La biostratinomia è la branca della paleontologia che studia la successione temporale degli eventi (decomposizione, disarticolazione, bioerosione, dissoluzione...) che avvengono a partire dalla morte di un organismo fino al suo primo seppellimento in un ambiente naturale, che possono portare alla sua fossilizzazione, prima dell'inizio dei processi di diagenesi del sedimento inglobante il futuro fossile.

I processi biostratinomici fanno parte del più ampio campo di indagine della tafonomia, che comprende tutti i processi che avvengono nell'intervallo temporale tra la morte dell'organismo e la definitiva fossilizzazione. Lo studio dei processi biostratinomici attuali, indispensabile per la corretta interpretazione di molti giacimenti di fossili, prende il nome di actuopaleontologia o più semplicemente paleontologia attualistica.

Durante la fase biostratinomica i resti dell'organismo vivente rimangono nell'ambiente e su di essi agiscono processi chimici, fisici e biologici. Si tratta di una fase distruttiva che normalmente porta alla distruzione completa di ogni traccia dell'organismo morto.

Processi chimici

Putrefazione

Per prima interviene la necrolisi, ovvero la putrefazione: durante questa fase le parti molli dell'organismo vanno in decomposizione. Le parti dure degli organismi viventi, sia mineralizzate come ossa e gusci, che non mineralizzate come chitina e lignina, hanno maggiori possibilità di superare l'intervallo di tempo critico tra la morte e l'inclusione nel sedimento; le parti molli costituite da carboidrati, lipidi e proteine, dopo la morte scompaiono o subiscono drastici cambiamenti soprattutto se contengono elevate quantità d'acqua. Se questa fase avviene in ambiente aerobico, i batteri intervengono come catalizzatori; al contrario, in ambiente anaerobico, la sostanza organica si conserva grazie all'assenza di ossigeno.

Disarticolazione La fase successiva è la disarticolazione: le parti mineralizzate sono usualmente tenute insieme da parti organiche (ad esempio, i legamenti che tengono insieme le ossa). Quando queste vanno in necrolisi, le parti mineralizzate si separano e le diverse componenti dell'organismo possono essere sparpagliate e disperse nell'ambiente ad opera di "forze" (correnti, azione del moto ondoso, etc.) o dall'intervento di processi particolari (bioturbazione). Per "disarticolazione", quindi, si intende la separazione degli elementi dello scheletro o del guscio lungo le aree di articolazione dopo la distruzione dei tessuti connettivi.

Più è articolato uno scheletro, più è complesso il processo di disarticolazione. Nei gasteropodi e nelle ammoniti si verifica quasi sempre la separazione dell'opercolo dal guscio e in alcuni casi (nelle ammoniti) la fossilizzazione delle due parti può avvenire in aree anche molto lontane fra loro (ad esempio i "calcari ad aptici" nell'Appennino centrale). La disarticolazione è particolarmente accentuata nei coccolitoforidi, negli echinodermi, negli artropodi e nei vertebrati: gli scheletri, costituiti da numerosi elementi, si conservano interi solo se sono stati sepolti completamente, in ambienti privi di predatori, di limivori e pressoché senza energia meccanica.

Nel caso dei vegetali, gli effetti possono essere molto diversi a seconda della struttura e delle dimensioni del vegetale. Alcune alghe calcaree finiscono per separarsi in numerosi segmenti che danno origine ad accumuli simili a quelli costituiti dagli articoli dei crinoidi. Nei vegetali, inoltre, alla disarticolazione vera e propria si aggiunge il processo di "dispersione", ovvero il rilascio di varie parti dell'organismo durante la vita dello stesso. A causa di questo processo, e all'impossibilità di risalire spesso all'organismo completo, è nata l'esigenza di denominare le vaie pati di una pianta con diversi nomi generici e specifici, secondo le regole della paratassonomia (ad es. Lepidophloios, Stigmaia, Knorria, Lepidostrobus, Lepidocarpon e Lycospora sono tutti nomi generici riconducibili a parti anatomiche diverse di uno stesso taxon). I pollini, in particolare, possono essere dispersi dal vento a distanze di molte decine di chilometri.

Esiste anche un fenomeno chiamato microdisarticolazione (o macerazione): i gusci calcarei esposti a lungo sulla superficie del fondo marino sono resi friabili e si disgregano, liberando prismi di calcite. Si suppone che questa azione sia dovuta all'azione di microrganismi, ma è possibile che sia invece dovuta al semplice attacco chimico dell'acqua marina. Il risultato di questa dissoluzione di gusci è la produzione di finissimi fanghi calcarei.

Dissoluzione prediagenetica Terza fase, è la dissoluzione prediagenetica, dissoluzione che avviene nell'ambiente di deposizione, solitamente il mare. Nelle acque marine più superficiali vivono organismi col guscio composto da carbonati. Quando questi organismi muoiono, il guscio cade verso il fondo, incontrando livelli successivi di dissoluzione delle componenti minerali: in un primo momento, troverà il lisoclino dell'aragonite, definita come la profondità alla quale va in dissoluzione il 50% dell'aragonite di cui è composto il guscio; ad una profondità maggiore c'è il lisoclino della calcite (che è un minerale più stabile e quindi si dissolve più lentamente), dove si perde il 50% di calcite; poi troverà la A.C.D., Aragonite Compensation Depth (profondità di compensazione dell'aragonite), dove il 100% dell'aragonite si dissolve; e per finire, incontrerà la C.C.D. (Calcite Compensation Depth), la profondità di compensazione dei carbonati, dove è dissolta del tutto anche la calcite.

Le profondità di questi lisoclini ovviamente variano da oceano ad oceano, a seconda di clima, temperatura, salinità, correnti marine, produttività biologica. Le analisi sedimentologiche e stratigrafiche indicano che le profondità di riferimento dei lisoclini, per lo stesso luogo, possono variare anche nel tempo, con notevoli oscillazioni verticali di ampiezza. Si ritiene che queste oscillazioni, non ancora comprese del tutto, debbano essere esaminate e spiegate alla luce di relazioni chimico-fisiche legate a fattori ecologici, climatici e paleogeografici su larga scala regionale.

Oltre a ciò, bisogna tener conto che i gusci dei vari organismi possono subire un destino diverso anche a causa delle loro caratteristiche: composizione mineralogica originaria (i gusci calcitici altomagnesiaci sono più solubili di quelli di aragonite o quelli di calcite bassomagnesiaca; quelli meno solubili sono quelli di fosfato di calcio e chitinofosfatici), microstruttura - porosità (i gusci con porosità ridotta e con microstruttura compatta sono i meno solubili a causa di una minor circolazione di liquidi interstiziali) e rapporto tra superficie e volume (i gusci con elevato rapporto superficie-volume si dissolvono più apidamente per la maggior superficie esposta). I processi di dissoluzione prediagenetica possono andare a modificare anche profondamente i rapporti quantitativi tra le vaie specie di una tanatocenosi.

Combustione Oltre questi processi, bisogna ricordare quello della combustione, un processo necrolitico per lungo tempo sottovalutato. Gli incendi naturali dei boschi, un fenomeno molto frequente, carbonizzano il legno, trasformando le pareti delle cellule in carbonio quasi puro (processo di carbonizzazione). In questo modo, i resti vegetali non solo divengono inattaccabili dai batteri ma acquistano una rigidità sufficiente a non far collassare gli spazi cellulari interni (Scott, 1990). I lumina cellulari sono così riempiti da sostanze bituminose e da minerali come calcite, silice o pirite. Strutture anatomiche particolarmente fini e delicate possono conservarsi così bene da essere studiate al SEM (Sander e Gee, 1990). Il carbone di legna prodotto dalla combustione naturale di boschi è molto diffuso in tutte le epoche geologiche della Terra, e in particolare riesce a preservare frequentemente parti delicate come fiori e foglie, disintegrando o danneggiando spesso le parti più grandi come il tronco. Questo modo di fossilizzazione ha portato alla formazione dei carboni di legna naturali fossili o fusain; con questo processo sono stati conservati numerosissimi frammenti vegetali fossili nei sedimenti che vanno dal Devoniano a oggi. Questi frammenti presentano ancora la loro struttura, la quale sparisce progressivamente con l'aumentare del processo di diagenesi, ovvero con il processo di trasformazione verso i carboni fossili di alto rango.

Processi fisici

Primo fra tutti, il trasporto, specie se ci riferiamo all'ambiente marino. Infatti l'organismo morto può risentire del moto ondoso (che lo sposta dal fondo alla superficie della massa d'acqua e può spiaggiarlo), delle correnti superficiali e non, e delle correnti di marea. Questi fenomeni sono immediatamente collegati ad altri quali l'abrasione e il logorio meccanico. Il trasporto può anche dar luogo alla deposizione orientata: dall'analisi della messa in posto dei resti, deposti in modo caratteristico, si possono ricavare informazioni sull'energia dell'ambiente. Ad esempio, se il tempo d'applicazione di una corrente sottomarina è lungo, i resti avranno modo di disporsi in modo orientato; al contrario, avremo resti disordinati ad indicare correnti violente e di breve durata. L'ambiente subaereo terrestre si presenta solitamente sfavorevole alla conservazione più o meno integra di carcasse di animali morti, salvo che non intervenga un veloce seppellimento dei resti, che li preservi da ulteriori azioni fisiche distruttive. La distinzione tra ambiente di vita, luogo della morte e luogo in cui i resti di un organismo sono stati inclusi nei sedimenti è oggetto di studio della tafonomia, e costituisce una premessa indispensabile per gli studi paleoecologici.

I vertebrati terrestri possono essere deposti in un bacino lacustre o marino dove le loro carcasse possono galleggiare per lo sviluppo di gas di putrefazione all'interno della cavità addominale; un fenomeno analogo interessa i mammiferi marini. Carcasse di questo tipo possono essere trasportate da correnti per settimane, per poi finire in particolari aree di concentrazione: ciò spiega l'esistenza di veri e propri accumuli ("cimiteri") di grandi vertebrati fossili. Per quanto riguarda gli invertebrati, si è osservato che conchiglie vuote di Nautilus hanno galleggiato a lungo prima di depositarsi sul fondale o di spiaggiarsi; è probabile che questo fenomeno abbia interessato anche le ammoniti.

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