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¶ Caractéristiques générales de la période
Le système rocheux champlainien se situe au-dessus du Cambrien et en dessous du Silurien. Il tire son nom du lac Champlain (État de New York et Vermont) où il est particulièrement développé. La période champlainienne a duré considérablement plus longtemps que chacune des six autres périodes du Paléozoïque, occupant en fait environ un quart de cette ère.
Les trois inondations champlainiennes. — À l’époque champlainienne, l’Amérique du Nord se situait à peine au-dessus du niveau de la mer, et seuls les reliefs côtiers présentaient des plateaux. De ce fait, la montée des eaux chaudes des océans a pu facilement inonder les terres. On a dénombré trois cycles d’inondations et de retraits, dont le plus ancien fut le moins étendu. Les deux autres inondations, principalement d’origine arctique, ont submergé l’Amérique du Nord de manière très importante, en réalité plus étendue que lors de toute autre période. La seconde inondation eut lieu au milieu du Champlainien moyen (Trenton) et fut suivie d’un retrait quasi complet des eaux. Puis, au début du Champlainien supérieur (Richmond moyen), les eaux arctiques recouvrirent la quasi-totalité des zones inondées précédemment.
Sédiments du Champlainien. — Le Champlainien inférieur, en Amérique, fut essentiellement marqué par la formation de dolomie, tandis qu’au milieu de cette période, les calcaires à stratification mince, ainsi que les formations schisteuses, constituèrent le type de roche dominant. On peut globalement qualifier le Champlainien de période essentiellement calcaire. Durant la dernière des trois époques, les calcaires à stratification mince restèrent fréquents, mais accompagnés d’une plus grande quantité de boues (schistes). Vers la fin de cette époque, on observa une augmentation des quantités de sédiments, avec une prédominance de grès. Cette évolution des sédiments, des plus fins aux plus grossiers, témoigne de l’élévation du terrain, de l’accélération de l’érosion et d’un transport plus rapide des sédiments par les rivières. Les terres en élévation sont celles des Appalaches et surtout d’Acadie, la région des États de la Nouvelle-Angleterre et des [ p. 230 ] provinces maritimes de l’est du Canada. Dans l’ouest de l’Amérique du Nord, la Cascadie était la région d’où les sédiments, en plus faible quantité, étaient transportés vers l’est dans la fosse cordillère.
Voies maritimes du Saint-Laurent. — Dans l’ouest des États de la Nouvelle-Angleterre et dans le sud du Québec (ainsi qu’au Nouveau-Brunswick), les strates champlainiennes, lorsqu’elles sont présentes, sont généralement composées de schistes bruns à noirs et de grès verdâtres contenant peu de calcaire. L’épaisseur de ces formations varie de quelques centaines à plus de 600 mètres et contraste fortement avec les calcaires et dolomies dominants formés ailleurs durant le Champlainien. On note également la présence de nombreux conglomérats calcaires, minces et épais, à la base ou dans la partie inférieure du Champlainien.
La mer du Saint-Laurent constituait une province marine indépendante et appartenait au domaine atlantique, car une grande partie de sa faune et de sa flore est commune à l’Europe occidentale. La région était toutefois également, plus ou moins, liée à la mer intérieure centrale (voir p. 231 et 238).
Voies maritimes intérieures. — À l’intérieur de l’Amérique du Nord, les mers champlainiennes étaient, pour la plupart, des mers d’eau douce, où se déposaient principalement des calcaires. Aux abords de ces mers, l’épaisseur des sédiments a considérablement augmenté avec l’apport de boue et de sable. De manière générale, on peut dire que dans la région des Appalaches moyennes, les strates du Champlainien atteignent une épaisseur de 1 890 à 2 950 mètres, diminuant dans la vallée du Mississippi jusqu’à 580 mètres au maximum, et même moins de 300 mètres en de nombreux endroits.
Voies maritimes de la Cordillère. — Dans la région des Rocheuses, les plus grandes épaisseurs se trouvent au Nevada et en Utah, où l’on trouve des calcaires du Champlainien, essentiellement du Champlainien inférieur, d’une épaisseur comprise entre 915 et 1 525 mètres. Ces dépôts s’amincissent rapidement vers le nord et vers l’est, mais en Colombie-Britannique, ils s’épaississent à nouveau vers le nord, car dans la vallée du Mackenzie, on observe plus de 1 220 mètres de calcaires, de dolomies et de schistes.
La vie du Champlainien. — Les deux plus grandes transgressions marines ont engendré une profusion de vie, et parmi toutes les inondations, aucune n’a apporté une plus grande diversité d’invertébrés que celle du Trenton. On connaît pas moins de 1 200 espèces du Cambrien d’Amérique du Nord, mais le Champlainien en compte quatre fois plus. Cette période fut donc marquée par un progrès évolutif remarquable chez les organismes les plus simples. Peu de vestiges de plantes terrestres de cette époque ont été retrouvés (Skiddaw au Pays de Galles et Maysville au Kentucky), [ p. 232 ] et si des fragments de [ p. 231 ] poissons cuirassés particuliers abondent au Colorado, au Dakota du Sud et au Wyoming, on n’en trouve nulle part ailleurs. Curieusement, les premiers poissons apparaissent dans des dépôts fluviaux, ce qui revêt une grande importance pour leur évolution probable, comme on le verra dans le chapitre consacré à l’origine des poissons. On peut caractériser le Champlainien comme une continuation de la dominance des invertébrés marins du Cambrien, à ceci près que, durant cette période plus récente, toutes les grandes divisions et subdivisions de ce type d’animaux sont représentées (voir pl. 9, 11, 12). Apparaissent pour la première fois au Champlainien les vrais coraux, les graptolites flottants, les crinoïdes, les bryozoaires et les lamellibranches.
Mers épicontinentales parsemées ; océans dominés. Voir la planche 10 (p. 238) pour la physiographie du Champlainien moyen.
La carte 1 illustre la première inondation de cette période ; la planche 10, la seconde ; la carte 3 montre la troisième inondation, débutant dans les zones marquées 1 et s’étendant ensuite à l’ensemble de l’Amérique du Nord ; la carte 4 met en évidence l’ampleur de l’émergence de l’Amérique du Nord sous l’effet du Champlainien.
Climat du Champlainien. — Les vastes accumulations de calcaire et de dolomie du Champlainien à travers l’Amérique du Nord, qui présentent une vie abondante et très diversifiée même dans la vallée du Mackenzie et en Alaska arctique, témoignent d’eaux chaudes et stables. Les mêmes coraux récifaux du Champlainien moyen que l’on trouve au Tennessee et dans l’État de New York se rencontrent également en Terre de BaflSn, dans la vallée du Mackenzie et en Alaska, bien qu’ils soient moins abondants dans l’extrême nord. On peut donc supposer que la température des terres et des mers de l’hémisphère nord était presque partout la même, et qu’elle était tempérée chaude.
Il y a de nombreuses années, Reusch a découvert dans l’Arctique norvégien (Finmarken) une série de tillites dont l’âge n’a pu être déterminé avec certitude, mais que l’on pensait, pour des raisons géologiques générales, dater du Cambrien inférieur ou du Protérozoïque supérieur. Ces tillites ont récemment été réexaminées par Holtedahl (1919), qui constate qu’elles se trouvent dans une série de grès d’une épaisseur comprise entre 200 et 500 mètres. La tillite de Bossekop-Mortensnes a une épaisseur d’environ 10 mètres, celle de Bigganjarga de 2 à 3 mètres. Leur âge ne peut même pas être déterminé avec certitude aujourd’hui, mais il est certain qu’ils datent soit du Champlainien (Ordovicien)
¶ Divisions du temps champlainien
Historique des termes Champlainien et Ordovicien. — C’est le professeur Lapworth de l’université de Birmingham, en Angleterre, qui proposa en 1879 le terme Ordovicien, d’après l’ancienne tribu des Ordovices qui vivait au Pays de Galles à l’époque de l’Empire romain, pour remplacer le Silurien inférieur de Murchison (1835). On trouvera une discussion plus approfondie de ce terme en lien avec le Cambrien et le Silurien dans les chapitres consacrés à ces deux périodes. Il existe cependant un terme américain beaucoup plus ancien, Champlainien, proposé en 1842 par les géologues du Service géologique de New York. Ce terme est particulièrement approprié pour l’Amérique, car dans la région du lac Champlain, la plupart des formations actuellement classées sous l’appellation Ordovicien peuvent être étudiées avec profit.
Fondements des divisions. En partie grâce aux fossiles enfouis, mais surtout en raison de trois cycles distincts de submersion continentale, le Champlainien en Amérique du Nord est divisible en autant d’époques, ou séries de strates. [ p. 233 ] Dans chaque époque, on n’a jamais observé de dépôt continu du Cambrien
¶ Époque du Champlainien ancien ou inférieur
On n’a identifié nulle part de dépôt continu du Cambrien au Champlainien inférieur, et les submersions se sont limitées à la région acadienne, à l’est et au centre des États-Unis, et à la région cordillée. Plus de 550 espèces sont connues du Champlainien inférieur ; toutefois, si les strates n’avaient pas été aussi majoritairement dolomitiques, ce qui a entraîné la destruction des fossiles, le nombre total serait probablement au moins trois fois supérieur.
La vie dans la province du Saint-Laurent. — Les fossiles de la province du Saint-Laurent sont principalement des graptotes du domaine atlantique, car des espèces très similaires, voire identiques, se retrouvent en Grande-Bretagne, en Suède et dans le sud de la Norvège. Au Cap-Breton, Matthew a décrit une autre variante de ces faunes atlantiques (faune à Cératopyges). Un faciès similaire, avec des faunes du même type général, est également connu dans le sud-est de Terre-Neuve, où Van Ingen a décrit le Champlainien inférieur en vingt-six zones.
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Graptolites (du grec « écrit » et « pierres », ainsi nommés en raison de leur ressemblance, à l’état fossile, avec d’anciennes inscriptions sur pierre) étaient des animaux coloniaux à squelette externe chitineux, la partie conservée. Ils sont apparentés aux hydraires actuels, les cœlentérés les plus simples. Il en existe deux types principaux : les dendroïdes, ou formes buissonnantes, ancrées au fond marin (Fig. 5, ci-dessous), et les formes libres ou flottantes (Fig. A, ci-dessous, et Fig. 1-6, p. 236). Ce sont ces dernières qui sont les plus importantes en stratigraphie, car elles sont les plus largement répandues. Les deux types de souches sont apparus au début du Champlainien, période durant laquelle les graptolites étaient les plus fréquents, leur nombre diminuant au Silurien. Au Dévonien inférieur, les formes libres ont disparu, et les dendroïdes au Mississippien.
Conglomérats du Québec. — Sayles et Coleman considèrent que les épais conglomérats calcaires de la série du Québec et de la base du système champlainien au Vermont sont probablement d’origine glaciaire. L’importance de ces conglomérats a été abordée dans le chapitre sur le Cambrien, vers la fin.
Schistes de Levis. — Les faciès de schistes argileux sombres, si caractéristiques de la province du Saint-Laurent, se rencontrent au sud du fleuve Saint-Laurent, depuis les environs de Gaspé (Québec) jusqu’à Lévis, puis au sud-est de Montréal, au Vermont de part et d’autre des Montagnes Vertes, et dans les monts Taconic, dans l’est de l’État de New York, au sud d’Albany. Ces schistes présentent de nombreuses zones à graptoïdes, la plus basse étant marquée par (1) Dictyonmea flabelliforme, suivie vers le haut par (2) Staurograptus, (3) Clonograptus-Tetragraptus, (4) Phyllograptus typus, et des zones à Didymograptus (voir Pl., p. 236, Fig. 1-6).
Les faunes à Tetragraptus-Phyllograptus, composées de formes flottantes, sont présentes dans le monde entier. Découverts pour la première fois au Canada par James Hall entre 1858 et 1865, les graptolites ont depuis été signalés dans de nombreux endroits aux États-Unis, en Scandinavie, au Pays de Galles, en Belgique, en France, au Pérou, en Bolivie, en Australie et dans le sud de la Nouvelle-Zélande. On observe souvent, parmi les graptolites, des assemblages cosmopolites et largement répandus, du fait de leur mode de vie flottant.
La vie dans la province des Appalaches. — Du nord du lac Champlain vers le sud, et plus particulièrement [ p. 235 ] du centre de la Pennsylvanie jusqu’en Alabama, se trouve une série de dolomies à stratification épaisse qui renferment une série de fossiles totalement différente de celle de la province du Saint-Laurent. Ces strates sont également présentes dans des formations beaucoup plus minces de l’ouest du Tennessee, de la région des Ozarks au Missouri et de la haute vallée du Mississippi. Dans la plupart des endroits, les dolomies sont marquées près de leur base par des affleurements d’algésie calcaire appelée Cryptozoon (Fig., p. 198), et à de nombreux horizons par des conglomérats intraformationnels particuliers, dont les galets sont généralement constitués de fragments fins et plats, résidus agglomérés par l’érosion solaire de calcaires magnésiens. Hormis l’algésie, ces dolomies sont pauvres en fossiles, en raison de l’altération des calcaires qu’elles ont inclus lors de leur dépôt. Cependant, dans certains endroits, les mollusques abondent encore, principalement des gastéropodes à coquille épaisse et leurs opercules curieux, en forme de corne et plus ou moins longs, connus sous le nom de Ceratopea ; on y trouve également une variété de céphalopodes droits, courbés et enroulés (voir Pl., .236, Fig. 16-24).
Dans l’ouest de Terre-Neuve, on retrouve cette même province sous forme de dolomies et de calcaires magnésiens de plus de 600 mètres d’épaisseur. De l’autre côté de l’Atlantique, elle est également présente à l’extrémité nord de l’Écosse, dans le calcaire de Durness. Holtedahl la signale aussi sur l’île aux Ours, au sud du Spitzberg, et à l’extrême nord de la Norvège, dans le Finmark.
Vie de la province cordillée. — Le Champlainien inférieur est également présent dans d’épaisses formations de la fosse cordillée. Son développement faunique y diffère de celui du Saint-Laurent et des Appalaches, bien que les dolomies et les calcaires magnésiens y soient les types de roches dominants.
Émergence du Champlainien inférieur. — Dans toutes les régions connues d’Amérique du Nord à l’ouest des Appalaches et des Alaska, on observe un changement marqué de sédimentation entre le Champlainien inférieur et les strates successives du Champlainien moyen. Les formations les plus anciennes sont des dolomies, tandis que les plus récentes sont des calcaires à lits minces. De plus, les mers du Champlainien moyen ont connu une transgression plus étendue et leurs faunes étaient totalement différentes de celles de l’époque précédente. Ce changement illustre de façon frappante le fait que la rupture apparemment insignifiante – le contact étant partout discordant – entre le Champlainien inférieur et moyen revêt une importance temporelle considérable, car les faunes profondément modifiées ont subi une longue évolution. Autrement dit, l’interruption de la sédimentation [ p. 237 ] représente une perte d’enregistrement [ p. 236 ] suffisamment longue pour que les faunes antérieures aient évolué vers celles si caractéristiques du Champlainien moyen. Ce changement est particulièrement visible dans une série de graptolites complètement différente ; une prévalence bien plus importante de brachiopodes, de mollusques et d’ostracodes ; l’apparition des premiers crinoïdes et poissons ; et, pour la première fois, une abondance de bryozoaires.
Les figures. 1, 2, Phyllograptua Uicifolius et P. angustifolims, écrasés à plat ; 3, P. angustifolius, non écrasé, x 2 ; 4, Tetragraptus fruticosus ; 5, Goniograptus postremus, x i ; 6, fragment de Logariograptus logani ; 7, Synlropkia lateralis, x 2 ; 8, Ophlleta complanata ; 9, 10, 0. compacta ; 11, 12, Eccyliopterus triangrdtbs, x f ; 13, Orihostoma lituifonnis, x i ; 14, Madurites acumincllus ; 15, Af. logani de strates liigher, pour montrer l'opercule en place ; 16, 17, Ceratopea kellhi, l'opercule d'un Maolurites inconnu ; 18, Eotomaria (?) cassina, x 19, Orlhoceras mvliicameraium du Champlainien moyen, x A; 20, Protocydoceras whitfieldi, x I; 21, Cyrtoceras juvenale du Champlainien moyen, x §; 22, Ooceras leirhyi; 23, Plectoceras (?) oceidentale du Champlainien moyen, x 24, Sckroederoceras eatorCi, x - Principalement d'après le New York State Survey, R. P. Whitfidd et H. F. Cleland.
Dôme des Ozarks. — Dans le sud du Missouri et le nord de l’Arkansas, affleurent d’anciens granites, autour desquels sont disposées en croissants et en anneaux les formations du Paléozoïque inférieur. Cette disposition, et en particulier l’amincissement de nombreuses formations par chevauchement avec les granites, indique une structure en dôme, une zone de soulèvement périodique au milieu de champs de dépressions peu profonds abritant des mers épicontinentales. Ce dôme est probablement apparu vers la fin du Cambrien.
Soulèvement du Wisconsin. — Dans le nord du Wisconsin, affleure une ancienne masse rocheuse, un prolongement méridional du Bouclier canadien ou Laurentis. Autour de cette masse pennée, à l’est, au sud et à l’ouest, sont disposées de manière irrégulière et parallèle les formations du Paléozoïque inférieur. Ce promontoire semble s’être formé en même temps que les montagnes de Lullamey, vers la fin du Protérozoïque.
¶ Époque du Champlainien moyen
Mers. — Le Champlainien moyen fut une longue époque marquée par de nombreux changements entre terre et mer. Les mers étaient oscillatoires et variables, avec une dernière grande inondation venue de l’Arctique, la première d’une série d’inondations paléozoïques provenant de cet océan. La submersion maximale eut lieu au début de l’ère Trenton, lorsque l’inondation arctique atteignit son apogée et recouvrit apparemment environ la moitié du continent. Une plus grande partie de l’Amérique du Nord était alors sous les eaux qu’à aucune autre époque depuis le début du Paléozoïque. Nos connaissances sur la mer Cordillère de cette époque sont limitées, mais il semble qu’il existait une voie navigable reliant la région du Grand Bassin à l’océan Arctique. Les empiètements de l’océan Atlantique se limitèrent au nord-est du continent et cet océan n’apporta que peu d’éléments vivants à la mer intérieure centrale. Finalement, près d’un demi-million d’euros d’eau marine se retirèrent, achevant ainsi le cycle des marées du Champlainien moyen. (Voir Pl., p. 231.)
Vie. Au cours des différentes inondations du Paléozoïque, la vie marine ne s’est jamais aussi bien inscrite dans les sédiments grâce aux fossiles qu’au cours de l’époque du Champlainien moyen. Les eaux regorgeaient d’une grande variété d’invertébrés, et l’on connaît, pour la seule Amérique du Nord, plus de 2 600 espèces, principalement des bryozoaires (animaux extrêmement petits, ressemblant vaguement aux coraux), des brachiopodes, des gastéropodes, des céphalopodes et des trilobites (voir fig., pp. 240, 242). On dénombre environ 500 espèces de brachiopodes dans ces gisements nord-américains, et une fois tous les bryozoaires décrits, on en comptera plus de 1 000 espèces. Ulrich estime que la contribution de ces derniers à la formation du calcaire, malgré leur taille minuscule, a été deux fois plus importante que celle des brachiopodes. Il semble qu’il y ait eu autant d’espèces de gastéropodes que de brachiopodes.
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Mers épicontinentales parsemées ; océans dominants ; terres aux contours ondulés. Voir la planche 8 (p. 231) pour la paléogéographie du Champlainien.
Géographie probable du Champlainien moyen, période où les terres étaient largement pénéplaines et où les mers déposaient principalement du calcaire. Les mers sont décrites page 237. Le réseau hydrographique est inconnu.
Les terres étaient probablement couvertes de végétation et le climat était chaud et humide.
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Les trilobites sont souvent petits et bien conservés ; on en compte plus de 300 espèces, mais en général ils ne sont ni grands ni ornementés (voir Pl., p. 242). Les éponges se distinguent par leur rareté. Les crinoïdes (animaux apparentés aux étoiles de mer, mais fixés au fond par un pédoncule, voir Pl., p. 240, Fig. 5) sont localement communs et ont largement contribué à la formation des calcaires. Les premiers véritables coraux du Paléozoïque sont apparus ici, à la fois sous forme de coupes (Pl., p. 240, Fig. 3, 4) et sous forme composée, ainsi que des hydraires scléractiniaires (stromatoporides), et présentaient une tendance à former des récifs.
Premiers vertébrés. — En 1891, Walcott annonça la découverte d’une abondance de restes fragmentaires de vertébrés dans le Rhatoplainien près de Canyon City, au Colorado. Depuis, des restes similaires ont été trouvés dans les monts Big Horn du Wyoming et les Black Hills du Dakota du Sud. Ces fossiles se trouvent généralement dans une couche de grès de 1,8 à 2,4 mètres d’épaisseur, à la base des dépôts du Champlainien moyen de la mer Cordillère. Il ne fait aucun doute qu’il s’agit des os de carapace de poissons du même type que ceux fréquemment rencontrés à la fin du Silurien et durant tout le Dévonien (ostracodermes). Ils sont décrits au chapitre XXIII. De par leur nature fragmentaire et leur présence dans des grès, il est probable que ces poissons vivaient en eau douce et qu’après leur mort, ils ont été transportés par les rivières et fragmentés avant d’atteindre les sédiments marins du littoral.
Volcan de Nelson. À l’époque où les eaux arctiques s’étendaient le plus largement sur l’Amérique du Nord, un volcan se dressait quelque part dans l’est du Kentucky (entre les comtés de Fayette et d’Elliot). En 1921, W.A. Nelson attira l’attention sur une couche de cendres de la formation de Lowville, couvrant une superficie d’environ 930 000 km² dans les États du Sud et d’une épaisseur pouvant atteindre 2,1 mètres. Il estime le volume de cendres éjectées à 1 000 km³. Avant la découverte de cette couche de cendres (une bentonite ou des cendres rhyolitiques décomposées), personne ne soupçonnait la présence d’un volcan dans l’est de l’Amérique du Nord à l’époque du Champlainien.
Émergence mohawkienne. Après le grand déluge du début de l’époque du Trenton, les eaux commencèrent à se retirer vers les bassins océaniques, d’abord des parties centrales du continent, puis des parties septentrionales. Il semble qu’une certaine quantité d’eau soit restée dans la partie sud de la mer intérieure centrale, complétant ainsi les archives marines entre le Champlainien moyen et le Champlainien supérieur. C’est ce vaste retrait des mers épicontinentales du Champlainien moyen et la longue période d’émersion plus ou moins continue du Champlainien supérieur précoce qui entraînent une séparation naturelle de ces formations en deux séries de strates (voir Pl., p. 231).
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Fig. 1, Cyathospongia reticulata, x i ; 2, Zittelella typique, x 3, 4, Streptelasma profuridum, x o, Glyptocrinus dyeri, x 6, Lepadocrinus moorei ; 7, Climacograptus bicomis ; 8, Diplograptus ruedemanni, Xf; 9, 10, Orthis tricenaria, x f ; 11-13, Dcdmanella testudinaria; 14-16, Hebertella einuata, x 17, Dinorthis subquadrata, x i ; 18, 19, Platystrophia laticosia, x 1 ; 20, 21, Rafinesguina alternata, x i ; 22, Strophomma planumbona, x 23, 24, Triplecia extans, x 25, Leptcena rhomboidalis, x f; Plectamhonites sericeus; 27-29, Rhynchotrema capax, X i.
Principalement issues des inventaires des États de New York, de l'Ohio et de l'Indiana.
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¶ Époque du Champlainien supérieur
Mers. — Les formations de cette époque furent d’abord étudiées dans le sud-ouest de l’Ohio, principalement autour de Cincinnati. Meek et Worthen attribuèrent le nom de Cincinnatien aux roches de cette région en 1865. La mer du Champlainien moyen avait presque entièrement disparu du continent lorsqu’un nouveau cycle de mouvements d’eau se propagea depuis le golfe du Mexique vers le nord-est, le long du versant ouest des Appalaches, vers le nord dans le bassin de l’Ottawa et vers l’ouest dans l’Indiana. Il s’agissait de la mer d’Eden et de Maj’sville (voir Pl., p. 231, Carte 2), une eau plus trouble que celle des deux précédentes vagues d’invasion. Elle ramena dans cette mer intérieure les faunes méridionales qui s’étaient transformées ailleurs pendant la période d’émergence. Après le dépôt de près de 150 mètres de schistes et de calcaires à stratification mince, une nouvelle inondation venue de l’océan Arctique a répandu sa faune de Richmond sur une vaste étendue de l’Amérique du Nord et submergé plus de 40 % du continent (voir Pl., p. 231, Carte 3).
Delta de Queenston. — Lorsque cette inondation a atteint son apogée, un très vaste delta fluvial de grès rouges (Juniata) s’est formé dans la vallée centrale des Appalaches, s’étendant du Maryland jusqu’à l’État de New York, où l’on peut observer les boues sableuses rouge brique aux chutes du Niagara (Queenston).
Vie. — Les faunes du Champlainien supérieur étaient initialement très semblables à celles de l’époque précédente, mais les invasions atlantiques et arctiques ultérieures ont introduit de nouveaux types d’animaux qui se sont progressivement transformés en d’autres caractéristiques du Silurien. Ces différences sont particulièrement visibles chez les bryozoaires, les brachiopodes et les coraux constructeurs de récifs. Cependant, la présence d’une phase de développement organique du Champlainien moyen si marquée dans les faunes de la série du Champlainien supérieur impose une association plus étroite avec le Champlainien qu’avec le Silurien.
Axe de Cincinnati. — L’axe de Cincinnati, ou géticline, est un large arc déprimé dans les strates paléozoïques de la partie orientale des Basses Terres Intérieures. Il affleure et s’étend du nord de Cincinnati jusqu’au-delà de Nashville (voir Fig., p. 141). À l’est de l’arc se trouve le bassin de l’Ohio et à l’ouest, le bassin de l’Indiana. Cet arc a commencé à se former au Champlainien moyen et supérieur, mais ne constituait une crête séparant la Grande Mer Intérieure qu’après le début du Silurien. Au Silurien moyen, une partie de l’arc, dans le centre du Kentucky, s’est enfoncée sous le niveau de la mer. Cette dépression s’est reformée périodiquement et a abrité [ p. 243 ] des eaux marines jusqu’au Pennsylvanien. [ p. 242 ] En revanche, l’extrémité sud et surtout l’extrémité nord furent largement envahies à différentes époques par la Grande Mer Intérieure. Enfin, le sommet de l’arche fut complètement tronqué par l’érosion aérienne, la mer du Dévonien supérieur ayant répandu ses boues noires sur les dômes de Xashville et de Cincinnati.
Fig. 1, Modiolopsis modiolaris, x f ; 2, Colpomie constricta ; 3, Pterinea demissa, X 4 ; 4, CteTiodonta cingulatay x 2 ; 5, Helicotoma planulatoides ; 6, Trochonema urnbiLicaiumy x 4 ; 7, Botomaria supracmgulatay x 4 ; 8, Protowarthia cancdlata, X 4 ; 9, Cyrtolltes oTTMtuSy x 4 ; 10, Cydonema humerosum, x f ; lly Hormotoma graciliSf X 4, 12, Ampyx nasutus ; 13, Cryptolithits iessdatus ; 14, protaspis de Triarthrus beckiy X 20 ; 15, même de Proetus parviusculusy x 20 ; 16, Ogygites canadensis x 1; 17, Jaotdus lowensis, x 4; 18, Bumastus trentonensis, x 4; 19, Ceraurus dentcdfis; 20, 21, Ccllymene Tneeki. (242)
¶ Émergence ou perturbation taconique
Preuves. — L’étude de la paléogéographie du Champlainien moyen et supérieur révèle d’importantes modifications des mers. Cette agitation de l’hydrosphère était apparemment due à des mouvements au sein des masses limitrophes du continent nord-américain, entraînant non seulement des affaissements et des soulèvements du sol, mais aussi une modification du niveau général de la ligne de rivage. Nous avons constaté que la plus grande masse de sédiments s’est déposée le long des marges internes des Alpes acadiennes et des Appalaches, et c’est donc dans cette zone du géoclinal que se sont produits les plus grands affaissements des surfaces terrestres originelles. Dans l’est de la Pennsylvanie, cet affaissement maximal a dépassé 4 572 mètres (15 000 pieds) durant le Cambrien et le Champlainien, et il était similaire, voire supérieur de 457 mètres (1 500 pieds), le long de la rive orientale du lac Champlain. Dans la région du Grand Bassin de la mer de Cordillère, l’affaissement du fond marin durant le Paléozoïque inférieur a également été important, dépassant 4 877 mètres (16 000 pieds).
Métamorphisme : Au Vermont et dans l’ensemble des monts Taconic, les grès cambriens et champlainiens sont aujourd’hui des quartzites, les schistes bitumineux sont des ardoises et les calcaires sont des marbres. Ce métamorphisme régional s’est produit en grande partie, sinon entièrement, lorsque les strates ont été plissées et charriées vers l’ouest durant la révolution appalachienne (p. 426), et donc, comme on le pensait jusqu’à présent, à la fin du Cambrien ou du Champlainien. Cependant, une partie du métamorphisme pourrait être liée aux perturbations acadiennes de la fin du Dévonien (voir p. 316), ainsi qu’à l’injection de roches ignées que l’on observe aujourd’hui le mieux dans les Montagnes Blanches du New Hampshire.
Il est clair qu’il y a eu un soulèvement généralisé de la région Nouvelle-Angleterre-Acadie (géoclinal du Nouveau-Brunswick), qui a débuté avant l’époque de Richmond et qui semble s’être repris à la fin du Champlainien. Ce soulèvement, de nature plissée ou orogénique, n’a concerné qu’une petite partie ouest de la région mentionnée et a entraîné une érosion marquée. Les dépôts résultant de cette érosion sont visibles dans les vastes dépôts deltaïques rouges et épais de la série du Champlainien supérieur (formations de Juniata et de Queenston), ainsi que dans les dépôts plus épais et plus étendus du Silurien suivant (formation de Medina). Ensemble, ces dépôts grossiers formaient le delta de Queenston.
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Le relâchement des contraintes internes est connu pour avoir plissé les strates pré-siluriennes depuis au moins Port Jervis, dans l’État de New York (voir fig., p. 263), jusqu’à Kingston et Hudson (mont Becraft) au nord-est. Curieusement, les preuves souvent avancées en faveur d’un plissement à cette époque, censé avoir été généralisé dans les États de la Nouvelle-Angleterre et les provinces maritimes du Canada, ne sont pas corroborées par les travaux géologiques plus récents menés dans ces régions. Ces travaux ne démontrent cependant pas l’absence de plissement taconique ou de formation de montagnes. En 1837, H.D. Rogers fut le premier à souligner l’importance de la discordance angulaire marquée à Kingston et la décrivit en détail dans son ouvrage de référence, Geology of Pennsylvania, publié en 1859. Considérant ces éléments et la discordance apparemment similaire observée à Gaspé, au Québec, Dana fut amené, en 1874, à postuler un soulèvement général et la formation de montagnes dans toute la région susmentionnée. Plus récemment, J.M. Clarke a réexaminé la géologie de Gasp6 et conclut que la discordance est due à un chevauchement. Par conséquent, toutes les preuves confirmées de l’orogenèse se limitent à une zone étroite et peu étendue de l’État de New York. Pour l’instant, la perturbation taconique doit donc être interprétée en fonction des connaissances actuelles, mais il est fort probable qu’une zone d’orogenèse plus vaste soit mise en évidence le long du côté ouest de la géanticline du Nouveau-Brunswick. L’ensemble des preuves de la perturbation taconique, telles que consignées dans la littérature, a récemment fait l’objet d’une revue détaillée par T.H. Clark (1921).
Orogenèse en Europe. — En Grande-Bretagne, une importante activité orogénique s’est produite vers la fin de l’Ordovicien. Elle a été particulièrement marquée dans l’ouest de l’Angleterre, au Pays de Galles et en Irlande, où le Silurien repose de manière discordante sur des strates métamorphisées plus anciennes. Ensuite, en Grande-Bretagne également, tout au long de l’Ordovicien moyen et supérieur, des cendres et des laves, ainsi que des roches plutoniques profondes intrusives, se sont ajoutées aux sédiments marins grossiers. Jukes-Browne soutient que ce mouvement orogénique s’est étendu, mais avec moins d’intensité, loin dans le nord de la Norvège.
Les seules autres chaînes de montagnes importantes connues de l’auteur et datant de l’Ordovicien sont celles de l’est de l’Australie, et ce plissement s’est accompagné d’une importante activité volcanique.
¶ Produits économiques du Champlainien
Pétrole et gaz de Trenton. — Entre 1886 et 1900, l’Ohio et l’Indiana produisaient de vastes quantités de pétrole et de gaz naturel. Aujourd’hui, la production dans ces États est faible. Elle provenait des 6 à 9 premiers mètres de la dolomie de Trenton, dans des endroits où elle est très cristalline, et à des profondeurs de 335 à 670 mètres sous terre (Kg., p. 257). Les strates du Champlainien moyen de l’Illinois produisent désormais du pétrole en quantités commerciales.
Les gisements de pétrole et de gaz de Trenton sont principalement liés à la structure en terrasses du soulèvement de Cincinnati et se situent sous son extrémité nord, ainsi que sous le court arc orienté nord-est connu sous le nom d’éperon de Lima (Ohio) et l’arc plus large orienté nord-ouest connu sous le nom d’éperon de Wabash (Indiana). Le puits de gaz de Karg, jadis célèbre, à Kndlay (Ohio), se trouvait [ p. 245 ] au bord d’une rapide descente de la dolomie de Trenton ; et à seulement 300 mètres à l’ouest de celle-ci, là où le sommet de cette formation se situait 37 mètres plus bas, le puits adjacent produisait du pétrole.
Ardoise. — Dans la région des Appalaches, et plus particulièrement en Pennsylvanie et au Vermont, les gisements d’ardoise du Cambrien inférieur et du Champlainien sont largement exploités pour leurs ardoises noires, vertes, bleues, violettes et rouges. Les utilisations de l’ardoise de toiture et de l’ardoise de production sont aujourd’hui très variées, et la production annuelle est évaluée à plus de 4 millions de dollars. Rien n’est plus Il est étonnant de constater l’immensité des terrils d’une carrière d’ardoise, composés de matériaux sans valeur représentant de 60 à 80 % de la roche extraite.
Calcaire, marbre et ciment. — Du fait de leur large répartition en surface, les calcaires du Champlainien sont largement exploités pour la construction de fondations, la fabrication de granulats routiers, comme fondant pour la réduction des minerais de fer et, surtout, pour la chaux utilisée $55,000,000; manufactured, the value is ever so much greater. In the Appalachian valley of Virginia and Pennsylvania they are also much used in the making of Portland cement. In Vermont there are immense quarries in the Middle Champlainian from which is obtained most of the American Carrara, or white and clouded marble. In eastern Tennessee some of the Middle Champlainian fossiliferous limestone if mottled pinkish to deep red in color and is used for decorative and interior building. The annual value of these marbles is now about $ dans les mortiers, les badigeons et comme engrais. La valeur annuelle de cette matière première avoisine aujourd’hui les 5 millions de dollars.
Le plomb et le zinc, principalement sous forme de sulfures et de carbonates, sont extraits depuis plus d’un siècle en quantités considérables des dolomies du Champlainien moyen, situées dans l’est de l’Iowa, le sud du Wisconsin et le nord de l’Illinois. La formation dont ils proviennent est connue des géologues sous le nom de formation de Galena et est contemporaine de la formation de Trenton, dans l’État de New York. Les minerais se trouvent dans des cavités de dissolution, des fissures ou sous forme de… Des dépôts de remplacement du calcaire ont été lessivés des strates supérieures par les eaux de surface qui s’y infiltraient, puis ségrégés à des niveaux inférieurs aux endroits que l’on trouve aujourd’hui. Ils ont cependant été redéposés longtemps après le Champlainien. On trouve également du plomb dans le Cambrien supérieur de la région des Ozarks, au Missouri et en Arkansas.
Minerai de fer. — Dans le sud-est de Terre-Neuve, on trouve de riches minerais de fer olitiques du début du Champlainien, répartis en cinq zones.
Phosphate de calcium, précieux comme engrais, est extrait dans le centre du Tennessee, où les calcaires du Champlainien moyen sont riches en fer et en estropodes (Cydora) contenant du phosphate de calcaire.
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¶ Lectures complémentaires
R. S. Bassler, Cambrian and Ordovician. Maryland Geological Survey, 1919.
E. R. Cumings, The Stratigraphy and Paleontology of the Cincinnati Series of Indiana. 32e rapport annuel, Indiana Department of Geology and Ressources naturelles, 1907, pp. 607-1188.
R. Ruedemann, Graptolites de New York. Musée de l’État de New York, Mémoires 7 et 11, 1904, 1908.
| XVIII. Mollusques ou animaux à coquille | Page de titre | XX. Pétrole et gaz naturel, leur distribution et leur origine |