto di magnesio. In un ambiente alcalino, con un pH superiore a 9, le parti dure mineralizzate a base di silice sono più solubili.
Un esempio classico di dissoluzione delle parti mineralizzate riguarda i gusci carbonatici degli organismi marini attuali. A una certa profondità nelle acque oceaniche, conosciuta come profondità di compensazione dei carbonati (o carbonate compensation depth), il carbonato di calcio tende a rimanere disciolto in acqua a causa delle condizioni di temperatura e pressione, e non può essere utilizzato per formare parti dure.
Questo stesso principio si applica alla dissoluzione diagenetica, ma in questo caso, il pH dell’ambiente di seppellimento gioca un ruolo chiave. Inoltre, la natura della superficie della parte mineralizzata influenza il processo; per esempio, i gusci porosi e ornamentati di invertebrati sono generalmente più solubili rispetto ai gusci compatti e lisci.
Mineralizzazione
Il principale processo di fossilizzazione delle parti “dure” di un organismo è la mineralizzazione. Il processo può essere di vari tipi:
- impregnazione;
- sostituzione, che a sua volta può essere distinta in:
- calcitizzazione;
- dolomitizzazione;
- silicizzazione;
- piritizzazione.
L’impregnazione è un processo in cui la sostanza organica presente nelle parti dure e mineralizzate si ossida. Questa ossidazione porta alla formazione di piccole cavità all’interno del materiale fossile, che in seguito consentiranno la precipitazione dei sali contenuti nelle soluzioni circolanti dei sedimenti. I minerali più comuni coinvolti in questo processo sono la calcite, la barite e la silice. Un esempio di struttura mineralizzata che può subire l’impregnazione è l’osso dei vertebrati: con il passare del tempo, l’osso perde anidride carbonica, composti contenenti solfuri e ammoniaca, diventando meno consistente; tuttavia, l’aspetto esteriore rimane invariato.
La sostituzione è un processo distintivo in quanto implica la sostituzione di un minerale con un altro, ed è un fenomeno che avviene spesso nelle rocce sedimentarie. In questo processo, i resti mineralizzati sviluppano pori a seguito della dissoluzione delle loro componenti originali, consentendo la successiva precipitazione del nuovo minerale. A seconda del minerale che sostituisce le componenti originali dell’organismo, il processo di sostituzione può assumere vari nomi.
La calcitizzazione avviene quando la calcite riempie gli spazi vuoti all’interno del resto (come ad esempio nelle conchiglie dei molluschi).
La dolomitizzazione si ha quando il carbonato di calcio di un resto si trasforma in dolomia, prima con un processo di dissoluzione e successiva precipitazione.
La silicizzazione avviene in ambienti acidi, dova la silice, che deriva dalla dissoluzione di conchiglie o di spicole di spugne, impregna il resto.
La piritizzazione è un processo dove i fossili vengono infatti rivestiti da pirite e riempiti di calcite o di silice.
Perché sono importanti i fossili?
I fossili sono importanti perché ci forniscono una finestra unica nel tempo, permettendoci di vedere come erano gli organismi viventi nel passato. Possono anche aiutarci a capire come si sono evoluti gli organismi nel tempo e come le loro caratteristiche si siano adattate alle mutevoli condizioni ambientali.
Inoltre i fossili ci possono aiutare a comprendere in maniera più profonda le cause e degli effetti del cambiamento climatico, che può aiutarci a prendere decisioni più informate in futuro.
I fossili, in quanto resti di antichi organismi, sono preziosi testimoni del passato della Terra. Grazie a loro studio si possono ricostruire gli eventi biologici, geologici e geografici.
Importantissimo è il loro contributo alla geocronologia: infatti i fossili ci hanno permesso di conoscere la storia evolutiva della Terra. Particolarmente interessanti sono i “fossili guida“.
I fossili guida
I fossili guida sono dei fossili che hanno una vita breve ma una larga distribuzione geografica. Il loro ritrovamento in strati di rocce spesso situate anche a grande distanza le une dalle altre, ha consentito di attribuire a tali rocce la medesima età.
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