| X. L’évolution de l’Amérique du Nord, ou les géosynclinaux, les zones frontalières et les géanticlines | Page de titre | XII. L'ère protérozoïque, ou l'âge de la production de fer |
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¶ Historique des classifications
La majeure partie du Canada, ou plutôt le Bouclier canadien, d’une superficie de plus de 2 000 000 de milles carrés, expose la portion la plus ancienne du continent nord-américain (voir fig., p. 139). On y trouve les traces d’une succession complexe d’événements survenus durant les premières ères géologiques.
Œuvres de Sir William Logan. — C’est à William Edmond Logan (1798-1875), premier directeur de la Commission géologique du Canada, qu’est revenue la tâche de reconstituer cette histoire. Pionnier dans son travail, il a inauguré l’étude des formations précambriennes, ce qui lui a valu le surnom de père de la géologie précambrienne.
Geikie dit de Sir William Logan : « Dès le début de sa collaboration avec la Commission géologique du Canada en 1843, Logan confirma l’observation [des géologues précédents] selon laquelle les plus anciennes formations fossilifères d’Amérique du Nord reposent en discordance sur une vaste série de gneiss et autres roches cristallines, auxquelles il continua d’abord d’appliquer l’ancien terme de roches primaires. » Après des années de travail de sa part et de celle de ses collègues, il proposa pour ces masses minérales très anciennes l’appellation générale de laurentiennes, en raison de leur présence dans les monts Laurentides. […] Au cours de ses recherches, il découvrit une série [ p. 144 ] d’ardoises et de conglomérats durs, contenant des galets et des blocs de gneiss, et manifestement d’origine plus récente. […] Ces roches, largement présentes le long des rives nord du lac Huron, furent nommées huroniennes. Il décrivit par la suite une seconde série de roches cuprifères reposant en discordance sur les roches huroniennes du lac Supérieur. Il a ainsi reconnu l’existence d’au moins trois vastes systèmes plus anciens que les formations fossilifères les plus anciennes. Il restera à jamais l’un des pionniers de la géologie, qui, face à des difficultés incroyables, a ouvert la voie à la compréhension des roches les plus anciennes de la croûte terrestre.
Méthode de corrélation. — Pour établir la chronologie précambrienne, le géologue ne dispose d’aucun fossile et les critères utilisés pour reconstituer la séquence géologique sont de nature physique : (1) similarité des caractéristiques des roches, (2) nature structurale des roches, (3) superposition des formations, (4) mouvements crustaux et (5) cycles d’érosion. L’étude des différentes formations précambriennes met en évidence deux caractéristiques majeures : (1) les vastes mouvements crustaux, caractérisés par d’importantes remontées de roches en fusion ; et (2) la profondeur de l’érosion, qui révèle sur de vastes zones des niveaux crustaux profonds ayant subi un métamorphisme régional, bien qu’enfouis profondément. Ces niveaux se situaient à plusieurs kilomètres sous la surface actuelle.
Durée du Précambrien. — Les géologues admettent généralement que la période antérieure au Cambrien, première période riche en fossiles, fut extrêmement longue. Durant cette période, il y a eu au moins deux, voire trois révolutions majeures, et le nombre de petites interruptions dans les archives géologiques reste totalement inconnu. En conséquence, nous avons attribué, sur la base de l’horloge radioactive (voir Fig., p. 105), plus de la moitié du temps géologique aux ères archéozoïque et protérozoïque.
Terminologie. — Concernant l’utilisation des termes Archéozoïque et Protérozoïque pour désigner respectivement l’ère de la vie larvaire et l’ère des invertébrés primitifs, il convient de préciser ce qui suit. Les ères postérieures étant marquées par une abondance de vie fossilisée, il est essentiel de le souligner dans leur dénomination par le suffixe « zoïque », qui signifie « vie ». Les ères antérieures à ces périodes riches en fossiles sont presque dépourvues de formes reconnaissables, et les fossiles y sont, au mieux, extrêmement rares. Par conséquent, une classification des formations protérozoïques et archéozoïques fondée sur les fossiles est impossible, bien que la vie ait existé durant ces deux ères. L’emploi du suffixe « zoïque » dans [ p. 145 ] la dénomination de ces ères est néanmoins justifié et les harmonise avec celles des ères postérieures, même si la classification des formations archéozoïques et protérozoïques repose sur leur structure géologique et non sur les fossiles. Étant donné que les formations de l’Archéozoïque semblent dépourvues de fossiles et sont par ailleurs très altérées, certains géologues préfèrent le terme « Archéen » (qui signifie « très ancien » ou « commencement »), un terme autrefois appliqué à toutes les formations précambriennes. Dans cet ouvrage, cependant, le terme « Archéozoïque » est privilégié car il signifie « le plus ancien » ou « vie primordiale », une signification en accord avec notre conception actuelle.
Divisions du temps archéozoïque. — Au chapitre VII, les événements géologiques du précambrien sont présentés sous forme de tableau et mis en relation avec les formations plus récentes ; ci-dessous, seuls les événements les plus importants de l’Archéozoïque sont énumérés, classés du plus récent au plus ancien.
Tableau des événements de l’Archéozoïque
Ep - Intervalle archéozoïque et pénéplanation
Enregistrement diastrophique < Révolution laurentienne, formation des montagnes et intrusion de granites laurentiens
Enregistrement aqueux et volcanique < Série de Grenville (peut s’avérer être protérozoïque (huronienne)) Roches volcaniques et sédiments de Keewatin-Coutchiching
Début irrécupérable de l’histoire de la Terre
¶ Période archéozoïque
Au chapitre IX, nous avons décrit les événements qui auraient eu lieu pendant la période pré-archéozoïque, et nous allons maintenant passer à une présentation des formations les plus anciennes connues des géologues.
Complexe du socle. — L’étude des roches archéozoïques est confrontée à d’immenses difficultés, car aucune des formations du complexe du socle n’a conservé son état originel. On les appelle roches du socle car ce sont les plus anciennes connues, et complexe en raison de leur nature actuelle fortement altérée. Les sédiments déposés par l’eau, les laves et les granites ont été profondément modifiés par les pressions considérables des forces magmatiques, et déformés par des intrusions ignées. De ce fait, leur état originel a subi, sous l’effet de la chaleur, de la pression et des mouvements rocheux qui en ont résulté, des transformations chimiques, et leur matière minérale s’est recristallisée en d’autres types, donnant naissance à de nouvelles roches cristallines, gneissiques ou schisteuses. En de nombreux endroits, rien ne subsiste tel quel, tout semble plongé dans un désordre inextricable, rendant ainsi extrêmement difficile [ p. 146 ] l’établissement de l’ordre de superposition des formations et la datation de leurs contacts. On accorde aujourd’hui une importance capitale au degré d’érosion des formations plus anciennes par les éruptions récentes, car l’âge d’une roche éruptive est calculé à partir de son refroidissement au sein des masses intrusives. Vient ensuite, par ordre d’importance, l’étendue des discordances angulaires résultant de la formation des montagnes et des longues phases d’érosion ultérieures.
L’Archéozoïque, dans son ensemble, est homogène dans son hétérogénéité, c’est-à-dire qu’il présente une complexité extraordinaire.
Premières roches sédimentaires. — Aux origines de l’histoire géologique, encore inconnue, la surface de la Terre était probablement composée uniquement de roches ignées, essentiellement des granites. L’apparition des pluies a entraîné la formation des premiers sédiments, produits de l’érosion des granites et des laves, auxquels s’ajoutaient des poussières volcaniques et des matériaux dissous, comme les calcaires, issus de la dissolution des granites et des laves. Ces sédiments devaient donc être des grès et des pélites, et les calcaires ont probablement d’abord été formés par précipitation chimique. Plus tard, des organismes ont participé à leur dépôt.
Absence de croûte terrestre originelle. — Les géologues ne disposent à ce jour d’aucune preuve concernant les événements survenus au début de l’Archéozoïque, ni de la fondation originelle sur laquelle reposent les séries de Coutchiching, de Keewatin et de Grenville. Il est donc certain que l’ancienne fondation du Bouclier canadien, c’est-à-dire les roches plus anciennes que celles reposant actuellement sur les granites laurentiens, a été déplacée ou refondue par les importantes remontées de ces roches, les plus anciennes connues à ce jour.
Formations archéozoïques. — Les formations de Keewatin et de Coutchiching sont les plus anciennes formations connues d’Amérique du Nord. La formation de Coutchiching est la plus ancienne série de sédiments connue et se rencontre généralement dans la région des lacs Rainy, au nord du Minnesota, au Canada. Son épaisseur est d’au moins 1 400 mètres (4 600 pieds). Elle était initialement composée principalement de schistes carbonés, aujourd’hui métamorphisés en micaschistes et en dolomie, tous deux probablement d’origine marine. La formation de Keewatin, surtout connue dans la région du lac des Bois, à l’extrême ouest de l’Ontario, est constituée de coulées de lave sombres subaquatiques (généralement des basaltes, aujourd’hui des roches vertes ou des schistes), avec quelques lits de cendres et des mudstones noirs carbonés et sableux, aujourd’hui transformés en schistes. Plus à l’est, comme à Hunter’s Island et le long de la rivière Mattawin, on trouve d’importantes quantités de fer (généralement de l’hématite) dans des jaspes rubanés. Ce fer est exploité dans la chaîne Vermilion, au Minnesota. La formation de Keewatin, tout comme celle de Grenville qui lui succède, est largement répandue, mais ses affleurements sont généralement petits et très localisés. Elle représente l’une des plus importantes coulées de basalte.
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Dans la province de l’Ontario, au nord du lac Ontario et à l’est du lac Huron, se trouve une vaste succession de strates essentiellement calcaires, l’épaisse série de Grenville. Ces formations sont, dans cet ouvrage, classées dans l’Archéozoïque, conformément à l’opinion généralement admise, bien que Leith et Collins pensent qu’elles pourraient dater du Protérozoïque (Huronien). Nous avons découvert cette série grâce à Logan, qui a donné à ces roches le nom du canton de Grenville. On sait aujourd’hui que ces formations recouvrent la majeure partie du Labrador, du Québec, de l’Ontario, des Mille-Îles, des Adirondacks et du sud de la Terre de Baffin. Adams et Barlow ont estimé leur épaisseur en Ontario à plus de 28 650 mètres (près de 29 kilomètres), dont environ 15 250 mètres de calcaire. La phase calcaire est toutefois pratiquement limitée au sud de l’Ontario, aux Adirondacks et au Québec (voir fig., p. 147).
Les formations les plus remarquables de la série de Grenville sont des calcaires cristallins, parfois d’un blanc marbré grossier, mais le plus souvent colorés. Ils sont riches en graphite, mica, hornblende et serpentine. Facilement altérables, on les trouve fréquemment dans les vallées ou le long des lacs. On y trouve également du gneiss et, en moindre quantité, des quartzites ; il s’agissait à l’origine de mudstones et de grès. Sous la formation de Grenville se trouvent d’anciennes coulées de lave, probablement celles de la formation de Keewatin.
Les roches de Grenville s’étendent généralement en longues bandes entre les zones de granites gneissiques, car elles forment fréquemment des chenaux synclinaux à fort pendage, pris en étau entre les bathylithes du gneiss laurentien. Ces structures rubanées résultent du bombement des strates par les bathylithes ascendants des Laurentides, aujourd’hui si profondément érodés que seules leurs racines, les parties les plus profondes des ticlines de Grenville, sont exposées, entre lesquelles se trouvent les dômes granitiques (Coleman et Parks).
La serpentine est fréquente dans les marbres de Grenville, où l’on trouve les structures fossilifères appelées Éozoon, décrites plus loin. La formation de Grenville est la plus épaisse série de strates archéozoïques connue et semble être le dépôt d’une mer d’eau chaude peu profonde en transgression. Il s’agit probablement d’une sédimentation à la fois chimique et bactérienne. En direction de la baie d’Hudson, les calcaires disparaissent et laissent place à ce qui était à l’origine des boues et des sables, et qui sont aujourd’hui des quartzites, des gneiss et des schistes (Cooke, 1919).
Du fait de la faible profondeur des mers de Grenville et de l’origine de leurs boues et sables dans la région de la baie d’Hudson, Cooke souligne qu’une grande partie du Bouclier canadien était déjà présente à l’époque de Grenville, en tant qu’élément continental. [ p. 149 ] Ceci montre l’ancienneté géologique des roches de ce bouclier et suggère que le noyau de l’Amérique du Nord s’est probablement formé lors de la formation de la croûte terrestre primitive.
Dans le Grand Canyon du Colorado (voir frontispice), les roches archéozoïques sont connues sous le nom de série de Vishnu. À cet endroit, les gorges granitiques du fleuve exposent ces roches sur une distance de 64 kilomètres. Ils sont composés de gneiss (50 %), de micaschistes (30 %, sédiments métamorphisés), d’intrusions basiques (10 %) et d’intrusions siliceuses. Il est possible qu’un ancien socle gneissique ait servi de support aux schistes (Noble, 1916).
Graphite. — L’attention des géologues s’est depuis longtemps portée sur la grande quantité de graphite présente dans les strates archéozoïques, principalement dans les quartzites-schistes. Sir William Dawson affirmait il y a longtemps que la série de Grenville contenait plus de graphite disséminé que l’ensemble des systèmes carbonifères (charbonifères) ne contenaient de matière carbonée. Bastin indique que dans les Adirondacks, la teneur en graphite varie de 3 à 10 % du poids de la roche. Près de Hague, sur le lac George (État de New York), on observe des couches alternées de schistes graphitiques d’une épaisseur de 1 à 4 mètres, évoquant un gisement de charbon fossilisé. On pense que ce graphite provient principalement de schistes carbonés ou bitumineux, d’origine organique, et probablement de résidus de plantes marines primitives.
Géosynclinal de Québec. — Du Labrador au lac Supérieur, sur une distance de plus de 2 250 kilomètres, s’étendait, à l’Archéozoïque, le long du flanc sud du Bouclier canadien, le grand géosynclinal de Québec (ainsi nommé car une plus grande partie se situait dans la province de Québec), apparemment plus profond au nord-est qu’au sud-ouest. En général, l’orientation des formations déposées dans ce bassin est comprise entre 75° N et 70° S. Le long du flanc sud du bassin, à l’est du lac Huron, se trouve l’épaisse série calcaire de Grenville, qui devient de plus en plus métamorphisée, plissée, froissée et surélevée vers le nord. Vers la fin de l’Archéozoïque, une longue masse de granite orientée nord-est/sud-ouest, suivant la direction générale de l’actuelle rive nord du fleuve Saint-Laurent, et prolongée au nord non par des calcaires, mais par des grès et des conglomérats (Cooke), a percé les sédiments de la fosse, entraînant la formation des Laurentides. Puis, au début du Protérozoïque, s’est développée, à partir de l’ancienne fosse, la fosse ontarienne (séquentielle), qui sera décrite au chapitre suivant. (Voir Fig., p. 159.)
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¶ Formation des montagnes archéozoïques et pénéplaine laurentienne
Granite laurentien. — La principale formation rocheuse du Bouclier canadien est le gneiss et le granite laurentiens, largement répandus. Ils résultent de la consolidation d’innombrables bathylithes qui ont remonté sous forme de magma en fusion dans les sédiments plus anciens, connus sous le nom de série de Keewatin dans la région du lac Supérieur, et plus à l’est en Ontario sous le nom de série de Grenville. Ces granites sont si répandus qu’ils recouvrent plus de 90 % de la région du lac Supérieur et ont longtemps été considérés comme la surface refroidie originelle, ou croûte terrestre, sur laquelle reposent les formations susmentionnées. Depuis 1887, cependant, il est devenu évident que ces granites ne sont pas plus anciens que les formations qu’ils semblent sous-tendre, mais qu’ils sont en réalité plus jeunes, car ils ont remonté de profondeurs inconnues, ont fracturé les roches plus anciennes et ont envahi les formations sus-jacentes. Les géologues ignorent donc encore sur quelle fondation reposent ces formations envahies plus anciennes, et l’on a même dit qu’elles ne reposent sur rien. Bien que, du point de vue de leur origine, elles ne reposent sur rien de connu, en réalité, elles reposent ou flottent sur les granites laurentiens. Toutefois, il ne faut pas oublier que ces granites du socle sont intrusifs et donc plus jeunes que les séries de Keewatin et de Grenville, qui reposent sur eux.
Les roches laurentiennes sont principalement composées de granite, de granodiorite ou de syénite, avec de plus petites quantités de gabbro ou de diorite. Ces matériaux présentent généralement une structure schisteuse ou rubanée et sont appelés gneiss. Les roches sont majoritairement à gros grains et contiennent souvent des cristaux de feldspath porphyrique. Dans de nombreux cas, elles ont été cisaillées en gneiss granitoïde porphyrique, une phase très courante du Laurentien.
Les batholites laurentiens sont souvent ovales, mais parfois de forme irrégulière là où plusieurs remontées de roches se sont combinées. Ils présentent une structure schisteuse parallèle au bord incurvé, qui évolue vers l’intérieur vers la structure granitique ordinaire. Leur taille peut varier de quelques kilomètres à cinquante kilomètres de diamètre maximal, comme sur le lac Rainy. Leur disposition générale s’étend approximativement vers le nord-est (50°80° est du nord), indiquant la direction des grandes chaînes de montagnes dont elles formaient le noyau (Coleman et Parks).
Intervalle épi-archéozoïque. — Après une très longue période d’événements apparemment paisibles et l’accumulation de vastes quantités de dépôts marins et continentaux, l’Archéozoïque, dans la partie sud du Bouclier canadien, laissa place à la formation des monts Laurentides, comme décrit dans l’étude des granites laurentiens. S’ensuivit une longue période d’érosion, l’intervalle épi-archéozoïque, qui réduisit les hautes [ p. 151 ] terres à une pénéplaine (voir p. 145). Cet intervalle d’érosion constitue la rupture la plus significative de toute la géologie nord-américaine, et le Bouclier canadien la plus remarquable de toutes les pénéplaines connues.
« Les collines sont des ombres, et elles coulent
d’une forme à l’autre sans que rien ne demeure ;
elles fondent comme des brumes, les terres solides,
comme des nuages elles se façonnent et s’envolent. »
Tennyson.
Caractéristique actuelle du Bouclier canadien. — La majeure partie de la surface actuelle du Bouclier canadien (voir carte, p. 139) est une plaine ondulée parsemée d’un réseau complexe de lacs et de rivières interconnectés (fig. ci-dessous). Près de son centre se trouve une dépression abritant la baie d’Hudson, une mer épicontinentale d’une profondeur moyenne de 128 mètres (420 pieds). De ce bassin central, la plaine s’élève dans toutes les directions vers le plateau continental. Le niveau général de la plaine au-dessus de la mer est d’environ 457 mètres (1 500 pieds), et les dénivellations locales sont généralement inférieures à 46 mètres (150 pieds), bien que, rarement, elles puissent atteindre 152 mètres (500 pieds) au-dessus du niveau général de la plaine.
La pénéplaine du bouclier, dans son ensemble, s’élève lentement vers l’est et, au centre de l’Ungava, se situe à environ 730 mètres au-dessus du niveau de la mer. Le long de la marge orientale du Labrador se dressent des montagnes escarpées qui culminent à 1 830 mètres au nord, et certains sommets atteignent même 2 285 mètres. En fait, on peut dire qu’une chaîne montagneuse s’étend sur 3 200 kilomètres, [ p. 152 ] de Belle Isle au nord jusqu’au cap Sabine, en Terre d’Ellesmere. Cette topographie accidentée, ainsi que celle qui longe la marge sud à l’est de Québec, est relativement jeune, et la déformation du bouclier à cet endroit remonterait au début du Pléistocène, les mouvements se poursuivant jusqu’à une époque récente.
Suess limitait le bouclier au Canada, tel que défini ci-dessus, mais Adams et d’autres géologues y incluent le Groenland et les Adirondacks de l’État de New York. Cette dernière région culmine aujourd’hui à environ 1500 mètres d’altitude sur quelques sommets montagneux, l’altitude moyenne étant d’environ 600 mètres, une altitude également due aux bouleversements régionaux du Cénozoïque.
¶ Preuves de vie à l’Archéozoïque
Les preuves directes de l’existence de la vie à l’Archéozoïque sont extrêmement rares, mais elles indiquent clairement qu’au moins des cyanobactéries microscopiques apparentées aux Inactis ou Microcoleus actuels vivaient à cette époque (Gruner 1923, voir figure ci-dessus).
Il y a longtemps, Sir William Dawson a décrit, à partir des calcaires de Grenville, Eozoon canadense, ce qui signifie « animal de l’aube du Canada ». Pendant un temps, on a souvent considéré ces masses globulaires, parfois de plusieurs pieds de diamètre, comme étant d’origine organique, et elles ont figuré comme telles dans de nombreux manuels depuis 1864, bien que personne n’ait réussi à démontrer à quelle classe d’animaux elles appartenaient. Elles ressemblent beaucoup à la figure 54, p. 176. Ce ne sont certainement pas des protozoaires, comme le supposait Dawson. Ces masses sont constituées de fines bandes de calcite irrégulièrement alternées et de couches vert foncé, généralement de serpentine, et résultent du métamorphisme des dépôts calcaires. On les considère aujourd’hui comme probablement d’origine organique et on pense qu’il s’agit de dépôts calcaires, formés involontairement par des plantes marines (algues), c’est-à-dire par les réactions chimiques de la matière vivante (métabolisme).
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absence habituelle de fossiles dans l’Archéozoïque ne réfute pas la théorie selon laquelle la vie a commencé dans des microcosmes à corps mou ; elle constitue plutôt une preuve indirecte confirmant cette théorie. La vie primordiale, à en juger par les stades de développement des êtres vivants actuels, était trop périssable et minuscule pour se fossiliser. Lane a donc appelé l’ère archéozoïque l’« Âge collozoïque », signifiant qu’à cette époque, les organismes étaient gélatineux.
Les preuves indirectes plaident encore davantage en faveur de l’hypothèse que la vie existait déjà à l’Archéozoïque. Ceci est démontré par la nature de l’hydrosphère et plus particulièrement par la présence d’oxygène dans l’atmosphère et sa réaction sur les sédiments. Une autre preuve indirecte réside dans l’abondance et la généralisation du graphite dans ces sédiments les plus anciens. Ce graphite est en grande partie, voire entièrement, issu de la métamorphose du carbone autrefois présent dans les matières organiques, et constitue donc une preuve manifeste de la présence de vie et d’oxygène libre dans l’atmosphère. Ces questions sont abordées plus loin dans ce chapitre.
L’atmosphère et l’hydrosphère primordiales, sources de vie. — Les paragraphes précédents ont présenté les preuves directes et indirectes de l’existence de la vie à l’Archéozoïque. Nous allons maintenant étudier la nature de l’atmosphère et de l’hydrosphère primordiales et examiner leur évolution jusqu’à nos jours. Ce qui suit est principalement d’après Barrell.
L’atmosphère lourde et acide décrite dans un chapitre précédent a attaqué chimiquement la croûte terrestre en refroidissement lorsqu’elle est devenue suffisamment froide. Les bassins océaniques se sont alors chargés de solutions, non seulement de carbonates, mais aussi de chlorures de sodium, de magnésium, de calcium et de fer, en raison de la grande quantité de chlore présente. Tandis que les solutions de chlorures continuaient de s’accumuler, les carbonates de calcium et de magnésium se déposaient chimiquement sous forme de calcaires et de dolomies. Lorsque le silicate de sodium provenait de l’intérieur de la Terre, sa réaction avec le chlorure de fer a entraîné un échange de fer contre sodium, formant du chlorure de sodium et du silicate de fer. Ce dernier, précipitant avec les carbonates de calcium et de magnésium, aurait, selon Van Hise et Leith (1911), donné naissance aux formations de carbonate de fer siliceux si courantes au Précambrien.
L’oxygène, constituant essentiel de l’atmosphère actuelle et source d’énergie pour la vie animale, étant absent de l’atmosphère primitive, il convient d’examiner son origine et de déterminer à quelle époque sa concentration est devenue importante. Sa seule source connue est le dioxyde de carbone de l’hydrosphère et de l’atmosphère, libéré par l’assimilation du CO₂ par les plantes vertes. Ces dernières absorbent le CO₂, stockent le carbone et rejettent l’oxygène. Cependant, cet oxygène libéré ne peut persister dans l’atmosphère que si le carbone des plantes est enfoui et soustrait à l’action oxydante de l’hydrosphère et de l’atmosphère. Par conséquent, les plantes mortes et en décomposition doivent être enfouies sous la boue ou sous leur propre matière. La forte concentration de graphite dans les calcaires de Grenville atteste que ce processus a débuté dès le début de l’Archéozoïque. La quantité de carbone ainsi emprisonnée sous forme de graphite ou disséminée dans les sédiments sombres est [ p. 154 ] une mesure de l’oxygène libre qui a été ajouté à l’air et aux eaux au cours des temps géologiques. Par conséquent, les dépôts carbonés les plus anciens ou le graphite résultant de leurs métamorphoses témoignent clairement de la présence de la vie et de l’oxygène libre dès les premières formes de vie.
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Fig. 1-3. — Trois formes de bactéries (1, Pseudomonas ; 2, Microspiata ; 3, Spirillum).
Fig. 4-5. — Algues sécrétant du calcaire ou rhabdosphères.
Fig. 6-9. — Protozoaires (6, Flagellés (Peranema) ; 7, colonie de Choanoflagellés (Codosigna) ; 8, Ciliés (Stylonychia) ; 9, Dinoflagellés ou péridiniens).
Fig. 10-12. — Stades de croissance des éponges primitives (10, amphiblastule de Grantia ; 11, gastrula de Sycandra ; 12, l’éponge Sycandra adulte, grossissement x 1/2).
13-16. — Stades de croissance d’un hydraire tubéreux (13, larve planula ; 14, larve à tentacules ; 15, actinule rampante ; 16, individu mature ancré).
17. — Larve strobile fixée qui se développe en méduse Aurelia (Fig. 19). Les figures 18 et 20 représentent d’autres méduses ou cloches natatoires (Aequorea et Tima).
21. — Deux petites actiniennes (Anemonia) poussant sur des algues.
22. — Larve libre d’une actinienne avant fixation (Urticina).
23-28. — Trochophores et larves trochophoriques (23, trochophore du gastéropode Patella ; 24, trochophore du ver annélide Polygordius ; 25, larve du brachiopode Terdyratulina ; 26, larve pilidium d’un ver némertien ; 27, larve dipleurule du crinide Antedon ; 28, larve tomaria du chordé ancestral Bdllmoglossus),
29-30. — Cténophores ou clochettes, pour illustrer l’aspect probable des Protoccelomates* (29, Beroe ; 30, Idyia).
La plupart des figures sont tirées du Manuel d’embryologie d’E. W. MacBride.
Planche 2
Adultes et larves d'organismes suggérant la vie probable des mers de l'Archéozoïque. Presque tous ces organismes hypothétiques étaient microscopiques, éphémères et pélagiques : ils flottaient et dérivaient, ou nageaient mal, près de la surface. Les espèces illustrées dans les figures 12, 16, 18-21 et 29-30 pouvaient atteindre des diamètres facilement visibles à l'œil nu. Figures 1-9, 12, 16, 18-21, 29
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La première preuve tangible d’une atmosphère riche en oxygène libre est apportée par l’hématite archéozoïque du district de Vermilion, et surtout par la couleur rouge des strates protérozoïques. En l’absence d’oxygène libre, le fer des sédiments se dépose nécessairement sous forme de sel ferreux, ce qui leur confère uniquement des teintes grises ou vertes. En présence d’oxygène libre, le fer peut s’oxyder à l’état ferrique, donnant alors aux dépôts des couleurs jaunes, rouges ou brunes. Les sédiments archéozoïques les plus anciens sont de couleur sombre ou grise, tandis que les dépôts continentaux du Protérozoïque sont souvent oxydés et prennent une teinte rouge. Ces observations permettent de conclure qu’à l’Archéozoïque, l’altération des vastes étendues de roches basiques consommait l’oxygène libre à un rythme presque aussi rapide que celui de sa libération par les plantes assimilatrices. Il est donc clair que l’altération au cours des temps géologiques a extrait de l’atmosphère une quantité d’oxygène libre bien supérieure à celle qu’elle contient actuellement.
Il ressort également de ce qui précède que la vie primordiale devait ressembler plus ou moins aux bactéries anaérobies, capables de vivre sans oxygène libre et probablement de tolérer le monoxyde de carbone.
Au Protérozoïque supérieur (Beltien), on observe une abondance de sédiments d’eau douce rouges, ce qui prouve que l’atmosphère était alors riche en oxygène libre. De plus, les formations animikiennes du Protérozoïque sont très riches en dépôts carbonés, et les formations beltiennes contiennent des restes d’animaux dont la structure est aussi complexe que celle des annélides tubicoles.
Pendant un certain temps, les eaux océaniques primitives étaient presque douces et, comme le pense Lane, probablement tendaient à s’acidifier. Dans ces conditions, aucun organisme ne pouvait sécréter directement de parties dures tant que la concentration en sels n’avait pas atteint et dépassé le seuil optimal pour une certaine activité cellulaire, moment où le calcium excédentaire était sécrété comme une réaction pathologique. Les données géologiques tendent à montrer que, tout au long de l’Archéozoïque, les organismes n’utilisaient pas directement le calcium ni la silice. Les premiers squelettes externes des plantes et des animaux étaient azotés, puis certains devinrent siliceux et plus calcaires.
Vie probable de l’Archéozoïque (voir Pl., p. 155). — Sachant désormais que les algues et les bactéries existaient à la fin de l’Archéozoïque, la présence abondante de graphite et la nature même des sédiments nous permettent de conclure à une vie foisonnante. Il convient donc de spéculer sur les formes probables et le stade d’évolution atteints par les organismes de l’Archéozoïque. De plus, la découverte tardive de tubes d’annélides, à l’époque suivante, renforce notre conviction qu’un progrès organique considérable a été accompli durant cette période primitive.
Dans nos théories sur les formes de vie, nous pouvons nous inspirer de l’embryologie du vivant, qui, plantes et animaux confondus, débute dans une cellule unique ou fructifiée, chaque individu reproduisant le développement de l’espèce. On pense donc que les océans ont longtemps été peuplés d’une grande variété de plantes flottantes extrêmement petites, entièrement organisées en cellules sphériques, de couleur verte ou rouge. Elles se nourrissaient du dioxyde de carbone et de l’azote présents dans l’eau, leur habitat. Leur abondance a rapidement conduit à la vie en groupe et au parasitisme, à la vie cellulaire communautaire et à l’alimentation les unes contre les autres, donnant ainsi naissance au règne animal. [ p. 157 ] La survie fut d’abord facilitée par l’augmentation de la taille des cellules, puis par le regroupement en colonies, et enfin par la division du travail entre les cellules elles-mêmes. Ainsi se développa un organisme plus vaste et plus performant, une masse résistante permettant également de stocker une plus grande quantité de nourriture, ce qui, en fin de compte, assura la longévité. Par étapes successives, les plantes (Protophytes) et les animaux (Protozoaires) unicellulaires évoluèrent vers des organismes de plus en plus complexes, les Métaphytes et les Métazoaires pluricellulaires.
Le développement des métazoaires vivants est d’une rapidité variable : de la cellule fécondée à un petit groupe de cellules formant un minuscule embryon sphérique et creux appelé blastula (qui signifie petit germe, bourgeon ou embryon), ces agrégats, qui ne se développent pas davantage, sont encore vivants aujourd’hui (par exemple, Volvox, un protozoaire colonial ; il s’agit cependant de colonies plus importantes, composées de milliers de cellules). Les blastulas les plus simples ne présentent aucune différenciation cellulaire, et les invertébrés aquatiques à ce stade de développement sont généralement uniformément ciliés et se déplacent librement dans l’eau par un mouvement de rotation autour d’un axe défini, dont une extrémité est toujours orientée dans le sens du mouvement.
Les blastulas flottantes se développent ensuite au stade suivant, appelé gastrulation (diminutif grec de « estomac »), au cours duquel l’embryon introduit une cavité ouverte pour la digestion des aliments. Cette gastrulation résulte d’une invagination des cellules du pôle végétatif ou nourricier de la blastula. L’emhryo est désormais un sac cellulosique à deux couches, composé d’une peau externe et d’une cavité interne formant l’intestin primitif. Son unique ouverture vers l’extérieur est la bouche de la gastrula. L’animal se résume alors à la peau, à l’estomac et à la bouche (voir Pl., p. 155, Fig. 11). Chez les métazoaires supérieurs, la couche externe de cellules donne naissance au tégument, au système nerveux et aux organes sensoriels de l’adulte, tandis que la couche interne est à l’origine du tube digestif et de certaines glandes, comme le foie.
Tous les métazoaires passent par le stade blastula, puis par le stade suivant, celui de gastrula. Ce phénomène a été mis en évidence il y a longtemps par Haeckel et constitue le fondement de sa théorie des gastrulas du développement animal. Ensuite, les gastrulas successives développent des cavités corporelles, et c’est en raison de ces poches primitives qu’elles sont appelées protocoelomates (c’est-à-dire animaux primitifs possédant des cavités corporelles). Voir Pl., p. 155, Fig. 29-30. C’est de ces organismes que sont issus tous les animaux supérieurs. La plupart de ces formes de vie sont à l’état larvaire dans le monde vivant actuel et constituent une transition vers des formes plus complexes. Cependant, à l’Archéozoïque, peu d’entre elles avaient dépassé les stades d’évolution mentionnés, et une grande partie de cette micro-vie flottait donc dans les eaux ensoleillées des océans. Certaines formes, néanmoins, avaient atteint le fond marin et y glissaient ou s’y étaient fixées. Les algues prospéraient alors, ainsi que probablement de minuscules éponges à squelette azoté ; des planules, des hydraires primitifs et des actinies devaient également être présents ; et parmi ces organismes flottants, on devait trouver de petites méduses et des cténophores. Il s’agissait d’une vie à corps mou, et aucun de ces animaux n’atteignait probablement un diamètre de plus de 2,5
¶ Lectures complémentaires
F. D. Adams, « Problèmes du Bouclier canadien : l’Archéozoïque », dans « Problèmes de géologie américaine », New Haven (Yale University Press), 1915.
A. P. Coleman et W. A. Paeks, « Géologie élémentaire », Londres et Toronto (Dent), 1922.
| X. L’évolution de l’Amérique du Nord, ou les géosynclinaux, les zones frontalières et les géanticlines | Page de titre | XII. L'ère protérozoïque, ou l'âge de la production de fer |