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La mayoría de la gente de la época no creía que los fósiles formaran parte alguna vez de seres vivos. Los autores de aquella época pensaban que los fósiles de animales marinos encontrados en altas montañas, a kilómetros de cualquier océano, podían explicarse de una de estas dos maneras:

• Los caparazones fueron arrastrados durante el diluvio bíblico. (Esta explicación no podía explicar el hecho de que los fósiles no sólo se encontraran en las montañas, sino también dentro de ellas, en rocas que habían sido extraídas de las profundidades de la superficie de la Tierra.)
• Los fósiles se formaron dentro de las rocas como resultado de fuerzas misteriosas.

Pero para Steno, el gran parecido entre los fósiles y los organismos modernos era imposible de ignorar. En lugar de invocar fuerzas sobrenaturales, Steno llegó a la conclusión de que los fósiles fueron en su día partes de criaturas vivas. A continuación, trató de explicar cómo podían encontrarse conchas marinas fósiles en rocas y montañas alejadas de cualquier océano. Esto le llevó a las ideas que se comentan a continuación.

Superposición de capas de roca

Steno propuso que si una roca contenía fósiles de animales marinos, la roca se formó a partir de sedimentos que se depositaron en el fondo marino. Estas rocas se levantaron después para convertirse en montañas. Basándose en estas suposiciones, Steno formuló una notable serie de conjeturas que hoy se conocen como las Leyes de Steno. Estas leyes se ilustran en la siguiente figura.



(a) Horizontalidad original: Los sedimentos se depositan en capas bastante planas y horizontales. Si una roca sedimentaria se encuentra inclinada, la capa se inclinó después de formarse. b) Continuidad lateral: Los sedimentos se depositan en láminas continuas que abarcan la masa de agua en la que se depositan. Cuando un valle atraviesa capas sedimentarias, se supone que las rocas a ambos lados del valle eran originalmente continuas. c) Superposición: Las rocas sedimentarias se depositan unas sobre otras. Las capas más jóvenes se encuentran en la parte superior de la secuencia, y las más antiguas en la parte inferior.

Otros científicos observaron las capas de rocas y formularon otros principios. El geólogo William Smith (1769-1839) identificó el principio de sucesión faunística, que reconoce que:

• Algunos tipos de fósiles nunca se encuentran con otros tipos de fósiles determinados (por ejemplo, los ancestros humanos nunca se encuentran con los dinosaurios), lo que significa que los fósiles de una capa de roca representan lo que vivía durante el período en que se depositó la roca.
• Los rasgos más antiguos son sustituidos por rasgos más modernos en los organismos fósiles a medida que las especies cambian a lo largo del tiempo; por ejemplo, los dinosaurios con plumas preceden a las aves en el registro fósil.
• Las especies fósiles con rasgos que cambian de forma clara y rápida pueden utilizarse para determinar la edad de las capas de roca con bastante precisión.

El geólogo escocés James Hutton (1726-1797) reconoció el principio de las relaciones transversales. Esto ayuda a los geólogos a determinar lo más antiguo y lo más joven de dos unidades rocosas (figura siguiente).



Si un dique ígneo (B) corta una serie de rocas metamórficas (A), ¿cuál es más antigua y cuál más joven? En esta imagen, A debe haber existido primero para que B lo corte.

El Gran Cañón proporciona una excelente ilustración de los principios anteriores. Las numerosas capas horizontales de roca sedimentaria ilustran el principio de horizontalidad original (Figura inferior).

• Las capas de roca más jóvenes están en la parte superior y las más antiguas en la inferior, lo que se describe mediante la ley de superposición.
• Las capas de roca distintivas, como la arenisca Coconino, coinciden a lo largo de la amplia extensión del cañón. Estas capas de roca estuvieron conectadas en su día, tal y como establece la regla de la continuidad lateral.
• El río Colorado atraviesa todas las capas de roca para formar el cañón. Basándose en el principio de las relaciones transversales, el río debe ser más joven que todas las capas de roca que atraviesa.



En el Gran Cañón, la arenisca Coconino aparece a través de los cañones. El Coconino es la capa blanca distintiva; es una vasta extensión de antiguas dunas de arena.

Determinación de las edades relativas de las rocas

Los principios de Steno y Smith son esenciales para determinar las edades relativas de las rocas y las capas de rocas. En el proceso de datación relativa, los científicos no determinan la edad exacta de un fósil o de una roca, sino que observan una secuencia de rocas para tratar de descifrar los tiempos en que ocurrió un evento en relación con los otros eventos representados en esa secuencia. La edad relativa de una roca es entonces su edad en comparación con otras rocas. Si conoce la edad relativa de dos capas de roca, (1) ¿sabe cuál es más antigua y cuál más joven? (2) ¿Sabes qué edad tienen las capas en años?

Un sitio web interactivo sobre edades relativas y tiempo geológico se encuentra aquí: http://www.ucmp.berkeley.edu/education/explorations/tours/geotime/gtpage1.html

En algunos casos, es muy complicado determinar la secuencia de eventos que lleva a una determinada formación. Puedes averiguar qué ocurrió y en qué orden en (la figura de abajo)? Escríbelo y luego revisa los siguientes párrafos.



Un corte geológico: Rocas sedimentarias (A-C), intrusión ígnea (D), falla (E).

El principio de las relaciones transversales establece que una falla o intrusión es más joven que las rocas que atraviesa. La falla atraviesa las tres capas de roca sedimentaria (A, B y C) y también la intrusión (D). Por tanto, la falla debe ser el elemento más joven. La intrusión (D) atraviesa las tres capas de roca sedimentaria, por lo que debe ser más joven que esas capas. Por la ley de superposición, C es la roca sedimentaria más antigua, B es más joven y A es aún más joven.

La secuencia completa de acontecimientos es:

1. Se formó la capa C.

2. Se formó la capa B.

3. Se formó la capa A.

4. Después de que las capas A-B-C estuvieran presentes, la intrusión D cortó las tres.

5. Se formó la falla E, que desplazó las rocas A a C y la intrusión D.

6. La meteorización y la erosión crearon una capa de suelo sobre la capa A.

Edad de la Tierra

Durante la época de Steno, la mayoría de los europeos creían que la Tierra tenía unos 6.000 años de antigüedad, una cifra que se basaba en la cantidad de tiempo estimada para los acontecimientos descritos en la Biblia. Uno de los primeros científicos en cuestionar esta suposición y en comprender el tiempo geológico fue James Hutton. Hutton viajó por Gran Bretaña a finales de 1700, estudiando las rocas sedimentarias y sus fósiles (Figura inferior).



Un dibujo de James Hutton. «Teoría de la Tierra», 1795.

A menudo descrito como el fundador de la geología moderna, Hutton formuló el uniformitarianismo: El presente es la clave del pasado. Según el uniformitarismo, los mismos procesos que operan hoy en la Tierra operaron también en el pasado. ¿Por qué la aceptación de este principio es absolutamente esencial para que podamos descifrar la historia de la Tierra?

Hutton cuestionó la edad de la Tierra cuando observó secuencias de rocas como la que se muestra a continuación. En sus viajes, descubrió lugares en los que los lechos de roca sedimentaria yacen sobre una superficie erosionada. En esta brecha entre las capas de roca, o inconformidad, algunas rocas fueron erosionadas. Por ejemplo, considere la famosa inconformidad de Siccar Point, en la costa de Escocia (Figura inferior).



La inconformidad de Hutton en la costa de Escocia. ¿Puedes encontrar la inconformidad? Cuáles son los eventos geológicos que puedes encontrar en esta imagen? (Pista: Hay nueve.)

1. Una serie de lechos sedimentarios se depositó en un fondo oceánico.

2. Los sedimentos se endurecieron hasta convertirse en roca sedimentaria.

3. Las rocas sedimentarias se levantaron e inclinaron, quedando expuestas sobre el nivel del mar.

4. Los lechos inclinados se erosionaron para formar una superficie irregular.

5. Un mar cubrió las capas de roca sedimentaria erosionadas.

6. Se depositaron nuevas capas sedimentarias.

7. Las nuevas capas se endurecieron hasta convertirse en roca sedimentaria.

8. Toda la secuencia de rocas se inclinó.

9. Se produjo un levantamiento, exponiendo las nuevas rocas sedimentarias por encima de la superficie del océano.

Como pensaba que los mismos procesos que actúan hoy en la Tierra funcionaban al mismo ritmo en el pasado, tenía que dar cuenta de todos estos acontecimientos y de la cantidad desconocida de tiempo perdido que representaba la discordancia, Hutton se dio cuenta de que esta secuencia de rocas representaba por sí sola una gran cantidad de tiempo. Llegó a la conclusión de que la edad de la Tierra no debía medirse en miles de años, sino en millones de años.

Correspondiendo capas de rocas

La superposición y el corte transversal son útiles cuando las rocas se tocan entre sí y la continuidad lateral ayuda a correlacionar capas de rocas que están cerca, pero ¿cómo correlacionan los geólogos capas de rocas que están separadas por distancias mayores? Hay tres tipos de pistas:

1. Las formaciones rocosas distintivas pueden ser reconocibles a través de grandes regiones (Figura inferior).



Los famosos Acantilados Blancos de Dover en el suroeste de Inglaterra pueden ser emparejados con acantilados blancos similares en Dinamarca y Alemania.

2. Dos unidades de roca separadas con el mismo fósil índice son de edad muy similar. Qué rasgos crees que debe tener un fósil índice? Para convertirse en un fósil índice, el organismo debe haber (1) estado muy extendido, de modo que sea útil para identificar capas de roca en grandes áreas, y (2) haber existido durante un período de tiempo relativamente breve, de modo que la edad aproximada de la capa de roca se conozca inmediatamente.

Muchos fósiles pueden calificarse como fósiles índice (Figura siguiente). Los amonites, trilobites y graptolitos se utilizan a menudo como fósiles índice.



Aquí se muestran varios ejemplos de fósiles índice. El Mucrospirifer mucronatus es un fósil índice que indica que una roca se depositó hace entre 416 y 359 millones de años.

Los microfósiles, que son fósiles de organismos microscópicos, también son fósiles índice útiles. Los fósiles de animales que fueron a la deriva en las capas superiores del océano son especialmente útiles como fósiles índice, ya que pueden estar distribuidos en áreas muy extensas.

Una unidad bioestratigráfica, o biozona, es una capa de roca geológica que está definida por un único fósil índice o un conjunto de fósiles. Una biozona también puede utilizarse para identificar capas de roca a través de distancias.

3. Un lecho clave puede utilizarse como un fósil índice, ya que un lecho clave es una capa distintiva de roca que puede reconocerse a través de una gran área. Una unidad de ceniza volcánica podría ser un buen lecho clave. Un lecho clave famoso es la capa de arcilla que se encuentra en el límite entre el Período Cretácico y el Período Terciario, la época en que se extinguieron los dinosaurios (figura siguiente). Esta fina arcilla contiene una alta concentración de iridio, un elemento raro en la Tierra pero común en los asteroides. En 1980, el equipo de padre e hijo de Luis y Walter Álvarez propuso que un enorme asteroide chocó contra la Tierra hace 66 millones de años y provocó la extinción masiva.



La arcilla blanca es un lecho clave que marca el límite Cretácico-Terciario.

La escala de tiempo geológico

Para poder hablar de la historia de la Tierra, los científicos necesitaban alguna forma de referirse a los periodos de tiempo en los que sucedieron los acontecimientos y vivieron los organismos. Con la información que recogieron de las pruebas fósiles y utilizando los principios de Steno, crearon un listado de capas de rocas de la más antigua a la más joven. A continuación, dividieron la historia de la Tierra en bloques de tiempo, cada uno de ellos separado por acontecimientos importantes, como la desaparición de una especie fósil del registro rocoso. Dado que muchos de los científicos que asignaron por primera vez nombres a épocas de la historia de la Tierra eran de Europa, nombraron los bloques de tiempo a partir de ciudades u otros lugares locales donde se encontraban las capas de roca que representaban esa época.

A partir de estos bloques de tiempo, los científicos crearon la escala de tiempo geológico (figura siguiente). En la escala de tiempo geológico las edades más jóvenes están en la parte superior y las más antiguas en la inferior. ¿Por qué crees que los periodos de tiempo más recientes están divididos más finamente? ¿Crees que las divisiones en la Figura de abajo son proporcionales a la cantidad de tiempo que cada período de tiempo representó en la historia de la Tierra?



La escala de tiempo geológico se basa en edades relativas. No se colocaron edades reales en la escala de tiempo original.

¿En qué eón, era, periodo y época vivimos ahora? Vivimos en la época del Holoceno (a veces llamada Reciente), en el período Cuaternario, en la era Cenozoica y en el eón Fanerozoico.

Resumen de la lección

• Nicholas Steno formuló en el siglo XVII los principios que permiten a los científicos determinar las edades relativas de las rocas. Steno afirmó que las rocas sedimentarias se forman en capas continuas y horizontales, con capas más jóvenes sobre capas más antiguas.
• William Smith y James Hutton descubrieron posteriormente los principios de las relaciones transversales y la sucesión faunística.
• Hutton también se dio cuenta de las enormes cantidades de tiempo que se necesitarían para crear una discordancia y concluyó que la Tierra era mucho más antigua de lo que la gente de la época pensaba.
• La filosofía que guía a Hutton y a los geólogos que vinieron después es: El presente es la clave del pasado.
• Para correlacionar capas de rocas que están separadas por una gran distancia busca formaciones de roca sedimentaria que sean extensas y reconocibles, fósiles índice y lechos clave.
• Los cambios de los fósiles a lo largo del tiempo condujeron al desarrollo de la escala de tiempo geológico, que ilustra el orden relativo en que han sucedido los acontecimientos en la Tierra.

Preguntas de repaso

1. Un agricultor del siglo XV encuentra una roca que se parece exactamente a un bivalvo. ¿Qué concluyó probablemente acerca de cómo llegó el fósil a ese lugar?
2. ¿Cuál de las leyes de Steno se ilustra en cada una de las imágenes de la siguiente figura?
   
4. ¿Cuál es la secuencia de unidades rocosas de la siguiente figura, de la más antigua a la más joven?
   
5. ¿Qué tipo de formación geológica se muestra en el afloramiento de la Figura de abajo, y qué secuencia de eventos representa?
   
6. Los tres afloramientos de la Figura de abajo están muy separados. Basándote en lo que ves, ¿qué fósil es un fósil índice y por qué?
   
7. ¿Por qué la escala de tiempo geológico primitiva no incluía el número de años en que ocurrieron los acontecimientos?
8. Los dinosaurios se extinguieron hace unos 66 millones de años. ¿Qué período de tiempo geológico fue el último en el que vivieron los dinosaurios?
9. Supongamos que mientras estás de excursión en las montañas de Utah, encuentras un fósil de un animal que vivió en el fondo del océano. Te enteras de que el fósil es del periodo Mississippiano. Cómo era el entorno durante el Mississippiano en Utah?
10. ¿Por qué las rocas sedimentarias son más útiles que las metamórficas o ígneas para establecer las edades relativas de las rocas?
11. ¿Qué es más probable que se encuentre en las rocas: fósiles de criaturas marinas muy antiguas o de criaturas terrestres muy antiguas?

Lectura adicional / Enlaces complementarios

• Un documento del Servicio Geológico de Estados Unidos sobre Rocas, fósiles y tiempo: http://pubs.usgs.gov/gip/fossils/contents.html
• Intenta adivinar los fósiles misteriosos de estas imágenes y comprueba si aciertas. Hay más en los archivos: http://www.ucmp.berkeley.edu/exhibits/mysteryfossil/mysteryfossil.php
• Un «Museo Virtual de Fósiles» interactivo http://fossils.valdosta.edu/.
• El registro fósil en Norteamérica http://www.paleoportal.org/.
• Un extracto del libro «La concha en la cima de la montaña» se encuentra aquí http://alan-cutler.com/excerpt.html
• Determinación de las edades de las rocas y los fósiles: http://www.ucmp.berkeley.edu/fosrec/McKinney.html

Puntos a tener en cuenta

• ¿Cómo las ideas preconcebidas de la época de Steno hacían que la gente no viera la realidad de lo que representan los fósiles?
• ¿Cómo explicaba Steno la presencia de fósiles marinos en las altas montañas?
• ¿Por qué fue tan significativo el reconocimiento de las inconformidades por parte de Hutton?
• ¿Puede determinarse la edad relativa de dos capas de rocas que están muy separadas?
• ¿Pueden utilizarse los mismos principios utilizados para estudiar la historia de la Tierra también para estudiar la historia de otros planetas?
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