Cambrien

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Cambrien

Notation chronostratigraphique
Notation française k
Niveau Période / Système
Érathème / Ère
- Éonothème / Éon
Paléozoïque
Phanérozoïque

Stratigraphie

Début Fin
Point stratotypique mondial 541,0 ± 1,0 Ma Point stratotypique mondial 485,4 ± 1,9 Ma
(Extinction du Cambrien)

Subdivisions

Furongien · Série 3 · Série 2 · Terreneuvien

ancienne subdivision
C. supérieur (Revinien, Postdamien) · C. moyen (Acadien, Devillien) · C. inférieur (Géorgien)

Paléogéographie et climat

alt=Description de cette image, également commentée ci-après

Reconstitution de la géographie terrestre de la fin du Cambrien (500 Ma)

Taux de O2 atmosphérique env. 12,5 %vol[1]
(63 % de l'actuel)
Taux de CO2 atmosphérique env. 4 500 ppm[2]
(16 fois le niveau d'avant la révolution industrielle)
Température moyenne 21 °C[3]
(+°C par rapport à l'actuel)
Niveau moyen des mers +30-90 m (par rapport à l'actuel)[4]

Faune et flore

alt=Description de cette image, également commentée ci-après

Pikaia, peut-être un des premiers chordés

Évolution

Affleurements notables Drapeau du Canada Burgess

Le Cambrien, qui s'étend de -541 ± 1,0 à -485,4 ± 1,9 millions d'années, est la première des six périodes du Paléozoïque.

Origine de la dénomination[modifier | modifier le code]

Le nom Cambrien a été introduit en géologie par Adam Sedgwick en 1835. Ce nom dérivé de Cambria, le nom latin du Pays de Galles, où les terrains de cette période affleurent particulièrement bien.

En 1831, Adam Sedgwick et son collaborateur, Roderick Murchison, commencèrent leurs travaux sur la stratigraphie du Pays de Galles nordique. Adam Sedgwick commença ses recherches par le bas de la section et Roderick Murchison le haut. Adam Sedgwick appela la couche de roche inférieure le Cambrien, et Roderick Murchison le Silurien les formations supérieures généralement plus fossilifères. Par la suite, leurs sections se rejoignirent, et chacun proclamait les roches intermédiaires pour leur système, jusqu'à en devenir une polémique répandue. Ce n’est que quarante ans plus tard que, Charles Lapworth nomma Ordovicien les couches intermédiaires.

Biostratigraphie[modifier | modifier le code]

Le Cambrien est le seul système n'ayant pas encore de biostratigraphie complètement établie à l'échelle mondiale à cause du fort endémisme de la faune. Par vote en décembre 2004 de l'ISCS (International Sub-commission on Cambrian Stratigraphy), le Cambrien a été divisé en quatre séries et dix étages en vue de remplacer les termes anciens de Cambrien inférieur, moyen et supérieur. Les divisions sont en cours de définition, aussi certaines séries et étages ont provisoirement un numéro.

Les limites actuellement définies ou pressenties, sont présentées ci-après[5],[6] :

Système Série Étage Âge (Ma)
Cambrien Furongien Étage 10 ~489,5 - 485,4
Jiangshanien ~494 - ~489,5
Paibien ~497 - ~494
Série 3 Guzhangien ~500,5 - ~497
Drumien ~504,5 - ~500,5
Étage 5 ~509 - ~504,5
Série 2 Étage 4 ~514 - ~509
Étage 3 ~521 - ~514
Terreneuvien Étage 2 ~529 - ~521
Fortunien 541,0 - ~529

Les séries 1 (Terreneuvien) et 2 correspondent approximativement aux anciennes notions de Cambrien inférieur et de Géorgien. La base du Cambrien (541 Ma), qui est aussi celle de la série Terreneuvien et de l'étage Fortunien (étage 1), est marquée par la première apparition (FAD, First appareance datum) de la trace fossile Treptichnus pedum. Comme le nom le laisse entendre, le point stratotypique mondial (PSM) (Global Boundary Stratotype Section and Point, GSSP) est pris à Terre-Neuve au Canada, dans la coupe de Fortune Head[7]. L'étage 2 est marqué par l'apparition des archéocyathes et des Small shelly fossils. Le Terreneuvien représente plus du tiers du Cambrien en âge. La base de la série 2 (521 Ma), et de l'étage 3, est marquée par l'apparition des trilobites, probablement la famille Fallotaspididae. L'étage 4 est marqué par l'apparition du trilobite Olenellus au Laurentia ou des Redlichiidae au Gondwana.

La série 3 correspond approximativement aux anciennes notions de Cambrien moyen et d'Acadien. Selon toute vraisemblance, l'étage 5 sera basé sur la FAD du trilobite Oryctocephalus indicus, avec un âge d'environ 509 Ma. Deux sections sont candidates pour le PSM de cet étage : la coupe de Wuliu-Zengjiayan, de la formation de Kaili, dans la province de Guizhou en Chine[8] et la coupe Emigrant à Split Mountain au Nevada[9]. Le Drumien (étage 6), dénommé ainsi en référence aux Drum Mountains dans l'Utah, est basé sur la FAD du trilobite Ptychagnostus (Acidusus) atavus[10] et débute à 504,5 Ma environ. La base du Guzhangien (étage 7), dont l'âge est estimé à 500,5 Ma, est définie par la première apparition du trilobite Lejopyge laevigata. Le point stratotypique mondial du Guzhangien est situé près de Luoyixi, dans le nord-ouest du Hunan en Chine[11].

La série 4, maintenant appelée Furongien, correspond approximativement aux anciennes notions de Cambrien supérieur et de Potsdamien. Sa base, ainsi que celle de l'étage Paibien (étage 8) est fixée par la FAD du trilobite cosmopolite Glyptagnostus reticulatus[12]. Le Furongien débute à 497 Ma. Le Jiangshanien (étage 9) est basé sur l'apparition du trilobite Agnostotes orientalis et son PSM est situé dans la coupe Dubian B, à 10 km au nord de la ville de Jiangshan, en Chine[13]. Le nom proposé pour l'étage 10 est le Lawsonien. La base de cet étage n'est pas définie : l'apparition du trilobite Lotagnostus americanus, initialement proposée par l'ICS pour la définition de la base, est problématique. L'apparition du conodonte Eoconodontus notchpeakensis pour définir la base de cet étage a été proposé en 2011[14],[15].

La base de l'Ordovicien, et donc la limite supérieure du Cambrien, est marquée par la FAD du conodonte Iapetognathus fluctivagus. Le point stratotypique mondial est également localisé à Terre-Neuve, au Canada, dans une falaise de Green Point[16].

Le Cambrien dans le Monde[modifier | modifier le code]

Les terrains cambriens affleurent particulièrement bien de par le monde, et sont présents sur tous les continents. En Amérique du Nord, on rencontre le cambrien au Canada, Groenland, États-Unis et Mexique. En Amérique du Sud, on le trouve en Argentine et en Uruguay. En Afrique, il est particulièrement bien représenté au Maroc, en Algérie, et vraisemblablement en Libye et en Égypte par forage. On le signale aussi en Guinée. En Europe, il se rencontre au Portugal, Espagne, France, Royaume-Uni, Irlande, Belgique, Norvège, Suède, Danemark (blocs glaciaires erratiques), Estonie, Allemagne, Italie, Pologne et en Tchéquie. En Asie, on le rencontre en Jordanie, Arabie saoudite, Oman, Turquie, Iran, Afghanistan, Kazakhstan (et vraisemblablement les autres états plus à l'est…), Russie (Sibérie), Mongolie, Chine, Corée, Inde, Vietnam, Malaisie. On le rencontre aussi en Australie, Nouvelle-Zélande et sur le continent Antarctique.

Le Cambrien en France[modifier | modifier le code]

Le Cambrien est bien représenté en France, dans la montagne Noire, les Pyrénées, mais aussi en Normandie (Carteret, vallée de l'Orne), les Cévennes, dans de petits affleurements dans les pays de la Loire (Sillé-le-Guillaume, Puihardy, Sigournais, Cléré-sur-Layon), et enfin dans les Ardennes. La découverte de fossiles cambriens en France date de 1888, quand Jules Bergeron trouva des débris de trilobites en montagne Noire[17]. Cette découverte eut un grand retentissement dans le milieu géologique français, car les faunes cambriennes (la « faune primordiale » comme l'appelait Barrande[18]), avaient alors été découvertes un peu partout en Europe, sauf en France. Comme il a été évoqué précédemment, il n'y a pas de biostratigraphie établie de façon mondiale, aussi existe-t-il de nombreuses échelles locales, en attendant que toutes soient corrélées. Une biostratigraphie existe pour le sud de l'Europe (France, Espagne, Italie), qui s'applique aussi partiellement en Allemagne, en République tchèque, au Maroc et en Turquie.

  • Cambrien inférieur : il contient les étages Cordubien, Ovétien, Marianien et Bilbillien, tous définis en Espagne.
  • Cambrien moyen : il contient les étages Léonien, Caesaraugustien et Languedocien.

Chacun de ces étages contient de nombreuses biozones, basées sur les archéocyathes puis sur les trilobites.

Les terrains cambriens de France appartiennent à plusieurs domaines ayant chacun une histoire paléogéographique distincte. La montagne Noire et les Pyrénées sont des restes appartenant à la marge continentale du Gondwana, alors que les affleurements plus au nord appartiennent à un ensemble de micro-continents coincés lors de l'orogenèse hercynienne.

Stratigraphie du Cambrien français[modifier | modifier le code]

Dans les Pyrénées, les terrains cambriens forment une épaisse série de plusieurs kilomètres, constituant la majeure partie de la chaîne. La stratigraphie n'est pas définitive et vient d'ailleurs de faire l'objet d'une révision[réf. nécessaire]. La partie supérieure du Groupe de Canaveilles (Formation de Cabrils) constitue la base du Cambrien. Le Groupe de Jujols (Formations d'Evol et de Jujols) constitue ensuite le Cambrien et probablement l'Ordovicien inférieur. L'ensemble est une puissante série détritique schisto-gréseuse, avec des intercalations de carbonates.

Dans la montagne Noire, la stratigraphie est particulièrement représentative[19] :

  • La Formation de Marcory, dont la base est Protérozoïque terminale et le sommet Cambrien inférieur, est constituée par une épaisse série de schistes et grès verts-bruns sombres pour une épaisseur voisine de 1 000 m. Des intercalations calcaires sont connues, notamment dans le Minervois. Elles correspondent à un régime deltaïque.
  • La Formation de Pardailhan est un régime d'alternances entre des bancs gréseux, et des barres de calcaires, ces dernières devenant de plus en plus dominantes. Son épaisseur est très variable, pouvant aller jusqu'à 250 m.
  • La Formation de Lastours montre l'établissement d'une plate-forme carbonatée. L'épaisseur de cette va jusqu'à 500 m.
  • La Formation du Pont de Poussarou précède l'effondrement de cette plateforme, et voit le passage au Cambrien moyen.
  • La Formation de la Tanque montre l'effondrement de la plate-forme, et l'ennoiement par un régime d'alternance schisto-calcaire, avec une teinte lie-de-vin caractéristique.
  • La Formation de Coulouma est constituée de schistes versicolores (rouge, vert, jaune, bleu…) et a une épaisseur de 50 m environ.
  • La Formation de Ferrals est constituée de barres quartzitiques, correspondant à un évènement régressif important. Son épaisseur va jusqu'à 250 m.
  • La Formation de la Gardie est constituée à la base par des schistes puis par des grès.
  • le passage à la Formation du Val d'Homs est parfois confus, mais marqué par l'intercalation d'épisodes calcaires dans une série schisteuse parfois importante. Ces deux formations font plusieurs centaines de mètres.

La limite supérieure du Cambrien n'est pas reconnue avec précision et fait l'objet de travaux en cours.

Paléobiologie[modifier | modifier le code]

Faune du Cambrien

Les sédiments cambriens révèlent l'extension de mers peu profondes recouvrant des plates-formes continentales, et une brusque multiplication de nouveaux groupes animaux (animaux à parties dures notamment). Cette « explosion cambrienne » reste mal expliquée. On a mis en avant les modifications climatiques, l'activité accrue de prédateurs ou encore les sels marins favorisant l'absorption de substances chimiques et le dépôt de couches dures sur la peau. Mais le développement de squelettes externes (exosquelettes) peut avoir été une réaction adaptative à l'apparition de nouvelles niches écologiques. Il pouvait s'agir d'organismes des grandes profondeurs nouvellement acclimatés aux habitats de surface ou inversement, mais aussi d’une évolution vers des espèces capables d’exploiter des ressources alimentaires nouvelles. En tous les cas les explications sur cette explosion de vie restent vagues.

Flore  : c'est l'époque où une flore terrestre se forme[20]

Faune : De minuscules (1 à 5 mm) métazoaires à coquilles et à faible diversité, les SSF (Small Shelly Fossils), sont alors très répandus dans le monde (Australie, Inde, Chine, Mongolie, Sibérie, Iran, Amérique du Nord, Europe, etc.). Cette apparition et celle de la faune édiacarienne, à partir de 565 Ma, représentent 2 pulsations majeures caractérisant l'émergence des animaux macroscopiques à la fin du Néoprotérozoïque et au Cambrien inférieur, suivie par "l'explosion cambrienne".

Au Cambrien basal apparaissent Anabarites, Protohertzina et mollusques primitifs. Les organismes à squelettes et à membres distincts deviennent progressivement plus abondants. Au Tommotien (530-527 Ma), de nouveaux phyla sont recensés : Brachiopodes et Porifères (récifs d'Archéocyathes), Lapworthella, et de nombreux phyla à corps mou. À l'étage Atdabanien (527-525 Ma) surgissent les arthropodes (dont les trilobites qui domineront le Cambrien) et des Echinodermes primitifs.

Au Cambrien moyen, la faune de Burgess Shale (vers 520 Ma) sera composée d'animaux à corps mou et d'animaux à parties dures. La plupart des phyla modernes marins y sont représentés (sauf les Bryozoaires). On en décompte 37 parmi lesquels des Porifères, Annélides, Priapulides, Onychophores, mollusques, arthropodes, Cœlentérés, Echinodermes, Chordés et de nombreux phyla éteints à corps mou. On estime peut-être à une centaine le nombre de phyla apparus au Cambrien. La diversification se situe au niveau des phyla et non des genres (environ 400 genres au Cambrien pour 1 500 à l'Ordovicien). Le Cambrien ressort ainsi plus comme un période d'essais évolutifs intenses (radiation évolutive) des métazoaires et de diversification des lignées que comme une période de spécialisation. La radiation cambrienne des métazoaires constitue un des événements des plus importants de l'histoire de la vie avec l'apparition de la plupart des « plans d'organisation » associés aux innovations les plus essentielles des organismes vivants (squelettes minéralisés, intestins, mâchoires, branchies, yeux, etc.).

Les causes proposées de "l'explosion cambrienne" peuvent être classées en deux catégories :

  1. causes intrinsèques : la flexibilité génétique, la complexification des gènes des métazoaires, l'existence de niches écologiques, l'apparition de système plus complexes prédation et relations prédateurs-proies.
  2. causes extrinsèques : modifications environnementales globales, dont de composition chimique des océans (carbone, soufre, calcium), variations du niveau des nutriments, phosphogenèse, formations calcaires, augmentation du taux d'oxygène dans l'atmosphère et les océans.

Les débuts des archives fossiles

La vie animale du cambrien a été extraordinairement variée, mais inégalement fossilisée ; les coquilles dures se fossilisent mieux que les corps mous ; c’est pourquoi les roches de cette époque sont riches en fossiles coquilliers.

À Burgess Shale, site autrefois sous-marin aujourd’hui surélevé dans une partie des Rocheuses canadiennes, des milliers de petits animaux bizarres et à coquilles ont été engloutis et bien conservés dans un glissement de limon boueux qui a également (phénomène rare) fossilisé des animaux à corps mou.

Dans les roches du Cambrien, on peut observer que de nombreux ancêtres d’animaux vivant aujourd’hui venaient tout juste d’apparaître. C’étaient les mollusques à coquille et à tentacules qui ont évolué jusqu’à nos palourdes et bigorneaux, et des Arthropodes aux pattes articulées qui ont donné les crabes, crevettes et homards. Les étoiles de mer, les oursins, les coraux, les éponges, sont également apparus à cette époque.
Ils augmentèrent sensiblement le nombre des familles connues et modifièrent la composition des communautés vivant sur les fonds marins.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (de) teneur en oxygène dans l'atmosphère au Phanérozoïque
  2. (en) dioxyde de carbone au Phanérozoïque
  3. (en) température de la Terre
  4. [:Fichier:Phanerozoic_Sea_Level-fr.svg (fr) variation du niveau des mers au Phanérozoïque]
  5. (en) [PDF] « International chronostratigraphic chart (2012) », sur http://www.stratigraphy.org/.
  6. Gradstein et al. 2012.
  7. (en) M. Brasier, J. Cowie et M. Taylor, « Decision on the precambrian-Cambrian boundary stratotype », Episodes, vol. 17, no 1-2,‎ 1994, p. 95-100 (lire en ligne).
  8. (en) F.A. Sundberg, Y. Zhao, J. Yuan et J. Lin, « Detailed trilobite biostratigraphy across the proposed GSSP for Stage 5 ("Middle Cambrian" boundary) at the Wuliu-Zengjiayan section, Guizhou, China », Bulletin of Geosciences, vol. 86, no 3,‎ 2011, p. 423-464 (DOI 10.3140/bull.geosci.1211, [PDF] lire en ligne).
  9. (en) « Placement of the stage 5, series 3 GSSP (approximately the "low-middle" cambrian boundary): an update », sur http://www.burgess-shale.info (consulté le 19 décembre 2012).
  10. (en) L.E. Babcock, R.A. Robison, M.N. Rees et S. Peng, « The Global boundary Stratotype Section and Point (GSSP) of the Drumian Stage (Cambrian) in the Drum Mountains, Utah, USA », Episodes, vol. 30, no 2,‎ 2007, p. 84-95 ([PDF] lire en ligne).
  11. (en) S. Peng, L.E. Babcock, J. Zuo, H. Lin, X. Zhu, X. Yang, R.A Robison, Y. Qi, G. Bagnoli et Y. Chen, « The Global Boundary Stratotype Section and Point (GSSP) of the Guzhangian Stage (Cambrian) in the Wuling Mountains, Northwestern Hunan, China », Episodes, vol. 32, no 1,‎ 2009, p. 41-55 ([PDF] lire en ligne).
  12. (en) S. Peng, L.E. Babcock, R. Robison, H. Lin, M.N. Rees et M.R. Saltzman, « Global Standard Stratotype-section and Point (GSSP) of the Furongian Series and Paibian Stage (Cambrian) », Lethaia, vol. 37,‎ 2004, p. 365-379 (DOI 10.1080/00241160410002081, lire en ligne).
  13. (en) « GSSP for Jiangshanian », sur Geologic TimeScale Foundation (consulté le 19 décembre 2012)
  14. (en) E. Landing, S. R. Westrop et J. M. Adrain, « The Lawsonian Stage - the Eoconodontus notchpeakensis FAD and HERB carbon isotope excursion define a globally correlatable terminal Cambrian stage », Bulletin of Geosciences, vol. 86, no 3,‎ 2011, p. 621-640 (DOI 10.3140/bull.geosci.1251, lire en ligne [PDF]).
  15. (en) Miller prénom1 = J. F., K. R. Evans, R. L. Freeman, R. L. Ripperdan et J. F. Taylor, « Proposed stratotype for the base of the Lawsonian Stage (Cambrian Stage 10) at the First Appearance Datum of Eoconodontus notchpeakensis (Miller) in the House Range, Utah, USA », Bulletin of Geosciences, vol. 86, no 3,‎ 2011, p. 595-620 (DOI 10.3140/bull.geosci.1255, lire en ligne [PDF]).
  16. (en) R. A. Cooper et G. S. Nowlan, « Global Stratotype Section and Point for base of the Ordovician System », Episodes, vol. 24, no 1,‎ mars 2001, p. 19-28 ([PDF] lire en ligne).
  17. J.J. Alvaro et D. Vizcaïno, « Controverses géologiques sur le Cambro-Ordovicien de la Montagne Noire (France) à l’aube du XXe siècle : les contributions de Jean Miquel (1859-1940) », Geodiversitas, vol. 24, no 4,‎ 2002, p. 725-752 ([PDF] lire en ligne).
  18. Claude Babin, « Joachim Barrande (1799-1883), paléontologue émigré, bohémien et... colonial », Travaux du comité français d'histoire de la géologie, 3e série, t. XIII,‎ 1999 (lire en ligne).
  19. J. J. Alvaro, P. Courjault-Radé, J. J. Chauvel, M. P. Dabard, F. Debrenne, R. Feist, G. L. Pillola, E. Vennin et D. Vizcaïno, « Nouveau découpage stratigraphique des séries cambriennes des nappes de Pardailhan et du Minervois (versant sud de la Montagne noire) », Géologie de la France, no 2,‎ 1998, p. 3-12 ([PDF] lire en ligne).
  20. P.K. Strother, G.D. Wood, W.A. Taylor, J.H. Beck, Middle Cambrian cryptospores and the origin of land plants, Mem. Assoc. Australasian Palaeontol. (29) (2004) 99–113.

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) F.M. Gradstein, J.G Ogg, M. Schmitz et G. Ogg, The Geologic Time Scale 2012, Elsevier,‎ 2012, 1176 p. (ISBN 9780444594488).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

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