L'échelle du temps

Avez-vous déjà eu l'occasion de regarder cette série de reportages incroyable sur ARTE : La valse des continents ?

Après l'avoir visionnée, les vallées et les falaises que je contemplais autrefois d'un œil distrait m'ont semblé soudain être des réservoirs potentiels de trésors inestimables, des témoins silencieux d'événements prodigieux qu'il me fallait absolument saisir.

Cet article est le fruit de mes efforts pour rendre explicites et compréhensibles toutes ces nouvelles informations. Mon objectif est de parvenir à comprendre et à décrire, à l'échelle de la Suisse romande, les impacts de ces événements lointains sur la géographie actuelle.

Les temps géologiques

Les temps géologiques permettent de classer et de dater les événements survenus au cours de l'histoire de la Terre. Il s'agit d'une classification hiérarchique à quatre niveaux qui permettent de mieux comprendre l'évolution de notre planète : les ères, les périodes et les époques.

Commençons donc par nous faire une vision d'ensemble des différentes époques géologiques.

Les éons

Les éons sont les plus grandes divisions géologiques du temps. Il y en a quatre.

Le schéma 2 ci-dessous représente les éons géologiques dans une perspective temporelle, les situant les uns par rapport aux autres sur une échelle de temps géologique, la partie bleue, le Phanérozoïque, commence avec le début du Cambrien il y a environ 600 millions d'années et s'étend jusqu'à nos jours.

Figure 2 : Les éons sur 24 heures : une heure représente 200 millions d'années et chaque « quart » de 6 heures représente 1 milliard 200 millions d'années

Hadéen (de −4,6 à −4 milliards d'années)

L'Hadéen est l'époque de la formation de la Terre. Cet éon fascinant se divise en deux parties.

1. Formation de la Terre et de la Lune, probablement suite à une collision avec une protoplanète de la taille de Mars appelée Théia, qui aurait joué un rôle important dans la présence d'eau sur Terre. Des études récentes remettent en question l'idée que la Terre était alors simplement une boule de feu constamment bombardée par des météorites, comme le laisse à penser le nom de l'éon, qui fait référence au dieu grec des enfers, Hadès. En effet on pense maintenant que les océans étaient déjà présents il y a 4,4 milliards d'années.

2. Formation de la croûte terrestre et grand bombardement tardif, qui serait responsable d'un accroissement significatif de l'eau sur la Terre et de la plupart des cratères de la Lune.

Cet éon voit aussi l’apparition et la dislocation du premier supercontinent, Vaalbara (sur l'image à gauche), dont les vestiges sont encore visibles en Afrique du sud et à l'est de l'Australie. Puis du second, Ur (sur l'image à droite) qui englobait ce qui est devenu actuellement une partie de l'Afrique australe, de Madagascar, de l'est de l'Inde et de l'extrême ouest de l'Australie.

Archéen (de −4 à −2,5 milliards d'années)

Cette période charnière est celle de l'apparition certaine de la vie avec l'apparition des cellules procaryotes (sans noyau délimité par une enveloppe nucléaire). Plusieurs classifications de ces cellules ont été proposées, dont la division en archées et bactéries, visible dans le schéma ci-dessous.

Parmi les cellules les cyanobactéries, probablement il y a entre 3,5 et 3,0 milliards d'années. Bien que l'énergie produite par le soleil ait été 25 à 30 % inférieure à celle d'aujourd'hui, la température était largement supérieure : de 40 à 85 °C. Cela était dû à la présence de gaz à effet de serre plus efficaces (peut être du méthane⁵) et à l'absence de nuages réfléchissants.

Les cyanobactéries sont des cellules unicellulaires procaryotes, ce qui signifie qu'elles n'ont pas de noyau. Il est difficile de concevoir que de si petits organismes aient pu à eux seuls modifier notre atmosphère, mais c'est pourtant le cas : en réalisant la photosynthèse oxygénique, elles ont durant des milliards d'années libéré du dioxygène (O₂) ce qui va finir par conduire à une crise écologique majeure et à une glaciation, comme nous le verrons.

Protérozoïque (de −2,5 à −0,542 milliards d'années)

Cette période correspond à l'augmentation rapide et importante de la présence d'oxygène. C'est l'éon le plus long en durée.

Tout d'abord, l'oxygène a commencé à oxyder le fer en solution présent dans l'océan primitif, ce qui a transformé notre planète bleue en planète rouge. En se sédimentant au fond des océans, ces réactions ont donné naissance aux magnifiques formations ferrifères rubanées, qui sont des témoins de cette période. Ces formations représentent environ 90 % du minerai de fer extrait dans le monde actuel.

Après avoir épuisé tout le fer disponible par le processus d'oxydation, l'oxygène se répand et s'accumule dans l'atmosphère. Cela a eu de nombreuses conséquences.

Premièrement, l'oxygène aurait alors réagi avec le méthane, le convertissant en dioxyde de carbone, ce qui a eu pour conséquence de générer un effet de serre trente fois moindre, entraînant ainsi une baisse de température et provocant la glaciation huronienne pendant laquelle les températures moyennes en surface ont chuté jusqu'à -25 °C. Cette glaciation, qui s'est étendue sur des centaines de millions d'années, a eu des conséquences dévastatrices pour la plupart des formes de vie sur Terre à cette époque.

Deuxièmement, cela a également contribué à la formation de la couche d'ozone. Même si la concentration d'ozone dans cette couche est très faible, elle joue un rôle vital pour la vie en absorbant les rayons ultraviolets (UV) nocifs biologiquement émis par le soleil, soit en les filtrant soit en les réduisant.

Malgré les conditions difficiles, cette période a été marquée par des avancées significatives dans l'évolution biologique, notamment l'émergence des premiers organismes multicellulaires connus et le développement des cellules eucaryotes, qui se distinguent par la présence d'un noyau contenant leur ADN.

Les cellules eucaryotes résultent d’une évolution complexe pourraient être issues de la symbiose d'anciennes bactéries (voir ci-dessous). Ces cellules représentent une étape remarquable dans l'évolution et ont développé des capacités avancées comme la reproduction sexuée, la réparation de l'ADN et une grande capacité d'adaptation à leur environnement.

Cette transition a entraîné une diversification et une complexification importantes des formes de vie, favorisant l'émergence d'organismes multicellulaires, y compris des lignées qui donneront naissance aux animaux, aux champignons et aux plantes.

De plus, pendant cette période intense, deux supercontinents, le Columbia et le Rodinia, se sont formés et disloqués il y a environ 1600 et 1100 millions d'années respectivement.

L'apparition et la dislocation d'un continent, ainsi que l'impact d'astéroïdes, figurent parmi les événements les plus marquants pour la planète. Ils entraînent des changements significatifs dans l'atmosphère, le climat, la faune et la flore.

Un exemple intéressant d'impact sur la faune est celui des Lémuriens à Madagascar. Après la séparation de Madagascar et de l'Afrique, les Lémuriens ont évolué de manière autonome par rapport aux autres primates, devenant ainsi une espèce endémique.

Le volcanisme intense, associé au processus de subduction d'une plaque, entraîne l'émission de cendres, de poussières, de gaz et de vapeur d'eau dans l'atmosphère, ce qui peut également avoir un impact majeur sur le climat. Ces éruptions peuvent avoir des effets climatiques à court terme (refroidissement) ou même à long terme (effet de serre accru). Par exemple l'éruption du mont Pinatubo en 1991 a injecté des millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère et réduit temporairement la température mondiale d'environ 0,5°C.

Le Phanérozoïque (de -542 millions d'années jusqu'à nos jours)

Nous allons couvrir en détail le Phanérozoïque qui couvre d'il y a environ 541 millions d'années jusqu'à nos jours. Ce vaste laps de temps est marqué par des transformations géologiques, biologiques et climatiques profondes. Il est aussi ponctué par cinq extinctions massives qui ont drastiquement remodelé la biodiversité de notre planète.

Il est subdivisé en trois ères majeures sur lesquels nous allons revenir en détail :

• Paléozoïque (541 - 252 millions d'années)
• Mésozoïque (252 - 66 millions d'années)
• Cénozoïque (66 millions d'années à nos jours)

De plus les cinq grandes extinctions du phanérozoïque ont joué un rôle crucial en façonnant la biodiversité actuelle :

1. Ordovicien-Silurien (~444 millions d'années). Environ 85% des espèces marines ont disparu.
2. Dévonien (~375 millions d'années). Environ 75% des espèces ont été touchées.
3. Permien-Trias (~252 millions d'années). Environ 96% des espèces marines et 70% des espèces terrestres ont disparu.
4. Extinction du Trias-Jurassique (~201 millions d'années). Environ 80% des espèces marines et terrestres ont disparu.
5. Crétacé-Paléogène (~66 millions d'années) Fin des dinosaures et de nombreux autres groupes d'organismes.

Les ères

Les ères géologiques sont des périodes de l'histoire de la Terre qui sont définies par des événements paléontologiques et géodynamiques majeurs. Chaque ère est caractérisée par des changements significatifs dans la composition de la vie sur Terre et dans la structure géologique de la planète.

La frise ci-dessous présente un aperçu des époques géologiques en reprenant les couleurs utilisées sur les cartes géologiques. La dernière colonne présente certaines dates pour aider à construire cette vision d'ensemble et les extinctions de masse sont représentées par des têtes de mort.

Figure 1 : Echelle géologique.

Le Paléozoïque (541-255 Ma)

Le Paléozoïque, qui s'étend de 541 à 255 millions d'années (Ma) avant notre ère débute peu après la fragmentation du supercontinent Rodinia, suivie par la formation du supercontinent Pangée.

Cette configuration avec un seul continent a eu un impact majeur sur la circulation atmosphérique, contribuant à un climat globalement chaud et humide pendant cette ère. Malgré cela, le Paléozoïque a connu deux glaciations importantes, dont l'une des plus sévères au Permien, entre -320 et -260 millions d'années.

La fermeture de l'océan Téthys (sur la droite au centre) a également eu des conséquences significatives, modifiant les courants océaniques et les modèles climatiques, influençant ainsi la biodiversité de la planète. Nous le verrons en détail lorsque nous étudierons la formation des Alpes. Cette ère a été caractérisée par une rapide diversification des formes de vie animale, notamment lors de l'explosion de la biodiversité au Cambrien, il y a environ 541 millions d'années.

L'ère est marquée par deux cycles orogéniques importants : le calédonien et l'hercynien, qui ont façonné les chaînes de montagnes de cette époque.

Des groupes tels que les trilobites, les poissons, les ammonites, les insectes, les amphibiens et les reptiles ont émergé.

Au Carbonifère, les plantes ont connu une diversification majeure, avec de vastes forêts de plantes primitives couvrant la Pangée, et l'apparition des premiers conifères. Ces arbres ont finalement donné naissance à d'importants gisements de charbon, dont l'exploitation a eu un impact significatif sur l'histoire humaine.

Cependant, malgré la diversification et la prospérité des formes de vie, le Paléozoïque s'est terminé par la troisième extinction majeure, survenue au Permien. Cette extinction a conduit à la disparition de près de 70 % des espèces terrestres et environ 96 % des espèces marines, marquant ainsi la fin de cette ère géologique et ouvrant la voie à l'ère Mésozoïque.

Le Mésozoïque (252-66 Ma)

Le Mésozoïque, qui s'étend de 252 à 66 millions d'années avant notre ère, marque une période charnière dans l'histoire de la Terre. Cet ère débute à la fin de l'extinction du Paléozoïque et coïncide avec la séparation de la Pangée, le supercontinent qui dominait la planète, marquant ainsi la transition entre le cycle hercynien et le cycle alpin.

Une des caractéristiques majeures du Mésozoïque est le changement climatique significatif par rapport à l'époque précédente. Si le climat primaire était relativement uniforme, celui du Mésozoïque est plus diversifié, avec des zones glaciales près des pôles, des zones tempérées et une zone équatoriale. Bien que des variations climatiques aient été observées, aucune glaciation majeure n'a été enregistrée pendant toute la durée du Mésozoïque.

Surnommé l'âge des dinosaures, le Mésozoïque a vu l'essor et la diversification de nombreuses espèces, notamment des reptiles marins, des dinosaures et des reptiles volants, qui ont prospéré dans des climats équatoriaux à tropicaux. C'est également à cette époque que les oiseaux et les premiers mammifères ont fait leur apparition, marquant une étape importante dans l'évolution du règne animal.

Du côté végétal, la végétation du Mésozoïque a connu des évolutions notables. Bien que moins luxuriante que celle de l'époque précédente, elle a présenté une diversité et une complexité accrues, avec l'apparition des plantes à fleurs qui ont peu à peu remplacé les fougères comme principale forme végétale dominante.

L'ère mésozoïque s'achève brutalement avec une phase d'extinction massive, connue sous le nom de crise Crétacé-Paléogène, qui a entraîné la disparition des dinosaures non aviens et des ptérosaures, marquant ainsi la fin d'une ère et le début d'une nouvelle ère géologique.

Le Cénozoïque (66 Ma - now)

Le Cénozoïque est une ère géologique qui a débuté il y a environ 66 millions d'années, à la fin de l'extinction des dinosaures, et qui se poursuit jusqu'à nos jours. Au cours de cette période, les continents ont progressivement pris leur forme actuelle, bien que leur disposition ne soit pas identique à celle que nous connaissons actuellement.

Un événement majeur du Cénozoïque est la collision de l'Inde avec l'Eurasie, qui a donné naissance à la chaîne de montagnes de l'Himalaya. Cette collision a eu lieu il y a environ 50 millions d'années et a eu des répercussions majeures sur la géologie de la région.

Le Cénozoïque est également caractérisé par un refroidissement global à long terme, marquant une période de changements climatiques importants. Il est souvent considéré comme l'ère des mammifères, car ce sont les seuls animaux à avoir survécu à la crise de la fin du Mésozoïque.

Au début du Cénozoïque, on observe la domination des grands oiseaux non volants, mais rapidement, les mammifères se diversifient sur terre, en mer et dans les airs, certains atteignant des tailles impressionnantes.

Cette ère géologique est marquée par deux extinctions massives, qui ont entraîné la disparition de nombreuses espèces. La fin du Cénozoïque, les deux à trois derniers millions d'années avant le présent, est caractérisée par un cycle de glaciations, marquant la transition vers l'actuelle période géologique, l'Holocène.