par Alain Préat

C'est à partir de 1963 (Vine et Matthews[1]), principalement grâce au paléomagnétisme que l'on comprît le mécanisme à l'origine de la tectonique des plaques pressenti un demi-siècle plus tôt en 1912 par Alfred Wegener à partir de la distribution des paléoflores et des paléofaunes et de la répartition des lithologies sur les différents continents actuels. Wegener en conclut que les continents actuels étaient pour la plupart rassemblés ou emboîtés et formaient à la fin du Permien[2] une seule terre ou un supercontinent qu'il appela la Pangée. Faute de mécanisme convaincant pour expliquer cette situation, peu de géologues adoptèrent la théorie de Wegener et les géologues restèrent fixistes (les continents n'ont jamais bougé) dans leur grande majorité. Il est à noter que la correspondance des formes de côtes entre l'Afrique et l'Amérique du Sud avait déjà été constatée par Francis Bacon en 1620 sans qu'il ne formulât d'hypothèse quant à cette observation [3].

Il fallut encore plus de temps aux géologues et géophysiciens pour s'apercevoir que ce supercontinent, la Pangée, n'était pas une exception dans l'histoire de la Terre, et que plusieurs pangées se sont succédées depuis un peu plus de 2,5 milliards d'années (Ga) suivant un cycle d'environ 300 à 500 millions d'années (Ma). Ce cycle nommé cycle de Wilson[4], ou encore cycle des supercontinents, est le plus long cycle à l'échelle géologique qui fédère un nombre impressionnant de processus opérant à différentes échelles spatio-temporelles : ouverture des rides médio-océaniques, localisation des bassins sédimentaires y compris ceux contenant du pétrole, distribution des minéralisations, variation du niveau marin, évolution des compositions isotopiques du strontium, du soufre…, répartition et diversification des organismes (trilobites, dinosaures, algues…) suivant que leurs populations seront isolées ou au contraire mélangées …

Voir également : La Tectonique des Plaques : une révolution dans les sciences de la Terre

Robert Paris, 2016

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Dans l’histoire des espèces vivantes, il y a eu des périodes d’explosion de la biodiversité (comme Burgess et Ediacara). Ainsi l’explosion de biodiversité, dite de Burgess, qui a produit tous les embranchements du vivant, qui s’est déroulée à l’époque appelée le Cambrien (entre 542 et 530 Millions d’années), a suivi la disparition des animaux de l’époque appelée Ediacara (entre 635 et 541 Millions d’années).

La vie a connu de grands sauts historiques comme le passage de la vie sans oxygène à la vie fondée sur l’oxygène, de la vie unicellulaire à la vie pluricellulaire, et les grandes explosions de diversité comme celles d’Ediacara et Burgess.

Egalement : De Burgess à Franceville (Gabon) , les plus anciennes traces de pluricellulaires

Egalement : le Gabon à aube de la Vie

The International Commission on Stratigraphy is the largest and oldest constituent scientific body in the International Union of Geological Sciences (IUGS). Its primary objective is to precisely define global units (systems, series, and stages) of the International Chronostratigraphic Chart that, in turn, are the basis for the units (periods, epochs, and age) of the International Geologic Time Scale; thus setting global standards for the fundamental scale for expressing the history of the Earth.

See also  Episode : Journal of International Geoscience

Prof. (émer.) Daniel Demaiffe, Université Libre de Bruxelles, 2011

Remarquable synthèse de la tectonique des plaques

One branch on the tree of life is heavier as a team of scientists has determined what a bizarre group of extinct cone-shaped animals actually are. Known as hyoliths, these marine creatures evolved over 530 million years ago and are among the first known to have external skeletons. Long believed to be molluscs, a new study shows a stronger relationship to brachiopods — a group with a rich fossil record though few species living today.

Source : Paleontologists classify mysterious ancient cone-shaped sea creatures

par Alain Préat

Contrairement à l’intuition, les séries sédimentaires n’ont enregistré que très peu de temps (quelques pourcents seulement) et sont avant tout lacunaires.  Le temps non enregistré est ‘matérialisé’ par des joints ‘secs’  (= arrêts de sédimentation séparant les couches géologiques), des joints d’épaisseur (pluri)millimétrique ou des lacunes d’érosion. Il a fallu près de deux siècles pour s’en rendre compte et l’échelle des temps géologiques s’est construite sur cette erreur de bonne foi. Depuis le milieu du 20ème siècle des commissions d’abord nationales, puis internationales ont été mises

sur pied et tentent de corriger les nombreuses incohérences en proposant de nouvelles coupes géologiques de référence, connues en tant que stratotypes ou limitotypes. L ‘échelle est actualisée tous les quatre ans  et publiée dans le site international de stratigraphy.org.

La conférence présentée  (dans diverses institutions universitaires et à l’Académie royale de Belgique) se veut un historique du problème et intègre les travaux les plus récents en ce domaine. Comme dans beaucoup d’autres disciplines (physique avec’ l’éther’, biologie avec ‘la génération spontanée’, chimie avec ‘le phlogistique’ …), la géologie s’est établie à partir de biais (‘les séries ont enregistré 100% du temps géologique’ )… qui mettent du temps pour être d’abord compris, puis résolus. Travail jamais fini…

En conclusion, vu l’absence d’enregistrement significatif du temps dans les séries géologiques, on peut considérer celles-ci comme des ‘gruyères temporels’ et la plupart du temps il ne se passe donc rien!

Egalement se reporter aux difficultés rencontrées pour déterminer l’âge de la Terre.

par Alain Préat

Depuis des siècles, les calcaires rouges d’Europe (traditionnellement appelés « marbres rouges ») ont fasciné les architectes et les sculpteurs qui les ont utilisés tant dans les monuments civils et religieux, que pour les œuvres d’art. Les marbres rouges sont relativement rares dans la nature et ont été recherchés et exploités depuis le Moyen Âge en Belgique, Espagne, France, Italie, Tchéquie, etc. Leurs âges sont divers, depuis le Cambrien jusqu’au Néogène [1]. Les marbres rouges dévoniens de France et de Belgique eurent une vogue extraordinaire aux XV^e et XIX^e siècles : plus de 400 carrières furent ouvertes de la Montagne Noire jusqu’aux bordures des Ardennes franco-belges qui produisirent différentes variétés, depuis les « Rouges Byzantins » jusqu’aux « Rouges Impériaux ». Ainsi furent édifiés le Palais de Louis XIV, le Trianon , le Château de Versailles ; on les retrouve même à l’Assemblée Nationale au Palais Bourbon à Paris.

Il semble ainsi approprié d’introduire cette discussion par une citation poétique, puisque cette teinte a inspiré tant de jolies choses [2] :

« Quand sur toi leur scie a grincé
les tailleurs de pierre ont blessé
quelque Vénus dormant encore,
et la pourpre qui te colore
te vient du sang qu’elle a versé »

Alfred de Musset, Poésies Nouvelles, 1850

(suite lien web)

par Alain Préat

Nous ne nous en rendons pas compte, mais chacune de nos inspirations nous apporte 21% d’oxygène, et cette concentration élevée n’est présente que sur notre planète (en l’état actuel des connaissances), et depuis peu de temps ! L’oxygène atmosphérique était en effet en quantité infinitésimale (entre un dix millième et un millième de pourcent de sa concentration actuelle) depuis la formation de la Terre il y a 4,56 Ga [1] jusqu’au Grand Evénement d’Oxygénation (GEO, encore appelé ‘la grande oxydation’ ou la ‘catastrophe de l’oxygène’) qui affecta la Terre entre 2,5 et 2,3 Ga. Durant cet événement, la concentration atmosphérique en oxygène n’était que de 1 à 10 % de sa valeur actuelle. C’était encore très peu, et il fallut attendre le début du Cambrien, il y a 541 Ma, pour atteindre la teneur actuelle. Cette dernière fluctua et devînt même plus élevée jusqu’à 27 % au cours de l’Eocène (il y a environ 50 Ma) et jusqu’à 35 % pendant quelques dizaines de millions d’années au cours du Carbonifère et du Permien (il y a environ 300 Ma) avec le développement d’insectes géants, telles des libellules [2] de 75 cm d’envergure …

La concentration atmosphérique de l’oxygène fut donc faible ou très faible pendant le Précambrien, soit pendant près de 90 % de l’histoire de la Terre. Quels sont les mécanismes qui régissent cet oxygène nécessaire aujourd’hui à presque tout ce qui vit ? Quelles sont les conséquences géologiques et biologiques de ces faibles concentrations et des variations de l’oxygène au cours des temps géologiques ?

L’eau, sans laquelle la vie est impossible, fut très rapidement présente sur notre planète, 160 Ma seulement après sa formation, l’atmosphère resta fort longtemps (2 à 3 milliards d’années) riche en gaz à effet de serre, avec 10 à 1000 fois plus de dioxyde de carbone, de méthane, d’éthane, d’hydrogène, d’oxyde nitreux, de dioxyde de soufre, de sulfure d’hydrogène qu’actuellement …. l’ensemble de ces molécules étant lié pour l’essentiel au dégazage du manteau terrestre (volcanisme et métamorphisme). Les océans précambriens, également riches en ces gaz ne contenaient pas ou très peu d’oxygène pendant cette longue période. Malgré ces conditions qui nous semblent sévères pour une activité biologique, cette dernière était florissante et liée aux bactéries méthanogènes, sulfato-réductrices, … constituant des écosystèmes notamment basés sur le cycle du soufre, tels ceux rencontrés aujourd’hui dans les ’fumeurs noirs’ [3] au niveau des sources hydrothermales profondes en l’absence ou quasi-absence de lumière et d’oxygène. Des bactéries pouvaient en effet se développer dans de telles conditions puisque deux des principales conditions étaient réunies très tôt sur la Terre, à savoir présence d’eau et de roches, l’altération de ces dernières enrichissant les océans en différents éléments chimiques. Ainsi les premières bactéries à se développer sont-elles chimiosynthétiques ou chimiotrophes [4] utilisant des matières minérales (dont le dioxyde de carbone) sans aide de la lumière dans des liquides et des gaz sans oxygène. Ensuite des bactéries (= phototrophes anoxygéniques [5] utilisèrent la lumière et oxydèrent les ions sulfures en ions sulfates, qui furent repris par les bactéries sulfato-réductrices ce qui permit l’oxydation ou la dégradation de la matière organique produite par les phototrophes anoxygéniques, avec l’aide éventuelle de la fermentation bactérienne et des bactéries méthanogènes. Sans oxygène dans l’atmosphère, ni dans les océans, le fer en provenance du manteau (volcanisme) était dissout dans l’eau marine et se présentait sous sa forme réduite c.à.d. sous forme de fer ferreux [6]. A environ 2,5 Ga (période du GEO) tout ce fer fut massivement oxydé formant les fameux ‘BIF’ (Banded Iron Formation [7]) actuellement exploités à l’échelle mondiale, notamment par Arcelor Mittal. Que s’est-il donc passé il y 2,5 Ga ? car cette oxydation nécessitait la présence d’oxygène…

Ce changement majeur, cette révolution même, fut liée à l’apparition des cyanobactéries, qui munies de chlorophylle produisirent l’oxygène enrichissant progressivement les océans, puis l’atmosphère en ce gaz. Une autre source d’oxygène, sporadiquement plus importante, était liée à l’activité des bactéries sulfato-réductrices anaérobiques qui abondent aujourd’hui dans la Mer Noire, dans de nombreux fjords norvégiens…. également dans nos intestins… Elles produisirent dans les sédiments précambriens des sulfures qui réagirent avec le fer ferreux (Fe²⁺) pour former la pyrite (FeS₂), cette réaction libéra également de l’oxygène et de l’eau [8]. L’accumulation d’oxygène, surtout par les cyanobactéries, il y a 2,5 Ga ne fut cependant pas soudaine, les premières cyanobactéries apparaissant bien avant 2,5 Ga sans que l’on puisse aujourd’hui préciser quand. Elles produisirent de l’oxygène qui fut rapidement neutralisé par des gaz réducteurs (principalement l’hydrogène) issus d’une tectonique des plaques très intense recyclant la partie supérieure du manteau jusqu’à 2,5 Ga. Avec le ralentissement progressif (sur quelques centaines de millions d’années) de cette tectonique, les gaz réducteurs n’étaient plus en mesure de neutraliser l’oxygène qui s’accumula et la plupart des bactéries anaérobiques furent décimées ou se refugièrent dans des microenvironnements qui les protégeaient de ce nouveau produit toxique…

Une autre conséquence de cette apparition de l’oxygène est par exemple la disparition de l’uraninite (UO₂), minéral qui ne peut se former en présence d’oxygène (car l’uranium forme alors un ion uranyle UO₂²⁺ soluble dans l’eau). L’or des gisements d’Afrique du Sud a été arraché à des filons de quartz, ensuite transporté et déposé dans des méandres de rivières fonctionnant de 3,1 à 2,8 Ga (Archéen), cet or est associé à de petits galets ou grains de sables roulés d’uraninite également transportés et nécessairement formés en milieu réduit (sans oxygène). Ces grains sont également connus jusqu’à environ 2,5 Ga en Australie, au Canada, en Inde, après cette date l’uraninite détritique ne s’est plus formée, l’ion uranyl captant l’uranium en conditions oxydantes.

Ainsi le couplage tectonique des plaques et activité microbienne est à même d’expliquer les variations d’oxygène de notre atmosphère depuis plusieurs milliards d’années. Que ce système fonctionne depuis si longtemps est un véritable ‘challenge’ au vu de la production de l’oxygène à court terme : si les 3,7 x 10¹⁹ moles d’oxygène de notre atmosphère actuelle étaient liquéfiées, elles formeraient un liquide de 6 cm d’épaisseur recouvrant l’entièreté de la planète. Les images satellitaires et mesures de la bioproductivité végétale (phytoplanctonique, algaire, bactérienne… et celle des végétaux supérieurs) montrent que la production primaire nette de carbone est de 8,8 x 10¹⁵ moles par année. Si l’on compare cette valeur à la la quantité actuelle d’oxygène dans l’atmosphère le calcul montre que l’oxygène est produit en 4200 années [9] et qu’en regard des temps géologiques, cette concentration est certainement instable. A chacune de ses inspirations l’Homo sapiens d’il y a plus de 100 000 ans ne respirait sans doute pas exactement 21% d’oxygène…

¹ La formation de la Terre date de 4,568 Ga ± 0,003 Ga (Ga = milliard d’années), les premiers organismes « développés » (métazoaires) apparaissent au Cambrien il y a 0,541 Ga ± 1 Ma (Ma = million d’années), les premières bactéries à l’Archéen il y a 3,8 Ga. Le Précambrien est divisé en Hadéen, Archéen et Protérozoïque (divisé en Paléo-, Méso- et Néoproterozoïque).

² Il s’agit de l’espèce Meganeura monyi, appartenant à une lignée éteinte (famille Meganeuridae), apparentée aux libellules et demoiselles actuelles (ordre Odonata). Cette espèce fut découverte à la fin du XIXe siècle à Commentry, dans l’Allier en France. Cette hypothèse de gigantisme lié à un taux d’oxygène exceptionellement élevé est sujette à controverse…

³ Les fumeurs noirs ou cheminées, et sources hydrothermales sont des évents hydrothermaux situés à proximité des dorsales océaniques. Ils sont liés à l’activité des plaques tectoniques et évacuent une partie de la chaleur interne de la Terre. Ils sont le siège d’une vie sous-marine luxuriante.

⁴ La chimiotrophie est un des types trophiques caractérisant le mode de nutrition des organismes basé sur une source d’énergie chimique (organique ou inorganique).

⁵ Il s’agit de bactéries utilisant la lumière comme source d’énergie dans un milieu sans oxygène.

⁶ En solution aqueuse, l’élément chimique fer est présent sous forme ionique avec deux valences principales,  Fe²⁺ ou ‘fer ferreux’ et Fe³⁺ ou ‘fer ferrique’ (ce dernier est par exemple à l’origine de la teinte de nombreux ‘marbres rouges’, http://www.pseudo-sciences.org/spip.php?article2481).

⁷ ou gisements de fer rubané formant des minerais très riches en fer constitués de l’alternance centimétrique de lits ou lamines quartzitiques et de lits ou lamines riches en oxydes ferriques (principalement la magnétite Fe₃O₄ et l’hématite Fe₂O₃). Ils représentent 90% du minerai de fer exploité dans le monde (ils sont très abondants entre 2,5 et 2,0 Ga, ils apparaissant vers 3,7 Ga et disparaissent vers 0,7 Ga).

⁸  Suivant la réaction 4SO₄^2- + 2Fe²⁺ 4H+ = 2FeS₂ (pyrite) + 2H₂O + 7O₂ (combinaison de deux réactions). Lorsque la pyrite est rapidement enfouie (cf. conditions géologiques), l’oxygène est libéré.

⁹ Canfield, 2014 Oxygen, A Four Billion Year History, Princeton University Press, Oxford.