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¶ Partie I. Le Cambrien en général et le Cambrien inférieur
Origine du terme Cambrien. La période ou le système géologique cambrien tire son nom de Cambria, nom romain du nord du Pays de Galles, où les dépôts furent étudiés pour la première fois par le professeur Sedgwick de l’université de Cambridge en 1822. Le terme « cambrien », proposé en 1835, était cependant destiné à désigner ce que l’on appelle aujourd’hui l’Ordovicien (ou Champlainien), la période qui succède au Cambrien. Bien que Sedgwick se soit souvent opposé à cette transposition, principalement due à son ami Sir Roderick Impey Murchison, cet usage erroné a malheureusement persisté.
En Bohême, le Cambrien inférieur n’existe pas, mais le Cambrien moyen y est bien représenté. C’est grâce aux travaux considérables du Français Joachim Barrande, qui passa la majeure partie de sa vie en exil à Prague, que la séquence et la richesse de la vie de cette époque furent mises en lumière. Les fossiles furent alors communément appelés « Vie primordiale ». Finalement, une séquence fossilifère encore plus complète a été déterminée en Suède, puis à Terre-Neuve, et ces régions sont devenues des références pour les corrélations internationales. Cependant, nulle part ailleurs on ne trouve de séquence plus longue ni plus complète de formations cambriennes fossilifères que dans la région de la Cordillère en Amérique du Nord, et aujourd’hui, grâce presque entièrement à Charles D. Walcott, ces formations constituent nos principales références en matière de corrélation.
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Points importants concernant le Cambrien. — Le Cambrien est la première période de l’ère paléozoïque et se distingue généralement des roches plus anciennes par l’une des discordances les plus marquées connues, témoignant d’une très longue période d’érosion. C’est également la première période de l’histoire de la Terre où l’on trouve une abondance de vie conservée sous forme de fossiles. Cette vie est exclusivement composée d’invertébrés marins et comprend des représentants de tous les types les plus fondamentaux, ce qui implique une longue évolution antérieure. On ne trouve aucune trace d’animaux terrestres ni de plantes terrestres, bien que ces dernières aient pu être présentes.
Un autre fait frappant concernant le Cambrien est que les zones d’affaissement des Cordillères et des Appalaches, ou géosynélines, sont aujourd’hui des voies maritimes pleinement formées. Après les mers géosynélines du Cambrien inférieur, ces eaux se sont étendues de manière significative à travers le continent sous forme de mers épicontinentales, à partir de la fin du Cambrien moyen, atteignant leur niveau d’inondation maximal au début du Cambrien supérieur.
Enfin, il convient de souligner un fait topographique frappant : lorsque les mers du Cambrien inférieur pénétrèrent dans la dépression des Appalaches par le sud, leurs vagues se brisèrent à l’est contre une chaîne de montagnes aussi imposante que les Alpes actuelles. Cependant, comme toutes les montagnes, leur splendeur fut éphémère à l’échelle géologique, et à la fin du Cambrien inférieur, elles furent réduites à des plaines (voir carte, p. 193).
La vie cambrienne. — On estime qu’environ 1 200 animaux du Cambrien ont été décrits en Amérique du Nord seulement. Dans l’ensemble des pays, on connaît au moins 1 500 espèces, dont 90 % sont des trilobites et des brachiopodes. Les trilobites représentent environ 60 % de la faune cambrienne, et les brachiopodes environ 32 %. Bien que cette vie soit primitive dans son organisation, la diversité de ses éléments témoigne d’une très longue histoire. Il s’agit presque exclusivement d’une vie dotée d’une grande liberté de mouvement. Dans les chapitres suivants, nous verrons que les invertébrés marins se fixent de plus en plus au sol, tendant vers ce que John M. Clarke a récemment nommé « vie dépendante », qui ne donne naissance à aucune classe animale supérieure.
Absence de toute vie terrestre. — Il n’existe pas la moindre preuve de la présence de plantes terrestres au Cambrien, et cette affirmation vaut également pour la majeure partie du Champlainien qui lui succède. Cependant, si l’on considère que seules les formes inférieures de plantes terrestres pouvaient alors exister et que celles-ci étaient molles et presque dépourvues de matière ligneuse, la seule partie qui ait pu être conservée, cette extrême imperfection des archives végétales [ p. 187 ] n’a rien d’extraordinaire. Par ailleurs, la nature profondément décomposée des sols de cette époque, comme en témoignent les mudstones composés en grande partie de kaolin, semble indiquer que les basses terres, au moins, devaient être couvertes de végétation.
On ne trouve également aucune trace d’animaux terrestres, qu’ils soient d’eau douce ou de terre ferme, au Cambrien. Les premières preuves clairement établies de ce phénomène n’apparaissent qu’au Silurien.
¶ Le Cambrien inférieur
Le Cambrien inférieur est limité, dans l’est de l’Amérique du Nord, au géosynclinal des Appalaches, et ses roches seront désignées sous le nom de série taconienne. Les strates du géosynclinal cordillérain, dans l’ouest de l’Amérique du Nord, sont regroupées sous le terme de série waucobienne.
Le terme Taconien. — L’un des fleurons de la géologie américaine est que les roches paléozoïques les plus anciennes ont été identifiées pour la première fois par un membre du prestigieux Service géologique de l’État de New York, le professeur Ebenezer Emmons. La mise au jour du Taconien a débuté en 1837, et Emmons l’a officiellement décrit comme un système géologique en 1841, avant d’en proposer une autre définition en 1842. Cependant, pendant plus d’un demi-siècle, les géologues américains ont refusé d’accepter ce système, car les monts Taconic, dans l’est de l’État de New York, qui en constituent la zone type, se situent dans l’une des régions les plus difficiles à interpréter. Les strates y sont non seulement fortement plissées et charriées à plusieurs reprises, mais elles ont également subi de nombreuses altérations lors de la formation des montagnes, si bien que leur état actuel est d’une complexité quasi inextricable. Cette difficulté de terrain a été encore accentuée par les diverses interprétations proposées par les géologues de l’époque. Ce n’est que récemment, grâce aux progrès scientifiques réalisés à partir de données recueillies dans le monde entier, qu’un consensus plus large s’est dégagé et que certaines formations taconiennes ont effectivement présenté les relations d’âge qu’Emmons leur attribuait. Il soutenait que les roches taconiennes étaient plus anciennes que le grès de Potsdam, une formation aujourd’hui rattachée au Cambrien terminal, et qu’elles se situaient à la base de la série paléozoïque, conclusions qui sont au moins partiellement vraies. C’est sur ce constat que repose la validité du terme « Taconien », et il doit être reconnu comme un terme de série tout à fait valable.
La controverse taconienne est bien exposée par George P. Merrill dans son ouvrage passionnant, The First One Hundred Years in American Geology (Yale University Press, 1924).
Sédiments taconiens. — Dans la dépression des Appalaches, l’épaisseur du Cambrien inférieur est parfois importante. Au Vermont et dans le nord-est de l’État de New York, on trouve environ 450 mètres de calcaire, principalement composé d’ardoise et de quartzite, auxquels s’ajoutent 365 mètres de marbre et de dolomie. Ces matériaux proviennent en grande partie de l’ouest. Dans l’est de la Pennsylvanie, l’ouest de l’Arkansas et la Virginie, la couche supérieure est constituée de calcaire sur une épaisseur de 300 à 1 500 mètres, avec 1 430 mètres de grès et de schiste en dessous. Keith pense que tous ces sédiments proviennent également de l’ouest, mais plus au sud, dans la dépression, les dépôts (Ocoee) proviennent de l’est.
Formations waucobiennes. — Dans la mer cordillère, le Cambrien inférieur était de loin le mieux développé. Walcott y a mesuré des sections de strates dont l’épaisseur variait de 457 à 1728 mètres. La plus grande partie inférieure est généralement [ p. 188 ] constituée de grès presque dépourvus de fossiles, et c’est dans les schistes et les calcaires supérieurs que les fossiles sont fréquents. Tous ces matériaux provenaient de la Cascadis, à l’ouest.
Walcott nous explique que dans la fosse cordillère, les sédiments cambriens sont souvent des résidus protérozoïques remaniés par la mer paléozoïque et déposés presque en concordance sur les formations protérozoïques sous-jacentes et géologiquement intactes. Dans ces cas, où l’action des vagues et des courants était faible, la transition entre les strates protérozoïques et paléozoïques est presque imperceptible et souvent difficilement discernable sans l’abondance de restes d’animaux dans le Cambrien. Il existe néanmoins une rupture temporelle considérable. On peut toutefois dire qu’en règle générale, les grès protérozoïques sont impurs et riches en feldspaths, et c’est l’absence, voire la quasi-absence totale, de ces derniers dans les grès cambriens qui permet de les distinguer des plus anciens.
Les monts Ocoee du Cambrien inférieur. Dans le nord-ouest de la Géorgie, l’est du Tennessee et l’ouest de la Caroline du Nord, les strates connues sous le nom de séries d’Ocoee et de Chilhowee ont longtemps intrigué les géologues quant à leur âge géologique. Elles forment une série de formations fascinante, d’une grande variabilité de nature et d’épaisseur, et consistent principalement en des zones de conglomérats minces et très épaisses, s’insérant de manière anastomosée dans un vaste empilement de grès feldspathiques contenant peu de mudstones et encore moins de calcaires. L’épaisseur moyenne, sur une zone d’environ 320 km de long sur 48 km de large, varie entre 2700 et 4000 mètres. Après de longues et fastidieuses fouilles, Arthur Keith, s’appuyant sur des observations de terrain et des fossiles découverts près du sommet de la série, a finalement pu démontrer que leur âge correspondait au Cambrien inférieur.
Ces matériaux grossiers de la dépression des Appalaches méridionales, selon un manuscrit inédit de Joseph Barrell, provenaient d’une région montagneuse située alors à l’est, très semblable aux Alpes actuelles. Il estime que la masse rocheuse érodée pour former les formations d’Ocoee et de Chilhowee équivalait à un bloc de 320 km sur 48 km et de 8 690 mètres d’épaisseur. Les monts Ocoee se dressaient à l’emplacement actuel du plateau du Piémont.
Le climat local était probablement frais, avec des précipitations modérées, mais aucune trace de climat glaciaire ni même de glaciers locaux n’a été relevée.
La mer Taconienne primitive inonda les vallées de ces hautes terres orientales, submergeant leurs extrémités occidentales (voir carte, p. 193). Au début de cette invasion marine, les rivières étaient torrentielles et des dépôts grossiers comblèrent rapidement les vallées inondées. Plus des deux tiers de la série OcoeeChilhowee, dépourvue de fossiles, sont d’origine d’eau douce, et ce n’est que vers le sommet de ces formations, dans des schistes argileux largement répandus et des grès lavés, que quelques fossiles marins du Cambrien inférieur tardif ont été découverts.
La vie du Cambrien inférieur. — La vie connue du Cambrien inférieur est entièrement marine. Cette faune, composée exclusivement [ p. 190 ] d’invertébrés marins, comprend des éponges simples et des crustacés aux formes complexes. Cette affirmation n’implique cependant pas que tous les types d’invertébrés connus, fossiles et actuels, étaient déjà représentés au Cambrien inférieur, mais seulement que les principaux groupes, les embranchements de la classification, y étaient alors bien développés. Plus de la moitié des animaux communs sont des trilobites (formes ressemblant à des crabes, décrites en détail dans un chapitre ultérieur), et 32 % sont des brachiopodes (animaux à deux coquilles sans nacre, décrits au chapitre XVII). Les premiers étant les fossiles les plus caractéristiques et les plus communs du Cambrien, nous les considérons comme les animaux dominants de cette période. Voir les fig., pp. 189, 201. La vie des mers du Cambrien inférieur est très similaire non seulement en Amérique, mais aussi en Europe, en Asie et en Australie. On dit donc qu’elle est cosmopolite.
Fig. 1, Holmia hrOggeri, x 2, Olenellus ihompsoni, x 1 ; 3, Atops trllineatus ; 4, spécimens d'Eodiscus ; 5, ArchoBocyathus renssdoericus, x 3 ; 6, 4, profundus ; 7, Paierina bellatus x 4 ; 8, 9, Obolella crassa, x 3 ; 10 à 12, Stenoffieca rugosa. Tous après
Les trilobites étaient, comme mentionné précédemment, les animaux les plus caractéristiques du Cambrien inférieur. Presque tous les nombreux brachiopodes possédaient des coquilles phosphatées ou calcaires, tandis que celles du Cambrien supérieur et des périodes suivantes étaient carbonatées ou calcaires. Les gastéropodes en forme de patelle (coquilles semblables à celles des escargots, des foreurs et des bigorneaux) étaient rares et du type le plus primitif ; à une exception près, ils étaient en forme de capuchon et non enroulés en spirale comme c’est généralement le cas chez ces animaux (Pl., p. 189, Fig. 10-12). Les tubes coniques à trois côtés connus sous le nom d’Hyolithes étaient abondants (Pl., p. 201, Fig. 8). Ils sont apparentés aux gastéropodes. On trouvait encore d’autres types d’animaux, mais pas de coquilles de moules, et seulement les céphalopodes les plus petits et les plus primitifs (Salterella et Volborthella).
Parmi les fossiles du Cambrien inférieur les plus intéressants figurent les moulages de méduses, dont la composition originelle est constituée à 95 % d’eau, voire plus. L’illustration (Fig. 19, p. 155) d’une Aurelia vivante montre à quoi ressemblaient ces méduses cambriennes. On les trouve fréquemment à l’état fossile dans le Vermont et l’Alabama.
Dans les dépôts les plus anciens du Cambrien inférieur en Californie et au Nevada, les fossiles sont rares et seuls deux types de trilobites ont été découverts. En revanche, près du sommet du Cambrien inférieur, les fossiles abondent et comprennent des trilobites, des formes ressemblant à des escargots, des brachiopodes et des archéocyathidés, des animaux apparentés aux coraux. Dans le comté d’Inyo, en Californie, on trouve des récifs calcaires composés de ces animaux coralliens, et leurs fossiles sont présents dans de nombreuses régions du monde : au Labrador, avec des récifs calcaires atteignant 15 mètres d’épaisseur ; en Nouvelle-Sibérie, à 70° de latitude nord ; en Sardaigne ; en Espagne ; en Australie, avec des récifs calcaires de plus de 60 mètres d’épaisseur sur une distance de 640 kilomètres – les plus grands récifs paléozoïques connus à ce jour ; et enfin en Antarctique.
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Archéocyathidés (du grec signifiant primitif et cupi). — Ce sont les animaux coralliens les plus anciens et les plus simples connus, presque exclusivement présents dans le Cambrien inférieur (voir pl., p. 159, fig. 5-6). Ils sont rares dans la première partie de cette époque. En général, ce sont des polypes simples, bien que certains soient considérés comme des animaux composés. Les polypes simples peuvent parfois atteindre une longueur de 28 cm, tandis que les formes en forme de soucoupe peuvent être aussi larges. Leur forme est le plus souvent celle de deux coupes emboîtées l’une dans l’autre, et leur squelette est constitué de calcite granulaire, et non de spicules. Les coupes internes, très profondes, sont dépourvues d’épines et de cloisons et sont perforées. L’espace entre les deux coupes est plus ou moins subdivisé par des cloisons radiales et des barres ou plaques horizontales, elles aussi perforées, les pores étant disposés en séries longitudinales. Chez d’autres formes, la paroi externe peut être épaisse et Poreux ou munis de canaux vermiformes. La base du corallum est également plus ou moins épaissie par des cloisons vésiculaires.
Les aréhaeocyathidés ont été comparés à des algues calcaires, telles que les Acetabularia actuelles, mais en général, leur squelette se rapproche davantage de celui des Anthozoaires. Cependant, par leur forme générale, leurs formes protéiformes et leurs modes de fixation, ils se distinguent des écelentérés habituels et présentent certaines similitudes avec les éponges. Selon certains auteurs, ils occupent une position intermédiaire entre les coraux et les éponges, tandis que d’autres les considèrent comme des éponges. Dans cet ouvrage, nous les attribuons plus probablement aux écelentérés.
Importance de la vie au Cambrien inférieur. — Les trilobites, appartenant à la division la plus élevée des invertébrés et donc des organismes très complexes, étant l’espèce dominante du Cambrien inférieur, il est évident que la vie n’a pas pu apparaître à cette époque. Bien qu’il soit désormais établi qu’une grande variété d’animaux ait existé au Protérozoïque, le changement survenu au Cambrien inférieur, comparé à celui de l’ère précédente, demeure remarquable. Au Protérozoïque, les organismes connus étaient essentiellement des algues sécrétant du calcaire et des vers tubulaires chitineux, tandis qu’au Cambrien inférieur abondait une grande variété d’animaux très complexes, dotés de squelettes de chitine et de carbonate de calcium. Ces faits signifient, d’une part, qu’il existe une très grande perte d’archives dans la colonne géologique entre le Protérozoïque terminal et les dépôts cambriens les plus anciens, et d’autre part, que depuis le Protérozoïque, les invertébrés et les animaux ont acquis un squelette externe, soit de chitine, soit de carbonate de calcium.
Zones de vie marine du Cambrien inférieur. — Sur la base de trilobites caractéristiques, le Cambrien inférieur est divisé en cinq zones de vie. La plus ancienne — (1) zone de Nevadia — est limitée à la fosse cordillère ; les trois suivantes — (2) zone d’Euptocephala, (3) zone de Callavia, (4) zone d’Olenellus — sont communes à cette fosse et à la fosse des Appalaches ; tandis que la plus récente — (5) zone de Protolenus — est limitée à la province atlantique du Cap-Breton.
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Paléogéographie du Cambrien inférieur. La carte paléogéographique des voies maritimes probables de cette époque est présentée à la page 193. On sait que l’océan Pacifique, au début du Cambrien inférieur, a d’abord envahi les terres de la région du Grand Bassin, puis s’est progressivement étendu vers le nord, formant, le long du géosynclinal cordillérain, une mer qui a fini par rejoindre l’océan Arctique. Quelque temps après l’apparition de la mer cordilléraine occidentale, une voie navigable similaire est apparue à l’ouest de l’Acadis et des Appalaches, s’étendant finalement sous la forme d’une étroite dépression – le géosynclinal appalachien – de l’Alabama au sud-est du Labrador. À son apogée, l’inondation du Cambrien inférieur n’a submergé que 18 % de l’Amérique du Nord.
Le continent nord-américain était alors, comme aujourd’hui, bordé de hauts plateaux, mais ces terres s’avançaient dans les océans des centaines de kilomètres au-delà des côtes actuelles. À l’ouest se trouvait le vaste territoire de Cascadis, et à l’est deux masses continentales : la plus méridionale et la plus importante était l’Appalachie, unie aux Antilles, elle-même plus ou moins continue avec la masse continentale du nord-est, connue sous le nom d’Acadies. C’est de ces hauts plateaux marginaux que provenaient la quasi-totalité des sédiments des mers intérieures, à l’exception du nord des Appalaches, où les débris provenaient de l’ouest. La plus grande partie de la moitié nord de l’Amérique du Nord, le Bouclier canadien, était également constituée de terres émergées, mais il s’agissait d’une plaine qui n’a fourni qu’une faible part des sédiments du Cambrien.
Climat du Cambrien inférieur. — D’après la répartition mondiale des animaux coralliens constructeurs de récifs de cette époque, décrite précédemment, il est évident que les eaux, au moins durant la seconde moitié de cette période, étaient chaudes et stables sur la majeure partie de la Terre, puisque ces animaux vivaient alors non seulement dans les régions tempérées équivalentes aux régions actuelles, mais aussi dans les zones polaires. De plus, la présence généralisée de mers calcaires au Cambrien suivant, avec une biodiversité encore plus riche, témoigne d’un climat doux sur la majeure partie du globe, non seulement pour le Cambrien inférieur, mais aussi pour l’ensemble du Cambrien.
Il convient de rappeler que les tillites dites du Cambrien inférieur de l’estile australien et la série feldspathique (Sparagmite) de l’« Éo-Cambrien » de Norvège centrale ne sont pas clairement datées du Cambrien inférieur. Il est préférable, pour l’instant, de les rattacher au Protérozoïque ; elles sont traitées plus en détail au chapitre XII. Cependant, même si l’on admet que ces tillites datent du Cambrien inférieur, les eaux océaniques auraient eu suffisamment de temps pour se réchauffer à nouveau au moment de l’apparition des calcaires récifaux formés par les Archaeocyathidae.
Émergence du Cambrien inférieur. — Vers la fin du Cambrien inférieur, le géosynclinal des Appalaches [ p. 194 ] fut [ p. 193 ] drainé de toutes ses eaux marines, et une longue période s’écoula avant qu’un nouveau cycle de sédimentation ne se produise dans cette dépression. Ce qui se passa alors dans le géosynclinal de la Cordillère reste incertain. Dans la zone de sédimentation cambrienne la plus continue — le mont Bosworth, en Colombie-Britannique —, des fossiles du Cambrien inférieur sont présents jusqu’au sommet de la formation du mont WTiyte, puis, sur une profondeur de 150 mètres, on ne trouve plus de fossiles, avant de découvrir une faune caractéristique du Cambrien moyen (faune d’Albertella). Walcott soutient qu’il y a ici une sédimentation continue et s’attend à ce que des faunes de transition apparaissent dans cet intervalle de 150 mètres de calcaires arénacés, reliant les plus anciens à ceux du Cambrien moyen.
Mers épicontinentales parsemées ; océans dominants ; terres aux contours ondulés. Voir la planche 6 (p. 195) pour la paléogéographie du Cambrien.
Géographie probable du Cambrien inférieur, sans la majeure partie du réseau hydrographique, totalement inconnu. Les mers sont décrites page 192, et la carte indique les premières et dernières inondations. Les monts Ocoee des Appalaches sont décrits page 18S, et les monts Killamey de l’Ontario page 171. Les autres régions montagneuses de cette époque sont plus ou moins hypothétiques.
La terre était dépourvue de toute végétation, et le climat doux et plutôt aride.
Comme indiqué précédemment, à la fin du Cambrien inférieur, la géoclinale des Appalaches fut vidée de ses eaux marines, et la mer ne la pénétra de nouveau qu’au Cambrien supérieur.
¶ Partie II. Le Cambrien moyen et supérieur
Caractéristiques physiques
Au cours du Cambrien moyen et supérieur, la majeure partie de l’Amérique du Nord semble avoir été une plaine dépourvue de beauté paysagère. De ce fait, les océans pouvaient largement envahir ces terres, comme nous le verrons. S’il existait des hauts plateaux, ils se situaient aux abords des chaînes de montagnes de Cascadis, des Appalaches et d’Acadis. Au centre de ces vastes plaines intérieures se dressait un plateau bas constitué des racines des monts Killamey (voir p. 193), s’étendant d’est en ouest à travers ce qui est aujourd’hui la région du lac Supérieur.
Les séquences stratigraphiques cambriennes les plus longues et les plus complètes, contenant des fossiles enfouis, se trouvent dans la région de la Cordillère en Amérique du Nord. On pense qu’il y a eu une sédimentation continue tout au long du Cambrien. Du Cambrien moyen au Cambrien supérieur, tous les stratigraphes s’accordent à dire que les mers ont continué de se remplir sans interruption, et certains affirment même qu’il y a eu, dans la plupart des endroits, un enregistrement continu des strates et des fossiles jusqu’au Champlainien (Ordovicien). Cette dernière hypothèse n’est cependant pas encore établie.
Fin du Cambrien moyen. — Partout où les strates du Cambrien supérieur reposent sur celles du Cambrien moyen, on constate que la vie dans l’une des séries est généralement bien distincte de celle de l’autre ; autrement dit, il n’existe pas de faunes de transition connues de cette époque dans l’est de l’Amérique qui conservent les stades d’évolution des formes, ce qui [ p. 196 ] indiquerait une [ p. 195 ] rupture dans la sédimentation et une absence de traces fauniques. Seule la fosse de la Cordillère présente des faunes de transition. Dans la majeure partie du géosynclinal des Appalaches, le Cambrien supérieur repose sur le Cambrien inférieur, le Cambrien moyen étant totalement absent. Ceci indique que, dans cette dernière région, l’élévation due à l’émergence du Cambrien inférieur n’avait pas encore été compensée par l’érosion ou la subsidence. Cependant, aucune donnée ne montre à ce jour que les Appalaches ou la Cascadis aient connu une élévation supplémentaire à la fin du Cambrien moyen.
Mers épicontinentales parsemées ; océans dominants. Voir la planche 5 (p. 193) pour la physiographie du Cambrien inférieur.
À noter que les géosynclinaux cordillérain, francilien et appalachien sont pleinement développés à cette époque reculée. Le géosynclinal acadien n'a été rempli d'eau qu'au Cambrien inférieur et moyen.
Mers intérieures. — Au Cambrien inférieur, les mers étaient limitées aux géosynclinaux cordillérain et appalachien, mais au Cambrien moyen, ce dernier s’est asséché de toutes ses eaux marines. Le géosynclinal cordillérain, quant à lui, a conservé ses voies maritimes tout au long du Cambrien moyen et supérieur, déposant de 1 500 à 2 400 mètres de calcaires généralement en lits minces, mais très peu de schiste et presque pas de grès.
À la fin du Cambrien moyen, les eaux marines cordillères commencèrent pour la première fois à se répandre sur le continent vers l’est, et pendant la majeure partie du Cambrien supérieur, les mers épicontinentales furent très étendues, notamment dans la région du bassin du Mississippi. Dans les monts Arbuckle, en Oklahoma, on trouve pas moins de 900 mètres de calcaires et de dolomies. La dépression des Appalaches fut également réoccupée par ces eaux d’origine pacifique, qui y déposèrent des calcaires magnésiens mêlés de schiste. En Alabama, l’épaisseur est d’environ 1200 mètres, et cette profondeur reste relativement constante jusqu’à Chambersburg et Mercersburg, en Pennsylvanie, au nord. À son apogée, cette mer subsistait sur plus de 30 % de l’Amérique du Nord (Pl., p. 195, Fig. 2).
Mers Croixiennes. Le Cambrien supérieur ancien est également connu sous le nom d’époque croixienne (prononcée « croyan », du nom de la rivière Sainte-Croix du Wisconsin). Dans la haute vallée du Mississippi, ce sont les grès, et non les calcaires, qui constituent la strate dominante. Ces grès y sont très répandus et leur épaisseur atteint environ 220 mètres au Wisconsin. Ils sont les résidus, c’est-à-dire les roches et les sols meubles (régolithe) d’une plaine granitique, le Bouclier canadien, qui a subi une érosion de longue durée. Ces sables sont généralement bien arrondis et présentent des surfaces mates ; on pense donc qu’il s’agit des sables d’anciens déserts ou, du moins, de dunes remises en suspension dans les dépôts de la série croixienne. En faible quantité, ces sables atteignent la région des Ozarks, au sud du Missouri, où les dépôts du Cambrien supérieur sont minces et composés principalement de calcaires alternant avec des grès. Les mers de Croissian furent empêchées de s’étendre au nord de la région des lacs Supérieur et Huron par les monts Killarney
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orientés est-ouest et apparus à la fin du Protérozoïque (Collins 1922). Elles ne furent réduites à une pénéplaine qu’à la fin du Champlainien (Ordovicien), car les sédiments du Richmondien furent les premiers à les traverser.
Il convient de mentionner ici les formations incluses par Ulrich dans l’époque de Croissian de la haute vallée du Mississippi : Mt. Simon, Eau Claire, Dresbach, Franconia-Mazomanie, St. Lawrence et Jordan.
Certains géologues pensent que les grès du Keweenaw supérieur et du lac Supérieur sont des dépôts fluviaux de l’époque de Croissian, mais cette corrélation n’est pas encore prouvée.
Époque ozarkienne. — La fin du Cambrien supérieur constitue l’époque ozarkienne. En 1911, Ulrich proposa ce nom (d’après le soulèvement des monts Ozarks, dans le sud du Missouri) pour une série de formations jusque-là principalement rattachées au Cambrien et en partie au Champlainien. Walcott accepta les conclusions d’Ulrich en 1923, considérant l’Ozarkien comme la dernière série du Cambrien, et c’est ainsi qu’il est classé dans cet ouvrage.
La mer de l’Ozarkien primitif a envahi la partie centrale du continent* depuis le sud, et s’est étendue à peu près simultanément dans le géosynclinal des Appalaches. La fosse cordillère a également été envahie. À la fin de l’Ozarkien, les mers étaient les plus étendues dans la vallée du Mississippi et la partie méridionale de la fosse des Appalaches (voir p. 195).
En règle générale, les fossiles de l’Ozarkien sont rares, ou du moins difficiles à trouver, car la plupart des formations sont dolonutiques ; pourtant, Ulrich en a recensé environ 200 espèces. Walcott (1923) répertorie à lui seul 125 formes de l’Ozarkien ancien, dont environ 70 trilobites, 25 brachiopodes, 20 gastéropodes, 4 céphalopodes et 2 bivalves. Les organismes les plus répandus sont des algues calcaires (Cryptozoon, voir fig., p. 198).
Au Missouri, la série ozarkienne se compose principalement de la seconde moitié (Gasconade, Proctor et Eminence, d’une épaisseur totale de 160 mètres), tandis que la première moitié n’est que partiellement présente dans la formation de Potosi (91 mètres). Au Wisconsin, les minces formations de Madison et Mendota se situent en dessous, suivies d’une longue interruption, puis de la formation d’Oneota. Dans l’est de l’État de New York, les formations de Little Falls, Hojii, Theresa et Potsdam constituent l’Ozarkien inférieur ; Keith a démontré que leurs équivalents sont également présents dans le nord du Vermont. En Pennsylvanie centrale, l’Ozarkien inférieur atteint une épaisseur de 686 mètres. La formation la plus longue et la plus épaisse, 1 692 mètres, se trouve en Alabama. Au Nevada, la formation de Goodwin a une épaisseur de 457 mètres, tandis que les formations de St. Charles (Utah), Chushina et Mons (Alberta) présentent des épaisseurs similaires. Les formations cordillées datent toutes du début de l’
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À la fin du Cambrien supérieur, il semble y avoir eu un retrait très important, voire complet, des mers épicontinentales des régions intérieures de l’Amérique du Nord.
Établissement de la sécrétion de calcaire. — Comme nous l’avons vu, les mers épicontinentales du Cambrien moyen et supérieur ont déposé une très grande quantité de roches composées de carbonate de calcaire ; cela signifie que les eaux étaient non seulement exemptes de vase, mais aussi chaudes. La vie était plus prolifique au Cambrien supérieur et l’on y trouvait une abondance d’invertébrés à squelette calcaire. Autrement dit, pour la première fois dans l’histoire de la Terre, une faune de mollusques abondante s’est développée, et l’abondance accrue de carbonate de calcaire dans les mers a durablement établi la sécrétion de calcaire chez de nombreuses classes d’animaux.
¶ La vie au Cambrien moyen et supérieur
Les mers du Cambrien moyen et supérieur regorgeaient d’une grande variété d’espèces, principalement des trilobites et des brachiopodes. Au Cambrien supérieur, les gastéropodes commencent leur essor, de même que les céphalopodes, quoique dans une moindre mesure. Les mollusques et crustacés bivalves, les lamellibranches et les ostracodes font leur apparition à l’époque ozarkienne.
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À partir du Cambrien moyen, les faunes cosmopolites de l’époque précédente cèdent la place à deux domaines distincts : le plus vaste celui du Pacifique, récemment nommé albertain par Grabau, et celui de l’Atlantique Nord, initialement décrit par G.F. Matthew à partir de la région de Saint-Jean (Nouveau-Brunswick) et nommé acadien par James D. Dana en 1874. Au Cambrien moyen, la mer cordillère avait une étendue géographique aussi limitée qu’au Cambrien inférieur, tandis que la majeure partie de la géoclinale des Appalaches semble être restée constamment émergée.
Faune albertaine de la mer cordillère : Les mers occidentales, ou cordillères, à l’origine du calcaire, étaient d’une grande richesse biologique. Les faunes des mers albertaines étaient typiques du domaine pacifique, des faunes similaires étant connues en Chine. Les trilobites étaient dominants, représentant au moins la moitié de la faune, et leur variété était plus grande qu’au Cambrien inférieur (Pl., p. 201, Fig. 1-4). Les formes à longue queue étaient caractéristiques des eaux du Pacifique, et comme le genre Bathyuriscus était l’espèce la plus répandue à cette époque, ces eaux sont parfois appelées le domaine de Bathymiscus. Les brachiopodes étaient également beaucoup plus nombreux qu’au Cambrien inférieur, mais restaient petits, et presque tous possédaient non seulement des coquilles phosphatées, mais étaient aussi très semblables à ceux de l’époque précédente.
La faune du bassin cordilléricien était caractérisée par les trilobites Olmoides, Alberllóa, Dorypyge, Nedllnós, Ogygopsis, Asapóscm et Bathyuriscus, [ p. 202 ] et par les brachiopodes Lingtóla, Micromóra, Acromele, Nisusia et Böngóella. Hytós était commun et on observait une plus grande variété de gastéropodes.
Fig. 1, Paradoxydes harlani, x ¼ 2 Dorypyge curticei x ½; 3, Ptychoparia kingi x ¾ 4, Agnostus montis, x 3 ; 5 Crepicephalus texanus, x ½; 6, 7, Owenella antiquata, x 2 ; 8, Hyolithes primordialis ; 9-11. Billingsella coloradoensis, x2 ; 12, 13, Huenella texana, x 1 ½ Lingulepis acuminata, x 2. Surtout d'après Walcott. (201)
Faune du Cambrien moyen des schistes de Burgess. — Dans le massif de Selkirk, en Colombie-Britannique, célèbre pour ses paysages grandioses et ses glaciers alpins, se trouve le site le plus fascinant au monde pour les invertébrés fossiles. Les montagnes de cette région sont principalement composées de strates cambriennes atteignant une épaisseur d’au moins 4 000 mètres. La communauté fossilifère de Burgess repose dans une couche de schiste du Cambrien moyen durci, d’environ 2 mètres d’épaisseur, située sur le flanc sud-ouest du mont Wapta, à environ 900 mètres au-dessus de la ville de Field et à 2 400 mètres d’altitude. Ce merveilleux cimetière d’animaux marins anciens a été découvert en 1910 par Walcott, qui a depuis extrait des centaines de tonnes de roche (30 x 4,5 x 2 mètres) lui permettant de recueillir des milliers de spécimens, répertoriés dans 70 genres et 130 espèces. La caractéristique frappante de cette faune est la rareté des formes cambriennes habituelles, notamment les brachiopodes et les mollusques, tandis que les fossiles les plus courants sont ceux de créatures à corps mou comme les vers, ou de crustacés recouverts de chitine autres que les trilobites, des espèces rarement observées par les paléontologues. En définitive, cela révèle à quel point notre connaissance des faunes du passé est imparfaite ; nous ne possédons que des fragments de ce que le temps nous a révélé.
Presque toutes les formes de Burgess étaient dépourvues de squelette externe calcaire, et lorsqu’elles étaient recouvertes d’une enveloppe durcie, celle-ci était principalement composée de chitine. Il est donc naturel de se demander pourquoi ces animaux, généralement à coquille fine et souvent à corps mou, ont été conservés dans les schistes de Burgess, alors que les fonds vaseux du même âge n’ont conservé aucune trace des organismes de leur époque de dépôt. Le schiste de Burgess est une boue bleu-noir, bitumineuse et alumineuse, contenant du quartz à grain très fin et un peu de pyrite [ p. 203 ] de fer. Il s’est probablement déposé soit dans une dépression du fond marin, une fosse à vase, soit dans une baie plus ou moins fermée, où les eaux stagnantes étaient croupies et dépourvues d’oxygène libre. Sur de tels fonds pollués, imprégnés d’acide carbonique et dépourvus d’oxygène, seuls les organismes sulfureux peuvent survivre. Or, presque aucun des organismes du schiste de Burgess n’était benthique ; il s’agissait presque exclusivement d’organismes flottants et nageurs, habitants des eaux de surface ensoleillées et oxygénées. Nous devons donc conclure qu’ils représentent la vie des eaux de surface qui a basculé dans ce piège mortel asphyxiant près du fond. Ces fonds immondes n’abritaient ni charognards pour dévorer les organismes moribonds, ni les bactéries décomposeuses habituellement présentes pour détruire les organismes tombés des profondeurs dans la vase très molle. De ce fait, les corps étaient rapidement recouverts par la vase fine et subissaient une lente altération chimique, laissant derrière eux un résidu, souvent sous forme d’« or des fous » ou de pjTite, qui conserve avec une grande précision les formes des organismes enfouis.
La faune de Burgess comprend une grande variété d’éponges siliceuses (monactinellidés et hexactinellidés). On y trouve une méduse (sej-phomedusan) et une remarquable diversité d’annélides dont la morphologie est entièrement conservée. Les organismes les plus intéressants restent cependant les crustacés : vingt-huit genres de branchiopodes, des phyllocarides, des trilobites primitifs et spécialisés, ainsi que d’autres sous-classes suggérant des liens entre certains embranchements de crustacés et d’araehnides. Curieusement, aucun ostracode n’est connu ici ni ailleurs avant le Cambrien terminal, mais les formes ainsi nommées sont en réalité des phyllopodes. Souvent, les parties molles et les membres sont conservés, et de nombreuses structures permettent même d’observer la structure des organes internes (voir Fig. B, p. 211).
Faunes acadiennes de la région atlantique. Dans la région acadienne et à Terre-Neuve, on trouve d’autres dépôts du Cambrien moyen, essentiellement composés de boues et de sables, renfermant des fossiles nettement différents, bien que présentant le même développement faunique général que ceux d’Europe occidentale, c’est-à-dire du domaine atlantique. Ils sont caractérisés par le genre de trilobites Paradoxides (Pl., p. 201, Fig. 1).
Les trilobites du Cambrien supérieur, désormais plus variés qu’auparavant, représentaient plus de 50 % des faunes (Pl., p. 201, Fig. 5), tandis que les brachiopodes à coquille phosphatée ou calcaire étaient à leur apogée et que les formes à valves carbonatées ou calcaires (Pl., p. 201, Fig. 9-13) connaissaient une croissance rapide. On y trouvait également plusieurs gastéropodes enroulés et spiralés (Pl., p. 201, Fig. 6, 7), ainsi que quelques céphalopodes de type nautile perlé.
Fossiles caractéristiques du Croixan. — Les trilobites les plus caractéristiques de la mer intérieure centrale et de la fosse cordillée étaient Dikellopepkalus, Saukia, Illaenurus, Conaspis et Crepicephalus. Le plus ancien limule (fer à cheval) est présent dans Aglaspis et un euryptéride dans Strabops. Parmi les brachiopodes, on trouvait Linnarssonella, Lingulepis, Obolus, Syntrophia et Billingsella ; parmi les gastéropodes, des formes d’Owenella, Holopea et Pleurotormria. Des graptolites benthiques sont apparus ici dans Callograptus.
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¶ Perturbation des Montagnes Vertes
À la fin du Cambrien, la géoclinale du Nouveau-Brunswick (voir p. 141) fut réélevée et, au Vermont et au Québec, les calcaires cambriens furent localement fragmentés pour fournir le matériau des épais conglomérats calcaires (Beekmantown), très localisés, situés à la base du Champlainien et à proximité. Les fragments de ces conglomérats sont anguleux à subanguleux et rarement arrondis ; souvent, les pièces sont volumineuses, pesant jusqu’à une tonne ou plus, tandis qu’au Québec et au Vermont, on rencontre des masses atteignant 45 mètres de long. Certains de ces conglomérats ont été interprétés comme étant de nature intraformationnelle, mais on sait maintenant qu’il s’agit de véritables conglomérats et brèches, puisqu’ils contiennent des fossiles du Cambrien inférieur et supérieur. Les conditions de leur formation ne sont pas encore clairement comprises, mais il semble s’agir d’éboulements d’origine climacique, la mer du Saint-Laurent, au début du Champlainien, ayant érodé les falaises et provoqué l’effondrement de vastes masses rocheuses dans les profondeurs marines.
Un fait marquant concernant cette perturbation est l’absence de formations du Champlainien inférieur dans la majeure partie de la Nouvelle-Écosse, le nord du Nouveau-Brunswick et tous les États de la Nouvelle-Angleterre, à l’exception du Vermont, de l’ouest du Massachusetts et du Connecticut. Ces régions correspondent à la zone du géoclinal du Nouveau-Brunswick, [ p. 205 ] un plateau qui a fourni les sédiments et les conglomérats de la partie nord du géoclinal des Appalaches au Champlainien (Beekmantown). Pour plus de clarté, cette période de soulèvement du sol à la toute fin du Cambrien peut être regroupée sous le terme de « Perturbation des Montagnes Vertes », car les Montagnes Vertes sont situées à la limite ouest de la zone soulevée.
Il y a également eu un certain soulèvement des terres en Europe occidentale avant le début du Champlainien. En 1920, Holtedahl décrit la formation d’une vaste terre septentrionale (la Fennoscandie septentrionale ou la partie nord du Bouclier baltique) vers la fin du Cambrien et avant le début du Champlainien.
Dans l’édition précédente de cet ouvrage, il était indiqué que « la fin du Cambrien supérieur fut apparemment marquée par des phases d’émergence et de retrait calmes de la mer ». De plus, il était affirmé qu’« il n’y a pas eu de formation de montagnes à ce rythme en Amérique du Nord ». Depuis, la géologie complexe du Vermont a considérablement progressé et il apparaît désormais qu’il y a eu des mouvements crustaux dans la région de la géoclinale du Nouveau-Brunswick.
Les faits sur lesquels reposent ces conclusions sont les suivants : les travaux récents d’Arthur Keith à l’ouest des Montagnes Vertes, dans le nord du Vermont, ont montré que cette région a subi un plissement ou un soulèvement vertical à la fin du Cambrien, c’est-à-dire après l’Ozarkien. Les conglomérats basaux du Champlainien y sont principalement composés de calcaires à stratification mince et de grands blocs de marbre blanc. On trouve des fossiles du Cambrien inférieur dans certains de ces blocs calcaires, mais le plus souvent, ils appartiennent au Cambrien supérieur précoce et tardif. Comme les fragments sont pour la plupart anguleux, de toutes tailles et proviennent clairement de formations du Cambrien inférieur et supérieur, la composition du conglomérat semble indiquer que leurs sources se situaient sur les hauts plateaux proches à l’est et que la force de transport pourrait avoir été constituée par des falaises surplombant la mer.
Dans la région de Québec, le Champlainien débute par d’épaisses formations non fossilifères de grès quartziques grossiers et conglomératiques (Lauzon), suivies de schistes rouges (Sillery). Viennent ensuite les schistes argileux sombres de Levis, avec de minces zones de calcaire riches en fossiles de Beekmantown, et de nombreuses zones de conglomérats calcaires dont certains fragments renferment des fossiles cambriens. Ces formations se suivent depuis Québec, le long de la rive sud du fleuve Saint-Laurent, vers le nord-est sur au moins 320 kilomètres (200 milles). C’est à Bic que les conglomérats sont les plus développés.
¶ Lectures complémentaires
C. D. Walcott, « The Faima of the Lower Cambrian or Olenellus Zone », U. S. Geological Survey, 10th Annual Report, 1890, p. 509-763 ;
C. D. Walcott, « Correlation Papers, Cambrian », U. S. Geological Survey, Bulletin 81, 1891 ;
C. D. Walcott, « Paleozoïc Intra-formational Conglomerates », Bulletin of the Geological Society of America, vol. 5, 1894, p. 191-198.
C. D. Walcott, « Roches et fossiles du mont Stephen », Canadian Alpine Journal, vol. 1, 1908, p. 232-248.
C. D. Walcott, « Le paradis du géologue », National Geographic Magazine, vol. 22, 1911, p. 509-521.
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Walcott, « Brachiopodes cambriens », U. S. Geological Survey, monographie 51, 1912.
C. D. Walcott, « Le monarque des Rocheuses canadiennes », National Geographic Magazine, vol. 24, 1913, p. 626-639.
C. D. Walcott, « Le Cambrien et ses problèmes dans la région de la Cordillère », chapitre IV de « Problèmes de géologie américaine », New Haven (Yale University Press), 1915.
C. D. Walcott, Géologie et paléontologie du Cambrien, Smithsonian Miscellaneous Collections, vol. 53, 57, 64, 67, 1910-1922.
Voir également Walcott dans les différentes parties de la Bibliographie de géologie de l’Amérique du Nord publiée annuellement par l’U. S. Geological Survey.
Arthur Keith, « Succession cambrienne du nord-ouest du Vermont », American Journal of Science, 5e série, vol. 5, 1923, p. 97-139.
T. G. Taylor, Les Archaeocyathinae du Cambrien d’Australie-Méridionale. Mémoires de la Société royale d’Australie-Méridionale, vol. 2, partie 2, 1910, p. 55-188.