Historia de la geología

 (Ciencias de Joseleg) (Biología) (Teoría de la Biología)  (Principios de Geología) (Introducción)  (Historia de la geología)  (Tiempo y fenómenos geológicos)  (Datación relativa)  (Datación absoluta)  (Introducción a las eras geológicas)  (Precámbrico)  (Cámbrico, ordovícico, silúrico) (Devónico, carbonífero, pérmico)  (El mesozoico edad de los dinosaurios)  (El cenozoico edad de los mamíferos)  (Referencias bibliográficas)

La geología, desde la antigua Grecia hasta el siglo XVII

Algunos de los primeros análisis geológicos fueron realizados con respecto al Origen de la Tierra o a la formación de algunas estructuras particulares del terreno.  Uno de los primeros en realizar esto fue el gran Aristóteles (384-322 AC).  Una de las ideas principales –que de hecho sería olvidada por un largo tiempo –es que los cambios geológicos a gran escala son muy lentos y no pueden percibirse en el periodo de vida de una persona.

Posteriormente su sucesor llamado Teofrasto (371-287) realizó mayores avances en términos de describir propiedades de algunos materiales como cristales y metales, sin embargo sería Plinio el Viejo (23-79) en su obra Magna “Naturalis Historia” quien realizaría el registro más detallado de materiales geológicos en la antigüedad, aunque hay que anotar que los mayores expertos eran los mineros, los herreros y los alquimistas (Eliade & Ledesma, 1974).

El problema del tiempo se hizo más evidente con la aceptación por parte de la Europa Cristiana de la cronología Bíblica, que asumía un tiempo no mayor a unos cuantos miles de años, por lo que pequeños cambios geológicos no tendrían tiempo para ser realizados. Sin embargo, no todos los pensadores en geología no hacían parte de la Europa Cristiana.

Figura 5. El Diluvio comenzó siendo la idea imperante en los círculos académicos de geología, el objetivo era simple, obtener la mayor cantidad de pruebas de su autenticidad.

Abu al-Rayhan al-Biruni (973-1048) propuso que el subcontinente indio había sido en el pasado un gran Océano –cosa que no es descabellada, ¡pero que no sería aceptada sino hasta mediados del siglo XX! (Asimov, 1999). No fue sino hasta el siglo XVII que la geología comenzó a realizar avances significativos, lo irónico de esto fue que el motor que provocó que los naturalistas se volcaran hacia las evidencias de las rocas fue el intento de corroborar la realidad del Diluvio Universal (Adams, 1941). Esta búsqueda rápidamente comenzó a generar una serie de fenómenos peculiares, como la composición de los minerales de múltiples regiones de Europa, así como los reportes de fósiles. Sin embargo, las interpretaciones de estos primeros datos fueron realizados a la luz de la mitología judeo-cristiana para tratar de dar un peso evidencia al concepto del Diluvio Universal (Whiston, 1737).

Figura 6. Al igual de los griegos, durante el apogeo de la cultura islámica, grandes sabios tuvieron la oportunidad de plantear hipótesis válidas, las cuales con el tiempo han pasado a ser parte de los modelos aceptados en la actualidad, las ideas de al-Biruni son representan primeros esbozos de lo que posteriormente ha sido denominado la Teoría de la Deriva Continental y de las placas tectónicas.

Figura 7. La madera petrificada (A) fue reconocida como tal solo hasta 1665 cuando Robert Hooke (B) perfeccionó el microscopio (C), hasta entonces muchos pensaban que no se trataba de madera, sino de una pareidolia generada por la plasticidad de la roca en adquirir diferentes formas. La estructura microscópica reportada por Hooke y otros investigadores mostraron que tanto al nivel macro como al micro la madera petrificada era similar a la madera, por lo que estos fósiles debieron haber pasado por un proceso de transformación en el que la roca calca el tejido orgánico, proceso que actualmente llamamos fosilización (Kusukawa, 2013).

Sin embargo, la controversia sobre el método de estudio de la naturaleza ya empezaba a hacerse muy patente, los dos bandos, el idealista representado por la interpretación religiosa; y el materialista-naturalista representado por la búsqueda de explicaciones naturales a los fenómenos naturales propulsaron una controversia que a su vez estimuló la búsqueda de más y mejores datos sobre la composición geológica de diferentes lugares del mundo, de esta época emergen los primeros estudios sistemáticos para la identificación de los estratos geológicos (Gohau, 1990).

Los estratos pueden definirse como capas horizontales de roca de una composición semejante, las cuales en ocasiones presentan una fauna y flora de fósiles que también son semejantes entre sí, aun cuando los estratos son reportados en diferentes localidades no continentes (Jardine, Secord, & Spary, 1996). Muchos autores se encargaron de el tedioso trabajo de coleccionar rocas y caracterizarlas, pero esto no se realizó de la nada, pues ya desde la antigüedad clásica muchos minerales habían sido empleados por los herreros y los alquimistas (Eliade et al., 1974). Uno de los más importantes pioneros en la geología de la época fue Nicolas Steno (1638-1686).

Figura 8. En el siglo XVII existía un tipo raro de roca llamado "Rocas lengua" (A), astas rocas tenían una apariencia similar con los dientes de ciertos peces carnívoros llamados tiburones (B), esta similitud fue reportada por Nicolas Steno (C) en su texto prodromo el cual incluida una ilustración (D).

Nicolas Steno fue un obispo católico, pero su posición idealista ontológica no influyó en sus razonamientos científicos, de hecho, algunas de sus ideas pueden ser consideradas como las precursoras del pensamiento evolutivo en tiempos posteriores hasta Darwin. Nicolas Steno publicó sus conclusiones sobre la formación de los estratos geológicos en 1669 en un libro denominado “Dissertationis prodromus” (Steno, 1669) traducido al español como Pródromo, estas conclusiones son por lo general citadas como las leyes básicas de la geología moderna:

1- Ley de la superposición: en el momento en que algún estrato se está formando, toda la materia que descansa sobre él era fluida, y, por lo tanto, en el momento cuando un estrato inferior se estaba formando, no existía nada del estrato superior.

2- Principio de horizontalidad: Un estrato perpendicular al horizonte o inclinado al horizonte fueron en el momento de su formación siempre paralelos al horizonte.

3- Principio de continuidad lateral: el material que forma cualquier estrato era continuo sobre la superficie del terreno a menos que objetos sólidos perturbara su camino.

4- Principio de corte transversal: si un cuerpo o discontinuidad corta transversalmente un estrato, este debe haberse formado después de este estrato.

La anomalía más grande de las ideas de Steno era sin duda el principio de horizontalidad, esto se debe a que en ocasiones los estratos inclinados al horizonte son estructuras de roca colosales, por lo que explicar su formación en periodos de tiempo muy cortos se hacía problemático.

Figura 9. (A) Fósiles de amonitas que eran descritas como una formación rocosa cristalina por naturalistas como Martin Lister (B), pero que en la actualidad son interpretadas como los remanentes de antiguos seres extintos (C).

A pesar de la influencia del Pródromo varios historiadores naturales como Martin Lister (1638-1712) y John Ray (1627-1705) continuaron cuestionando el origen orgánico de muchos fósiles debido a que representaría seres vivos que ya no existen “como los amonites”, abriendo las puertas al concepto de extinción, el cual iba en contra de varias posturas teológicas (Rudwick, 1976).

La geología en el siglo XVIII

El siglo XVIII constituyó el surgimiento de los imperios coloniales y la edad de la exploración. Como ya se ha mencionado en otros apartados, los imperios crearon tres grandes instituciones para demostrar su poder, el museo de historia natural, el jardín botánico y el zoológico. Cada uno tenía por objeto crear colecciones de seres vivos o inertes de las colonias más recónditas del imperio. Pero no solo era una cuestión de prestigio, la clasificación y la nomenclatura permitieron determinar propiedades útiles para el comercio, la ingeniería, o la guerra.

La minería por ejemplo, esta era con frecuencia una de las mayores fuentes de riqueza (Jardine et al., 1996). Los académicos comenzaron a realizar estudios más sistemáticos y de mayor escala sobre la composición de los suelos (Werner, 1774). El objetivo era simple, lograr que las minas produjeran más riqueza mediante el aprovechamiento de otros tipos de minerales, no solo vivir de oro y plata. La codicia capitalista fue el motor que apoyó el desarrollo de la geología descriptiva (Eliade & Ledesma, 1974; Werner, 1774).

Figura 10. (A) Los imperios coloniales basaban su poder en una tecnología marítima superior y en armas de fuego, las cuales les permitieron oprimir a poblaciones nativas alrededor del mundo (B), adicionalmente crearon instituciones para representar el poder del imperio e identificar fuentes de riqueza de las colonias en forma del Museo de Historia Natural (C) y el jardín botánico (D).

Sin embargo, lo anterior simplemente era descripción de fenómenos, algo muy semejante –y de hecho una de las funciones de –la Historia Natural, la cual era la ciencia que antecedió a la biología y la geología. De hecho, los museos de Historia Natural donde vemos los restos disecados de animales, los restos de seres fosilizados y muestras de minerales raros adquieren su nombre por esta tradición, la cual se originó debido a la obra de Plinio el Viejo llamada “Historia Naturalis”. En paralelo con esta tradición descriptiva, una nueva casta de historiadores naturales interesados por el conocimiento de la tierra comenzó a criticar las ideas fuertemente religiosas sobre el origen del Planeta Tierra. En primera instanció el debate circulaba a si preguntarse sobre el Origen del Planeta y su correspondiente cambio a través del tiempo era una pregunta válida de ser estudiada académicamente en una cultura de fuertes valores cristianos. En 1749 en naturalista francés Georges-Louis Leclerc Conde de Buffon (1707-1788) publicó en uno de sus libros una crítica en contra la postura de que la edad del mundo se limitara a unos cuantos miles de años (Gohau, 1990).

Tal vez uno de los autores más influyentes, pero menos relacionados con la geología es el filósofo germano Immanuel Kant (1724-1804) quien en 1755 en su obra titulada “Historia del Universo Natural y Teoría del Cielo” (Jardine et al., 1996; Kant, 1797) describió la historia de la Tierra sin referencias  a Dios o a la Biblia. Gracias al trabajo de estos respetados autores, las preguntas sobre un origen del planeta y una edad del mundo más allá de los cánones bíblicos se convirtió en un objeto legítimo de estudio por parte de las nuevas ciencias positivas como la Física y la recientemente formada Química.

Bajo esta perspectiva resulta notable establecer que la Geología se independizó de la Historia Natural que la misma Biología. El término Geología fue empleado por vez primera en publicaciones técnicas de dos naturalistas genoveses (Gohau, 1990) llamados Jean-André Deluc (1727-1817) y Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799). En 1751 el término ya había sido aceptado por la mayoría de naturalistas y sancionado como tal en la Enciclopedia de Dierot (Gohau, 1990), aunque su estudio sistemático en instituciones reconocidas como el museo de Historia Natural de París ya tenía una tradición de al menos 10 años (Gohau, 1990).

Figura 11. El Conde de Buffon (A) y Cuvier (B) fueron dos de los más importantes historiadores naturales del siglo XVIII y el trabajo de ambos sería importante para sustentar las teorías evolutivas de Lamarck y de Darwin. Ambos realizaron trabajos sobre megafauna, y especialmente Cuvier identificó al mamut, el mastodonte y las dos poblaciones de elefantes en África y en India (C) como especies independientes pertenecientes a un linaje más general.

Para la época, las posturas religiosas y no religiosa habían evolucionado –aunque en el fondo seguían siendo la misma discusión del siglo XVII – por un lado, se encontraban los que defendían el canon bíblico con argumentos científicos, y por otro lado se encontraba una teoría estrictamente naturalista. La teoría basada en el canon bíblico no era otra que explicar los estratos geológicos en base a un solo evento catastrófico, el diluvio universal, sus defensores procedían de la recientemente formada ciencia de la Química argumentando que los estratos se habían formado por procesos de sedimentación en solución acuosa (Eddy, 2008). Algunos denominaron a los defensores de esta teoría como neptunistas. Casi en paralelo otra teoría fue propuesta, en este caso se sostenía que los estratos eran formados por la sedimentación lenta de materiales calientes independientemente de si estaban en solución acuosa o no, para ellos el efecto de los volcanes era muy importante y fueron denominados plutonistas.

Para la época los fósiles ya habían sido reconocidos como seres vivos extintos, y se habían convertido en el objeto de estudio de historiadores naturales interesados en la geología como el conde de Buffon. Buffon estudió la megafauna del norte de Europa como los mamuts y los rinocerontes lanudos, llegando a la conclusión de que el clima del planeta no había sido el mismo siempre. Otros naturalistas darían inicio a una nueva rama de la biología –o de la Historia Natural en el contexto histórico – y es la Anatomía Comparada, de la mano de Georges Cuvier (1769-1832) este nuevo campo de estudio comenzó a arrojar información sistemática de las estrechas relaciones entre diferentes tipos de animales. Entre otras se llegó a la conclusión de que lo que había sido llamado coloquialmente elefante pertenecía en realidad a varias especies, dos vivas –en áfrica y en india –y otras tantas extintas como el mastodonte y el mamut (McGowan, 2001).

Adicionalmente, de la mano de William Smith (1769-1839) nació la geocronología cualitativa mediante la correlación de la fauna y flora fósil con un determinado estrato geológico y su composición mineral, gracias a esto podía y pueden identificarse formaciones geológicas de un mismo periodo en diferentes partes del mundo, el problema sin embargo recaía en que tan antiguas eran estas formaciones, respuesta que no tendrían una solución posible durante el siglo XVIII. En cualquier caso, Smith estableció un principio que da forma literalmente a la historia de la vida en la tierra y es el principio de sucesión de fauna (Berry, 1966).

El principio de sucesión de fauna establece que una vez que se determina la horizontalidad de una secuencia de estratos, el tipo de fósiles que se encuentran presentan un orden predecible; este principio es la base para el concepto de eras geológicas que constituye el centro de análisis de la presente unidad de estudio.

La geología en el siglo XIX

Los problemas e incentivos de la geología en el siglo XIX son básicamente los mismos del siglo anterior. Por un lado, la confrontación de partidarios de interpretar los fenómenos geológicos en base a un Diluvio Universal como William Buckland (1784-1856) y Adam Sedgwick (1785-1873) con un creciente número de evidencias correspondientes a cambios graduales, procesos cíclicos e inundaciones localizadas ante las cuales tuvieron que ceder tarde o temprano.

Por otra parte, estaba el creciente prestigio de la geología como ciencia que generaba riqueza, en este sentido la escala geológica ya empezaba a recibir su nomenclatura moderna, pues estratos denominados cámbrico, precámbrico, devónico, o terciario ya empezaban a ser de uso común por parte de la comunidad de expertos. Adicionalmente su correcta identificación facilitaba los procesos de minería.

Sin embargo, el autor más influyente en este periodo es Charles Lyell (1797-1875) quien plantea que la mayoría de los cambios geológicos se realizan muy lentamente y son imperceptibles durante el periodo de vida de una persona, si les suena conocida esta afirmación, tan solo trasládenla a los seres vivos y adicionen el concepto de Selección Natural. Esto no es coincidencia ya que Lyell fue uno de los autores que más influyó en Darwin durante su viaje (Lyell, 1837; Vorzimmer, 1969).

Figura 12. Charles Lyell (Kinnordy, Forfarshire, 14 de noviembre de 1797-Londres, 22 de febrero de 1875), fue un geólogo británico, uno de los fundadores de la Geología moderna. Lyell fue uno de los representantes más destacados del uniformismo y el gradualismo geológico.

Desde este punto, la estratigrafía se comprendía como el cambio gradual por depósito de materiales de tiempos pasados, el problema era determinar cuánto había durado cada una de estas épocas, pregunta que fue asumida por el grupo de investigación de Cuvier, pero que no recibiría una respuesta concreta hasta el desarrollo de los métodos fisicoquímicos de datación.

Figura 13. Los mosasaurios fueron de los fósiles más importantes descritos a principios del siglo XIX.

Los fósiles comenzaron a ser buscados con mayor seriedad iniciando el periodo llamado la Guerra de los Fósiles. Muchas de las especies más reconocidas fueron descritas en esta época como Mosasaurus en 1808 (Theunissen, 1986). Cuvier continuó con la idea de sucesión de fauna entre los estratos geológicos proponiendo que la gran edad de los mamíferos en la actualidad fue antecedida por una edad de los reptiles (Rudwick, 2008).

Figura 14. (A) Tamaño, (B) modelo artístico y (C) esqueleto de un megalosaurio, se trata de un dinosaurio terópodo carnívoro.

Muchos fósiles famosos fueron descritos en esta época, por ejemplo, el ictiosaurio y el plesiosaurio de estratos del jurásico fueron descritos por Mary Anning (1799-1847) (P. Pierce, 2013); William Buckland (1784-1856) describió el megalosaurio; Gideon Algernon Mantell (1790-1852) describió los dientes del iguanodon y un esqueleto parcial del hilaeosaurio. En 1841 Richard Owen (1804-1892) propondría la creación de una nueva categoría taxonómica entre las cinco de vertebrados clásicas a la cual se le denominó Dinosauria (McGowan, 2001). El botánico Adolphe Brongniart (1801-1876) realizó un análisis propio para diferentes tipos de plantas, y al igual que con los animales encontró que diferentes tipos de estratos geológicos estaban caracterizados por diferentes tipos de flora (Faul, Faul, & Serjeant, 1983).

Figura 15. (A) Tamaño y (B) representación artística moderna del iguanodón, la representación de los dinosaurios ha cambiado mucho con los años, en las primeras representaciones (C y D) se percibían a los dinosaurios como animales lentos, de sangre fría y cuadrúpedos.

En Estados Unidos la cacería de fósiles conllevó a la guerra de los Huesos, un intervalo de tiempo en el que los paleontólogos parecían más vaqueros y forajidos buscando oro.

La teoría de la Evolución de Charles Darwin (1809-1882) revolucionó el modo en que se entendía la geología y la paleontología en aquella época, hasta entonces no se había generado una teoría que pudiera explicar la sucesión de especies desde una época hasta la siguiente, era como si los seres vivos transmutaran al pasar de era o simplemente una gran catástrofe barriera sucesivamente la vida en el límite de cada era para luego ser creadas nuevas especies en la siguiente. Para Darwin el paso de una era a la siguiente se caracterizaría por el reemplazo de unas formas de vida comunes en una era por otras menos comunes. Evidencia de esto era la ya conocida anomalía de encontrar mamíferos primitivos poco comunes en los estratos donde los dinosaurios eran muy prevalentes.

El problema para geólogos, paleontólogos y biólogos evolutivos seguía siendo el mismo, el tiempo absoluto de las eras geológicas recientemente descritas. En 1862 William Thomson el primer Barón de Kelvin (1824-1907) –el mismo de los grados Kelvin de temperatura –propuso un método para aproximarse a la edad del planeta, asumiendo que la Tierra se formó como una bola de fuego incandescente calculó el tiempo necesario para que la corteza se enfriara a su temperatura actual, los valores obtenidos de lavan un intervalo de entre 200 millones de años hasta 400 millones de años (Burchfield, 1975). El problema con este método era que Kalvin asumía un enfriamiento demasiado rápido al no tomar en cuenta el calor generado por una fuente de energía desconocida para su época, es decir el decaimiento radioactivo del núcleo del planeta.

En la época se propusieron otros métodos para aproximarse a la edad del planeta, como calcular el tiempo que le tomaría al Sol llegar a su estado actual de tamaño y calor desde una nube de gas, pero al igual que los cálculos de Kelvin el problema era asumir un enfriamiento muy rápido al no tomar en cuenta el decaimiento radioactivo –y no se los puede culpar, para la época nadie sabía que eso existía. Para 1897 el problema de la edad del planeta era candente, y la edad oscilaba entre 10 millones de años hasta unos 400 millones de años.

La geología en el siglo XX

La nueva serie de Cosmos nos proporciona un buen recuento de aspectos relacionados con la geología en el siglo XX, la primera es la obtención de edades absolutas para diferentes estratos y para el planeta como un todo (Capítulo 7 de la nueva serie de Cosmos) y sobre la gran teoría de la geología, la Deriva Continental y la tectónica de placas (capítulo 9 de la nueva serie de Cosmos).

Como se entenderá de los eventos en la historia de la geología, la paleontología se vio sacudida por el ingreso de los métodos radiométricos para poder datar de forma absoluta los estratos de la escala geológica, adicionalmente, el rompecabezas de algunos fósiles similares en continentes separados en algunos estratos geológicos fue resuelto por la Teoría de la Deriva Continental.

Figura 16. Clair "Pat" Patterson (1922-1995) fue el primer geoquímico en obtener una edad estimada para el planeta Tierra empleando el método del Uranio-Plomo.

Adicional a esto, después de los años de 1920 la comunidad académica comenzaría a aceptar cada vez más y más la nueva teoría de la evolución –Teoría Sintética de la Evolución –la cual fue rescatada casi del olvido por T. H. Morgan (1866-1945) y los genetistas que lo sucedieron.

Junto a este andamiaje teórico, los paleontólogos tuvieron un mayor acceso a regiones recónditas del planeta gracias al proceso de expansión imperialista y colonialista de las grandes potencias de Europa, aunque algunas regiones continuaron siendo vedadas como la gran mayoría del territorio chino y mongol. Para 1969 ya se habían identificado cerca de 170 géneros solo de dinosaurios, sin contar otros tipos de fósiles como los reptiles marinos, voladores y de protomamíferos. En los 25 años posteriores a 1969 el número de géneros de dinosaurios se elevó a 315. Muchos de estos nuevos especímenes provenían de América del Sur y de África (McGowan, 2001). Para finales del siglo XX los territorios de China se expandieron a la investigación lo cual ha conllevado a un mejor entendimiento de la evolución de las aves y los mamíferos  (Luo, 2007; Zhou, 2004), pero otras áreas siguen siendo un agujero negro para la investigación como el oriente próximo, Asia central y algunas regiones de la India.

Con la datación absoluta una pregunta que había asombrado a los paleontólogos del siglo XX renovó su interés, la extinción en masa, aunque ya se sospechaba seriamente de que se había tratado de VARIAS extinciones y no de un único evento, solo cuando se pudo fechas los estratos se pudo confirmar esta sospecha. Uno de los eventos de extinción en masa que siempre ha recibido mayor atención no es otro de la desaparición de los dinosaurios no aviares al final del cretáceo (Alvarez, Alvarez, Asaro, & Michel, 1980).

(YouTube) La formación del planeta tierra desde su nacimiento hasta hoy en español.

La paleontología no solo fue un campo pasivo que recibía su comprensión de la teoría evolutiva, también contribuyó a esta durante la segunda generación de la Síntesis Moderna. En primera instancia, varios especímenes mostraban rasgos compartidos entre grupos de animales aparentemente separados por grandes huecos, por ejemplo la transición de cetáceos-ungulados, la transición de reptiles cocodrilianos-aves o la transición de primates homínidos-el ser humano (Futuyma, 2005; Kutschera & Niklas, 2004).

En 1944 George Gaylord Simpson (1902-1984) publicó el resultado de varias investigaciones en el libro Tempo and Mode in Evolution, el cual empleó un análisis cuantitativo para mostrar que el registro fósil consistía en un patrón de ramificación adireccional predicho por procesos de Selección Natural y Deriva Genética, en lugar de un proceso lineal de reemplazo y aparición como habían propuesto los defensores del lamarckismo y la ortogénesis (Nee, Mooers, & Harvey, 1992; Simpson, 1944; Wright, 1945).

En 1972 Niles Eldredge (1943-vivo) y Stephen Jay Gould (1941-2002) emplearon algunos patrones del registro fósil para plantear una propuesta de modificación al tempo de evolución denominado Equilibrio Puntuado, el cual establece que los procesos de diversificación no son graduales, sino que se acumulan en momentos de cambios ambientales fuertes, donde la diversidad disminuye e inmediatamente aumenta de forma puntual (Bak & Sneppen, 1993; Bornholdt & Sneppen, 1998; Gould, 2014; Gould & Eldredge, 2000).