Géologie 27

14. Histoire de la terre

1. Préliminaires

Reconstituer l’histoire de la terre c’est :

- Rendre compte des aspects successifs présenté par le globe terrestre au cours des différentes époques qu’il a connues.

- Reconstituer les mers et les reliefs anciens , la formation, le soulèvement puis la disparition des montagnes , les travaux effectués par les glaciers , les fleuves anciens, les éruptions volcaniques.

- Découvrir les climats anciens, leurs changements ( voir plus loin, par ex les glaciations quaternaires ) ; c’est faire revivre les flores et faunes anciennes ( fossiles ), étudier leur évolution jusqu’aux êtres vivants qui nous entourent, afin de mieux comprendre ces derniers.

L’histoire de la terre se complète chaque jour grâce à l’étude des terrains et des fossiles qu’ils contiennent.

On appelle faciès d’une formation géologique, l’ensemble des caractères pétrographiques et paléontologiques qui apportent des renseignements sur l’origine de cette formation. C’est ainsi que l’on distingue des faciès :

- continentaux ( éboulis, glaciaires, fluviaux, torrentiels, marécageux, éoliens, désertiques etc. ).

- Marins ( Côtiers, profonds, …, argilaux, sableux, …)

- De charriage : fossiles roulés, usés……………………… saumâtres…

La Planète Terre a une longue histoire: 4,55 milliards d'années (Ga). Pour l'historien de la Terre qu'est le géologue, le temps géologique est matérialisé par des successions de roches. Or la plus vieille roche datée a donné un âge de 4,016 Ga. C'est dire que cette partie de l'histoire de la Terre entre -4,55 et -4,016 Ga nous est peu connue. Pour décrypter l'histoire de la Planète, il nous faut un calendrier des temps géologiques qui soit fiable. Au 19º siècle, on a établi un tel calendrier fondé sur des méthodes de datations relatives principalement grâce à l'étude des fossiles. Mais ce n'est que dans la première moitié de notre siècle que la découverte de la radioactivité est venue nous fournir une échelle de temps absolue et, qu'entre autre, on a pu établir l'âge vénérable de notre planète.

L'étude des chaînes de montagnes a démontré que la théorie de la tectonique des plaques est applicable à l'histoire ancienne de la Terre. On a appris, grâce au cadre que fournit cette théorie, que la fragmentation d'un mégacontinent comme la Pangée de Wegener et l'ouverture progressive d'un océan comme l'Atlantique actuel est un phénomène qui s'est produit plus d'une fois dans l'histoire de la Planète.

Bien sûr, l'unicité de la Planète Terre est la présence de Vie à sa surface, du moins jusqu'à preuve du contraire. L'origine de cette Vie demeure un sujet préoccupant. Les découvertes récentes remettent en question un certain nombre de nos "certitudes" à ce sujet. La paléontologie nous apprend quelle a été la nature des premières traces de Vie et comment cette dernière s'est développée par la suite.

Le temps à l’échelle géologique

Pour nous, le temps, notion abstraite, se matérialise le plus souvent par la trotteuse de l'horloge qui marque les secondes, les minutes ou les heures, le calendrier qui indique les jours, les mois, les années. En géologie, le temps est le plus souvent matérialisé par une séquence de roches, comme cet empilement de couches bien visibles sur les parois du Grand Canyon (198K) du Colorado, représenté ici schématiquement par cette colonne de roches.

 

Un premier concept de datation relative a été présenté en 1669, par un physicien danois, Nicolas Steno. Il s'agit du principe de l'horizontalité primaire des couches sédimentaires et du principe de superposition. Les roches sédimentaires témoignent du temps qu'ont pris les sédiments à se déposer. Les roches intrusives représentent des événements plus ponctuels, du temps plus court. Les surfaces de ravinement ou les discordances représentent aussi du temps, mais du temps où les dépôts ont été érodés. Une telle succession constitue les archives de l'historien de la terre qu'est le géologue. La séquence du Grand Canyon représente ici 2,5 milliards d'années d'histoire.

Aujourd'hui, on peut avancer ce chiffre avec certitude, mais il a fallu passablement de temps avant qu'on mette au point, puis qu'on raffine, les méthodes de datation, et qu'on développe finalement un calendrier géologique fiable sur lequel on peut greffer les événements décryptés dans les roches. Les méthodes de datation ont d'abord été relatives (recoupements, discordances, fossiles) avant d'être "absolues" (radiométrie).

La datation relative

Comme l'indique le terme, ces méthodes permettent d'établir l'âge des couches ou des corps géologiques les uns par rapport aux autres. En d'autres termes, on établira lequel, entre deux corps géologiques, est le plus jeune ou le plus vieux, sans aucune connotation d'âge absolu qui serait exprimé en nombre d'années. Il y a deux grands groupes de méthodes de datation relative: les méthodes physiques et les méthodes paléontologiques.

Méthodes physiques de datation relative.

Simpliste, peut-être, mais il n'est pas toujours évident, dans des couches plissées à la verticale ou encore déversées, renversées et même couchées par les mouvements orogéniques (formation des chaînes de montagnes), quel est le sens de la superposition originelle et par conséquent quelles couches sont les plus vieilles et lesquelles sont les plus jeunes.

En 1830, Charles Lyell a proposé, dans son remarquable traité "Les principes de la Géologie", un second concept de datation relative des couches géologiques, la règle des recoupements: un corps rocheux qui en recoupe un autre est nécessairement plus jeune que celui qu'il recoupe.

Simpliste à nouveau, mais fondamental. Ces observations se font à toutes les échelles, au niveau d'un petit affleurement de quelques mètres carrés, jusqu'au niveau d'une région de plusieurs dizaines de kilomètres carrés.

C'est au début du 19e siècle qu'on a compris l'importance de reconnaître des structures bien particulières dans les successions de roches, les discordances, pour établir des datations relatives. On reconnaît deux principaux types de discordances: discordance d'érosion et discordance angulaire.

a) Discordance d'érosion: l'exemple ci-dessous illustre ce qu'on entend par ce type de discordance. 

Cette surface irrégulière entre roche ignée et roche sédimentaire, dans l'exemple ci-haut, est une discordance d'érosion. Dans les exemples précédents, le temps géologique est représenté par le temps de dépôt des couches ou par la mise en place d'intrusions qui représentent des événements courts en temps. Ici, la discordance d'érosion représente aussi du temps géologique, mais du temps où, non seulement il n'y a pas eu de dépôt, mais où il y a eu érosion, suppression de dépôt.

b) Discordance angulaire: l'exemple qui suit illustre en séquence comment se forme une telle discordance.

Comme dans le cas précédent, cette discordance représente du temps géologique, ici, tout le temps du plissement et de l'érosion.

Méthodes paléontologiques de datation relative.

Parallèlement au développement des méthodes physiques de datation relative par la superposition, les recoupements et les discordances, une méthode qui deviendra la plus utilisée, et qui demeure toujours la plus utilisée, a vu le jour au milieu du 18e siècle. C'est la méthode de datation par les fossiles.

C'est en creusant dans des couches horizontales à des fins de construction de canaux en Angleterre, qu'un ingénieur du nom de William Smith s'est rendu compte que d'un site à l'autre, il retrouvait toujours la même succession de roche. Il en était rendu au point que, s'il commençait à creuser dans un type donné de roche, il pouvait prédire quelle roche il retrouverait ensuite. Non seulement cela était vrai pour la composition de la roche, mais aussi pour les fossiles qu'il y trouvait. En effet, les couches dans lesquelles il creusait était très riches en fossiles. Smith voyait très bien que, pour une couche donnée, l'assemblage des fossiles qui s'y trouvaient différait des assemblages des couches sous- et sus-jacentes. De plus, l'ordre vertical dans lequel il retrouvait ces divers assemblages était le même d'un site à l'autre. Il venait de découvrir la loi des successions fauniques, ... mais sans trop le savoir.

En effet, ce n'est qu'un siècle plus tard que Charles Darwin publia sa théorie de l'évolution qui mettait en évidence que les assemblages fauniques avaient changé avec le temps et que chaque temps géologique était caractérisé par un assemblage faunique qui lui était propre. Par conséquent, à partir du moment où l'on sait que tel temps géologique se caractérise par tel assemblage faunique, on est en mesure de dire qu'une couche qui contient le dit assemblage date de ce temps.

Les fossiles constituent les objets servant aux datations. Sommairement définis, les fossiles sont les restes d'animaux, incluant leurs pistes, qu'on retrouve dans un sédiment ou une roche.

Les fossiles peuvent être très abondants dans certaines couches. Ils ont longtemps constitué la méthode par excellence de datation des couches géologiques et continuent à être l'outil privilégié. Depuis le temps qu'on les étudie, on a constitué des archives importantes, des sortes de catalogues qui répertorient les divers genres et espèces, avec les localités où ils ont été récoltés, ainsi que leurs âges respectifs selon l'échelle relative des temps géologiques. On s'est rendu compte, entre autre, que certains fossiles ont une durée de vie très longue, alors que d'autres n'ont été trouvés que dans des intervalles de temps très courts. Ces derniers sont utiles pour la datation puisqu'ils représentent un temps précis, alors que les fossiles à longue durée de vie sont peu utiles.

On utilise communément trois façons de dater les couches par les fossiles: par les fossiles pilotes, par assemblages fossilifères et par lignées évolutives.

a) La méthode des fossiles pilotes. Cette méthode utilise évidemment les fossiles à courte durée de vie qui indiquent des âges bien précis. Une couche contenant un de ces fossiles pourra donc être datée avec assez de précision. Cependant, on ne trouve pas toujours de tels fossiles.

b) La méthode des assemblages fossilifères. Cette méthode se fonde sur la somme des fossiles trouvés dans une couche donnée. On assume que tous les fossiles trouvés ensemble sur une couche sédimentaire représentent des organismes qui ont tous vécu au même temps. Les deux schémas qui suivent expliquent la méthode.

Prenons un assemblage de fossiles (A, B, C, D et E) qui se trouve dans une même couche. On consulte les catalogues pour connaître quelle a été la durée de vie de chacun des organismes qu'ils représentent.

 

Si on y apprend que A est connu du Silurien inférieur au Carbonifère inférieur, que B est connu du Dévonien inférieur au Carbonifère supérieur, que C a une durée de vie très longue qui va de l'anté-Ordovicien au post-Carbonifère, que D va de l'Ordovicien supérieur au Dévonien inférieur, et que E va du Silurien supérieur au Dévonien supérieur, le seul temps où ces formes ont pu se retrouver ensemble dans le même milieu correspond au temps où elles ont pu vivre toutes en même temps, soit le Dévonien inférieur. L'assemblage et la couche qui le contient datent donc du Dévonien inférieur. Aucun de ces fossiles pris individuellement n'aurait pu fournir un âge aussi précis.

c) La méthode des lignées évolutives. La recherche paléontologique sur l'évolution de divers groupes biologiques durant les temps géologiques a mis en évidence plusieurs lignées évolutives, souvent sur de courtes durées de temps. Pour illustrer l'utilité de ces lignées pour les datations relatives, prenons l'exemple d'une lignée évolutive des espèces d'un genre donné, soit les espèces A, B, C, D et E, avec un bon contrôle de la répartition temporelle de chacune des espèces.

 

 

 Puisqu'il s'agit d'une lignée évolutive, la durée de vie d'une espèce marque un temps bien précis. La présence d'une de ces espèces dans une couche, fixe donc une limite d'âge précise à cette couche; par exemple, si on trouvait l'espèce C, on saurait que la couche doit avoir un âge Dévonien moyen

Une échelle relative des temps géologiques.

C'est grâce aux méthodes de datation relative, que les géologues et surtout les paléontologues européens ont construit, au siècle passé, une échelle relative des temps géologiques.

Remarquez qu'il n'y a ici aucun temps exprimé en nombre d'années. En fait, on avait une très vague idée du temps réel impliqué. Les limites entre les principales unités ont été établies principalement sur des changements fauniques importants (flèches rouges). Ainsi, la limite entre le Paléozoïque (litt., la vie ancienne) et le Mésozoïque (litt., le milieu de la vie) correspond à la grande extinction de la fin du Permien où 95% des espèces sont disparues de la surface du Globe, alors que la limite entre le Mésozoïque et le Cénozoïque (litt., la vie récente) correspond à la disparition de plusieurs groupes dont les dinosaures. Le Protérozoïque (litt., antérieurement à la vie) a été ainsi nommé car on croyait à l'époque que la vie n'avait commencé qu'au Cambrien (aujourd'hui, on sait qu'elle est beaucoup plus ancienne).

 

 

Chaque période géologique porte un nom qui lui a été donné au 19e siècle par les géologues de l'Europe de l'Ouest ou de Grande Bretagne: le Cambrien (Cambria, le nom romain du Pays de Galles), l'Ordovicien et le Silurien (d'après le nom des tribus celtes, les Ordovices et les Silures, qui vivaient au pays de Galles durant la conquête romaine), le Dévonien (d'après le Devonshire County en Angleterre où ces roches furent étudiées pour la première fois), le Carbonifère (roches riches en charbon), le Permien ( d'après la province de Perm, en Russie, où ces roches furent étudiées pour la première fois), le Trias (roches qui se divisent en trois unités en Europe), le Jurassique (d'après le Jura en France et en Suisse où des roches de cet âge furent étudiées pour la première fois), le Crétacé (creta, mot latin pour craie; appliqué pour la première fois à des falaises blanches le long de la Manche).

Depuis la mise au point des méthodes de datations radiométriques, on a obtenu des âges "absolus" répartis tout au long de l'échelle relative des temps géologiques.

On a rapidement appris que les ères géologiques sont loin de représenter des durées de temps égales (partie gauche du schéma). Le Précambrien qui faisait figure de parent pauvre sur le tableau originel constitue, en temps, presque 90% de tout le temps géologique, alors que les trois autres ères ne comptent ensemble qu'à peine pour un peu plus de 10%. La raison de cette disproportion sur le tableau originel est simple: les ères Paléozoïque, Mésozoïque et Cénozoïque, qui ensemble forment le Phanérozoïque, sont fossilifères, avec des faunes diversifiées, alors que le Précambrien l'est si peu. Comme l'échelle a été construite à partir des fossiles, il n'est pas surprenant que les trois ères supérieures soient beaucoup mieux connues.

On nomme Hadéen cette période des tous débuts de la Terre que nous connaissons très mal puisque nous ne possédons aucun vestige rocheux.

Les archives de l’histoire géologique de notre planète sont les roches, et puisque la roche la plus vieille connue a été datée à 4,016 Ga, l’histoire géologique documentée dans les roches commence donc à 4,016 Ga, avec la période

archéenne ... jusqu'à ce qu'on trouve une roche terrestre plus vieille et qu'on repousse la limite inférieure de l'Archéen.

Le calendrier qui est présenté ci dessus est étoffé pour constituer ce que l’on appelle une échelle stratigraphique :

Dans ce tableau, le groupe de terrain de base porte le nom d’étage, un ensemble d’étage constitue un système et à un certain nombre de systèmes correspond une ère géologique.

Des séries sont souvent intercalées entre systèmes et étages ( Système Permien, série inférieur)

Les temps géologiques ont été subdivisés en deux éons :

- l'éon Cryptozoïque (du grec signifiant Vie cachée) qui est un synonyme du Précambrien,

- l'éon Phanérozoïque (du grec Evidence de vie).

L'éon phanérozoïque est lui même divisé en trois ères :

- l'ère Paléozoïque (du grec Vie ancienne) ou Primaire,

- l'ère Mésozoïque (du grec Vie moyenne) ou Secondaire,

- l'ère Cénozoïque (du grec Vie récente) qui regroupe le Tertiaire et le Quaternaire.

Ces ères ont elles-mêmes été divisées en systèmes, par exemple l'ère Secondaire comprend les systèmes Triasique (ou Trias), Jurassique et Crétacé.

Tous les noms correspondant à ces divisions doivent commencer par une majuscule, sauf s'ils sont utilisés comme adjectifs ( ex : le Tournaisien , les sables bruxelliens ).

Un certain nombre d'étages stratigraphiques ont été définis en Belgique, surtout dans le Paléozoïque. On peut citer le Gedinnien (de Gedinne), le Frasnien (de Frasnes les Couvin), le Famennien (de la Famenne), le Tournaisien, le Dinantien, le Viséen, le Namurien, l'Yprésien, ...

Une partie importante de ces étages est représentée dans notre pays, surtout dans le Cénozoïque. Les Paléozoïque et Mésozoïque comprennent quelques lacunes importantes.

 

 2. Les premiers noyaux continentaux

On considère que le système solaire s'est formé par la condensation d'un gigantesque nuage de gaz et de poussières et que les planètes, dont la Terre, se sont formées par accrétion de matières il y a 4,55 Ga. La différenciation chimique a amené vers le centre de la terre les éléments lourds, comme le fer et le nickel, et a concentré dans le manteau, puis finalement dans la croûte, des éléments de moins en moins lourds. Cet âge de 4,55 Ga pour la formation de la terre nous est donné par la datation des météorites et non par la datation de roche terrestres.

L'élément stable de la croûte terrestre, c'est la croûte continentale. En effet, on a vu dans la première section de ce cours, qu'à cause de la tectonique des plaques, la croûte océanique est perpétuellement recyclée. Si on fait exception des lambeaux de croûte océanique qui sont coincés dans les chaînes de montagnes anciennes, donc dans de la croûte continentale, les plus vieilles croûtes océaniques datent d'au plus 170 Ma. Ce sont donc les continents qui vont nous fournir les principales archives nécessaires pour faire l'histoire de la terre.

La question de départ se pose ainsi : quand et comment se sont formés les premiers noyaux de croûte continentale?

  

 

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Commentaires (1)

1. Pietrooo (site web) 17/03/2013

Well done webmaster , tenir bon travail , je reviendrai ici bientôt
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Date de dernière mise à jour : 26/06/2015