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Cercles des mers. — Dans le chapitre précédent, nous avons vu que les bassins océaniques sont plus que pleins et que les eaux se sont étendues sur certaines parties des continents jusqu’à une profondeur d’environ 180 mètres, formant ainsi les mers de plateau continental ou mers marginales et les mers intérieures. Dans le langage courant, le mot mer est souvent utilisé comme synonyme d’océan, mais en géologie, il est plus fréquemment employé dans un sens plus restreint et dans sa signification originelle. Il semble que ce terme provienne des peuples du nord-ouest de l’Europe qui connaissaient la mer du Nord et la mer Baltique. Il s’agit de mers marginales et intérieures dont la profondeur est inférieure à 60 mètres et qui se situent sur ou à l’intérieur du continent ; elles contrastent donc nettement avec les mers méditerranéennes, beaucoup plus profondes et étendues, et les océans abyssaux (Fig., p. 71).
Les mers marginales ou de plateau continental se situent à la limite des plates-formes continentales, et les Allemands les appellent souvent « mers plates » en raison de leur faible profondeur et de leur fond plat. La mer du Nord, ainsi que les mers Jaune et Orientale de Chine, en sont des exemples.
D’autres étendues d’eau marine peu profondes, reliées aux mers continentales ou aux océans, mais situées entièrement à l’intérieur des plates-formes continentales, sont appelées mers épicontinentales dans cet ouvrage (voir partie I, page 111, et partie II, figure, page 77). La baie d’Hudson, le golfe du Saint-Laurent et la mer Baltique en sont des exemples. Dans le passé géologique, tous les continents ont été plus ou moins largement inondés par des superpositions d’océans, que l’on pense tous peu profonds, généralement de moins de 90 mètres, bien qu’ils aient sans doute été plus profonds par endroits. Dana les appelait autrefois « mers intérieures continentales » ou « mers intérieures », et sa terminologie aurait dû s’imposer. Malheureusement, l’appellation « dépôts continentaux » a été appliquée plus tard, non pas aux sédiments des eaux marines peu profondes, mais à ceux des eaux douces. Le terme « dépôts continentaux » étant désormais bien ancré en géologie, il n’est plus possible d’utiliser l’expression « mers continentales » de Dana sans s’interroger sur la signification de ces dépôts. Nous proposons donc [ p. 76 ] d’employer ici le terme « mers épicontinentales » (c’est-à-dire les mers situées sur les continents) pour désigner les étendues d’eau qui inondent l’intérieur des continents. En règle générale, ces eaux n’ont pas la salinité habituelle des océans (3,5 %), mais sont plus ou moins douces. Dans les régions arides, elles sont cependant beaucoup plus salées et se transforment parfois en mers salantes. Ces mers ont subi par le passé d’importantes transformations dues aux variations du niveau marin, se vidant parfois presque complètement de leur eau, ou se comblant de sédiments et devenant ainsi des terres émergées.
Les mers et lacs reliques sont de vastes étendues d’eau douce, saumâtre, voire très salée, aujourd’hui complètement isolées de la Méditerranée et des océans, mais dont la vie actuelle témoigne clairement d’une communication passée avec ces derniers. Les exemples les plus connus de ces étendues d’eau marine coupées sont la mer Caspienne et le lac Champlain (Fig., p. 77). Ces lacs sont donc des vestiges marins du passé, progressivement adoucis par les apports fluviaux. De même, on parle de faunes ou d’espèces reliques, c’est-à-dire d’espèces qui se sont adaptées à leurs habitats actuels d’eau douce ou saumâtre dans ces mers reliques (voir Pt. I, p. 80). Les Grands Lacs, d’origine très récente, ont toujours été alimentés en eau douce et sont des vallées fluviales endiguées.
La mer Caspienne est la plus grande étendue d’eau intérieure, avec une superficie de 441 000 km². Au sud, sa profondeur atteint 972 mètres. Elle est aujourd’hui sans émissaire et ses eaux s’évaporent. Autrefois, elle formait une vaste Méditerranée intérieure, reliée à l’océan Arctique et à la Méditerranée romaine. Sa faune est peu abondante : elle ne compte que des poissons marins, des marsouins et des phoques.
La meilleure preuve que le lac Champlain est une mer relique réside dans ses dépôts de plage surélevés d’origine très récente (Pléistocène), qui regorgent de coquillages marins et d’ossements de phoques et de baleines.
Étendue des mers. — Actuellement, les mers continentales et épicontinentales occupent environ 5,1 % de la surface terrestre, soit près de 10 millions de milles carrés. Par le passé, leur superficie était bien plus vaste, car le continent nord-américain a été submergé à plusieurs reprises par des mers épicontinentales qui recouvraient entre un tiers et la moitié de sa superficie. De fait, la géologie stratigraphique est presque entièrement consacrée à l’étude des sédiments des mers épicontinentales, tandis qu’elle aborde peu ceux des mers continentales et quasiment pas les vases océaniques.
Vagues. — La surface des océans n’est jamais totalement calme, elle est généralement moins perturbée par temps de pluie calme et elle est la plus agitée lorsque les vents soufflent fortement. « Le vent est la mère des vagues. » Les tempêtes sont cycloniques et ont rarement un diamètre supérieur à 800 kilomètres, de sorte [ p. 78 ] que la zone d’influence [ p. 77 ] du vent peut s’étendre dans une direction sur cette distance. Plus cette zone d’influence est longue, plus les vagues sont hautes ; en effet, le frottement du vent sur la surface de l’océan la transforme en vagues, dont les plus hautes peuvent atteindre 15 mètres, voire plus. Des vagues de 12 mètres de haut sont assez fréquentes en haute mer.
Il est désormais certain que les vagues des plus grandes tempêtes océaniques pénètrent jusqu’à au moins 180 mètres de profondeur, et exceptionnellement jusqu’à 210 mètres. Par conséquent, même à ces profondeurs, les sédiments peuvent être remués et déplacés. À 67 mètres de profondeur, des graviers de la taille de noisettes sont déplacés, et des pierres pesant jusqu’à 450 grammes ont été entraînées dans des casiers à homards à 55 mètres de profondeur. De plus, les courants de marée et les courants océaniques pénètrent à des profondeurs encore plus grandes, comme indiqué au chapitre précédent consacré aux courants.
Les vagues sont de deux types : (1) les vagues d’oscillation et (2) les vagues de translation. Les premières sont les vagues ordinaires des masses d’eau ; le fluide y décrit des cercles, se déplaçant non seulement dans le sens du vent, mais aussi vers le bas, bien que leur intensité diminue avec la profondeur. L’eau sur les crêtes de ces vagues avance, et celle dans les creux recule, d’où le terme d’oscillation, car l’eau oscille d’avant en arrière et ne se déplace pas continuellement vers l’avant. Les vagues des courants sont des vagues de translation ; dans ce cas, le mouvement est exclusivement vers l’avant lors du passage des vagues, sans mouvement compensatoire vers l’arrière.
Vie des mers épicontinentales et de plateau continental. — Les mers sont totalement transparentes à la lumière du soleil (diaphanes) ; de ce fait, elles constituent le seul milieu marin où les fonds sont plus ou moins recouverts de plantes benthiques, et tous les animaux qui s’en nourrissent sont confinés à ces eaux. Comme les mers sont adjacentes aux terres, reçoivent les fleuves et subissent pleinement l’effet des vagues et des marées, il est naturel qu’elles présentent de grandes variations de température, de salinité, d’érosion des fonds et de sédimentation. Les océans étant mobiles, tout mouvement au sein de la masse terrestre se répercute sur eux et provoque des variations de profondeur, voire la transformation des mers en terres émergées. En raison de ces changements constants de l’environnement physique, chimique et organique, les mers épicontinentales et de plateau continental sont également le théâtre de luttes acharnées entre leurs habitants et constituent, par conséquent, les principaux lieux de l’évolution biotique marine. On peut donc dire que le degré d’intensité de toutes ces interactions est le plus marqué près des terres, et qu’il diminue dans les mers continentales en s’éloignant de celles-ci, le long des pentes continentales.
Les mers des plateaux continentaux ne sont pas seulement les régions où la vie benthique est la plus abondante, comme indiqué [ p. 79 ] précédemment, mais aussi celles d’où proviennent toutes les autres étendues d’eau du globe. C’est pourquoi on les appelle parfois le « berceau de l’évolution ». On y trouve la plus grande diversité de vie, mais aussi la lutte pour l’existence la plus intense. La survie y est bien plus difficile que dans les océans ouverts. Des mers peu profondes, des organismes benthiques et nageurs ont conquis les abysses, tandis que d’autres, volontairement ou non, se sont adaptés à la vie dans les lacs et les rivières intérieures en modifiant leur habitat, passant de l’eau salée à l’eau douce, ou encore, en transformant leurs organes respiratoires aquatiques en poumons, sont devenus des habitants de la terre ferme.
La plus grande quantité d’espèces marines de faible profondeur se trouve dans les eaux tempérées, et la plus grande diversité d’espèces dans les eaux chaudes. Les plantes benthiques, les algues, sont les plus abondantes jusqu’à environ 120 mètres de profondeur, et aucune ne dépasse les 180 mètres. C’est la différence la plus frappante entre la vie des eaux peu profondes et celle des océans proprement dits, car les animaux des zones profondes des mers continentales se prolongent le long des pentes continentales et, même s’ils sont moins nombreux, ils restent relativement variés et abondants jusqu’à 2700 mètres de profondeur. Au-delà, leur nombre diminue rapidement et, sur les plaines abyssales, ils sont extrêmement rares, ne présentant que des formes hautement adaptées aux particularités de leur environnement.
La vie adaptée aux eaux peu profondes ne peut, en règle générale, se propager que dans les mers peu profondes et le long des plateaux continentaux, jamais au fond des océans. Elle ne peut pas non plus se répandre directement à la surface de l’océan, et même à l’état larvaire, les organismes flottants n’ont pas le temps d’atteindre les plateaux continentaux éloignés. Lorsque la Terre connaissait des climats tempérés, les conditions étaient favorables à une lente et continue dispersion dans toutes les mers, et c’est à cette époque que les faunes cosmopolites se sont développées.
Impact des fleuves sur la vie marine. — Les fleuves se jettent dans la mer par des estuaires ou des deltas, transformant les eaux marines en eaux saumâtres ou plus ou moins douces. À ce point, l’environnement fluvial rencontre l’environnement marin, entraînant la disparition de la plupart des organismes marins et provoquant non seulement les plus grandes accumulations de sédiments, mais aussi les variations les plus marquées de la sédimentation. Très peu d’espèces marines ont pu survivre dans l’environnement fluvial et s’adapter durablement aux eaux saumâtres, et encore moins aux eaux douces.
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¶ Divisions des mers
En fonction de leur profondeur et de la nature de leurs dépôts rocheux, on peut diviser les mers en zones littorales, zones littorales d’eaux peu profondes et zones pélitiques d’eaux profondes.
La Plage. — Tous les spécialistes de la mer s’accordent à dire que la plage (ou rivage) est la zone la plus facile à définir, puisqu’elle se situe entre la marée haute et la marée basse. C’est pourquoi on l’appelle aussi la zone intertidale. La plupart du temps, la plage est étroite, sa largeur variant jusqu’à quelques centaines de mètres, mais là où les terres limitrophes sont très plates, elle peut atteindre plusieurs kilomètres de large. Les dépôts y sont extrêmement variés en composition et généralement grossiers, car c’est naturellement la zone où la force des vagues est la plus importante. Le long de la plage, on peut rencontrer des falaises, ou des rivières peuvent y apporter des graviers ; de ces deux sources se forment des conglomérats et des sables grossiers. Les conglomérats sont généralement d’origine continentale, mais ceux des mers se trouvent soit à la base des formations rocheuses, où ils sont créés par le fracas des vagues contre les falaises, soit sont des dépôts de graviers interstratifiés apportés par les rivières. Là où la mer cède la place à la terre, on trouve des sables fins ou des vases, souvent ridés, craquelés par le soleil (Fig., p. 279) ou piétinés par les animaux terrestres, qui conservent fréquemment leurs traces (Fig., p. 473). Il est essentiel de noter que la fissuration des vases est pratiquement limitée aux dépôts du littoral et aux formations continentales (voir Pt. I, p. 286), car ce sont les sédiments qui, pour la plupart, sont exposés à l’air suffisamment longtemps pour sécher et subir un retrait et une fissuration par tension. Cependant, il existe aussi des zones du littoral, comme dans l’actuel Runn of Kutch, en Inde (8 000 miles carrés), où des playas marines (vastes vasières) sont découvertes pendant des mois. Il est très probable que les calcaires paléozoïques craquelés par le soleil de la région des Appalaches se soient formés de cette manière. C’est également dans cette région que se forment les conglomérats calcaires à galets plats.
La nature des dépôts littoraux dépend non seulement de la topographie et de la proximité des cours d’eau, mais aussi du climat et des vagues et courants engendrés par les vents et les marées. L’intensité et la direction des vents varient constamment, tout comme les vagues et les courants, ce qui provoque, dans les « moulins marins » ainsi formés, une réduction de la taille des grains, un tri des roches selon leur masse, leur forme (paillettes de mica) et leur densité, ainsi qu’un déplacement des matériaux tantôt dans une direction, tantôt dans [ p. 81 ] une autre. Cependant, les matériaux constituant le littoral ne forment généralement pas de dépôts épais et les conglomérats marins ont généralement une épaisseur inférieure à 3 mètres, bien qu’ils puissent localement atteindre 30 mètres.
La vie sur la plage. — La plage est aussi un milieu amphibie, car elle fait tantôt partie de la terre ferme, tantôt partie de la mer. De ce fait, la vie qui s’y déroule est particulière, parfaitement adaptée à un environnement qui n’est ni tout à fait l’un ni tout à fait l’autre ; la plupart des organismes qui la composent sont néanmoins marins. À marée basse, ils ne s’alimentent pas et la plupart s’enfouissent dans le sol humide, cachés sous les rochers, sous les algues ou dans des mares. Les espèces animales propres à la plage sont peu nombreuses, car la plupart de ses habitants sont des formes qui vivent également dans la zone adjacente d’eau permanente.
Les mers littorales. — Au-delà de la plage s’étend la région littorale. Certains utilisent ce terme à la place de « plage », tandis que d’autres y incluent toute la profondeur des mers. Le mot latin « litoralis » signifie « relatif au rivage », et nous l’utiliserons ainsi dans cet ouvrage, tout en étendant la région depuis la limite inférieure de la plage jusqu’à une profondeur de 76 mètres (250 pieds). Cette dernière profondeur a été choisie car, à cette profondeur, la force de tri des vagues et de leurs courants de fond diminue considérablement. La région littorale se fond donc vers l’intérieur des terres avec la plage et vers le large avec les eaux plus profondes ou pelltiques. Les vagues de ces eaux peu profondes sont très puissantes et poussent les matériaux les plus grossiers vers l’intérieur des terres, les accumulant vers la plage, tandis que les matériaux les plus fins sont entraînés vers le large. Les sédiments, comme ceux de la plage, sont extrêmement variés : ils vont des conglomérats aux sables grossiers, propres et mouvants, en passant par les sables sales qui se consolident et ne se déplacent plus, et les vases plus grossières. Les portions littorales des dépôts deltaïques se forment également à ces profondeurs et leurs sables mouvants présentent principalement des rides et parfois une stratification entrecroisée marquée. Ces dépôts littoraux, principalement dus aux apports fluviaux, contiennent souvent des restes d’animaux terrestres et plus particulièrement de plantes terrestres, tels que des feuilles, des tiges et du bois, éléments beaucoup moins fréquents dans les dépôts d’eaux plus profondes. Il convient toutefois de préciser que peu de matière végétale est enfouie dans les dépôts d’eaux chaudes, car les importants amas de bois et autres matières vasculaires ou fibreuses sont généralement mieux conservés dans les eaux tempérées et froides.
Lorsque les vagues de tempête s’abattent avec force jusqu’à environ 75 mètres de profondeur, on comprend mieux pourquoi la zone littorale est caractérisée par des conglomérats, des sables ridés et souvent à stratification entrecroisée, et par une alternance rapide de sables et de vases, tant verticalement [ p. 82 ] qu’horizontalement ; en un mot, c’est avant tout une région de dépôts hétérogènes. Le Dogger Bank, en Grande-Bretagne, se situe entre 12 et 27 mètres sous le niveau de la mer et est brassé par les vagues de tempête, mettant au jour des dents de mastodonte que les pêcheurs remontent à leurs lignes. Des traces de piqûres ont été observées à 15 mètres de profondeur, d’autres sont connues sur des fonds sableux sondés à 180 mètres de profondeur, et du sable fin a été projeté sur les ponts de navires par 45 mètres de profondeur. Ainsi, les fortes vagues de tempête, par leur mouvement oscillatoire, soulèvent et remanient les fonds littoraux, fragmentent les sédiments en plaques ou les roulent en boules de boue, formant ainsi les conglomérats intraformationnels bien connus. Ces derniers sont ainsi nommés car les fragments qui les composent proviennent du même dépôt et du même âge que les roches qui les contiennent, et non de roches étrangères, comme c’est le cas pour les conglomérats ordinaires. Les conglomérats intraformationnels, constitués de fines plaques de calcaire ou de dolomie, se forment généralement dans les dépôts de playa lorsque la mer recouvre les zones de dépôts fissurés et durcis par la boue, les fragmentant et emportant les fragments vers des eaux plus profondes.
La zone littorale est également caractérisée par des bancs de sable, ces étendues d’eau peu profondes et plates situées loin des côtes, qui constituent la grande zone de pêche au sud de Terre-Neuve et à l’est des provinces maritimes du Canada. Ces bancs sont principalement dus soit à l’aplanissement marin, soit aux courants qui ont accumulé sable et vase. Cependant, ce ne sont pas seulement les courants qui agissent, car l’eau de mer précipite aussi rapidement les vases charriées par les fleuves. Ainsi, tous les matériaux terrigènes les plus grossiers se déposent sur le littoral, et seules les particules les plus fines sont transportées par les courants plus faibles vers les eaux plus profondes.
Les grands récifs coralliens se trouvent exclusivement dans les eaux tropicales du littoral. Par conséquent, grâce aux algues sécrétrices de calcaire et aux bactéries dénitrifiantes, ces eaux, ainsi que les eaux plus profondes adjacentes, sont les zones de formation calcaire les plus importantes. C’est également dans ces eaux peu profondes que se forment les dépôts d’oolithe calcaire. Dans les eaux tempérées et plus froides, les coraux récifaux sont absents, et même si des algues calcaires sont présentes, il s’agit d’espèces différentes, bien moins efficaces pour la formation du calcaire. Dans ces mêmes eaux, mais à des profondeurs comprises entre 10 et 27 mètres, on trouve ces algues vertes aux frondes larges et cannelées, longues de plusieurs mètres, appelées Laminaria. Poussant en vastes enchevêtrements, elles forment des forêts miniatures et sont caractéristiques de la zone laminaire.
Il est bien connu que les grès purs sont pauvres en fossiles, mais que, mélangés à de la vase et surtout à du calcaire, ils en [ p. 83 ] contiennent, parfois en abondance. Ceci s’explique par le fait que les sables propres se déposent dans la zone d’agitation des vagues, qui non seulement lessivent la vase et la transportent plus au large, mais déplacent également le sable. Ces endroits ne présentent pas d’algues sur le fond et sont généralement des habitats défavorables à la vie en raison de la nature mouvante des dépôts et de l’action abrasive des sables coupants sur les organismes. De plus, la porosité du sable permet la circulation et la dissolution et ne contient pas de calcaire diffus pour protéger les coquilles de cette dissolution. C’est donc dans les sédiments calcaires que les fossiles sont les plus abondants. Ce sujet est abordé à nouveau plus loin dans ce chapitre (sous la rubrique diagenèse).
Région pélitique d’eaux profondes. — Au-delà du littoral se trouve la région pélitique d’eaux profondes, qui comprend toutes les eaux des plateaux continentaux et des mers épicontinentales, entre 75 et 180 mètres environ. Le terme « pélite » est fréquemment employé en pétrologie et désigne principalement les roches argileuses à grain fin. Appliqué aux mers, il fait donc référence à la granulométrie fine et homogène des dépôts des eaux profondes. À ces profondeurs, les vagues de tempête générées en surface atteignent rarement une telle profondeur avec une force érosive significative, se contentant de remuer la fine vase transportée loin des côtes. Cependant, dans la plupart des endroits, les eaux sont également légèrement agitées par les courants de marée et océaniques. Dans cette région également, les algues vertes se raréfient avec la profondeur, tandis que les algues brunes et rouges prédominent généralement en eaux profondes. Sur les côtes protégées, cependant, la pente continentale vers les océans commence à environ 240 pieds de profondeur, en raison de la moindre action des vagues.
Les dépôts de la zone pélitique sont composés de sables fins variés et largement répandus, ainsi que de boues sableuses, argileuses et calcaires, et d’importantes accumulations de débris organiques. Il est important de comprendre que la sédimentation en eaux profondes dépend non seulement des courants, mais aussi de l’altitude des terres adjacentes et de la nature de leur climat (chaud ou froid, sec ou humide), de la nature des roches (stratifiés tendres ou roches cristallines dures) et de la présence de végétation ou de désert. Ces tendances générales sont par ailleurs modifiées par les courants, de sorte que localement, même les eaux pélitiques présentent des dépôts caractéristiques du littoral.
Origine des concrétions en eaux pélitiques. — Là où les courants d’eau froide et d’eau chaude se rencontrent, ils sont parfois déplacés par des vents violents. Dans ces régions, il arrive que les eaux froides du littoral soient poussées loin en eaux profondes, décimant ainsi une grande partie de la faune aquatique. Une telle zone [ p. 84 ] existe au large des États de la Nouvelle-Angleterre, où, en 1882, la quasi-totalité des poissons et autres animaux aquatiques ont péri. Les carcasses finissent par se déposer au fond et forment des noyaux qui, en se décomposant, donnent naissance à des concrétions souvent phosphatées. On rencontre également des lits de concrétions similaires dans les dépôts anciens.
Zones de mer stagnante. — Dans les zones peu profondes des océans et dans toutes les mers, il existe des zones, grandes et petites, où les eaux sont stagnantes, et en raison de l’absence de courants, les animaux vivant au fond, le benthos, consomment rapidement tout l’oxygène libre qui a été absorbé principalement de l’atmosphère. Ces eaux de fond sont dites « stagnantes » et sont colonisées par des bactéries sulfureuses qui se nourrissent des micro-organismes et autres formes de vie tombant de la zone superficielle ensoleillée et oxygénée. Sous l’effet de ces processus bactériens, les eaux de fond deviennent de plus en plus polluées par la libération d’hydrogène sulfuré. Ces fonds se déposent une boue très fine, noire et visqueuse, sur laquelle la vie, même partielle, peine à se maintenir. L’abondance de matière organique colore ces boues en bleu-noir à noir, et elles regorgent de pétrole et de sulfures métalliques, généralement de pyrite de fer. De nombreuses formations de ce type sont connues en géologie, et certaines d’entre elles présentent une teneur en pétrole pouvant atteindre 20 %.
En revanche, là où les vents dominants soufflent fortement vers la terre, un courant de fond marqué se développe, emportant les dépôts et les produits de décomposition de la vie abondante du littoral. Ces matières s’accumulent dans les dépressions sans courant de la zone pélitique, où elles forment de la vase noire. On connaît de tels fonds morts dans de nombreuses mers. D’autres, comme le chenal sous-marin du fleuve Hudson, sont appelés « trous de vase ».
Walther affirme que tant qu’une partie des mers est en circulation libre avec l’océan, que ses eaux sont constamment remuées et que sa salinité normale est maintenue, une faune marine normale peut y vivre et s’y perpétuer. Cependant, dès que la libre circulation de l’eau cesse, comme dans une baie calme ou entre les îles d’un archipel, toutes les conditions normales sont altérées. Ces lieux stagnants sont caractérisés par des accumulations de matière organique, par le développement d’hydrogène sulfuré toxique dans l’eau et par la disparition des organismes benthiques. Seuls les organismes flottants et nageurs, ou les végétaux transportés par les courants, atteignent ces lieux tranquilles, où ils sont souvent remarquablement conservés dans la vase. Cette conservation exceptionnelle est bien connue en Amérique, car dans les schistes noirs de Banff (Alberta) et de Rome (New York), on trouve des exemples de trilobites dont les antennes et les membres sont extraordinairement bien conservés.
Fonds vaseux. — En règle générale, les zones d’accumulation de vase sont dépourvues d’algues fixées et, comme les courants y sont très faibles, peu de nourriture est [ p. 85 ] apportée aux animaux qui pourraient autrement vivre sur ou dans la vase. Par conséquent, ces zones vaseuses abritent une vie marine raréfiée et sont connues comme les déserts des mers. Ces observations des mers marginales actuelles nous aident également à comprendre la rareté de la vie dans la plupart des dépôts de schistes verts, bleus et noirs d’origine épicontinentale. Lorsque des fossiles d’espèces benthiques sont présents, ils se trouvent dans des couches minces et représentent le plus souvent des formes nageuses ou flottantes.
¶ Les sédiments et leur altération
Types de sédiments. — De manière générale, on peut dire que les sédiments marins ont une granulométrie plus grossière que les dépôts océaniques, mais une granulométrie plus fine et un tri bien meilleur par les courants marins que les formations continentales. Les sédiments de toutes les strates sont soit d’origine mécanique, soit d’origine organique. Les premiers comprennent les dépôts arénacés, tels que les grès et les schistes sableux, et les dépôts argileux ou pélites, comme l’argile, le schiste et l’ardoise. Les dépôts organiques sont constitués de calcaire, de dolomie, de craie, de marne et de charbon.
Tous les matériaux sédimentaires proviennent initialement de roches ignées (principalement des granites). On a calculé que leur altération complète devrait donner 80 % de mudstones, 15 % de grès et 5 % de dépôts organiques (F.W. Clarke). Or, ces chiffres ne correspondent pas aux strates observées par les géologues, qui présentent en moyenne environ 48 % de mudstones, 32 % de grès et 20 % de dépôts organiques (Leith et Mead). Ces écarts s’expliquent principalement par : (1) les mélanges de boues et de sables, et de boues et de calcaire, comme expliqué à la page 281 de la première partie ; (2) l’augmentation de volume d’au moins 28 % des roches ignées lors de leur altération ; et (3) la perte définitive, au profit des continents, d’une quantité considérable des boues les plus fines et d’une grande partie des matériaux dissous. On ignore quel pourcentage de matières est ainsi transféré aux océans, mais il pourrait atteindre 25 %.
Dépôt de calcaires et de dolomies. — La chaux et la magnésie, transportées en solution par les fleuves jusqu’aux mers, sont dispersées au loin par les courants marins. La faible fraction extraite de l’eau par des agents organiques dans la zone littorale est masquée par son infiltration dans les épais dépôts marins. C’est pourquoi on dit généralement que les calcaires et les dolomies sont des dépôts des eaux profondes et des zones éloignées du rivage. Cependant, au large des Keys, dans le sud de la Floride, où les eaux sont chaudes et [ p. 86 ] le sol calcaire, à peine au-dessus du niveau de la mer, on peut observer des dépôts de calcaire et d’oolithe s’accumulant directement sur le rivage. Ces dernières années, il est devenu évident que les principales zones de formation du calcaire et de la dolomie se situent dans les eaux chaudes. En effet, dans les régions tropicales, non seulement les fleuves charrient davantage de calcaire vers la mer, mais les océans sont également beaucoup plus riches en bactéries dénitrifiantes (voir figure ci-dessous). Ce sont ces micro-organismes qui, par leurs processus physiologiques, produisent la plus grande quantité de carbonate de calcium. À cela s’ajoutent les structures formées par les organismes sécréteurs de calcaire, dont il existe de nombreuses espèces, par les récifs coralliens et par d’autres animaux hydrophiles. Les boues calcaires des eaux profondes des régions tropicales et subtropicales, à des profondeurs de 180 à 600 mètres, voire plus, contiennent de 80 à 90 % de calcaire, dont 10 à 50 % proviennent des foraminifères flottants et 2 à 40 % des protozoaires benthiques. En progressant vers les pôles, on rencontre de moins en moins d’accumulation de calcaire, bien que cela soit variable localement, en fonction de la température des eaux de surface qui sont elles-mêmes fortement modifiées par les grands courants océaniques.
Walther affirme que la transformation du sulfate de calcaire des océans en carbonate de calcium des calcaires par les organismes est le plus grand changement quantitatif opéré par la vie à la surface de la Terre.
Nansen a attiré l’attention sur les vases hémipélagiques de l’océan Arctique central, qu’il décrit comme dépourvues de grands organismes et de couleur brune, avec seulement 1 à 3 %, et rarement 5 %, de calcaire. Il affirme que cette vase est un dépôt minéral dépourvu de vie, à l’exception de quelques foraminifères benthiques. Les vases des eaux arctiques au large de l’Europe présentent des teneurs en calcaire bien plus élevées, de 25 à 40 %, avec un taux de 45 à 60 % au large de l’Islande, chutant à nouveau à 10 % à Jan Mayen. La majeure partie de ce calcaire provient des foraminifères (Biloculina). Il semblerait en outre que la teneur en calcaire soit plus élevée dans les vases de surface que dans celles du sous-sol, une augmentation qui pourrait être due au réchauffement progressif du climat au cours des dernières périodes géologiques.
Diagenèse. — Les calcaires étant d’origine organique, ils devraient naturellement contenir une abondance de fossiles, et c’est généralement le cas. Cependant, il est bien connu que beaucoup sont plus ou moins cristallins, comme la quasi-totalité des dolomies, et dans ce cas, les fossiles sont généralement absents ou tellement altérés qu’ils sont presque méconnaissables. Il ne s’agit pas ici de métamorphisme, car nombre de ces calcaires et dolomies restent horizontaux et se trouvent dans des zones non affectées par l’élévation et les injections ignées. Certes, un processus d’altération a eu lieu, mais il a été contemporain de l’accumulation et non postérieur. [ p. 87 ] Les changements diagénétiques sont dus à des altérations chimiques se produisant au fond marin et dans des eaux chaudes. Les boues à Globigerina des mers actuelles ne présentent aucune altération et, bien qu’elles résultent de la croissance d’eaux de surface chaudes, elles s’accumulent dans les profondeurs glaciales des abysses océaniques. Les calcaires des eaux chaudes et peu profondes, comme par exemple de nombreux récifs coralliens, ont perdu la majeure partie de leurs structures organiques. Une étude approfondie révèle que le carbonate de calcium, initialement présent sous forme d’aragonite, s’est transformé en calcite. De plus, le carbonate de calcium originel, sous l’une ou l’autre de ses formes, peut être plus ou moins remplacé par du carbonate de magnésium. Ainsi, un récif corallien de carbonate de calcium, ou un vaste massif calcaire, peut se transformer en dolomie. Le temps, les eaux chaudes et peu profondes, la concentration variable des solutions, une forte concentration d’oxygène et une abondance de matière organique en décomposition sont les conditions nécessaires à la transformation complète des accumulations organiques calcaires en calcaires et dolomies cristallines avant leur consolidation totale. Walther a nommé cette transformation « diagénèse », un terme dérivé de « à travers » et « naissance », autrement dit, une renaissance par transformation contemporaine.
Les concrétions de pyrite de fer et de marcasite, ainsi que les fossiles des schistes noirs, sont également des produits de diagenèse. De plus, il a été admis que les silex des dépôts de craie sont d’origine diagénétique : la silice colloïdale des éponges se dissout progressivement et se redépose autour de noyaux sous forme de silex, se transformant ainsi en ces agrégats irréguliers. En revanche, les cherts des calcaires se forment près de la surface, dans la zone de circulation des eaux souterraines, au cours du processus d’altération, et ne sont donc pas d’origine diagénétique. La craie étant poreuse aux eaux souterraines, et les silex se présentant sous des orientations horizontales et verticales, il est probable qu’ils se forment également après un soulèvement des sédiments suffisamment important pour permettre la circulation des eaux météoriques.
¶ Lecture collatérale
Vaughan Cornish, Vagues de la mer et autres vagues. Chicago (Open Court), 1910.
D. W. Johnson, Processus côtiers et développement du littoral. New York (Wiley), 1919.
J. Walther, Einleitung in die Geologie als Historische Wissenschaft. Jena (Fischer), 1894, chapitre 13, Die Diagenèse.