El sustrato geoloógico del subsuelo de la Mesopotamia esta integrado por formaciones geológicas que afloran en territorio uruguayo y brasileño

Se reconocerse a la Formación Paraná conforme a su estratotipo aflorante en la ciudad homónima y a los datos de subsuelo identificados en la misma zona.

La primer referencia a estratos de edad terciaria en la Mesopotamia fue realizada por Alcides D´Orbigny (1842), quien en febrero de 1827 «un poco más arriba del riacho de las Conchillas.» identificó una columna geológica representada por arenas y arcillas con fósiles que le sugerían una antigüedad de ese período. Un año más tarde tuvo la posibilidad de revisar secciones que exponían la secuencia marina en la ciudad de Paraná que eran sometidas a explotación para su utilización en la fabricación de cal. «Recogí con avidez los fósiles que encontré, porque eran los primeros que descubrí en América», decía al comentar las tareas que le permitieron elaborar la primer columna estratigráfica del Terciario de la Mesopotamia e interpretar que ella tuvo origen en un avance del océano Atlántico sobre el continente.

Unos años más tarde Charles Darwin (1846) revisó los afloramientos en las barrancas de Paraná, coincidiendo con D´Orbigny en las características fundamentales de la columna estratigráfica, destacando su origen marino.

Los afloramientos de la Formación Paraná se registran en una amplia región que va desde la margen derecha del río Nogoyá, hasta las inmediaciones de la desembocadura del río Feliciano, en la provincia de Entre Ríos.

Hay sectores en los que esta unidad constituye el núcleo principal de las barrancas, como es el caso de la zona de Paraná-Bajada Grande, o la región que va entre Rincón del Nogoyá-Victoria- Costa Grande. En cambio desde Paraná al norte, se la observa a lo largo de la margen izquierda del río homónimo o en puntos saltuarios en la cuenca del arroyo de las Conchas (Paso de la Arena-La Picada). También se la ha localizado en el subsuelo, mediante perforaciones, en distintos sectores del área centro de Entre Ríos, casi coincidentes con el eje del río Gualeguay.

Hacia el sureste, el cauce del Arroyo Doll expone una sección de varios metros de espesor de esta unidad, desde 1 kilómetro al norte del puente de la ruta provincial 11 y por varios kilómetros aguas abajo. En el punto llamado Molino Doll la sección estratigráfica tiene unos 8- 10 metros y está representada, de abajo hacia arriba por una sucesión de arcillas que pasan a arenas margosas y culminan en calizas masivas, gris blanquecinas, con moluscos (Ostrea, Arca, etc.), y niveles clásticos carbonáticos con estructura diagonal (Aceñolaza y Aceñolaza, 2000).

La Formación Paraná , tiene una edad de 10,5 millones de años (Mioceno medio), y atestigua los tiempos en que el mar ingresó e inundó durante un prolongado período las tierras continentales (Mar Paranense). Las variadas especies de invertebrados fósiles, como las grandes ostras que habitaban el litoral de aquel antiguo mar, constituyen las formas más comunes y fácilmente reconocibles en las barrancas. El retroceso del mar, progresivamente, dio lugar a la aparición de ríos que, a lo largo de la amplia cuenca del incipiente río Paraná, comenzaron a erodar este antiguo lecho marino.

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Malacofauna de las Formaciones Paraná y Puerto Madryn. Origen y composición