La bioestratigrafía es la rama de la estratigrafía que se centra en correlacionar y asignar edades relativas a los estratos de roca mediante el uso de los conjuntos fósiles contenidos en ellos. [1] El objetivo principal de la bioestratigrafía es la correlación , demostrando que un horizonte particular en una sección geológica representa el mismo período de tiempo que otro horizonte en una sección diferente. Los fósiles dentro de estos estratos son útiles porque los sedimentos de la misma edad pueden verse completamente diferentes, debido a las variaciones locales en el entorno sedimentario . Por ejemplo, una sección podría haber estado formada por arcillas y margas , mientras que otra tiene más calizas calcáreas . Sin embargo, si las especies fósiles registradas son similares, es probable que los dos sedimentos se hayan depositado aproximadamente al mismo tiempo. Idealmente, estos fósiles se utilizan para ayudar a identificar biozonas , ya que conforman las unidades básicas de bioestratigrafía y definen períodos de tiempo geológicos basados en las especies fósiles encontradas dentro de cada sección.
Los conceptos básicos de los principios bioestratigráficos se introdujeron hace siglos, remontándose a principios del siglo XIX. Un científico y obispo danés llamado Nicolas Steno fue uno de los primeros geólogos en reconocer que las capas de roca se correlacionan con la Ley de Superposición . Con los avances en ciencia y tecnología, en el siglo XVIII comenzó a aceptarse que los fósiles eran restos dejados por especies que se habían extinguido, pero que luego se conservaron dentro del registro de rocas. [2] El método estaba bien establecido antes de que Charles Darwin explicara el mecanismo detrás de él: la evolución . [3] Los científicos William Smith , George Cuvier y Alexandre Brongniart llegaron a la conclusión de que los fósiles indicaban una serie de eventos cronológicos, estableciendo capas de estratos rocosos como algún tipo de unidad, más tarde denominada biozona . [4] A partir de aquí, los científicos comenzaron a relacionar los cambios en los estratos y biozonas con diferentes eras geológicas, estableciendo límites y períodos de tiempo dentro de los principales cambios faunísticos. A finales del siglo XVIII, los períodos Cámbrico y Carbonífero fueron reconocidos internacionalmente debido a estos hallazgos. A principios del siglo XX, los avances en la tecnología dieron a los científicos la capacidad de estudiar la desintegración radiactiva . Usando esta metodología, los científicos pudieron establecer el tiempo geológico, los límites de las diferentes eras ( Paleozoico , Mesozoico , Cenozoico ), así como los períodos ( Cámbrico , Ordovícico , Silúrico ) a través de los isótopos encontrados dentro de los fósiles a través de la desintegración radiactiva. [2] Los usos actuales de la bioestratigrafía en el siglo XXI involucran interpretaciones de la edad de las capas de roca, que son utilizadas principalmente por las industrias de petróleo y gas para los flujos de trabajo de perforación y las asignaciones de recursos. [5]
Tradicionalmente, los conjuntos de fósiles se utilizaban para designar la duración de los períodos. Dado que se requería un gran cambio en la fauna para que los primeros estratígrafos crearan un nuevo período, la mayoría de los períodos que reconocemos hoy terminan debido a un importante evento de extinción o a un recambio de la fauna.
Un estadio es una subdivisión importante de estratos, cada uno de los cuales sigue sistemáticamente al otro y cada uno de ellos contiene un conjunto único de fósiles. Por lo tanto, los estadios pueden definirse como un grupo de estratos que contienen los mismos conjuntos fósiles principales. Al paleontólogo francés Alcide d'Orbigny se le atribuye la invención de este concepto. Él nombró los estadios en honor a localidades geográficas con secciones particularmente buenas de estratos rocosos que contienen los fósiles característicos en los que se basan los estadios.
En 1856, el paleontólogo alemán Albert Oppel introdujo el concepto de zona (también conocida como biozona o zona de Oppel). Una zona incluye estratos caracterizados por la superposición de fósiles. Representan el tiempo transcurrido entre la aparición de especies elegidas en la base de la zona y la aparición de otras especies elegidas en la base de la siguiente zona sucesiva. Las zonas de Oppel reciben su nombre de una especie fósil distintiva en particular, llamada fósil índice. Los fósiles índice son una de las especies del conjunto de especies que caracterizan la zona.
La bioestratigrafía utiliza zonas como unidad de medida fundamental. El espesor y el alcance de estas zonas pueden ser de unos pocos metros, hasta cientos de metros. También pueden variar de locales a mundiales, ya que la extensión que pueden alcanzar en el plano horizontal depende de las placas tectónicas y la actividad tectónica . Dos de los procesos tectónicos que corren el riesgo de cambiar los rangos de estas zonas son el plegamiento metamórfico y la subducción . Además, las unidades bioestratigráficas se dividen en seis tipos principales de biozonas: Biozona de rango de taxón , [6] Biozona de rango concurrente, [6] Biozona de intervalo, Biozona de linaje, Biozona de ensamblaje y Biozona de abundancia .
La biozona de distribución de taxones representa el rango estratigráfico y geográfico conocido de ocurrencia de un solo taxón. La biozona de distribución concurrente incluye la parte concurrente, coincidente o superpuesta del rango de dos taxones específicos. Las biozonas de intervalo incluyen los estratos entre dos superficies bioestratigráficas específicas y pueden basarse en las ocurrencias más bajas o más altas. Las biozonas de linaje son estratos que contienen especies que representan un segmento específico de un linaje evolutivo. Las biozonas de ensamblaje son estratos que contienen una asociación única de tres o más taxones en su interior. Las biozonas de abundancia son estratos en los que la abundancia de un taxón o grupo de taxones en particular es significativamente mayor que en la parte adyacente de la sección.
Los fósiles índice (también conocidos como fósiles guía , fósiles indicadores o fósiles de datación ) son los restos fosilizados o rastros de plantas o animales particulares que son característicos de un lapso particular de tiempo o entorno geológico, y pueden usarse para identificar y datar las rocas que los contienen. Para ser prácticos, los fósiles índice deben tener un rango de tiempo vertical limitado, una amplia distribución geográfica y tendencias evolutivas rápidas. Por lo tanto, se sabe que las formaciones rocosas separadas por grandes distancias pero que contienen la misma especie de fósil índice se formaron durante el tiempo limitado en que vivió la especie.
Los fósiles índice se utilizaron originalmente para definir e identificar unidades geológicas, luego se convirtieron en una base para definir períodos geológicos y luego para etapas y zonas faunísticas.
Los amonites , graptolitos , arqueociatidos , inoceramidas y trilobites son grupos de animales de los cuales se han identificado muchas especies como fósiles índice que se utilizan ampliamente en bioestratigrafía. También se utilizan con frecuencia especies de microfósiles como acritarcos , quitinozoos , conodontos , quistes de dinoflagelados , ostrácodos , polen , esporas y foraminíferos . Diferentes fósiles funcionan bien para sedimentos de diferentes edades; los trilobites, por ejemplo, son particularmente útiles para sedimentos de edad Cámbrica . Una larga serie de especies de amonites e inoceramidas son particularmente útiles para correlacionar eventos ambientales en todo el mundo durante el superinvernadero del Cretácico Superior . [7] [8]
Para que funcionen bien, los fósiles utilizados deben estar muy extendidos geográficamente, de modo que se puedan encontrar en muchos lugares diferentes. También deben tener una vida corta como especie, de modo que el período de tiempo durante el cual puedan incorporarse al sedimento sea relativamente estrecho. Cuanto más longeva sea la especie, peor será la precisión estratigráfica, por lo que se prefieren los fósiles que evolucionan rápidamente, como los amonites, frente a las formas que evolucionan mucho más lentamente, como los nautiloideos .
A menudo, las correlaciones bioestratigráficas se basan en un conjunto faunístico , en lugar de en una especie individual; esto permite una mayor precisión ya que el lapso de tiempo en el que todas las especies del conjunto existieron juntas es más estrecho que los lapsos de tiempo de cualquiera de los miembros. Además, si solo hay una especie presente en una muestra, puede significar que (1) los estratos se formaron en el rango fósil conocido de ese organismo; o (2) que el rango fósil del organismo se conocía de manera incompleta y los estratos extienden el rango fósil conocido. Por ejemplo, la presencia del fósil traza Treptichnus pedum se utilizó para definir la base del período Cámbrico, pero desde entonces se ha encontrado en estratos más antiguos. [9] Si el fósil es fácil de preservar y fácil de identificar, es posible una estimación temporal más precisa de las capas estratigráficas.
El concepto de sucesión faunística fue teorizado a principios del siglo XIX por William Smith . Cuando Smith estudiaba los estratos rocosos, comenzó a reconocer que los afloramientos rocosos contenían una colección única de fósiles. [10] La idea de que estos afloramientos rocosos distantes contenían fósiles similares le permitió a Smith ordenar las formaciones rocosas en toda Inglaterra. Con el trabajo de Smith en estos afloramientos rocosos y el mapeo alrededor de Inglaterra, comenzó a notar que algunos lechos de roca pueden contener especies en su mayoría similares, sin embargo también había diferencias sutiles dentro o entre estos grupos fósiles. Esta diferencia en los conjuntos que parecían idénticos al principio, condujo al principio de sucesión faunística, donde los organismos fósiles se suceden unos a otros en un orden definido y determinable, y por lo tanto cualquier período de tiempo puede categorizarse por su extensión fósil. [11]