Echelle des temps géologiques
Échelle des temps géologiques
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Une échelle des temps géologiques est un système de classement chronologique utilisé, notamment en géologie, pour dater les événements survenus durant l’histoire de la Terre. Si son origine date du xviiie siècle, elle prend une forme de datation précise en 19131, lorsque Arthur Holmes, reconnu aujourd’hui comme le père de l’échelle des temps géologiques, publie la première2. Les techniques de datation, la science de la chronostratigraphie ne cessent de s’enrichir ; les échelles doivent ainsi être périodiquement mises à jour, les âges devenant plus précis.
Tous les quatre ans, l’Union internationale des sciences géologiques (UISG) organise le Congrès géologique international dont la 35e édition s’est déroulée dans la ville du Cap, en Afrique du Sud, du au 3. À l’occasion de la tenue de ces congrès, la Commission internationale de stratigraphie, qui dépend de l’UISG, statue officiellement sur la dénomination et le calibrage des différentes divisions et subdivisions des temps géologiques. Ces congrès sont également parrainés par d’autres organismes nationaux, comme la Commission de la carte géologique du monde (CCGM), établie à Paris. Les dernières échelles publiées intègrent notamment les magnétochrones (inversions du champ magnétique terrestre) et comportent cinq à six niveaux et sous-niveaux normalisés. D’anciennes nomenclatures, notamment celles des ères Primaire, Secondaire, et Tertiaire, ont ainsi été abandonnées au profit de subdivisions plus précises et rigoureuses.
L’échelle des temps géologiques débute généralement avec l’âge estimé de la Terre, soit environ 4,6 milliards d’années.
Histoire
Au cours des xvie et xviie siècles, les mineurs commencent à exprimer le besoin de comprendre les relations entre les différentes unités lithologiques. En 1669, le géologue danois Niels Stensen énonce le principe de superposition, selon lequel une couche sédimentaire est toujours plus récente que les couches sous-jacentes (sauf remaniement ultérieur). Ce nouveau principe permet aux travailleurs de commencer à reconnaître les différentes successions de roches, mais la description des roches, basée à l’époque sur des critères d’observation tels que la couleur, la texture ou l’odeur, ne permet pas de faire des comparaisons entre les séquences de différentes zones géographiques. La découverte de fossiles un peu partout sur la planète permet de faire un travail de corrélation entre des zones géographiques distinctes. En 1795, James Hutton énonce le principe d’uniformitarisme (aussi appelé principe d’actualisme), qui suppose que les processus géologiques sont uniformes dans le temps en termes de fréquence et de magnitude.
Le géologue britannique William Smith publie en 1815 une carte géologique détaillée de l’Angleterre, du Pays de Galles et d’une partie de l’Écosse, lui permettant de découvrir les fossiles stratigraphiques, régissant l’approche biostratigraphique. Ce nouveau principe, nommé principe de succession faunistique, indique que les fossiles découverts dans une séquence stratigraphique le sont de manière ordonnée, ce qui permet de mettre en place une échelle de temps relative4.
Nomenclature
Terminologie
L’échelle des temps géologiques est subdivisée en plusieurs unités : les unités chronostratigraphiques, géochronologiques et magnétostratigraphiques. Les unités chronostratigraphiques sont définies à partir des méthodes lithostratigraphiques et biostratigraphiques et organisent les couches sédimentaires de la croûte terrestre en une échelle temporelle relative. Les unités géochronologiques correspondent à des intervalles de temps, dont les âges sont obtenus par les méthodes de datation absolue. Ces deux catégories d’unités utilisent différents termes qui sont équivalents et suivent une hiérarchie précise5 :
| Unités chronostratigraphiques | Unités géochronologiques |
|---|---|
| éonothèmes | éons |
| érathèmes | ères |
| systèmes | périodes |
| séries | époques |
| étages | âges |
| sous-étages | sous-âges |
Définitions et limites
Éons
L’éon est l’intervalle de temps géochronologique correspondant à la plus grande subdivision chronostratigraphique de l’échelle des temps géologiques, l’éonothème. Le terme éon est également utilisé dans le cadre de la planétologie pour permettre de décrire l’histoire des planètes.
L’histoire de la Terre est découpée en quatre éons. Les trois premiers, qui couvrent les 4 premiers milliards d’années de l’histoire de la Terre sont parfois regroupés au sein d’un superéon nommé le Précambrien. Pour un même intervalle de temps géologique, les éons et les éonothèmes portent des noms identiques.
Les quatre éons terrestres sont les suivants, du plus ancien au plus récent :
- Hadéen (de −4,6 à −4 milliards d’années),
- Archéen (de −4 à −2,5 milliards d’années),
- Protérozoïque (de −2,5 à −0,541 milliards d’années),
- Phanérozoïque (depuis l’explosion biologique cambrienne il y a 541 millions d’années, jusqu’à nos jours).
Ères
Les différentes subdivisions de l’échelle des temps géologiques correspondent à des conditions paléo-environnementales, paléontologiques ou sédimentologiques similaires et homogènes dans chacune. Les ères sont définies selon des arguments paléontologiques et géodynamiques, bien que les premiers l’emportent sur les seconds dans la limitation des ères du fait de leur antériorité par rapport aux études géodynamiques.
La base du Paléozoïque, première ère du Phanérozoïque, se caractérise par les grandes biodiversifications cambrienne et ordovicienne et par l’apparition et la prolifération des fossiles à carapaces et coquilles ; cette ère est marquée par la présence du taxon des trilobites et est marquée par deux cycles orogéniques : le calédonien et l’hercynien. La limite Paléozoïque / Mésozoïque est caractérisée par la crise biologique du Permien-Trias (la plus sévère des cinq grandes extinctions, qui voit la disparition de taxons caractéristiques de l’ère Paléozoïque comme les trilobites et les fusulines), par la fragmentation du supercontinent de la Pangée et une discordance stratigraphique dans plusieurs régions du monde (Amériques, Sibérie…) : elle marque la fin du cycle hercynien et le début du cycle alpin.
L’ère Mésozoïque est définie par la présence des grands dinosaures non-aviens, des ammonites et des nummulites. Les mammifères, apparus simultanément avec les dinosaures, sont alors de taille modeste (les plus grands ont la taille d’un blaireau) mais sont numériquement fort nombreux et plus divers qu’aujourd’hui du point de vue de la classification. L’ère est marquée par une série d’orogenèses à l’origine de la ceinture alpine6,7 et s’achève par une phase d’extinction massive qui voit disparaître des taxons comme les ammonites, les dinosaures non-aviens ou les ptérosaures : c’est la crise Crétacé-Paléogène, abrégée en K/P, dont l’issue inaugure le Cénozoïque.
L’aube de l’ère Cénozoïque voit d’abord de grands oiseaux non-volants prendre les niches écologiques terrestres libérées, mais ensuite et rapidement, en mer comme sur terre et dans les airs, les mammifères se diversifient et certains acquièrent à leur tour des dimensions imposantes. L’ère est marquée en son milieu par la grande coupure Éocène-Oligocène (en lien avec une chute de météorite dans l’actuelle baie de Chesapeake et une autre en Sibérie centrale8), et à sa fin (les deux à trois derniers millions d’années avant le présent) par un cycle de glaciations entrecoupées de périodes inter-glaciaires (nous sommes dans l’une de celles-ci).
Périodes
Les géologues et paléontologues utilisent de plus en plus le terme de « système » plutôt que celui de « période » car ils se réfèrent à des formations géologiques et des ensembles de fossiles, plutôt qu’à une séquence de temps. Les phylogénéticiens et les paléontologues font généralement référence à des stades de développement de la vie et la nomenclature est assez complexe. Ils n’utilisent plus les termes anciens de « Précambrien » pour les périodes antérieures à ~ 541 Ma avant le présent, de « Primaire » pour le Paléozoïque, de « Secondaire » pour le Mésozoïque, ni de « Tertiaire » pour le Cénozoïque, et le « Quaternaire » ne désigne plus une période mais la dernière subdivision du Cénozoïque. Ces anciennes dénominations ont cependant tant circulé dans les sources, qu’elles réapparaissent encore fréquemment dans les publications et les documentaires, même récents.
Étages
En géologie et paléontologie, l’étage est l’unité de temps de base dans l’échelle des temps géologiques : sa durée est en général de l’ordre de quelques millions d’années. Il est la subdivision d’une série géologique basée sur la chronostratigraphie, c’est-à-dire sur l’âge déterminé par les méthodes de la biostratigraphie et de la lithostratigraphie.
Au xixe siècle les géologues et plus spécialement les stratigraphes ont regroupé, sur un même affleurement, des ensembles de couches sédimentaires partageant des caractéristiques paléontologiques communes. Ces affleurements-type, naturels ou artificiels (carrières), appelés stratotypes, sont devenus des sites de référence pour définir ces intervalles de temps spécifiques que sont les étages, dont les noms proviennent généralement des sites où ces formations ont été décrites pour la première fois, auquel on ajoute le suffixe -ien (exemples : Hettangien, Oxfordien, Bajocien). S’il est utilisé comme nom propre, le nom d’un stratotype commence par une majuscule, mais employé en tant qu’adjectif, il commence par une minuscule (exemples : « niveau hettangien » ou « fossile oxfordien »). Ces noms peuvent parfois varier d’un pays à l’autre ou d’une langue à l’autre, en fonction de l’histoire de la géologie dans chaque pays ou continent.
Mais ces premières descriptions, limitées à l’échelle de bassins sédimentaires ou de pays, ont abouti à une multiplication du nombre d’étages. Il s’est vite avéré que plusieurs d’entre eux pouvaient recouvrir tout ou partie d’un même intervalle de temps. Au cours du xxe siècle, la tendance dominante a donc été de simplifier l’échelle stratigraphique des étages (mis en synonymie, avec des suppressions ou même des créations sur de nouveaux stratotypes plus représentatifs de l’intervalle de temps considéré).
À partir des années 1980, la Commission internationale de stratigraphie (ICS) et l’Union internationale des sciences géologiques (UISG) se sont appliquées à définir une échelle stratigraphique universelle des étages géologiques. Dans ce but des points stratotypiques mondiaux (PSM) (en anglais : Global Boundary Stratotype Section and Point, GSSP) ont été définis sur les stratotypes. Ils déterminent les limites existantes entre deux étages géologiques sans laisser la possibilité de lacune ou de chevauchement entre eux. La définition des points stratotypiques mondiaux est toujours en cours mais la majorité des étages sont déjà encadrés par ces PSM9.
Étymologies
L’étymologie des éons, ères et périodes géologiques est celle des noms donnés aux subdivisions de l’échelle des temps géologiques basés sur la géochronologie. Ces noms proviennent soit des lieux où leurs roches ont été étudiées pour la première fois, soit d’une signification gréco-latine. Le nom d’une subdivision est souvent lié à un stratotype, affleurement-type (étalon) qui permet de définir une subdivision de l’échelle des temps géologiques, dans un travail coordonné par la Commission internationale de stratigraphie et l’Union internationale des sciences géologiques. Le mot stratotypeassocie la racine latine stratum (couche, couverture) et la racine grecque typos (empreinte, marque) qui en latin a donné tipus (modèle, symbole).
Du passé vers le présent, voici l’étymologie des dénominations géologiques des subdivisions stratigraphiques de l’échelle des temps géologiques, que sont les éons (ou « éonothèmes »), ères (ou « érathèmes »), périodes, époques et étages (ou « âges »)10 :
ÉON HADÉEN – de l’Hadès (enfer) en grec : période de la formation de la Terre, ainsi nommée en raison des conditions extrêmement variables qui y régnèrent, dépassant largement la fourchette de températures compatible avec la « chimie de la vie », sans compter des chocs majeurs comme celui entre Gaïa et Théia, à l’origine de la Lune.
ÉON ARCHÉEN – très ancien en grec :
- Éoarchéen – aube du très-ancien en grec.
- Paléoarchéen – ancien très-ancien en grec.
- Mésoarchéen – moyen très-ancien en grec.
- Néoarchéen – nouveau très-ancien en grec.
ÉON PROTÉROZOÏQUE – vie première en grec :
- Paléoprotérozoïque – ancienne vie première en grec.
- Sidérien – ferreux (épais dépôts de fer rubané).
- Rhyacien – torrent de lave en grec (le nom parle de lui-même).
- Orosirien – chaîne de montagnes en grec (surrection de chaînes).
- Stathérien – stabilisé en grec (il s’agit des socles continentaux).
- Mésoprotérozoïque – moyenne vie première en grec.
- Calymmien – couvert en grec (sédimentation par-dessus les socles).
- Ectasien – étendu en grec (extension des sédiments).
- Sténien – étroit en grec (étroites ceintures métamorphiques).
- Néoprotérozoïque – nouvelle vie première en grec
- Tonien – étiré en grec (fragmentation du continent Rodinien).
- Cryogénien – engendrant du froid en grec (« terre boule de neige »)N 1
- Édiacarien – d’Ediacara (site australien)N 2.
ÉON PHANÉROZOÏQUE – vie visible en grec (fossiles visibles à l’œil nu) :
- ÈRE PALÉOZOÏQUE – vie ancienne en grec (jadis appelé Primaire : on pensait initialement que l’histoire de la Terre commençait par cette ère, il y a ~ 541 Ma)
- Cambrien – de Cambrie (ancien nom du Pays de Galles).
- Ordovicien – des Ordovices (ancienne tribu galloise).
- Silurien – des Silures (ancienne tribu galloise).
- Dévonien – du Devon (comté anglais des Cornouailles).
- Carbonifère – porteur de charbon (présence de nombreux dépôts de charbon).
- Permien – de Perm (ville russe).
- ÈRE MÉSOZOÏQUE – vie moyenne en grec (jadis appelé Secondaire)
- Trias – triple (en référence à ses 3 époques).
- Jurassique – du Jura (Jura souabe).
- Crétacé – crayeux (aux épais dépôts de craie ).
- ÈRE CÉNOZOÏQUE – vie récente en grec (regroupe les anciennes ères « Tertiaire » et « Quaternaire »)
- Paléogène – anciennement engendrée en grec.
- Néogène – nouvellement engendrée en grec.
- Quaternaire – le statut du Quaternaire a changé en 200912; considéré auparavant comme une ère, il a été rétrogradé à celui de période. Malgré son étymologie qui le rattache aux anciennes appellations des ères du Phanérozoïque, le terme a été conservé, pour des raisons de notoriété12.
- Pléistocène – en grande partie récente en grec.
- Holocène – entièrement récente en grec.
