Los materiales más antiguos que afloran en la superficie de Bizkaia son los del Tria. Carecemos por tanto de registro litológico de tiempos anteriores al Secundario o Mesozoico. En el País Vasco, los únicos afloramientos del Paleozoico, se encuentran en Gipuzkoa.
En Europa, el Trias presenta tres tramos bien definidos: el primero, formado por areniscas, se formó en un proceso de desertización que cubrió toda Europa; el segundo está formado por calizas y representa un periodo en el que el mar avanzó y cubrió el continente; y el tercero, al que se denomina Trias Keuper, formado por margas y arcillas, representa la retirada de este mar y la desertización de Europa.
Estos últimos son los materiales que afloran en Bizkaia. Son representativos de una época cálida y árida, en la que la regresión del mar formó amplias lagunas saladas. En éstas, una lenta evaporación del agua permitía que las arcillas se enriquecieran en minerales salinos.
El Jurásico se caracteriza por una transgresión del mar que cubre casi toda Europa. El clima debió ser cálido con abundante desarrollo de fauna, principalmente reptiles. En Bizkaia solo afloran dos estrechas franjas del Jurásico en los bordes de la ria de Gernika. Son predominantemente calizas con abundantes fósiles de belemnites, fragmentos de caparazón interno de un molusco semejante al jibión, por lo que podemos imaginar un medio mar profundo.
El tránsito entre el Jurásico y Cretácico se caracteriza por una importante regresión del mar, hasta el punto que muchas zonas las tierras emergen de nuevo. En Bizkaia aparecen faices propias del litoral o de mares interiores, semejantes a albuferas, en los que los ríos vertían materiales del continente. El clima fue probablemente cálido y lluvioso y el aporte abundante de aguas fluviales evitaron la excesiva salinidad de estos mares aislados. Se formo fauna compuesta por distintas especies de peces como rasgo más característico.
Esta situación da lugar a los materiales del Complejo Purbeck-Weald. A lo largo del Cetrácico Inferior el mar recobra poco a poco sus antiguos dominios. El clima continua siendo cálido, favoreciendo que en el Urgoniano aparezcan organismos arrecífales. Esto nos permite saber que el ambiente de Bizkaia era el de un mar somero y luminoso, con poca turbulencia. Esta situación cambia hacia el Supraurgoniano en el que la profundidad es mayor, con abundantes aportes de materiales detríticos (arenas y limos) procedentes de la costa cercana.
En el Cetrácico Superior se produce la transgresión Cenomanense que cubre de nuevo la gran mayoría de Europa. La situación de Bizkaia es la de un fondo marino a gran profundidad, cercano al borde del talud, en el que debido a la llegada esporádica de materiales de la plataforma, a causa de tormentas probablemente, se origina la sedimentación «flysch». En el último tramo del Cretácico Superior se produce una regresión con aparición de algunos depósitos de tipo lagunar.
Al iniciarse el Terciario, Bizkaia se encuentra aún sumergida nen un mar cada vez más somero. En las areniscas del núcleo del Sinclinal de Bizkaia aparecen huellas de organismos retractores y marcas de corriente y oleaje. Hacia la mitad del Terciario la orogenia alpina permite la emersión de los materiales. A partir de este momento carecemos de registro litológico, bien porque no se produjo sedimentación o bien por a ver sido destruida por la erosión. Por las características generales del Terciario podemos suponer un clima suave con abundante vegetación y fauna. Durante esta época finaliza el magmatismo en nuestro territorio con erupciones volcánicas violentas. Las traquitas de Aspe son testigo de estos procesos.
Hacia el final del Terciario, el clima se hace cada vez menos cálido. Con el Cuaternario se inician las glaciaciones, si bien en Bizkaia no llegaron a producirse procesos glaciares. En la base del Holoceno, hace aproximadamente 100.000 años, se produce la última transgresión marina que elevó la línea de costa ente 7 m y 13 m sobre el nivel actual.
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