James Hutton, fondatore della geologia moderna

 

Il naturalista, chimico e geologo James Hutton (1726–1797) è considerato il fondatore della geologia moderna. Grande osservatore del mondo che lo circondava, arrivò a pensare che la Terra fosse in perenne formazione. Riconobbe che la storia della Terra può essere determinata dalla comprensione di come processi come l'erosione e la sedimentazione avvengono ai giorni nostri. Le sue idee e il suo approccio allo studio della Terra hanno stabilito la geologia come una vera e propria scienza.

Alla fine del XVIII secolo si credeva generalmente che la Terra fosse stata creata solo circa seimila anni prima (il 22 ottobre 4004 a.C., per la precisione, secondo l'analisi accademica del XVII secolo dell'arcivescovo irlandese James Ussher) e che i fossili erano i resti di animali morti durante il diluvio biblico. Per quanto riguarda la struttura della Terra, i "filosofi naturali" concordavano sul fatto che gran parte della roccia fosse costituita da lunghi strati paralleli che si trovavano a varie angolazioni e che i sedimenti depositati dall'acqua venivano compressi per formare la pietra. Hutton capì che questa sedimentazione avviene così lentamente che anche le rocce più antiche sono costituite, nelle sue parole, da "materiali forniti dalle rovine di ex continenti". Il processo inverso si verifica quando la roccia esposta all'atmosfera si erode e si decompone. Chiamò questo accoppiamento di distruzione e rinnovamento il "grande ciclo geologico" e si rese conto che era stato completato innumerevoli volte.

Hutton arrivò alla sua disciplina d’elezione per una strada piuttosto tortuosa. Era nato a Edimburgo il 3 giugno 1726, figlio di un ricco mercante che era tesoriere della città, che morì quando lui aveva tre anni. Studiò alla High School di Edimburgo, dove si dimostrò particolarmente interessato alla matematica e alla chimica, poi a 14 anni frequentò l'Università di Edimburgo nel settore umanistico, studiando i classici. A 17 anni fu apprendista in uno studio legale, ma si interessava di più agli esperimenti chimici. All'età di 18 anni divenne assistente medico e frequentò lezioni di medicina all'Università. Dopo tre anni, si recò all'Università di Parigi per continuare gli studi, laureandosi in Medicina e Chirurgia presso l'Università di Leida in Olanda nel 1749 con una tesi sulla circolazione del sangue.

Dopo la laurea, Hutton andò a Londra, poi tornò a Edimburgo e riprese gli esperimenti chimici con un caro amico, James Davie. Il loro progetto di produzione di sale ammoniacale dalla fuliggine portò alla loro collaborazione in un redditizio stabilimento chimico, producendo il sale cristallino, fino ad allora disponibile solo da fonti naturali importate dall'Egitto, che veniva utilizzato per la tintura, la lavorazione dei metalli e per preparare sali profumati. 

Hutton ereditò dal padre due fattorie, una in pianura a Slighhouses, e una in collina a Nether Monynut. All'inizio degli anni ‘50 del secolo si trasferì a Slighhouses e iniziò ad apportare miglioramenti, introducendo pratiche agricole da altre parti della Gran Bretagna e sperimentando l'allevamento di piante e animali. Registrò le sue idee e innovazioni in un trattato inedito sugli Elementi di agricoltura.

Fu l'agricoltura che diede origine all'ossessione di Hutton su come la terra potesse reggere il confronto con le forze distruttive del tempo che vedeva all'opera intorno a lui. Hutton iniziò a dedicare le sue conoscenze scientifiche, la sua mentalità filosofica e le sue straordinarie capacità di osservazione a una materia che solo di recente aveva acquisito un nome: la geologia.

In una lettera del 1753 scrisse che si era “appassionato molto allo studio della superficie della Terra, e guardavo con ansiosa curiosità ogni pozzo o fossato o letto di fiume che cadeva sulla mia strada". Il matematico John Playfair, suo amico, raccontò che Hutton aveva notato che "una vasta proporzione delle rocce attuali è composta da materiali ottenuti dalla distruzione di corpi, animali, vegetali e minerali, di formazione più antica". Le sue idee teoriche iniziarono a coagulare nel 1760. Mentre le sue attività agricole continuavano, nel 1764 intraprese un tour geologico del nord della Scozia con George Maxwell-Clerk, antenato del grande fisico James Clerk Maxwell.

Nel 1768, Hutton tornò a Edimburgo, lasciando le sue fattorie ai mezzadri, ma continuando a interessarsi ai miglioramenti delle fattorie e alla ricerca, che includeva esperimenti effettuati a Slighhouses, come quello che gli permise di produrre un colorante rosso ricavato dalle radici della robbia. Un visitatore qualche anno dopo descrisse il suo studio come "così pieno di fossili e apparati chimici che non c'è quasi spazio per sedersi". 

Tra il 1767 e il 1774 Hutton fu coinvolto in prima persona nella costruzione del canale Forth e Clyde, sia come azionista sia come membro del comitato di gestione, e partecipò a riunioni che comprendevano numerose ispezioni di tutti i lavori, sfruttando appieno le sue conoscenze geologiche. Nel 1777 pubblicò un opuscolo di “Considerazioni sulla natura, la qualità e le distinzioni del carbone e della polvere di scarto”, che lo aiutò con successo a ottenere l'esenzione dalle accise sul trasporto di piccole quantità di carbone. Nel 1783 fu uno dei fondatori della Royal Society di Edimburgo.

Hutton fu uno dei più influenti esponenti dell'Illuminismo scozzese e conobbe numerose menti di prim'ordine, tra cui il matematico John Playfair, il filosofo David Hume, il fisico e inventore James Watt e l'economista Adam Smith. Hutton non ricoprì mai alcuna carica all'Università e comunicò le sue scoperte scientifiche attraverso la Royal Society. 

Hutton sviluppò diverse ipotesi per spiegare le formazioni rocciose che vedeva intorno a sé, ma secondo Playfair "non aveva fretta di pubblicare la sua teoria, perché era uno di quelli che sono molto più felici per la contemplazione della verità, che per le lodi di averla scoperta”. Dopo circa 25 anni di lavoro, la sua Theory of the Earth; or an Investigation of the Laws observable in the Composition, Dissolution, and Restoration of Land upon the Globe (Teoria della Terra o un'indagine sulle leggi osservabili nella composizione, dissoluzione e ripristino della terraferma sul globo) fu presentata alle riunioni della Royal Society di Edimburgo in due parti nella primavera del 1785. Hutton successivamente lesse il 4 luglio un estratto della sua dissertazione Concerning the System of the Earth, its Duration and Stability (Sul sistema della Terra, la sua durata e stabilità), che aveva stampato e fatto circolare privatamente. In esso, così delineò la sua teoria:

“Le parti solide dell'attuale terraferma sembrano in genere composte da prodotti del mare e da altri materiali simili a quelli che ora si trovano sulle coste. Quindi troviamo motivo per concludere:

1°, Che la terra su cui ci posiamo i piedi non è semplice e originaria, ma che è una composizione, ed è stata formata dall'azione di cause secondarie.

2°, Che prima che fosse creata la terra attuale, era esistito un mondo composto di mare e terra, in cui c'erano maree e correnti, con tali azioni in fondo al mare come avvengono ora. 

E, infine, che mentre la terra attuale si stava formando sul fondo dell'oceano, la terra precedente accoglieva piante e animali; almeno il mare era allora abitato da animali, in modo simile a come lo è attualmente.

Quindi siamo portati a concludere che la maggior parte della nostra terra, se non tutta, è stata prodotta da operazioni naturali su questo globo; ma che per fare di questa terra un corpo permanente, resistente alle azioni delle acque, due cose furono necessarie:

1°, Il consolidamento di masse formate da accumuli di materiali sciolti o incoerenti;

2°, L'elevazione di quelle masse consolidate dal fondo del mare, luogo in cui sono state raccolte, ai luoghi in cui ora si trovano al di sopra del livello dell'oceano”.

 

Nell'estate del 1785 a Glen Tilt e in altri siti nelle Highlands scozzesi, Hutton trovò del granito rosa che penetrava negli scisti metamorfici grigi, in un modo che indicava che il granito era fuso al momento dell’intrusione. Gli affioramenti al ponte crollato di Dail-an-eas gli dimostrarono che il granito si era formato dal raffreddamento della roccia fusa piuttosto che dalla precipitazione dall'acqua come altri credevano all'epoca, e quindi il granito doveva essere più giovane degli scisti. Trovò ancora simili intrusioni della roccia vulcanica nella roccia sedimentaria in altre località della Scozia.

 

L'esistenza di discordanze angolari era stata notata da Niccolò Stenone in Italia e da alcuni geologi francesi in Alvernia, come Jean Étienne Guettard e Nicolas Demarest, che le avevano interpretate come "formazioni primarie". Demarest aveva anche stabilito che le rocce vulcaniche provengono dalla cristallizzazione del magma fuso e che l’erosione non è opera dell’oceano, ma dei fiumi. Hutton volle esaminare formazioni simili per vedere "segni particolari" del rapporto tra gli strati rocciosi. Durante il viaggio del 1787 all'isola di Arran trovò il suo primo esempio di discordanza, ma le condizioni degli strati sottostanti non erano abbastanza chiare, e pensò erroneamente che gli strati fossero conformi in profondità al di sotto dell'affioramento in superficie.

Più tardi, sempre nel 1787, Hutton notò ciò che oggi è nota come "Grande discordanza di Hutton” a Jedburgh, in strati di roccia sedimentaria. In questa località, gli strati di grovacca negli strati inferiori della parete rocciosa sono inclinati quasi verticalmente e, sopra uno strato intermedio di conglomerato, si trovano strati orizzontali di arenaria rossa. In seguito, scrisse che si rallegrava “della fortuna di imbattermi in un oggetto così interessante nella storia naturale della Terra e che da tempo cercavo invano". 

Nella primavera del 1788 partì con John Playfair verso la costa sul Mare del Nord a sud di Edimburgo e trovò altri esempi di questa sequenza. Fecero un'escursione in barca lungo le falesie con il geologo Sir James Hall. Trovarono nella scogliera a Siccar Point la sequenza che Hutton chiamò "una bellissima immagine di questa giunzione lavata dal mare". A Siccar Point la giustapposizione di strati verticali di scisto grigio e strati orizzontali sovrastanti di arenaria rossa poteva essere spiegata solo dall'azione di forze formidabili su vasti periodi di tempo. In quel luogo Hutton si rese conto che i sedimenti ora rappresentati dallo scisto grigio, dopo la deposizione, erano stati sollevati, inclinati, erosi e quindi ricoperti da un oceano, dal quale si era poi depositata l'arenaria rossa. Il limite tra i due tipi di roccia a Siccar Point è ora chiamato discordanza di Hutton.

Proseguendo lungo la costa, fecero ulteriori scoperte comprendenti sezioni degli strati verticali che mostravano evidenti increspature (ripple marks), che diedero a Hutton "grande soddisfazione" a conferma della sua supposizione che questi strati fossero stati posti orizzontalmente nell'acqua.

La forza fondamentale, teorizzava Hutton, era il calore sotterraneo, come testimonia l'esistenza di sorgenti termali e vulcani. Dalle sue dettagliate osservazioni, dedusse abilmente che alte pressioni e temperature nelle profondità della Terra avrebbero causato le reazioni chimiche che hanno creato formazioni di basalto, granito e vene minerali. Propose anche che il calore interno provoca il riscaldamento e l'espansione della crosta, provocando gli sconvolgimenti che formano le montagne. Lo stesso processo fa inclinare, piegare e deformare gli strati rocciosi, come esemplificato dall'affioramento di Siccar Point. Questa teoria è stata soprannominata "plutonismo" in contrasto con la teoria allora prevalente del “nettunismo”, ispirata dal diluvio universale.

Sebbene Hutton avesse fatto circolare privatamente una versione stampata dell'abstract della sua Teoria (Concerning the System of the Earth, its Duration, and Stability, “Sul Sistema della Terra, alla sua Durata e Stabilità”), il resoconto completo della sua teoria non apparve in stampa fino al 1788. L’opera contiene la frase "da ciò che è stato effettivamente, abbiamo dati per concludere riguardo a ciò che deve avvenire in futuro”, che ribadiva il concetto espresso da David Hume nel 1777 come "tutte le deduzioni dall'esperienza suppongono (...) che il futuro assomiglierà al passato", e che Charles Lyell avrebbe riformulato in modo memorabile negli anni '30 dell'Ottocento come "il presente è la chiave del passato". Hutton descrisse un universo molto diverso dal cosmo biblico: quello formato da un ciclo continuo in cui rocce e suolo vengono dilavati nel mare, compattati in substrato roccioso, spinto in superficie dai processi vulcanici, e alla fine consumato nuovamente in sedimenti.

Hutton sostenne che dovevano esserci innumerevoli cicli, ciascuno dei quali comportava la deposizione sul fondo del mare, il sollevamento con l'inclinazione e l'erosione, quindi una nuova fase sottomarina con il deposito di ulteriori strati. Credendo che le stesse forze geologiche operanti nel passato sono come le lentissime forze geologiche viste oggigiorno, gli spessori degli strati rocciosi esposti implicavano enormi periodi di tempo. L'articolo così si concludeva "Il risultato, quindi, della nostra presente indagine è che non troviamo traccia di un inizio, nessuna prospettiva di una fine" (No vestige of beginning, no prospect for an end). Questa memorabile dichiarazione di chiusura è stata a lungo celebrata.

A seguito delle critiche, in particolare di quelle del chimico e biologo irlandese Richard Kirwan, che pensava che le idee di Hutton fossero atee e non logiche (il povero Kirwan non ne azzeccava una: vide dei fossili in un basalto, che era in realtà uno scisto metamorfosato, e, da chimico, era un fiero avversario delle idee di Lavoisier). Hutton pubblicò una versione della sua teoria nel 1795, consistente nella versione del 1788 (con lievi aggiunte) insieme a molto materiale tratto da appunti più brevi che aveva già scritto su vari argomenti come l'origine del granito. Comprendeva anche una confutazione di teorie alternative, come quella di Georges-Louis Leclerc, conte di Buffon, che pure non accettava la cronologia biblica, ma era un convinto nettunista, almeno per la fase più recente della storia della Terra, e pensava che il vulcanismo fosse prodotto dalla combustione sotterranea di zolfo e carbone.

Il nuovo libro era intitolato An Investigation of the Principles of Knowledge and of the Progress of Reason, from Sense to Science and Philosophy. Le sue 2.138 pagine in tre volumi spinsero Playfair a notare che "La grande dimensione del libro, e l'oscurità che si può giustamente obiettare in molte parti di essa, hanno probabilmente impedito che fosse accolta come merita”.

Oltre alle considerazioni scientifiche, il libro conteneva una lunga premessa filosofica, un'ampia discussione sulla conoscenza umana scritta in risposta alle opere di Hume, Locke e Berkeley, Hutton esponeva un sistema metafisico in cui l'analisi della causalità è centrale. Partendo dalla base della conoscenza in sensazione, percezione, passione e azione, passava a una discussione sulla natura delle idee e della ragione, i diversi tipi di prova, potere e materia. La sua conclusione era teista ma non cristiana, e sottolineava che l'uomo non deve permettere che la religione venga corrotta da coloro che ignorano la scienza e la filosofia.

Uno dei concetti chiave di Hutton era la Teoria dell’uniformismo, o attualismo, cioè la convinzione che le forze geologiche in azione ai giorni nostri, appena percettibili all'occhio umano, ma immense nei loro effetti nel tempo, siano le stesse di quelle che operavano in passato. Ciò significa che le velocità con cui si verificano oggi processi come l'erosione o la sedimentazione sono simili a quelle del passato, rendendo possibile stimare i tempi necessari per depositare un'arenaria, ad esempio, di un determinato spessore. Divenne evidente da tale analisi che erano necessari enormi intervalli di tempo per spiegare gli spessori degli strati rocciosi esposti. L'uniformismo è uno dei principi fondamentali delle scienze della terra. Le teorie di Hutton costituivano, al di là delle sue stesse intenzioni, un attacco frontale a una scuola di pensiero a lui contemporanea chiamata catastrofismo: la convinzione che solo le catastrofi naturali, come il Diluvio Universale, potessero spiegare la forma e la natura di una Terra di 6.000 anni. La grande età della Terra è stato il primo concetto rivoluzionario emerso dalla nuova scienza della geologia. Le sue nuove teorie lo posero in opposizione con le allora popolari teorie del tedesco Abraham Gottlob Werner, secondo cui tutte le rocce erano precipitate da un unico enorme diluvio.

Oltre a combattere i nettunisti, Hutton inaugurò anche il concetto di tempo profondo. Invece di accettare che la Terra non ha più di qualche migliaio di anni, sostenne che essa doveva essere molto più antica, con una storia che si estendeva indefinitamente nel lontano passato. La sua principale argomentazione era che gli enormi spostamenti e cambiamenti che stava vedendo non erano avvenuti in un breve periodo di tempo per mezzo di una catastrofe, ma che i processi che ancora avvenivano sulla Terra ai giorni nostri li avevano causati. Poiché questi processi erano molto graduali, la Terra doveva essere antica, per consentire il tempo per i cambiamenti. In poco tempo, le indagini scientifiche provocate dalle sue affermazioni avevano spinto indietro l'età della terra di milioni di anni, ancora troppo breve se confrontata con l'età oggi accettata di 4,6 miliardi di anni, ma un netto miglioramento.

Dal 1791 soffrì di forti dolori a causa di calcoli alla vescica e rinunciò al lavoro sul campo per dedicarsi al completamento dei suoi libri. Un'operazione pericolosa e dolorosa non riuscì a risolvere la sua malattia. Morì a Edimburgo nel 1797.

Si è detto che la prosa dei “Principi di conoscenza” era così oscura da impedire anche l'accettazione delle teorie geologiche di Hutton. Le riformulazioni delle sue idee geologiche (sebbene non i suoi pensieri sull'evoluzione) da parte di John Playfair nel 1802 e poi di Charles Lyell nel 1830 resero popolare il concetto di un ciclo che si ripete all'infinito.

L'effetto che questo ritratto di un pianeta antico e dinamico ebbe sui pensatori che lo seguirono nel secolo successivo fu profondo. Charles Darwin, ad esempio, conosceva bene le idee di Hutton, che fornivano una base per gli enormi intervalli di tempo richiesti dall'evoluzione biologica che osservava nei reperti fossili. Il geologo inglese Charles Lyell, nato l'anno in cui Hutton morì e il cui influente libro Principles of Geology favorì un’ampia accettazione per la teoria dell'uniformismo, scrisse che “L'immaginazione fu dapprima affaticata e sopraffatta dal tentativo di concepire l'immensità di tempo richiesta per l'annientamento di interi continenti da un processo così impercettibile”. Le "idee di sublimità" risvegliate da questo "piano di tale estensione infinita", come lo chiamava Lyell, ispirarono le generazioni di geologi successive.