| VI. Les mers, témoins essentiels de l'histoire de la Terre | Page de titre | VIII. L'évolution des étoiles et l'origine du système solaire. |
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La géologie est une science naturelle qui, parmi ses divers objectifs, cherche à percer les mystères de l’histoire et de l’âge de la Terre. « Parle à la terre, et elle t’instruira », lit-on dans le livre de Job. « Va et vois » est le premier principe de la géologie. L’histoire de la Terre s’est inscrite naturellement dans la lithosphère, et c’est ce précieux témoignage que les géologues s’efforcent de consigner sous le nom de géologie historique.
Avec Lyell, nous convenons que « les strates se sont toujours formées quelque part, et donc à chaque instant du passé la Nature a ajouté une page à ses archives ; mais, à ce sujet, il convient de rappeler que nous ne pouvons jamais espérer compiler une histoire continue en rassemblant des monuments qui étaient à l’origine détachés et dispersés sur le globe. »
L’essor des sciences de la Terre. — Dans l’Antiquité, la plupart des philosophes de l’Inde, de Grèce et de Rome, par exemple, négligeaient l’étude de l’organisation de la lithosphère et se livraient à des discussions plus attrayantes, mais stériles, sur l’origine de la Terre et les grandes catastrophes qu’elle était censée avoir subies. Certains auteurs arabes du Xᵉ siècle, puis, du XVIᵉ au XVIIIᵉ siècle, les philosophes italiens, et plus tard français, allemands et anglais, ont posé les véritables fondements de la géologie. Un progrès considérable a eu lieu lorsqu’ils ont pleinement compris que les fossiles présents dans les strates terrestres représentaient des êtres vivants et que la Terre est infiniment plus ancienne que quelques milliers d’années. « Il est très difficile au premier abord », dit Judd dans The Students’ Lyell, « de croire que la formation de hautes montagnes et de profondes vallées, l’empilement de plusieurs milliers de pieds de matériaux et la disparition de générations entières d’êtres vivants n’ont pas été provoqués par de grands et convulsions de la nature plutôt que par de simples causes agissant sur de vastes périodes de temps. »
La classification géologique trouve son origine dans les « formations » de deux géologues allemands, Lehmann (1756) et Puchsel (1762). Les géologues plus anciens n’avaient généralement [ p. 89 ] pas d’idée précise de l’étendue géographique des formations géologiques, mais Abraham Gottlob Werner (1775-1817), professeur de mines à Fribourg-en-Brisgau, en Allemagne, en avait une, et, sur la base de quelques faits et de beaucoup d’imagination, il enseigna avec un succès remarquable que les formations étaient universelles pour la Terre, une erreur dont la géologie ne s’est pas encore complètement débarrassée.
La géologie était à l’origine la science des minéraux et des roches. Ce n’est qu’après la mise en évidence, en Angleterre, de l’importance des fossiles comme indicateurs d’âge par Smith (1799-1801), puis plus clairement encore par Cuvier et Brongniart en France (1808-1811), que la stratigraphie et la chronologie géologique virent le jour. Cuvier, et plus particulièrement D’Orbigny, enseignaient que chaque formation contenait sa propre flore et faune, créées spécifiquement pour elle, et que chaque création était à son tour détruite par une catastrophe générale. Les géologues furent largement influencés par ces idées jusqu’à la parution du célèbre ouvrage de Darwin, L’Origine des espèces, bien que Lyell (le grand uniformitariste) eût depuis longtemps combattu les théories des catastrophistes.
Le principe de l’uniformité des lois de la nature (ou uniformitarisme) est le principe directeur non seulement de l’évolution organique, mais aussi de la géologie. Largement diffusé par Lyell, qui le tenait du premier grand géologue écossais, James Hutton (1795), ce principe implique l’improbabilité d’un catastrophisme violent, que ce soit dans le monde inanimé ou vivant. Il nous enseigne que nous devons chercher dans l’action présente de la nature l’explication de ses actes passés. C’est la loi de l’uniformité.
L’idée de catastrophisme a cédé la place à la théorie des changements environnementaux, locaux et généraux, qui entraînent des modifications plus ou moins importantes chez les plantes et les animaux, ainsi que dans leurs interactions locales. On apprend ainsi que le principal fondement pour reconstituer la séquence des événements géologiques réside dans les fossiles emprisonnés dans les strates au moment de leur formation. Cependant, de nombreuses roches ne contiennent pas de fossiles, et, durant la période la plus ancienne et la plus longue de l’histoire de la Terre, la vie était si rarement préservée que d’autres méthodes ont dû être mises au point pour établir sa séquence et ses liens génétiques. Ces différents principes seront décrits plus loin dans ce chapitre, en commençant par les critères (normes d’évaluation) des fossiles, puis en abordant ceux de l’expansion océanique, de l’érosion et du diastrophisme.
Fondements de la chronologie. — Le principe fondamental qui sous-tend tous les efforts visant à reconstituer le [ p. 90 ] passé géologique est l’évolution, les changements oscillatoires mais progressifs qui se sont produits au cours des longues périodes, changements dont l’interprétation conduit à l’histoire de la Terre — la science de la géologie historique.
La Terre se développe comme un tout, mais son histoire géologique est loin d’être uniforme. Même si elle l’était, elle ne serait pas entièrement accessible à l’étude, car des couches de roches superposées en masquent d’autres, et l’érosion atmosphérique a détruit une grande partie des formations géologiques. De même, les archives stratigraphiques complètes enfouies sous les océans sont inaccessibles. Par conséquent, l’histoire géologique complète sera finalement reconstituée à partir des données recueillies sur tous les sites terrestres actuels. Cette histoire est en grande partie le fruit des ajustements périodiques de la lithosphère, qui s’affaisse sur un noyau en contraction, comprimant ainsi l’enveloppe externe en de grands plis qui tendent à s’élever, notamment vers les marges continentales. D’importants mouvements verticaux se produisent également, les continents tendant à se redresser et à restaurer les altitudes perdues par l’érosion. Par ailleurs, les zones océaniques subissent aussi des mouvements verticaux et, étant les réservoirs de tous les sédiments issus de l’érosion terrestre, il est naturel que les eaux marines inondent périodiquement les terres émergées.
¶ Termes temporels en géologie
Le temps géologique est divisé en ères, elles-mêmes subdivisées en périodes composées de formations. Il est donc nécessaire de définir ces termes très généraux, car ils seront repris tout au long de cet ouvrage.
Ères. — Une ère est la plus longue division du temps utilisée en géologie ; les ères sont les volumes du livre des temps géologiques. Elles sont comparables, dans l’histoire humaine, à l’ère chrétienne et, comme elle, caractérisées par un changement radical d’événements. Les termes désignant les ères proviennent du grec et se fondent sur le stade d’évolution organique. À l’ère paléozoïque, la vie est primitive (du grec « palaios », ancien, et « zoe », vie), et à l’ère cénozoïque (du grec « cainos », récent), elle est moderne. Nous vivons actuellement à l’ère psychozoïque, l’ère de la raison.
Une ère géologique est composée d’un ensemble de périodes. Elle est délimitée par des « périodes critiques », par les plus grandes discordances et par les plus longues interruptions dans les archives géologiques et organiques. Lors de ces périodes d’émergence, les continents sont les plus vastes et les plus saillants au-dessus du niveau de la mer. Lorsque les océans recommencent à les recouvrir, on constate que la vie a évolué durant l’intervalle, dont la trace est perdue.
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Vers la fin des ères surviennent également les périodes de formation de montagnes les plus intenses, et ces soulèvements entraînent des changements environnementaux marqués qui influent considérablement sur la vie de la Terre. Ces périodes de grands bouleversements constituent les périodes critiques ou révolutions de l’histoire de la Terre, et elles divisent, en quelque sorte, le livre des temps géologiques en chapitres.
Les périodes critiques sont marquées par les caractéristiques suivantes :
(1) Par une déformation généralisée de la croûte terrestre, transmise d’un endroit à l’autre. Ceci entraîne l’élévation de nombreuses chaînes de montagnes très éloignées les unes des autres, suivie de longues périodes d’érosion et de disparition de montagnes, et donc par des discordances quasi universelles. Chaque révolution ou période critique porte le nom d’une des chaînes de montagnes importantes formées à l’époque désignée, par exemple, les révolutions laramienne et appalachienne.
(2) Par des changements généralisés de la géographie physique. C’est-à-dire qu’à ces époques, on observe une topographie très diversifiée ou jeune, des modifications importantes des contours continentaux, la formation de nouvelles connexions terrestres ou la rupture d’anciennes (les ponts terrestres qui permettent les migrations organiques intercontinentales), et des changements marqués des courants océaniques, autant de facteurs qui entraînent également des variations importantes de température et souvent de véritables périodes glaciaires.
(3) Par destruction marquée et généralisée des types organiques auparavant dominants, prospères et hautement spécialisés.
(4) Par l’évolution marquée de nouveaux types organiques dominants à partir de stocks de petite taille et moins spécialisés, et par le développement de hordes de nouvelles espèces.
La dernière révolution, ou révolution cascadienne, est si récente que son récit n’est pas perdu, et son étude nous permet de mieux comprendre les changements engendrés par les révolutions précédentes. LeConte la considère comme le type, la meilleure preuve de l’existence des périodes critiques, et comme éclairant d’un jour nouveau la véritable nature de ces périodes, et notamment les causes des bouleversements considérables des formes organiques qui s’y produisent.
Les ères sont divisibles en sous-ères (les « grandes divisions » du tableau, page 101) en fonction des changements physiques et de la dominance d’un groupe d’organismes. Par exemple, au début du Paléozoïque, on ne trouve pratiquement ni plantes terrestres ni vertébrés ; au milieu, la flore terrestre apparaît et les poissons sont communs ; enfin, au plus récent, apparaissent les vertébrés terrestres.
Périodes ou Systèmes. — Les ères et les sous-ères sont composées de périodes de temps ou de systèmes de roches et constituent les chapitres du livre des temps géologiques. Les géologues d’autrefois se basaient sur les discordances ou les différences marquées observées dans les fossiles enfouis. Cependant, à mesure que les recherches progressaient et que les connaissances s’affinaient, il devenait de plus en plus difficile de formuler des principes permettant de distinguer les périodes et les systèmes naturels.
D’une manière ou d’une autre, les géologues ont toujours délimité leurs divisions géologiques en fonction des mouvements [ p. 92 ] de la croûte terrestre. Cependant, la distinction entre les mouvements mineurs et ceux ayant une portée plus ou moins mondiale pour la délimitation des périodes ou des systèmes géologiques commence seulement à s’éclaircir. Si l’on devra toujours se fier en premier lieu aux fossiles, un critère autre que celui de la vie qu’ils renferment est nécessaire pour différencier les systèmes de roches stratifiées. Un tel principe physique semble exister dans les submersions périodiques des continents, également appelées variations positives du niveau de la mer. En effet, lorsqu’une submersion atteint son extension maximale, on s’attend naturellement à la plus large répartition de faunes similaires et d’espèces identiques. Inversement, l’émersion continentale maximale doit marquer l’absence de faunes marines dans la plupart des zones terrestres, suivie pendant un certain temps par la présence de faunes plus ou moins différentes dans toutes les régions. La représentation de ces submersions et émersions périodiques sur des cartes paléogéographiques, non seulement pour un seul continent mais pour la majeure partie du monde, permettra de définir les limites des systèmes rocheux et contribuera grandement à une datation plus précise des formations et de leur évolution sur les différents continents. Ce sont donc les principes du diastrophisme, de la paléogéographie et de l’évolution organique qui permettront, à terme, de définir correctement les périodes ou les systèmes.
Selon H.S. Williams, une période géologique est définie par une séquence de formations rocheuses dont l’ordre stratigraphique et la composition lithologique sont parfaitement définissables dans une région géographique précise, et dont les fossiles témoignent d’une séquence biologique plus ou moins continue. C’est pourquoi leur nom provient de la zone géographique où elles sont étudiées pour la première fois ; par exemple, le Pennsylvanien tire son nom de l’État le plus riche en charbon. Les systèmes cambrien, silurien et dévonien ont été initialement distingués en Angleterre et au Pays de Galles, et tirent leur nom des peuples anciens qui y vivaient, ou de la région où les roches sont les mieux développées. Le Trias fait référence au développement tripartite des roches de cet âge en Allemagne et constitue un héritage de l’époque où la géologie n’avait pas encore établi le principe selon lequel les formations et les périodes doivent être définies par des zones types. Le Crétacé est un héritage encore plus ancien, issu de la géologie minérale ; son nom provient des gisements de craie d’Europe occidentale.
La triple nature des périodes. — Une période commence généralement par des hauts plateaux hérités de la période précédente. Il y a donc une érosion marquée et les voies maritimes, réduites, abritent des faunes dissemblables. Au milieu des périodes, les transgressions océaniques sont les plus importantes, les [ p. 93 ] terres sont au plus bas et les faunes d’un continent présentent une composition très homogène et un nombre maximal d’espèces communes : ce sont des « faunes cosmopolites ». Une nouvelle restriction se produit à la fin des périodes, bien qu’à ce moment-là, on observe davantage d’espèces survivantes des faunes antérieures, largement dispersées ; en d’autres termes, il n’y a pas d’introduction significative de nouveaux types organiques pendant le retrait des mers. Cependant, avant que les océans ne recouvrent à nouveau les continents, une longue période s’est écoulée, de nombreuses formes anciennes ont disparu sous la contrainte d’un habitat restreint et de nouvelles formes se sont développées, annonciatrices d’une nouvelle période et révélatrices de la prochaine tendance de l’évolution.
Époques et séries. — Une période de temps est très longue et un système de formations est généralement d’une grande épaisseur ; en effet, ces divisions englobent tellement d’événements que d’autres regroupements, plus petits, sont nécessaires pour une meilleure compréhension. Une période est donc subdivisée en époques et un système de formations est distribué en séries de strates. En général, les époques et les séries sont aujourd’hui des divisions assez arbitraires, établies soit sur des critères fauniques, soit sur une longue série de strates supposées représenter un cycle sédimentaire, commençant par un conglomérat ou un grès et se terminant par des dépôts calcaires. Bien que ces critères soient plus ou moins corrects, ils doivent être vérifiés par diastrophisme et paléogéographie. Les époques et les séries sont elles-mêmes divisées en âges (temps) et étages (roches), mais ces divisions manquent encore de précision scientifique.
Formations. — Les époques sont à nouveau divisées en formations. Le terme « formation » désigne généralement les plus petites unités pouvant être représentées sur une carte géologique. Il peut s’agir d’une succession plus ou moins épaisse de sédiments similaires, comme le calcaire de Trenton, le schiste de Rochester ou le grès de Medina, ou d’une succession ou alternance de sédiments différents (par exemple, schiste, calcaire et grès), mais abritant des faunes étroitement apparentées, comme la formation de Hamilton. En bref, toute série de strates concordantes, sans discontinuité temporelle significative et regroupées pour des raisons stratigraphiques ou fauniques, ou pour une combinaison de ces raisons, peut être qualifiée de formation.
Perturbations. — De même que les ères s’achèvent par des révolutions, les périodes peuvent se terminer par des mouvements de la croûte terrestre, et ces périodes de diastrophisme sont appelées perturbations, un terme utilisé par H. D. Rogers dès 1856. Il semble probable que les périodes aient toutes été séparées par des perturbations, des événements se produisant tantôt sur tel continent, tantôt sur tel autre.
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¶ Preuves de fossiles
Les fossiles constituent la première étape du processus de corrélation stratigraphique. Leur présence est vérifiée par la distribution géographique des sédiments qui les contiennent et par la relation de ces derniers avec les formations sous-jacentes et sus-jacentes (superposition). Ces principes sont faciles à énoncer, mais très difficiles à appliquer avec précision à une masse continentale aussi vaste que l’Amérique du Nord. Malgré près d’un siècle de travaux consacrés à ce sujet, seule la moitié environ du territoire a fait l’objet d’études détaillées.
Environnement changeant. — En général, la sédimentation est un processus lent, et dans un environnement relativement constant, on considère que peu ou pas de changements perceptibles se produisent au niveau des espèces. Cependant, comme l’environnement des organismes change continuellement, même de façon minime, ces altérations physiques entraînent au minimum une modification des combinaisons des communautés vivantes et leur déplacement d’un endroit à l’autre. Elles disparaissent dans une zone, mais s’implantent ailleurs. Bien que cette migration de va-et-vient soit lente à l’échelle de l’année, les communautés vivantes apparaissent dans la stratigraphie comme si elles s’étaient introduites soudainement. Ce fait a toujours suscité l’intérêt des paléontologues, qui ont expliqué le phénomène selon la vision de leur génération. Autrefois, on pensait qu’il était dû à des créations spécifiques de nouveaux types ou à des remaniements d’anciens types, mais depuis Darwin, on le considère comme le résultat de lentes évolutions dont seuls des aperçus sont obtenus dans les fragments des archives géologiques. Cela peut aussi être dû à des déplacements de faunes, ou à des migrations géologiquement soudaines vers les mers continentales ou intérieures depuis les réservoirs océaniques permanents ou externes, domaines continus de l’évolution organique marine. Les faunes fossiles océaniques se sont répandues aussi vite que la mer a envahi les terres, et, pour des raisons pratiques de stratigraphie, on peut considérer qu’elles sont apparues simultanément dans des lieux très éloignés les uns des autres.
Valeur différente des différents fossiles. — Les espèces localisées (formes restreintes à une localité) sont d’une valeur inestimable pour la stratigraphie des petites zones, tandis que les nouvelles formes à large diffusion sont, en revanche, essentielles pour corréler les stades chronologiques dans des régions distinctes. En effet, elles sont des précurseurs, des précurseurs temporels, contrairement à leurs homologues plus conservateurs. C’est pourquoi, pour la corrélation chronologique des roches stratifiées, on s’appuie principalement sur quelques espèces, appelées « fossiles repères », ainsi que sur les données indirectes fournies par les formes associées.
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Dissimilarité des faunes successives. — Les faunes marines successives, issues d’un même domaine océanique, présentent généralement une relation génétique ancestrale ou directe plus ou moins marquée. Dans certains cas, il s’agit des descendants légèrement modifiés d’une faune plus ancienne, autrement dit, des « faunes récurrentes ». De ce fait, la possibilité d’une interruption de sédimentation entre les strates contenant ces faunes successives est facilement négligée, et la durée de vie des faunes récurrentes sous-estimée. Par ailleurs, deux faunes superposées localement peuvent être totalement dissemblables, non seulement au niveau des espèces, mais aussi au niveau de la majorité des genres, et pourtant l’interruption de temps entre elles peut être relativement courte. Cette dissemblance s’explique par le fait que ces deux faunes proviennent de migrations issues de domaines océaniques différents et ont donc évolué à partir d’ancêtres différents.
¶ Preuves matérielles
Preuves de l’expansion océanique périodique. — Un autre principe fondamental pour la datation géologique repose sur l’identification des périodes de mouvement de la surface terrestre et du niveau océanique. Les oscillations de la croûte terrestre ne résultent pas de mouvements hétérogènes et indépendants, mais sont liées entre elles : les zones d’élévation et de dépression conservent leur état au fil des ères, ou pendant des périodes géologiques plus ou moins longues. Il est désormais établi que l’Amérique du Nord a été plus ou moins submergée par les océans à au moins quinze reprises depuis le Protérozoïque, et que les autres continents ont subi des submersions similaires à de nombreuses reprises. Le mouvement des eaux océaniques peut être localisé, dû aux déformations de la lithosphère, ou s’étendre sur de vastes zones. Puisque les terres se soulèvent, s’affaissent et se plissent pour former des chaînes de montagnes, il est logique de conclure que les fonds océaniques sont affectés de la même manière. Non seulement les terres se soulèvent et s’abaissent, la somme de ces mouvements étant principalement ascendants (mouvements positifs, qualifiés de « géocratiques » par Stefanini en 1917), mais il est également clair aujourd’hui que les fonds océaniques sont périodiquement plus ou moins en mouvement, la somme de ces mouvements étant descendante (mouvements négatifs, qualifiés de « thalassocratiques » par Stefanini). Pour ces raisons, le niveau océanique par rapport aux continents est inconstant, et par conséquent, l’avancée marine sur les terres, avec la sédimentation qui l’accompagne, est variable non seulement [ p. 96 ] dans le temps, mais aussi dans l’étendue géographique. Par ailleurs, lorsque les terres émergent davantage que d’habitude au-dessus de la ligne de rivage, les océans recouvrent naturellement les continents de façon minimale et ne laissent alors que des enregistrements stratigraphiques marins limités, restreints aux marges et à leurs baies, ainsi qu’aux axes persistants des dépressions continentales, les géosynclinaux (voir chapitre X). Comme les océans et les mers sont interconnectés et reçoivent la majeure partie des apports sédimentaires, tout déplacement du trait de côte, quelle qu’en soit la cause, se répercute sur l’ensemble des eaux marines. On estime que si les masses terrestres actuelles étaient transférées dans les océans, le niveau général de la mer s’élèverait d’environ 200 mètres, inondant ainsi le continent nord-américain sur une profondeur d’au moins 60 mètres. Sous les eaux, la sédimentation est continue et ces milieux abritent une vie plus ou moins abondante, dont les conditions d’enfouissement et de conservation sont optimales. C’est pourquoi la séquence stratigraphique marine est la plus complète des archives géologiques accessibles aux géologues.
Comme indiqué précédemment, le volume d’eau des océans est quinze fois supérieur à la masse des terres émergées. Ceci s’explique par le fait que les océans ont une profondeur moyenne de 3 658 mètres (12 000 pieds) et recouvrent environ 70 % de la surface terrestre, tandis que l’altitude moyenne des terres émergées n’est que de 686 mètres (2 250 pieds) et qu’elles n’occupent que 30 % de la lithosphère.
On sait désormais que les océans se sont étendus périodiquement et plus ou moins largement sur le continent nord-américain, dont la superficie est d’environ 8 300 000 milles carrés. Ces inondations ont été quasi inexistantes au cours du Cénozoïque ; elles se sont produites à quatre reprises au cours du Mésozoïque ; et, avec une extension maximale, apparemment à douze reprises au cours du Paléozoïque. Plus généralement, on peut affirmer que ces inondations débutent et se terminent par des mers de plateau continental, marginales au continent et occupant entre 1 % et 5 % de la superficie totale de la plate-forme continentale, des conditions similaires aux conditions actuelles de chevauchement ; tandis que les plus grandes inondations concernent les mers intérieures ou épicontinentales qui, au milieu de ces périodes, recouvrent de 12 % à 47 % du continent.
Il apparaît donc évident que la chronologie terrestre repose en grande partie sur les sédiments marins. Ces formations, sauf lorsqu’elles sont érodées ultérieurement, témoignent de l’étendue des transgressions et, par leurs caractéristiques physiques, révèlent la topographie des terres adjacentes, ainsi que des indices sur leur climat ; et, grâce à leurs fossiles, elles permettent d’établir la chronologie d’un lieu à l’autre.
Ces mouvements périodiques présentent un certain rythme, et ce rythme nous permet de regrouper les formations en systèmes [ p. 97 ] ou périodes. Comme on l’a montré, les périodes débutent généralement par des hauts plateaux hérités des mouvements orogéniques de fermeture de la période précédente. En revanche, les déformations plus calmes mais plus étendues au sein de la période, de nature épirogénique, comme l’illustrent les mouvements mondiaux des lignes de rivage (niveaux eustatiques), sont de longue durée. Chaque submersion suivie d’une émergence semble constituer la base naturelle de la délimitation d’une période.
Preuves d’érosion. — La chronologie géologique a jusqu’à présent été interprétée presque exclusivement, bien que nécessairement, à partir d’accumulations rocheuses stratifiées, c’est-à-dire les strates marines et continentales. Il existe cependant un autre type de témoignage qui a été jusqu’ici presque totalement ignoré dans nos calculs chronologiques : l’évaluation temporelle de la forme topographique à un stade donné de son évolution (la physiographie actuelle, la paléophysiographie passée). Certes, il s’agit principalement d’une érosion qui efface les traces de l’histoire géologique antérieure, mais la forme topographique du terrain subsiste néanmoins et possède une valeur temporelle. Nous comprenons tous, dans une certaine mesure, l’importance des discordances comme témoins d’émergence et d’érosion entre les périodes d’inondation, mais peut-on déterminer la valeur temporelle à accorder à la submersion complète, jusqu’au niveau de la mer, de chaînes de montagnes comme les Alpes actuelles du sud de l’Europe ? À maintes reprises, des chaînes de montagnes similaires ont été emportées par les eaux, puis soulevées verticalement à plusieurs reprises, pour ensuite être à nouveau érodées après chaque soulèvement.
Témoignages de ruptures. — Les intervalles d’érosion correspondent aux « ruptures », aux « intervalles perdus », ou encore aux discordances et diastèmes (ou diar stemata) dans la succession des strates. Outre les discordances, on observe des discordances dues aux mouvements de la croûte terrestre lors de la formation des montagnes (voir partie I, p. 306 et suivantes).
On sait que les discontinuités sont nombreuses, mais leur nombre est bien plus important, et leur durée, bien que très variable, est bien plus longue qu’on ne le croit généralement (voir Fig., p. 98). La colonne géologique ne sera probablement jamais complète sur la base des preuves physiques et organiques exploitables, mais elle continuera de se perfectionner au fil du temps. Ce perfectionnement se fera par la découverte successive de formations le long de ces discontinuités, et plus particulièrement dans les zones proches des marges continentales. Le perfectionnement de la colonne permettra également d’harmoniser les estimations, très variables, de l’âge de la Terre, données d’une part par les géologues et d’autre part par les physiciens.
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Les principales ruptures dans la chronologie géologique sont indiquées par des intervalles, correspondant à des périodes d’érosion marquées, représentatives principalement des vastes et hauts continents et d’une érosion dominante, non enregistrées par les sédiments observables. De ce fait, en chronologie géologique, il s’agit de « temps perdus » de longue durée. Il n’a pas été jugé opportun de donner un nom nouveau et indépendant à chacun de ces intervalles, mais plutôt d’utiliser, sous une forme modifiée, un nom ancien et familier. C’est pourquoi le mot grec « epi » (sur ou après) est ici adopté comme préfixe aux termes d’ère, pour indiquer le temps suivant, c’est-à-dire les intervalles. Ces intervalles seront alors désignés par les noms suivants : Épi-Mésozoïque, Épi-Paléozoïque, Épi-Protérozoïque, Épi-Algoman et Épi-Archéozoïque. Cette méthode de dénomination a été proposée initialement par Lawson. La même combinaison peut être utilisée, le cas échéant, pour les intervalles entre les périodes, comme Épi-Silurien. etc.
Diastrophisme. — Le déplacement de la ligne de rivage étant le critère le plus important pour déterminer l’action diastrophique (terme englobant tous les mouvements des parties externes de la Terre, décrits en détail au chapitre IX de la partie I), il convient d’indiquer brièvement ici comment ces altérations sont le plus facilement mises en évidence. Sur le plan organique, elles sont enregistrées : (1) par des changements abrupts dans les faunes superposées, et (2) par l’apparition soudaine de stocks nouvellement formés ; sur le plan physique : (3) par des interruptions [ p. 99 ] plus ou moins évidentes dans la sédimentation, dues au retrait de la mer, (4) par un changement de la nature des dépôts, notamment lorsqu’il s’agit d’une transition abrupte de strates d’origine organique (marne, craie, calcaire, dolomie) vers des mudstones et des grès, ou d’un passage d’une sédimentation continentale à une sédimentation marine, et (5) par des chevauchements marins sur des roches plus anciennes, produisant des discordances caractéristiques.
La corrélation des formations dans des régions distinctes repose en partie sur des critères physiques. Elle consiste à identifier les similitudes dans les discordances (ruptures temporelles au sein de strates concordantes ou parallèles, voir partie I, p. 31 L et fig., p. 183) et les variations des caractéristiques pétrologiques. Toutefois, une corrélation physique est généralement beaucoup moins fiable et doit toujours rester subordonnée à la corrélation paléontologique pour la mise en évidence des mouvements diastrophiques. Bien entendu, les mouvements crustaux les plus faciles à déterminer sont ceux de nature compressive, à l’origine du plissement des montagnes. Lors de l’érosion et de la subséquente invasion marine, ces discordances angulaires ou structurales sont les plus faciles à repérer et celles qui suscitent le moins de doutes. Les déformations larges et progressives, appelées gauchissements crustaux, sont en revanche généralement à l’origine des discordances.
¶ Le tableau des temps géologiques
Le moment n’est pas encore venu d’évaluer complètement les mouvements diastrophiques mineurs, les perturbations, car la succession géologique enregistrée dans les différents pays est loin d’être identique. Par conséquent, on ne peut affirmer que les périodes du tableau ci-joint sont les seules qui seront finalement reconnues. On peut toutefois dire avec certitude qu’il existe aujourd’hui une grande harmonie parmi les géologues quant à l’utilisation de la théorie selon laquelle la surface de la Terre est en mouvement périodique et rythmique, et que cette action diastrophique est à la base de la chronogenèse, engendrant non seulement des cycles d’invasion marine et d’émergence des terres, et des cycles d’érosion, mais aussi des cycles d’évolution organique. Cette cyclicité est due à la rotation de la Terre sur son axe et autour du Soleil, et à la position de ce dernier dans l’univers. Bien que les ères soient clairement identifiables partout, tant que la paléogéographie de l’Europe n’aura pas été établie en détail, nous ne pourrons pas affirmer que les différentes périodes actuellement utilisées sont toutes établies par la nature.
L’étudiant est vivement encouragé à mémoriser au moins tous les noms des ères et des périodes, ainsi que les informations relatives à la vie dans les tableaux suivants. Ces connaissances constituent les bases de la géologie historique ; sans elles, toute progression ultérieure est quasiment impossible.
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¶ Chronologie géologique de l’Amérique du Nord
Les ères se distinguent par des révolutions mondiales et des changements organiques marqués. Les périodes sont séparées par des bouleversements crustaux et des changements modérés dans la vie.
I. CLASSIFICATION BASÉE SUR L’ÉVOLUTION ORGANIQUE, LA SUPERPOSITION DES STRATS ET LES DISCONFORMITÉS
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Chronologie géologique de l’Amérique du Nord (suite)
[ p. 102 ]
Chronologie géologique de l’Amérique du Nord (suite)
Archéen ou Précambrien selon les auteurs anciens, principalement pour les lacs Supérieur et Huron, et la province de l’Ontario
II. CLASSIFICATION BASÉE SUR LA SÉQUENCE ROCHEUSE ET LES MOUVEMENTS DE LA CROÛTE
[ p. 103 ]
Chronologie géologique de l’Amérique du Nord (suite)
III. Classification hypothétique. Aucun document rock connu
¶ L’âge de la Terre
Mesurer la durée des temps géologiques est devenu une aspiration scientifique majeure au cours du siècle dernier. Nombre de cosmogonistes, et même certains géologues du XIXe siècle, adhéraient à l’interprétation biblique selon laquelle la Terre aurait été créée il y a 4004 ans. C’était l’estimation de l’évêque Ussher en 1650, son interprétation du « Commencé » de la Genèse, malgré le fait que certaines religions anciennes affirmaient que l’humanité avait vécu de nombreux cycles, chacun d’une durée incalculable de millénaires. Hutton, dans ses études sur la géologie écossaise (1795), ne trouva « aucune trace de commencement, aucune perspective de fin ». En 1860, John Phillips estima l’âge de la Terre entre 38 et 96 millions d’années, et il y [ p. 104 ] a vingt ans, les géologues acceptaient généralement 100 millions d’années comme l’âge probable depuis le début de l’Archéozoïque. Puis, en 1903, survint la découverte capitale du radium et la prise de conscience que certains éléments se désintègrent en d’autres. Peu après, les physiciens avertirent les géologues qu’ils devaient multiplier leurs résultats par au moins dix ! Le temps nous offre aujourd’hui une richesse inouïe.
Les différentes méthodes de calcul de l’âge de la Terre reposent toutes sur un principe commun. On détermine avec la plus grande précision possible la vitesse de certains changements actuels, puis, par la méthode des éléments, on remonte le temps jusqu’à atteindre des conditions limites. Ainsi, Kelvin nous ramène à une époque où la Terre n’était pas encore une sphère solide ; Darwin retrace l’histoire de la Lune jusqu’à ce qu’il la trouve en orbite autour de la Terre ; Joly nous invite à imaginer les océans dans leur pureté originelle, exempts de sel, ou presque ; Geikie trouve enfin une limite à la longue succession de roches stratifiées et cherche à estimer le temps qu’elles représentent. Enfin, et c’est la méthode la plus prometteuse, le mécanisme de la radioactivité offre une méthode élégante pour dater la période de cristallisation de chaque roche ignée contenant les minéraux appropriés (Holmes).
Les deux principales méthodes de géologie utilisées pour déterminer l’âge de la Terre sont (1) le taux de dénudation des terres, ou le taux de dépôt des archives sédimentaires, et (2) le taux de dérivation du chlorure de sodium à partir de la terre et son accumulation dans les océans.
The rates of denudation for nine large rivers are so discordant that they can not « afford any information of quantitative value » (Harker). In the Irawadi basin of India it foot in 400 years, and in the Hudson Bay region 1 foot in 47,000 years. For solvent denudation it is 1 foot in 30,000 years, and for mechanical removal 1 foot in 12,000 years. The known sedimentary record in its areas of thickest deposits now attains to something like 70 miles in depth. Such a mass of material means the wearing away to sea-level, one after another, of more than twenty ranges of mountains like the present European Alps or the American Rockies. On the other side of this picture of denudation are the long intermediate times of repose, when all the base-levelled lands furnished almost no sediments to the seas and oceans.
The physicist’s « radioactive clock » obtains figures of the order of 1,600,000,000 years since early in the Archeozoic, while the leading geologists would nowadays admit on the basis of their hourglass that the sedimentary and saline records indicate a time of the order of, say, 250,000,000 to 300,000,000 years. This acceptable estimate [ p. 105 ] does not, however, take into consideration the uncountable breaks, i.e., the smaller number of very long-enduring angular unconformities, the great number of disconfonnities, and the exceedingly numerous diastemata. T. M. Reade estimated on the basis of limestone as an index of geological time that the age of the earth is “ at least 600,000,000 years." Geology can therefore say that the earth since the beginning of the Archeozoic is probably at least 500,000,000 years old. On this basis the geologic time clock has been adjusted in the figure above.
It appears probable that the « radioactive clock » has not always been running at the present rate of disintegration, a view stoutly backed by Joly, The latter in 1923 still holds to an age of about 130,000,000 years, basing his conclusion [ p. 106 ] on thorium disintegration and not on that of uranium. On the other hand, it is also probable that the reading of the hourglass of denudation by the geologists is not wholly dependable; in fact, it is admitted that geologic time is longer than the readings indicate. Of the two calculations, however, the radioactive basis is the more dependable.
Quiconque souhaite être impressionné par l’immensité du temps géologique devrait se tenir au bord du Grand Canyon, en Arizona, et méditer sur le temps qu’il a fallu au fleuve Colorado pour creuser cette gorge de près d’un kilomètre et demi de profondeur, la plus belle et la plus impressionnante au monde. Il devrait également penser au temps qu’il a fallu aux mers pour déposer cette épaisse couche de strates paléozoïques et les plus de trois kilomètres de sédiments protérozoïques qui la recouvrent. Après avoir fait tout cela, il devrait se rappeler qu’il n’a vu qu’une infime partie de la colonne géologique.
Toujours au bord du Grand Canyon, par une nuit claire, il devrait lever les yeux au ciel et observer les nombreuses étoiles. Toutes sont extrêmement lointaines. Shapley nous apprend que l’un des amas d’étoiles se situe à 220 000 années-lumière, et que la lumière se propage à la vitesse de 186 000 miles par seconde.
Ces affirmations nous permettent de clore le sujet de l’âge de la Terre et de nous consoler en sachant que, durant tout ce temps, le soleil a rayonné de l’énergie dans l’espace à un rythme sensiblement identique à celui d’aujourd’hui. La vie de l’Archéozoïque baignait dans la chaleur du soleil avec le même confort que les lys et les roses, ou les séquoias et l’homme, aujourd’hui.
Tout cela dépasse véritablement l’entendement humain !
¶ Lecture collatérale
A. Geikie, Les fondateurs de la géologie. Londres (Macmillan), 1905.
G.P. Merrill, Les cent premières années de la géologie américaine. New Haven (Yale University Press), 1924.
K. Von Zittel, Histoire de la géologie et de la paléontologie. Londres (Walter Scott), 1901.
J. Barrell, Rythmes et mesures du temps géologique. Bulletin de la Société géologique d’Amérique, vol. 28, 1917, p. 745-904.
A. Harker, La géologie en relation avec les sciences exactes, avec un excursus sur le temps géologique. Nature, vol. 95, 1915, pp. 105-109.
A. Holmes, L’Âge de la Terre. Londres et New York (Harper), 1913.
J. Joly, Radioactivité et géologie. Londres (Constable), 1909.
| VI. Les mers, témoins essentiels de l'histoire de la Terre | Page de titre | VIII. L'évolution des étoiles et l'origine du système solaire. |