La bioestratigrafía es la rama de la estratigrafía que se centra en correlacionar y asignar edades relativas de estratos de rocas mediante el uso de conjuntos de 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 variaciones locales en el ambiente sedimentario . Por ejemplo, un tramo podría estar formado por arcillas y margas , mientras que otro por calizas más 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 constituyen las unidades básicas de bioestratigrafía y definen períodos de tiempo geológicos basados en las especies fósiles que se encuentran dentro de cada sección.
Los conceptos básicos de los principios bioestratigráficos se introdujeron hace muchos 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 rocas se correlacionan con la Ley de Superposición . Con los avances de la ciencia y la tecnología, en el siglo XVIII se empezó a aceptar que los fósiles eran restos dejados por especies que habían fallecido y luego se conservaban dentro del registro rocoso. [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 entonces 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 tecnológicos brindaron a los científicos la capacidad de estudiar la desintegración radiactiva . Utilizando 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 implican interpretaciones de la edad de las capas de roca, que son utilizadas principalmente por las industrias del petróleo y el gas para los flujos de trabajo de perforación y la asignación de recursos. [5]
Los conjuntos fósiles se utilizaban tradicionalmente para designar la duración de los períodos. Dado que se requirió un gran cambio en la fauna para que los primeros estratígrafos crearan un nuevo período, la mayoría de los períodos que reconocemos hoy terminan por un evento de extinción importante o un recambio de fauna.
Una etapa es una subdivisión importante de estratos, cada uno de los cuales se sucede sistemáticamente al otro y contiene un conjunto único de fósiles. Por lo tanto, las etapas pueden definirse como un grupo de estratos que contienen los mismos conjuntos fósiles importantes. Al paleontólogo francés Alcide d'Orbigny se le atribuye la invención de este concepto. Nombró las etapas en honor a localidades geográficas con secciones particularmente buenas de estratos rocosos que contienen los fósiles característicos en los que se basan las etapas.
En 1856 el paleontólogo alemán Albert Oppel introdujo el concepto de zona (también conocida como biozonas o zona de Oppel). Una zona incluye estratos caracterizados por la superposición de una variedad de fósiles. Representan el tiempo 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 llevan el nombre de una especie fósil distintiva particular, llamada fósil índice. Los fósiles índice son una de las especies del conjunto de especies que caracterizan la zona.
La bioestratigrafía utiliza zonas para la unidad de medida más fundamental. El espesor y alcance de estas zonas puede ser de unos pocos metros hasta cientos de metros. También pueden variar desde locales hasta mundiales, ya que su extensión en el plano horizontal depende de las placas tectónicas y de 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 del rango de taxones representa el rango estratigráfico y geográfico conocido de ocurrencia de un solo taxón. La biozona de rango 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 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 dentro de ellos. 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 restos fosilizados o rastros de plantas o animales particulares que son característicos de un lapso de tiempo o ambiente geológico particular, y pueden usarse para identificar y fechar el lugar que los contiene. rocas. Para ser prácticos, los fósiles índice deben tener un rango temporal vertical limitado, una amplia distribución geográfica y tendencias evolutivas rápidas. Se sabe que las formaciones rocosas separadas por grandes distancias pero que contienen la misma especie fósil índice se formaron durante el tiempo limitado 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 etapas y zonas de fauna.
Los amonitas , graptolitos , arqueociátidos , inoceramidas y trilobites son grupos de animales de los que 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 los sedimentos de la edad cámbrica . Una larga serie de especies de amonitas e inoceramidas son particularmente útiles para correlacionar eventos ambientales en todo el mundo durante el súper invernadero del Cretácico Superior . [7] [8]
Para que funcione bien, los fósiles utilizados deben estar distribuidos geográficamente, de modo que puedan encontrarse en muchos lugares diferentes. También deben tener una vida corta como especie, de modo que el período de tiempo durante el cual podrían incorporarse al sedimento sea relativamente estrecho. Cuanto más viva la especie, peor será la precisión estratigráfica, por lo que los fósiles que evolucionan rápidamente, como los amonites, se ven favorecidos sobre las formas que evolucionan mucho más lentamente, como los nautiloideos .
A menudo, las correlaciones bioestratigráficas se basan en un conjunto de fauna , 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 vestigio fósil 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 de identificar, es posible realizar 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 William estudiaba los estratos rocosos, empezó a reconocer que los afloramientos rocosos contenían una colección única de fósiles. [10] La idea de que estos afloramientos rocosos distantes contenían fósiles similares permitió a Smith ordenar 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 de fósiles. Esta diferencia en conjuntos que parecían idénticos al principio conduce al principio de sucesión faunística, donde los organismos fósiles se suceden entre sí en un orden definido y determinable y, por lo tanto, cualquier período de tiempo puede clasificarse según su extensión fósil. [11]