Nella prima metà del Settecento, gli studi sulle rocce, i fossili e l’origine della Terra non potevano ancora essere considerati una vera scienza in senso moderno. Molti erano interessati alla raccolta di fossili e minerali, ma questo diletto rifletteva un vago interesse generale per la storia naturale e gli oggetti associati, o andava a riempire gli scaffali delle Wunderkammer allora di moda tra i nobili e i ricchi borghesi. Pochi tentarono di interpretare il loro valore in modo significativo, con l'eccezione di Niccolò Stenone (1638-1686), non a caso considerato il padre della stratigrafia, del quale mi sono già occupato in un precedente articolo.
Alla fine del XVIII secolo non esisteva una scienza chiamata geologia, sebbene il termine fosse stato usato in senso moderno nella prima metà del secolo dai naturalisti e alpinisti ginevrini Jean-André Deluc e Horace-Bénédict de Saussure e accolto nella Énciclopedie da Diderot nel 1751. Prima di allora, gli studiosi di geologia erano gli ingegneri minerari, mineralogisti e metallurgisti. Lo sfruttamento delle risorse metallurgiche e minerarie, così come gli scavi di pietra da costruzione, erano i principali scopi con cui i naturalisti erano motivati ad esaminare le rocce che giacevano sotto i loro piedi. Nel Settecento nuovi concetti riguardo la composizione e la formazione delle montagne e della struttura della Terra emersero dall'indagine regionale nel campo della litologia e paleontologia delle rocce, della geomorfologia e della loro posizione relativa. La classificazione delle montagne e delle rocce da cui si sono formate si sviluppò rapidamente in seguito agli studi di alcuni naturalisti, il cui scopo principale rimaneva quello di favorire lo sfruttamento delle risorse minerarie, e, secondariamente, quello delle acque a scopi agricoli e produttivi.
Tra i primi esperti italiani emerge la figura di Giovanni Arduino, la cui influenza sulla geologia stratigrafica nell'Italia del XVIII secolo non può essere sottovalutata. Questo esperto minerario veronese, insieme ai suoi contemporanei, stabilì un fondamentale approccio di campo all'indagine geologica quasi un secolo prima che Charles Lyell pubblicasse i suoi Principles of Geology (1830-33).
Giovanni Arduino nacque in una famiglia modesta a Caprino Veronese nel 1714 e morì a Venezia nel 1795. La sua formazione iniziale fu a Verona. Tuttavia, a diciotto anni, abbandonò gli studi teorici per iniziare un apprendistato come tecnico nelle miniere di ferro a Chiusa, vicino a Bolzano. Qui imparò rapidamente la mineralogia, la metallurgia, e, come lui stesso scrive, era desideroso di scoprire "tutto sulla scienza del regno fossile”. Completò la sua formazione in Toscana e sull’Appennino Modenese dopo aver maturato alcuni anni di esperienza mineraria a Vicenza. Sebbene fosse principalmente interessato alle litologie rupestri e al loro contenuto minerale, il suo interesse per la paleontologia fu acceso dai notevoli ritrovamenti a Bolca, vicino a Verona, già descritti è pubblicizzati dal botanico senese Andrea Mattioli nel 1548 e attribuiti a un misterioso succus lapideus. Qui fu trovata una spettacolare fauna lagunare tropicale eocenica, che ha dato in particolare bellissimi fossili di pesci e altri organismi marini vertebrati e invertebrati:
“Tra quelle è molto rinomata quella di Bolca pei Pesci marini fossili, e Piante esotiche, che vi si trovano tra li sottili strati di un masso calcareo finamente sabbioso, per ogni parte circondato dalle prefate macerie di vulcanica formazione. È apparente ch’esso fosse una porzione di fondo, o letto del Mare all’alto sospinta dall’impetuoso sollevamento di esse materie eruttate dalla vulcanica sottomarina forza, e lasciata in una posizione inclinatissìma, come mostrano le numerose sue stratificazioni dall’orizzontale molto divergenti”.
Ma, nella sua vita professionale, Arduino continuò a occuparsi soprattutto di litologia e mineralogia. Tornato a Vicenza, fu nominato perito prima e poi ingegnere del Magistrato del Demanio. All'inizio degli anni Cinquanta, Arduino visitò le colline di Montieri vicino a Siena per esaminare l'area di potenziale estrazione mineraria da parte di una società livornese. Successivamente fu nominato agrimensore a Vicenza prima di essere nominato sovrintendente agricolo e professore di mineralogia, metallurgia e geologia a Venezia nel 1769, dove lavorò per il resto della sua vita.
Era dotato chiaramente di uno spirito pratico: sviluppò una bussola topografica più funzionale di altre allora in uso e inventò anche un nuovo tipo di forno a riverbero, sperimentato con successo ad Agordo, per il quale ottenne una medaglia d'oro dal Senato veneziano nel 1791.
La sua esperienza mineraria gli forniva una notevole quantità di conoscenze pratiche e tecniche, che comprendevano una terminologia specialistica di termini presi in prestito dal tedesco, senza dubbio influenzata dal suo aver lavorato in Tirolo. Tuttavia, la sua vera abilità e la sua "passione dominante", come diceva, era senza dubbio la capacità di osservare e studiare la struttura delle colline e delle montagne per avere un'idea precisa delle loro possibili risorse minerarie. Dalla sua esperienza nelle miniere di Vicenza, Toscana e Modena, Arduino iniziò a mettere insieme le competenze che gli permisero di valutare le rocce che incontrava. Non c'è dubbio che il suo apprendistato tecnico e l'esplorazione mineraria costituirono il fondamento delle sue indagini geologiche negli anni 1750-60, e soprattutto della "classificazione" litologica delle quattro unità (ordini), che tracciò per la prima volta in due lettere inviate al naturalista padovano Antonio Vallisneri il Giovane (1708–1777) nella primavera del 1759, successivamente pubblicate a Venezia (1760).
Sebbene Arduino fosse in gran parte autodidatta, c'erano diverse persone il cui pensiero lo influenzava. Una di queste persone fu Antonio Vallisneri padre (1661-1730), medico e naturalista che tenne le cattedre di Medicina pratica e poi teorica presso l'Università di Padova tra il 1700 e il 1730. Oltre ai suoi studi medici, Vallisneri era anche molto interessato alle scienze naturali, essendo un collezionista di numerosi esemplari di animali, minerali e altri oggetti naturali.
È importante sottolineare che questi primi studiosi, come Vallisneri, non solo svilupparono le loro classificazioni sulla base delle rocce, ma consideravano anche la morfologia delle montagne da loro formate. Pertanto, in un certo senso, la classificazione era essenzialmente una combinazione di geologia (principalmente litologia) e geomorfologia. Quindi le divisioni erano quelle delle montagne e non solo delle rocce stesse.
Nel libro De’ corpi marini che su’ monti si trovano, della loro origine, e dello stato del mondo avanti il Diluvio, nel Diluvio e dopo il Diluvio (1721), Vallisneri sostenne il metodo di indagine sul campo di Stenone, viaggiando e intraprendendo rilevamenti in tutto l'Appennino settentrionale. Egli accettava il concetto di montagne primitive e permanenti create da Dio (erose o modificate da inondazioni e terremoti). Pensava che queste montagne "primitive" fossero rimaste invariate dalla creazione biblica. Per Vallisneri queste montagne e le loro rocce furono il fondamento della Terra e per questo motivo rifiutò l'azione di costruzione delle montagne di un unico diluvio universale come quella proposta dai precedenti filosofi naturali.
Gli scritti di Vallisneri sottolineavano che i depositi marini sono ampiamente distribuiti in Italia su entrambi i lati dell'Appennino, e sono presenti anche in Svizzera, Germania, Inghilterra, Olanda e altre terre, e sostenne quindi che quei depositi provano incontestabilmente la precedente presenza del mare su queste località. Spiegò come diverse aree della superficie terrestre possano aver subito cambiamenti di livello relativi, come porzioni che ora sono terraferma potrebbero essere state precedentemente sott'acqua. Interpretò ulteriormente la presenza di fossili marini in questi depositi, sul presupposto naturale che gli abitanti del mare, morendo, cadono sul fondo e sono inglobati nei depositi. Vallisneri enumerò i casi noti di oscillazioni di livello, e accennava ai cambiamenti in atto a Pozzuoli. Forniva anche un resoconto dettagliato sull'isolotto di Nea Kameni, apparso nella baia di Santorini tra il 1707 e il 1711. L'enfasi di Vallisneri sull'importanza dello studio di quella che chiamò l'anatomia delle montagne (la notomia de' monti) influenzò senza dubbio il pensiero di Arduino.
Alla metà del Settecento, altre due grandi figure in Italia proposero modi diversi di classificare le montagne. L’abate friulano Anton Lazzaro Moro (1687–1764) e il medico, agronomo e naturalista fiorentino Giovanni Targioni Tozzetti (1712–1783) promossero un duplice schema di divisione.
Come Vallisneri, Moro (in De’ crostacei e degli altri marini corpi che si truovano su’ monti, 1740) attaccò con forza le idee precedenti che attribuivano gli accumuli marini al Diluvio Universale. Sviluppò invece un'originale "classificazione" delle montagne in "primarie" e "secondarie". La teoria di Moro si basava sull'apparizione della nuova isola vulcanica a Santorini. L'emergere dell'isola fu segnato da terremoti e turbolenza vulcanica, che si era protratta a intermittenza per diversi mesi. Moro attribuiva grande importanza al fatto che le rocce, quando iniziarono a sollevarsi dal Mar Egeo, erano ricoperte di conchiglie, e che queste furono poi sepolte dal materiale vulcanico espulso. Descriveva poi l'origine del Monte Nuovo, vicino a Napoli, e forniva un resoconto dettagliato delle eruzioni del Vesuvio dell'anno 79 d.C., e dell'Etna. La sua idea era che i fossili trovati nelle montagne avevano avuto origine dove erano stati trovati e che le montagne stesse erano state sollevate dal mare dall'azione vulcanica. Anche tutti i continenti e le isole erano stati sollevati in questo modo. Il materiale stratificato che componeva alcune montagne rappresentava le originarie eruzioni vulcaniche, che nel consolidarsi avevano assunto una certa stratificazione di carattere secondario, come si presenta al Monte Nuovo, al Vesuvio e all'Etna. Le montagne "primarie", sollevate dal fondo di un antico mare dal calore (plutonico) del sottosuolo, come i vulcani sottomarini, erano composte da rocce massicce, generalmente cristalline, e non erano stratificate. Queste montagne erano considerate le parti più alte delle Alpi. Le montagne “secondarie” erano invece costituite da rocce stratificate depositate in tempi diversi. Queste rocce secondarie contenevano frequentemente fossili e detriti che si erano accumulati sul fondo di un antico mare. Non è necessario entrare nei dettagli della sequenza di eventi redatti da Moro nella parte della sua opera dedicata alla storia della terra. Con l'eccezione che seguì Vallisneri nello scartare il Diluvio, la catena degli eventi era disegnata in armonia con l'autorità scritturale e nella prefazione era fornita una dichiarazione ufficiale che il libro non conteneva nulla che fosse ostile alla fede cattolica.
Questa classificazione si basava quasi esclusivamente su prove litologiche e geomorfologiche, poiché non esistevano mezzi indipendenti per datare le montagne e le rocce da cui si sono formate: l'applicazione di associazioni fossili per fornire o supportare la sua cronologia si limitava a notare la loro presenza o assenza, piuttosto che la loro identificazione dettagliata. Targioni Tozzetti si occupò delle lenticelle fossili (Nummulites) di Casciano e Parlascio, da lui scambiate per coralli, e anche dei resti fossili di mammiferi terrestri che erano stati trovati nella valle dell'Arno e in Val di Chiana. Targioni Tozzetti dimostrò definitivamente che i mammiferi erano vissuti in queste valli, e non vi erano stati portati da alcuna catastrofe diluviale, né portati dai Cartaginesi!
Come conseguenza della sua esperienza sul campo, e soprattutto della sua osservazione dell'attività vulcanica, Targioni Tozzetti (1779) rifiutò di accettare il concetto di sollevamento vulcanico di Moro, preferendo invece sottolineare il ruolo dell'erosione marina e del denudamento derivanti dalle acque sotterranee e in particolare dai corsi d'acqua terrestri, questi ultimi responsabili della formazione di valli. Attraverso la sua meticolosa osservazione sul campo, unita all’esame di documenti storici, si rese conto che solo frammenti dell'evoluzione geologica della superficie terrestre potevano essere ricostruiti dalle prove rimaste.
Giovanni Arduino propose il suo concetto generale di divisione stratigrafica nelle due lettere del 1759. Tale schema si basava principalmente sulle proprietà litologiche, che comprendevano montagne definite “primarie” (primario), “secondarie” (secondario) e “terziarie” (terziario), così come il terreno delle pianure alluvionali, che era considerato appartenente ad una “quarta” unità (che non definì Quaternario). Pensava che ogni ordine fosse separato da "una grande rivoluzione dei sistemi terrestri". Con una descrizione più accurata dei termini litologici incontrati rispetto a quelli presentati da Moro e Targioni Tozzetti, la classificazione di Arduino si basava sull'esperienza accumulata da due decenni di osservazioni nell'Italia settentrionale, nelle Alpi Apuane e nelle colline metallifere della Toscana. In linea di principio, la sua classificazione rappresentava un'analisi litologica sistematica in cui tentava di descrivere le rocce caratteristiche di ogni singola divisione. Oltre ai suoi quattro ordini, Arduino riconobbe anche quelle che definì rocce “primitive” (roccia primigenia). Queste si trovavano alla base di tutto il paesaggio da lui indagato e quindi dovevano essersi formate prima degli altri suoi ordini. Arduino aveva già individuato questa unità basale di scisti cristallini nella sua classificazione litostratigrafica delle Alpi Apuane. Inoltre, aggiunse una sequenza più recente al suo "ordine terziario" (terzo ordine) "le colline di tufo e argilla della Toscana", che erano state precedentemente descritte da Targioni Tozzetti, che li vedeva come “secondarie”. Classificando queste rocce come "terziarie" Arduino le distinse dalla precedente classificazione del predecessore.
La classificazione litostratigrafica di Arduino era molto più sofisticata e, allo stesso tempo, più accurata rispetto alle proposte dei suoi contemporanei, sia nella nativa Italia che altrove in Europa. Arduino considerava le sue "divisioni in quattro ordini" come quattro grandi strati (“quattro grandissimi strati”) sovrapposti, a loro volta stratificati internamente essendo composti da molti strati minori. Egli concluse che questi strati sono stati depositati successivamente in tempi diversi e in condizioni diverse. Nella sua Seconda Lettera, l'Arduino affermava:
“Da quanto ho potuto osservare, la serie di questi strati, che compongono la crosta visibile della Terra, mi sembra distinta in quattro ordini generali, e successivi, senza considerare il mare. Questi quattro ordini possono essere immaginati come quattro grandi strati, che in tutti i luoghi dove sono esposti, si possono vedere sovrapposti, in modo costantemente uniforme. Sebbene ciascuno di questi grandi strati sia un'unione di numerosi altri strati minori, composti di molti tipi, specie e varietà di materiale, tuttavia considerando tutti i componenti nel loro insieme di ciascuno dei detti ordini e strati principali, e confrontando un ordine con un altro, si può vedere la diversità della natura, e degli eventi che fanno chiaramente conoscere che si sono formati, non solo in tempi diversi, ma anche in circostanze molto diverse”.
Nelle pubblicazioni successive e soprattutto nel suo Saggio Fisico-Mineralogico di Lythogonia e Orognosia (1774), assegnò il nome schisto alla roccia “primitiva”, oggi interpretata come quarzo cristallino metamorfico e scisto micaceo. Le rocce primitive, attraverso le quali scorrono innumerevoli vene di quarzo, non sono fossilifere e sono fortemente ripiegate.
Nello schema di classificazione litologica di Arduino, le sue rocce di “primo ordine” erano le “montagne primarie” (Montes Primarii). Questi strati si sovrapponevano alle rocce “primitive” ed erano formati da arenarie e conglomerati (“un miscuglio di ciottoli, sabbia e polvere delle rocce primordiali”), e comprendevano anche rocce ignee granitiche intrusive. L'assenza di fossili di queste “montagne” permise ad Arduino di differenziare le rocce stratificate del primo ordine da quelle del secondo, cioè quelle che formano le “montagne secondarie”. I Montes Secundarii contengono infatti un gran numero di fossili marini e sono composti principalmente da calcari, marne e argille. Arduino enumera diversi gruppi minori all'interno della serie secondaria, e si sofferma a lungo sui calcari bianchi e rossastri superiori, la cosiddetta Scaglia. Osservò gli enormi blocchi di granito e di scisto che talvolta ricoprono le superfici esposte delle rocce della Scaglia, dicendo che erano stati chiaramente tratti da rocce primitive affioranti nel vicino Tirolo, ma lasciò al futuro la spiegazione del mistero del trasporto (glaciale?) di questi enormi massi.
I Montes Tertiarii di Arduino sono costituiti da una serie più giovane e altamente fossilifera di calcari, sabbie, marne, argille, ecc.; egli osserva che in molti casi si può dimostrare che i materiali di questi sono derivati dalle serie precedenti, essendo composte dai resti di “conchiglie, frammenti e sabbie di animali marini testacei: e frammenti, di ciottoli, sabbie e frammenti originati dalla distruzione di ampie porzioni delle montagne primarie e secondarie”, Questi materiali comprendono calcari, arenarie, argille e conglomerati che forniscono i resti di animali più moderni. Oltre a queste rocce stratificate, prevalentemente marine, Arduino identificò anche quelle che oggi sono conosciute come le rocce vulcaniche dell'Oligocene che si trovano nelle Prealpi Venete, notando “le intere colline di quei cumuli e tufi vetrificati, tutti forati e spugnosi di vari colori, che sembrano pomici e lave di antichi vulcani”. Inserì anche questi prodotti eruttivi ignei, insieme alle litologie non vulcaniche associate, nel suo "terzo ordine". Arduino, di conseguenza, riferiva l'origine del gruppo vulcanico a eruzioni ricorrenti e inondazioni intermittenti del mare.
Il "Quarto Ordine" di Arduino non includeva le rocce che formano montagne, ma comprendeva invece “tutte le pianure, che sono formate, anche strato su strato, da alluvioni e dal deposito di materiale portato dalle montagne dalle acque dei fiumi”. Questi depositi superficiali e alluvionali non erano "ammassi rocciosi" ma ghiaie, sabbie, limi e fanghi non consolidati che si trovano solitamente nelle valli e negli estuari dei fiumi e nelle pianure basse. Il grande teorico nettunista tedesco Abraham Gottlob Werner (1749 – 1817) li chiamò in seguito “depositi dilavati”.
Prima di Arduino, il concetto originale del quarto ordine comprendeva gli ammassi rocciosi vulcanici, basato sulla loro posizione e sulla natura delle rocce, non particolarmente sulla loro età relativa. Arduino, invece, incluse queste rocce nel suo “Terzo Ordine” (o “monti terziari”) assegnando invece al suo “Quarto Ordine” materiali sostanzialmente diversi da quelli che formavano le montagne degli altri tre ordini. Questo perché i depositi che hanno riempito le valli formando pianure, costituivano un sistema deposizionale chiaramente di origine molto più recente. È anche possibile che abbia riconosciuto che questi depositi erano di interesse limitato per lui poiché non erano importanti per l'industria estrattiva. Qualunque sia la ragione, il "quarto ordine", è la meno trattata delle unità litostratigrafiche del sistema di classificazione di Arduino.
Le conclusioni critiche contenute nelle Due Lettere di Arduino sono senza dubbio emerse in seguito alla sua escursione nell'ottobre 1758 nella Valle d'Agno, nelle Prealpi a nord di Vicenza. Questa sezione di 20 km lungo la valle convinse Arduino di poter vedere uno schema generale coerente nelle sue osservazioni geologiche e geomorfologiche nelle regioni alpine e appenniniche. Tra i suoi manoscritti geologici e appunti di campo, conservati presso la Biblioteca comunale di Verona, il pezzo più rilevante è la sezione di bozzetti geologici lungo la Valle dell'Agno da Montecchio Maggiore alla conca di Recoaro. Il disegno della Val d'Agno che risale al 1758 fornisce una bella illustrazione dello schema di classificazione litostratigrafico di Arduino, sebbene l'etichettatura non identifichi i "quattro ordini" da lui proposti in seguito. Questa figura registra le rocce esposte lungo i fianchi della valle, le litologie e l'espressione topografica e il colore associati, fornendo la base per la sua differenziazione in 15 unità etichettate da A a R. Il suo quarto ordine è mostrato all'estrema destra a Montecchio Maggiore.
Nelle sue Due Lettere, Arduino, in comune con ricercatori precedenti come Targioni Tozzetti, non incluse la discussione degli insiemi di fossili che avrebbero potuto caratterizzare la ricostruzione cronologica della storia della Terra. Si limitò a rilevare la presenza dei “resti di abitanti marini” che accennò solo come guida alla differenziazione delle rocce “Primarie” e “Secondarie”, apparentemente omettendo di rimarcare le differenze nella paleontologia delle due tipologie.
A usare le quattro divisioni di Arduino fu, tra gli altri, il grande anatomista e paleontologo francese Cuvier (1769-1832), generalmente considerato il "padre fondatore della paleontologia", che indicò le faune caratteristiche associate a ciascuna divisione. Notò che la fauna quaternaria era quella dei giorni nostri e includeva le scimmie e l’uomo. Concluse che alcuni degli elementi faunistici, come mammut, mastodonte, rinoceronte lanoso e cervo gigante, erano caduti vittime dell'ultima grande catastrofe geologica, il diluvio biblico, mentre altri taxa erano sopravvissuti fino ai giorni nostri.
Sebbene la terminologia a quattro ordini di Arduino sia stata sostituita nella geologia moderna dai termini di origine greca introdotti successivamente da vari autori, le rocce primitive e primarie sono effettivamente precambriane e, poi, paleozoiche, le rocce secondarie sono essenzialmente mesozoiche e le terziarie sono le rocce di età cenozoica. I termini di base latina Primario e Secondario sono ancora usati occasionalmente ancor oggi. Inoltre, nonostante i tentativi di sopprimerli, anche negli ultimi decenni i termini Quaternario, e in misura minore Terziario, hanno resistito alla sostituzione, rimanendo in molte situazioni nell'uso corrente.
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