sources de l'agriculture 1

I.SOURCES DE L'AGRICULTURE

L'origine de l'agriculture est à situer à la charnière paléolithique-néolithique.

1.Contexte post et péri-glaciaire.

La fin du Paléolithique se caractérise par le recul de la glaciation Würm, dernière en date vers ( 10.000 av J.C).

a) Repères Stratigraphiques

Le Cénozoïque se divise en deux périodes : le Paléogène  (comprenant les trois époques du Paléocène, de l'Eocène et de l'Oligocène) et le Nèogène (comprenant les quatre époques du Miocène, du Pliocène, du Pléistocène et de l'Holocène,notre époque actuelle).
Historiquement le Cénozoïque a été divisé en ère Tertiaire  et ère quaternaire qui ont été abandonnées bien que l'utilisation de quaternaire comme une sous-ère du Cénozoïque ait été proposée.

 L'ensemble des temps géologiques

 

 Divisions du Phanérozoïque

 

 Division du Cénozoïque

 

Echelle chronologique en millions d'années 

b)Définition d'une glaciation en général

Les glaciations qui nous intéressent sont celles de l'ère quaternaire , mais nous allons définir celles-ci de manière générale .

Commençons par situer l'ère quaternaire. Ce terme n'est plus utilisé que par les spécialistes du Quaternaire, il est maintenant classé dans un groupe stratigraphique plus global nommé Cénozoïque.

Une glaciation  ou période glaciaire est à la fois une phase paléoclimatique froide et une période géologique de la Terre durant laquelle une part importante des continents est englacée.

c) Mise en évidence

Les glaciations ont d'abord été mises en évidence grâce à leurs traces morphologiques (moraines, blocs erratiques) dans les vallées alpines à la fin du XIXe siècle.

 

 

Lorsque les températures moyennes d'une région se situent sous 0°C, les précipitations se font le plus souvent sous forme de neige et, surtout, les fontes ne sont pas suffisantes pour empêcher qu'il n'y ait accumulation de neige et de glace. On reconnaît deux grandes zones d'accumulation des glaces : les régions polaires et les régions en hautes altitudes. On aura conséquemment deux grands groupes de glaciers : les calottes polaires, et les glaciers alpins (ou de montagnes), en hautes altitudes.

d) Les calottes polaires

 

On estime que les glaces couvrent aujourd'hui à peu près 10% des masses continentales. La calotte polaire de l'Antarctique est la plus grande et la plus

épaisse, elle couvre quasiment tout le continent antarticque

A son centre, la glace atteint une épaisseur de 4 000 m. C'est une énorme quantité de glace. Les forages faits à travers ces glaces par les soviétiques en 1988 ont montré que les premiers 2 000 m avaient mis 150 000 ans à s'accumuler, soit un taux annuel moyen d'accumulation de glace de 1,3 cm. Plus récemment, en 1998, un forage a atteint 3623 m de profondeur, représentant 400 000 ans d'accumulation pour un taux annuel moyen de 0,9 cm.

L'autre calotte polaire, celle du Groenland, est un peu plus mince, 3 000 m au centre. Des forages complétés en 1992 par un consortium de 8 pays européens ont montré qu'il a fallu 250 000 ans pour accumuler ces 3 000 m, soit un taux moyen semblable à celui de l'Antarctique de 1,2 cm/an.

Cette masse de glace crée une surcharge énorme sur la croûte continentale. Compte tenu de la densité de la glace qui est de l'ordre de 2,7 fois moindre que celle des roches de la croûte terrestre continentale, on peut simplifier en disant qu'ajouter 2 700 m de glace, c'est comme ajouter une épaisseur de 1 000 m de roches à la croûte continentale. Comme la lithosphère continentale "flotte" sur l'asthénosphère, cette surcharge, qui se fait dans un laps de temps géologique très court, a pour effet d'enfoncer le continent.

e) Les glaciers alpins

On réfère à la glaciation qui se confine aux hautes montagnes comme à la glaciation alpine, différente de la calotte polaire; alpine, parce que c'est dans les Alpes que ce type de glaciation a d'abord été décrit. En hautes montagnes, on aura deux types de glaciers: la calotte alpine formant une grande superficie de glace couvrant les sommets, à partir de laquelle s'écoulent des glaciers alpins confinés aux vallées (on dit aussi glaciers de montagnes, glaciers de vallées). Dans les secteurs montagneux qui se situent au-dessus de la limite des neiges persistantes, c'est-à-dire sous 0°C en moyenne, l'eau s'accumule sous forme de neige qui se compacte en glace. Mais la glace ne peut s'accumuler indéfiniment. Puisque les zones d'accumulation ne sont pas confinées, la glace s'écoule. Il peut paraître difficile de concevoir que la glace s'écoule, mais, en faisant intervenir le facteur temps, la glace se comporte comme un matériau plastique, ou tout au moins semi-plastique. Le poids du matériel à la zone d'accumulation initie et conduit l'écoulement de la glace en poussant sur toute la masse qui s'écoule. Cet écoulement est lent: 180 m/an pour les plus grands glaciers des Alpes, de 90 à 150 m/an pour les glaciers plus petits.  

Le schéma suivant illustre le système glaciaire alpin.

 

 

 

Le glacier se répand sur une certaine distance. Rendu à une altitude où les températures moyennes sont au-dessus de 0°C, il y a fonte et évaporation au front du glacier. Si les températures annuelles moyennes et le taux de précipitation demeurent assez constants sur une période de temps assez longue, soit plusieurs dizaines ou même centaines d'années, il s'établit un équilibre entre l'alimentation, la vitesse d'écoulement, et la fonte et évaporation au front, ce qui fait que le front du glacier demeure stationnaire. Si au contraire, il y a augmentation ou diminution des températures moyennes, le front retraite ou avance. Sur le glacier et au front du glacier, la fonte de la glace produit des eaux de circulation qui distribuent les sédiments piégés dans le glacier et forment, à l'avant du glacier, une plaine d'épandage.

Les glaciers alpins sculptent la montagne d'une manière bien caractéristique, facilement reconnaissable. Les schémas qui suivent illustrent ce modelage. Les glaciers empruntent souvent un relief déjà modelé par les cours d'eau. Rappelons que les vallées creusées par les cours d'eau ont un profil en V

 

 

 

 Durant la glaciation, l'écoulement des glaces creuse à nouveau les vallées.

 

L'épaisseur d'un glacier se mesure généralement en plusieurs dizaines, parfois même jusqu'à quelques centaines de mètres. C'est une masse importante qui agit sur la roche de fond comme un bulldozer. Le creusement n'est pas instantanné, mais se fait progressivement à mesure de l'écoulement sur de longues périodes de temps. Progressivement, vont se creuser des vallées qui peuvent atteindre des centaines de mètres de profondeur. Ces vallées auront un profil bien caractéristique en U (on dit aussi en auge).

Après la fonte des glaces, on aura un paysage de cirques glaciaires (anciennes zones d'accumulation de la glace), de vallées dites en U (auges glaciaires), de pics et d'arêtes délimitant des vallées suspendues résultant du creusement par des glaciers plus petits venant se fondre dans le glacier principal.

 

 

 

Le substrat rocheux porte la marque des glaciers: les roches sont moutonnées (arrondies par le frottement), ou cannelées, ou encore striées par les cailloux entraînés dans la glace, ce qui permet de déterminer la direction et le sens d'écoulement de la glace une fois le glacier disparu.

 

Le glacier arrache des matériaux au substrat rocheux; tout ce matériel sédimentaire produit directement par l'action de rabotage de la glace sur la roche porte le nom général de moraine. Les eaux de fonte du glacier redistribuent les matériaux glaciaires sur une plaine d'épandage; il y a tout un cortège de dépôts qu'on dit fluvio-glaciaires. Le retrait du glacier laisse sur place tous ces dépôts qui caractérisent les paysages glaciaires.

 Voici les principaux dépôts qui caractérisent le paysage post-glaciaire :

Moraine frontale: dépôt formé au front du glacier, quand le glacier a atteint son avancé maximum et qu'il est stationnaire, par l'amoncellement des fragments rocheux de toutes tailles arrachés au substrat par le glacier, ainsi que des sédiments produits par l'abrasion de la glace sur la roche. Ce mélange de sédiments s'appelle un till.

Moraine de fond: dépôt morainique sous le glacier.

Moraine latérale: dépôt morainique aux marges du glacier confiné.

Drumlin: moraine de fond remodelée par l'avancé du glacier.

Esker: dépôt fluvio-glaciaire serpentiforme formé par des cours d'eau confinés qui se situaient à l'intérieur ou sur le glacier; la fonte du glacier laisse un lacet de sédiments.

Kame: dépôt fluvio-glaciaire dans une cavité ou une dépression du glacier qui, après la fonte forme de petits monticules.

Kettle: dépression dans une moraine ou un dépôt fluvio-glaciaire créée par la fonte d'un bloc de glace emprisonné dans les matériaux.

 Depuis les années 1950, l'étude des rapports entre les différents isotopes de l'oxygène dans les sédiments prélevés par carottage au fond des océans a confirmé et précisé l'existence de nombreuses fluctuations climatiques plus ou moins cycliques (cf. Stades isotopiques marins et Chronologie isotopique).

f) Origine

Causes

Les causes des glaciations ont été l'objet de nombreux débats, depuis que le phénomène a été clairement identifié au XIXe siècle. Les théories modernes retiennent souvent une relation avec les oscillations périodiques de l'orbite   de la Terre (cf. les paramètres de Milankovi), associée à des variations hypothétiques et périodiques dans le rayonnement solaires effets d'un déplacement d'importantes masses continentales vers les régions polaires.

Conséquences

Lors d'une période glaciaire, les phénomènes suivant se produisent suite au refroidissement climatique :

  • formation d'inlansis  : des inlandsis s'installent progressivement sur les zones continentales des hautes latitudes, avec une épaisseur maximale de l'ordre de 3 km, et fluent vers leurs marges.
  • baisse du niveau de la mer(glacio-eustasie) : le stockage de glace sur les continents provoque la baisse du niveau des océans (de l'ordre de 120 m pour le dernier Glaciaire) et provoque l'émersion d'une partie des plateaux continentaux.
  • mouvements tectoniques verticaux (glacio-isostasie) : sous le poids  de la glace, des mouvements tectoniques verticaux affectent les zones englacées et leur marges (enfoncement lors de la glaciation, soulèvement ou rebond lors de la déglaciation).
  • modification de la circulation océanique : la circulation océanique mondiale est complètement transformée (avec des influences réciproques, complexes et méconnues dans le détail, sur le climat).

g) Traces de glaciations anciennes

La Terre garde la tracede glaciations anciennes. La glaciation Varanger, notamment, fut particulièrement importante. La glace semble avoir couvert à cette époque presque toute la planète jusqu'à l'équateur. Nous connaissons également des traces de glaciations au cours de :

  • l'Huronien (de -2 400 Ma à -2 100 Ma)
  • le Cryogénien (de -950 Ma à -570 Ma)
  • l'Andéen-saharien (de -450 Ma à -420 Ma)
  • le Karoo (de -360 Ma à -260 Ma)

h) Les traces des inlandsis du quaternaire

 

Les glaciations du Quaternaire a laissé de nombreuses traces visibles dans des régions qui, aujourd'hui, ne sont plus recouvertes par les glaces. L'accumulation de lœss et de limons d'origine glaciaire et périglaciaire se rencontre sur de vaste surfaces en Amérique du Nord, sur les plateaux et les plaines d'Europe   et en Chine septentrionale. Dans l'hémisphère sud, elle concerne surtout l'Argentine (Pampa). Transportés par le vent, les lœss finissent par former une couverture plus ou moins épaisse (jusqu'à 200 mètres en Chine), rend fertile les régions concernées et pose des problèmes de stabilité (érosion très rapide).

La plaine de la Geest (Allemagne) et la plaine polonaise sont concernées par les dépôts morainiques du quaternaire ; cela donne des paysages de landes (Lande de Lunebourg) ou de collines (Mazurie polonaise) encadrant des fleuves qui coulent vers le nord. La région des Börde (en Allemagne) ou celle Shanxi (vallée du Huang He en Chine) sont tapissées de lœss. Le retrait de l'inlandsis donne naissance à des paysages de marais(marais de Polésie en Ukraine) ou de lacs (Lac Ladoga, Lac Onega en Russie ; Grands Lacs en Amérique du Nord).
Au quaternaire, l'inlandsis, qui couvrait de nombreuses montagnes, y compris dans la zone intertropicale, laissa derrière lui des modelés d'accumulation et d'érosion tout à fait caractéristiques. Les ôs, drumlin et chenaux proglaciaires marquent de nombreux paysages dans les régions périglaciaires

i) Cycles glaciaires récents

 

La fin du Cénozoïque est marquée par le retour de glaciations dites quaternaires, d'environ -2.7 millions d'années à aujourd'hui. Les glaciations quaternaires correspondent à la mise en place d'un climat plus froid et au retour cyclique de périodes froides (dites Glaciaires) et tempérés (Interglaciaires). Il y a environ 10 000 ans, a débuté l'Interglaciaire qui se poursuit aujourd'hui et qui correspond à l'Holocène. Le Pléistocène supérieur correspond au dernier cycle Interglaciaire/Glaciaire (d'environ 120 000 à 10 000 ans).

j) Différentes chronologies

 

La chronologie des cycles glaciaires répond aux règles stratigraphiques et à la définition de stratotypes, utilisables dans la région où ils ont été définis. La chronologie alpine, si elle a le mérite d'être la première établie, est basée sur les traces morphologiques laissées par les moraines. Seules sont donc correctement enregistrés les glaciations particulièrement fortes ou les plus récentes (la poussée du glacier détruisant à chaque cycle les traces les plus anciennes). Ainsi, seules quatre grands cycles sont enregistrés, difficilement corrélables (à l'exception du dernier Glaciaire) avec les autres enregistrements continentaux.

2. Les dernières glaciations depuis le Pliocène

 

 

 

 

 

 

 

Limite des glaces et des côtes au plus fort de la dernière glaciation (Würm), il y a 20 000 ans.

a) Définition de würm

Le Würm, ou glaciation de Würm, est le nom donné aux manifestations de la dernière glaciation globale du Pléistocène dans les Alpes. 

Elle a été définie par Albrecht Penck et Eduard Brückner (1901-1909), qui lui ont donné le nom d'un tributaire du Danube, la Würm, comme les glaciations alpines précédentes (Riss, Mindel, Günz, Donau). Sa définition repose sur les observations des conséquences géologiques de la baisse importante des températures moyennes sur une longue période (nappe fluvio-glaciaire, moraines) dans le massif alpin.

b) Chronologie 

Les quatre époques les plus récentes de glaciation mondiales sont, dans l'ordre d'ancienneté décroissante, celles de Günz (- 900.000 ans), Mindel (- 400.000 ans), Riss (- 180.000 à - 100.000 ans) et enfin Würm (- 70.000 à - 20.000 ans).
Les traces glaciaires les plus fraîches datent dans les basses vallées alpines de la glaciation de Würm, dont le maximum d'extension (dite "Würm II") remonte à environ 50.000 ans.
Dans les hautes vallées des traces glaciaires encore plus fraîches, souvent encore mal colonisées par la végétation, sont celles du "petit âge de glace", c'est-à-dire de la période 1550 - 1820 (la décennie la plus froide fut celle de 1690 à 1700).

c) Chronologie isotopique   

La présence de l'isotope 18 de l'oxygène est moins importante dans les eaux océaniques proches des pôles que dans celles proches de l'équateur. Ceci est dû au fait que cet isotope est plus lourd que l'isotope 16 ; en conséquence, il s'évapore plus difficilement et se condense plutôt facilement, ce qui empêche une migration importante vers les pôles.

Si on analyse un échantillon de glace ancienne, moins il y a d'isotope 18, plus il faisait froid au moment de la formation de la glace. Au contraire, dans une carotte provenant des tropiques (sédiments issus de foraminifères benthiques), une augmentation de l'isotope 18 d'oxygène signe un refroidissement global (diminution de la température marine et accumulation de glace aux pôles).

Les sédiments des fonds océaniques et les glaces accumulées aux pôles ou au Groenland ont gardé en mémoire les variations des concentrations des isotopes de l'oxygène au cours du temps. Par exemple, la glace formée il y a 10 000 ans permet de connaître la concentration en isotope 18 de l'atmosphère de cette époque. Selon la concentration, on peut donc reconstituer les fluctuations des températures globales au cours du temps sur de longues périodes et définir ainsi les stades isotopiques de l'oxygène.

 

 

La glaciation würmienne correspond approximativement aux stades 2, 3, 4 et 5a-d de la chronologie isotopique mise au point depuis les années 1950. Sa limite inférieure est généralement fixée à 115 000 BP (début du stade 5d)[2] mais certains auteurs considèrent qu'elle débute avec le stade 4 (75 000 BP). Sa limite supérieure correspond à la fin du stade 2 et au début de l'Holocène, il y a environ 10 000 ans. Le maximum glaciaire a été atteint il y a environ 20 000 ans.

Le Würm est plus ou moins synchrone d'autres glaciations de l'hémisphère nord, dont le Wisconsinien en Amérique du Nord, le Weichselien en Europe du Nord, le Vistulien en Allemagne du Nord et le Devensien dans les Îles Britanniques. L'appellation Würm n'a qu'une signification chronologique locale, limitée à la région située autour des Alpes.

 d) Les autres périodes glaciaires "récentes"

Le Quaternaire a été caractérisé par d'importantes variations climatiques. La glaciation maximale a recouvert de glaciers plus de 30 % des terres émergées. De nos jours, les surfaces glacées n'occupent que 10 % des terres, ce qui représente l'ordre de grandeur des périodes interglaciaires. Aux périodes glaciaires des régions boréales correspondent les périodes pluviales des zones méridionales. Ainsi, les régions méditerranéennes furent soumises à un climat tempéré humide pendant les périodes glaciaires. Le Sahara, comme en témoignent les harpons, les hameçons en os et les peintures rupestres du Hoggar, recevait des pluies abondantes. Les variations climatiques correspondent à des oscillations des zones de climat, le long de l'axe des pôles.

Les traces des anciennes glaciations dans le relief actuel (vallées en U, moraines, cirques glaciaires, etc.) permettent de reconstituer l'extension des glaciers aux différentes périodes. Ces glaciations ont affecté le sud de l'Amérique du Sud, et le nord de l'Amérique et de l'Eurasie sous la forme de vastes calottes glaciaires, comparables à celles qui occupent, de nos jours, le Groenland ou l'Antarctique. Des calottes plus localisées se sont établies dans les zones d'altitude comme les Alpes ou les montagnes Rocheuses. En France, les glaciers du Quaternaire ont participé au démantèlement du Cantal, du Mont-Dore ou des Pyrénées; ils recouvraient toutes les Alpes. Les modelés glaciaires ont commandé la formation de nombreux lacs et ont guidé le cours des fleuves.

En Europe du Nord, les fleuves ont donné leurs noms aux différents stades glaciaires. Le premier de ces stades, celui de l'Elbe, assez mal connu, précède la glaciation de l'Elster, qui est suivie par l'interglaciaire principal. La glaciation de la Saale est plus étendue que les précédentes, dont elle détruit, en partie, les vestiges; elle atteint les bords du Rhin. Après un nouvel épisode interglaciaire, la glaciation de la Vistule forme la calotte la plus vaste de l'Europe du Nord: elle recouvre le Danemark, dépasse Berlin et atteint presque Prague. On peut observer les stades de retrait successifs de cet immense inlandsis, marqués par des moraines.

Le dernier stade caractérise la période tardiglaciaire, où la calotte se réduit aux pays scandinaves. Cette calotte se résorbe ensuite lentement et n'occupe plus que les sommets de Suède et de Norvège. Une chronologie comparable a été établie en Amérique du Nord. Dans les Alpes, on connaît les cinq glaciations mentionnées plus haut.

Avant l'interglaciaire principal, limite entre le Quaternaire inférieur et le Quaternaire moyen, se placent les glaciations de Donau, de Günz et de Mindel. Après l'interglaciaire Mindel-Riss, la glaciation du Riss déborde largement des Alpes, s'étend sur le Jura et atteint la région lyonnaise (colline de Fourvière). La glaciation du Würm, enfin, plus restreinte, n'atteint pas Lyon. Ses moraines, souvent intactes, permettent d'en suivre les stades de retrait, comme pour la glaciation de la Vistule.

e) Les conséquences des glaciations

La formation de larges champs de glace avait pour conséquence première de fixer de grandes masses d'eau provenant des océans. Le niveau de la mer était donc plus bas pendant les périodes glaciaires, plus élevé pendant les périodes interglaciaires. Ces variations du niveau de la mer sont dites eustatiques. Elles se traduisent par des phases de régression et de transgression, bien visibles sur les bords de la Méditerranée. Les plages surélevées, sur les côtes non affectées par la tectonique ou l'isostasie (c'est-à-dire l'équilibre qui s'établit entre les divers éléments de la croûte terrestre), suggèrent l'existence de deux phases, calabrienne et sicilienne, au début du Quaternaire. La phase sicilienne montre des dépôts de plage à 80 ou 100 m au-dessus des plages actuelles. Aux phases interglaciaires suivantes correspondent les transgressions tyrrhénienne (+32 m) et monastirienne ou tyrrhénienne II (+18 m à +7,5 m).

Après la glaciation du Würm, de nouvelles transgressions se produisent jusqu'à nos jours. Le niveau de la mer, de plus en plus bas au cours des transgressions successives, reflète l'émersion progressive commencée au Tertiaire. Les variations du niveau de la mer ont pour conséquence la formation de terrasses côtières, lors de chaque transgression. Les régressions produisent un abaissement du niveau de base des fleuves. Elles entraînent donc une reprise de l'érosion fluviale et la formation de terrasses fluviatiles. De plus, comme le débit des fleuves était beaucoup plus intense aux périodes interglaciaires, l'érosion était plus importante que de nos jours; par exemple, la Seine transportait des graviers jusqu'à Paris, alors qu'aujourd'hui, même en période de fortes crues, seuls les limons atteignent la capitale.

Les dépôts de lœss (conséquence agronomique : fertilité)  se rattachent aux phénomènes glaciaires. Ces fines poussières de quartz et de calcaire, cimentées par des argiles ferrugineuses, ont été déposées par le vent dans les zones périglaciaires. Leur accumulation semble s'être formée à la fin des périodes glaciaires, lors des stades de retrait des glaciers qui abandonnaient de vastes régions de moraines riches en fins détritus. En France, les lœss recouvrent le nord du pays et la vallée du Rhône. Leur épaisseur, de 10 m en Bretagne, peut atteindre 40 m en Alsace.

Le lœss récent, qui recouvre les dépôts glaciaires du Riss (mais pas du Würm), s'est déposé sur les plateaux et les terrasses alluviales moyennes. Le lœss ancien, qui recouvre les moraines du Mindel, se rencontre sur les plateaux et terrasses alluviales supérieurs. Lorsque ces deux dépôts de lœss sont superposés, ils sont toujours séparés par un sol rouge et rubéfié qui indique un climat chaud. Cette dernière information confirme le caractère interglaciaire de ces dépôts.

 

 

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Date de dernière mise à jour : 11/02/2015