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ère géologique

Reconstitution d'un brontosaure
Reconstitution d'un brontosaure

L'ère, la plus grande unité conventionnelle du temps géologique, se subdivise en systèmes, séries et étages (les étages correspondent à un ensemble de terrains de même âge).

Venant après le précambrien, on distingue, dans l'ordre chronologique, le paléozoïque, anciennement primaire [durée : 340 millions d'années], le mésozoïque, anciennement secondaire [185 millions d'années], le cénozoïque, anciennement tertiaire [65 millions d'années], qui englobe aujourd'hui le quaternaire.

→ paléontologie.

Environ 4,6 milliards d'années se sont écoulés depuis la formation de la Terre. Mais l'événement le plus important de la chronologie terrestre est sans conteste l'apparition, il y a environ 3,8 milliards d'années, des premières traces de vie. Le vivant, en évoluant au cours des temps géologiques, a pu transformer notre planète en une oasis.

La connaissance de l'histoire de la Terre est relativement récente ; si les fossiles ont très tôt intrigué les hommes, leur classification et leur ordre d'apparition n'ont été établis qu'au xixe s. Les techniques mises au point dans les années 1950 ont permis de préciser l'âge de la Terre. La manière dont la Terre est apparue fait toujours l'objet de spéculations. Cependant, il apparaît que le noyau, le manteau, puis la croûte terrestre se sont différenciés vers − 4,6 milliards d'années. On passe alors de l'histoire astronomique, qui commence avec la naissance de l'Univers, à l'histoire proprement géologique de notre planète. (→ géologie.)

1. L’étude des temps géologiques

1.1. L'évolution des idées concernant l'âge de la Terre

Au milieu du xviie s., les naturalistes commencent à établir une chronologie des phénomènes qui se sont succédé afin de remonter jusqu'à la naissance de la Terre.

L’archevêque irlandais Jacques Usher évalue la durée des générations bibliques et conclut que la Terre a été créée en l'an 4004 avant J.-C. (→ créationnisme). Cette conception est remise en question par les philosophes du siècle des Lumières, et Buffon, le premier, tente de déterminer expérimentalement l'âge de la Terre. Il suppose que notre planète s'est refroidie après avoir été un corps en fusion et, extrapolant les résultats de ses expériences sur le temps de refroidissement de boulets de canon, avance un chiffre de 75 000 ans. Mais, au xviiie s., l'interprétation hors des normes établies par les Livres saints n'est pas encore tolérée, et Buffon est obligé de se rétracter.

Cependant, se développe la doctrine de l'uniformitarisme (ou actualisme) – selon lequel les lois qui régissent les phénomènes géologiques actuels ont également existé dans le passé. Exprimé en 1830 par le Britannique Charles Lyell, ce raisonnement apporte aux géologues de nouvelles bases de réflexion sur la durée des phénomènes géologiques. Ils peuvent démontrer, par l'étude des éléments du passé, par exemple les fossiles – véritables archives de l'évolution de la nature – ou des strates, que l'âge de la Terre dépasse tout ce qu'on avait pu imaginer jusque-là. Les géologues venaient de découvrir une quatrième dimension : le temps.

En 1859, Charles Darwin défend, avec son ouvrage De l’origine des espèces, l’idée que des millions d'années ont été nécessaires pour qu'une longue succession de transformations permette à la vie de se présenter sous les nombreuses formes que nous lui connaissons aujourd'hui.

À la fin du xixe s., les scientifiques, souhaitant connaître l'âge absolu de la Terre, mesurent les rythmes de certains processus physiques. John July propose de dater les océans selon leur teneur en sodium ; les estimations, fondées sur l'augmentation annuelle de la quantité de sel dissous, avoisinent les 90 millions d'années. D'autres chercheurs, s'appuyant sur la rythmicité annuelle de certains dépôts sédimentaires, proposent, selon une vitesse d'accumulation calculée et en fonction de l'épaisseur des roches sédimentaires, un âge qui varie entre 90 et 500 millions d'années. Ces méthodes étaient malheureusement faussées par des incertitudes de mesure et par le fondement discutable de certaines hypothèses. Ainsi, le physicien Kelvin reprend le concept de Buffon sur une Terre à l'origine en fusion et aboutit à des âges de 25 ou 100 millions d'années.

1.2. L'échelle des temps géologiques

La datation relative

L'âge de la Terre, qui apparaissait de plus en plus important avec l'amélioration des connaissances géologiques, ne pouvait être mesuré, ni subdivisé de façon précise, car les moyens techniques permettant de dater de façon absolue les roches n'existaient pas. Aussi, l'élaboration d'une échelle temporelle qui classerait les principaux événements de l'histoire géologique dans un ordre correct était une préoccupation essentielle de la géologie au xixe s. : l'échelle relative des temps géologiques fut progressivement établie. Au début du xxe s., la découverte de la radioactivité permit d'affecter des valeurs absolues à cette échelle relative.

Pendant que les physiciens essayaient par différentes méthodes d'évaluer l'âge de la Terre, les géologues observaient et classaient les espèces fossiles ; ils utilisaient la superposition de couches de terrain pour dater, de façon simple, les strates les unes par rapport aux autres.

Ainsi, la longue histoire de la Terre a été divisée en périodes selon des événements dont les effets ont été enregistrés dans les matériaux géologiques (en l'occurrence, les strates). Ces événements peuvent être des points singuliers de l'évolution du monde vivant, comme l'apparition ou la disparition, locale ou généralisée, de groupes d'animaux ou de végétaux. Ces événements peuvent aussi être liés à l'activité de la planète : variation du niveau des mers, évolutions climatiques, édification de chaînes de montagnes. Ils sont visibles sur le terrain sous la forme, par exemple, de ce que l'on appelle une discordance : lors de l'érosion d'une chaîne de montagnes (constituée par plissement de strates à l'origine horizontales), de nouveaux terrains se déposent horizontalement sur ses restes selon une surface dite de discontinuité.

La datation absolue

En 1896, Henri Becquerel découvre la radioactivité naturelle, qui est la désintégration spontanée de certains éléments instables dits « radiogéniques ». Bertam Boltwood démontre que, lors de la désintégration de l'uranium radioactif en plomb, le rapport Pb/U augmente avec l'ancienneté de la roche qui contient ces éléments.

La vitesse de désintégration radioactive est exponentielle. La loi de décomposition des éléments est caractérisée pour chaque isotope radioactif par une période, ou temps de demi-vie, qui est le temps requis pour que la moitié de la masse de l'élément initial radioactif « père » se transforme en élément ou isotope stable « fils ». Par exemple, si une certaine substance radioactive a une période de 1 million d'années, il ne restera que la moitié de cette substance 1 million d'années après son incorporation dans un minéral, un quart après 2 millions d'années, et ainsi de suite jusqu'à l'infini. L'âge réel d'une roche peut donc être calculé si l'on peut mesurer les quantités d'éléments pères et fils qu'elle contient.

Si la vitesse de désintégration peut être déterminée, il devient possible de calculer, sur une roche, des durées réelles, et donc de placer des âges absolus sur l'échelle des temps géologiques. Les techniques de datation des roches fondées sur la radioactivité, appelées datations radiométriques, portent notamment sur la désintégration de certains isotopes d'uranium en plomb, ou de rubidium en strontium. À l'exception de l'isotope du carbone 14 (14C), toutes ces substances ont des demi-vies assez longues pour permettre de déterminer l'âge de la Terre. Le 14C, dont la demi-vie est plus courte (5 750 ans), ne peut être utilisé que pour mesurer des âges assez récents, de quelques dizaines de milliers d'années.

Le calibrage de l'échelle relative

La plupart des éléments radioactifs utilisables en radiochronologie se trouvent dans les roches éruptives et métamorphiques, tandis que les fossiles, sur lesquels est fondée en grande partie l'échelle relative des temps, se rencontrent dans les roches sédimentaires. Si des roches éruptives, telles que des laves ou des cendres volcaniques, sont intercalées dans un ensemble de strates sédimentaires, la datation absolue des sédiments est relativement aisée. Dans les autres cas, les géologues doivent effectuer des corrélations régionales afin d'établir une liaison entre des roches cristallines datées radiométriquement et des strates sédimentaires. Si une formation sédimentaire est recouverte d'une roche éruptive vieille de 250 millions d'années elle est plus ancienne, mais nous ignorons de combien d'années. Si la roche éruptive est à son tour recouverte par une deuxième formation sédimentaire, celle-ci date de moins de 250 millions d'années mais nous ignorons encore son âge exact, qui ne pourra être précisé que si une autre formation éruptive la recouvre. En réalisant de proche en proche des fourchettes chronologiques de ce genre, il est possible de calibrer de façon de plus en plus fine et précise l'échelle des temps géologiques.

2. Les différentes ères géologiques

Les subdivisions les plus importantes correspondent à des durées appelées ères, divisées elles-mêmes en périodes, lesquelles sont distribuées à leur tour en époques, qui comprennent très souvent plusieurs âges. Les ensembles de matériaux géologiques déposés ou édifiés au cours de ces laps de temps sont, eux, regroupés en ères, systèmes, séries, étages. La nomenclature utilisée est très diverse et reflète l'histoire de la mise en œuvre de cette échelle : les noms des étages font référence à des fossiles ou à des lieux où se trouvaient des faciès ou des fossiles particuliers.

L'ensemble des temps géologiques, de la naissance de la Terre à nos jours, a été divisé en quatre ères, de durées fort inégales. L'âge le plus ancien mesuré sur une roche terrestre, en Afrique du Sud, est de 3,8 milliards d'années (mais la Terre existait déjà depuis bien longtemps [0,8 milliard d’années]). Ainsi, les techniques de datation radiométrique ont permis d'établir que l'ère paléozoïque a débuté il y a environ – 540 millions d'années, l'ère mésozoïque vers – 245 millions d'années et l'ère cénozoïque il y a près de 65,5 millions d'années. En outre, les datations réalisées sur certaines météorites, qui remontent probablement à la création du système solaire, et sur les roches prélevées sur la Lune par les missions américaines Apollo permettent d'avancer un âge de 4,65 milliards d'années pour les planètes du système solaire.

2.1. Le précambrien

Première ère de l'histoire de la Terre, le précambrien correspond au brutal développement des premières faunes marines diversifiées (dont, parmi les crustacés, le groupe des trilobites).

2.2. Le paléozoïque, ou ère primaire

Le paléozoïque (du grec palaios, ancien, et zôon, animal) débute en même temps qu'apparaissent la plupart des groupes d'invertébrés et se termine après l'édification puis l'abrasion complète de plusieurs systèmes de chaînes de montagnes, notamment les chaînes calédoniennes et hercyniennes. Le passage à l'ère suivante correspond à la discordance dite hercynienne.

Pour en savoir plus, voir l'article paléozoïque.

2.3. Le mésozoïque, ou ère secondaire

Le mésozoïque (de mesos, moyen, et zôon, animal) commence par un envahissement des domaines continentaux par la mer (transgression) et voit le développement des faunes marines (ammonites) et des faunes continentales (reptiles notamment).

Pour en savoir plus, voir l'article mésozoïque.

2.4. L'ère cénozoïque (tertiaire et quaternaire)

Le tertiaire a longtemps été assimilé au cénozoïque. Il est aujourd’hui considéré comme la première des deux périodes qui forment l’ère cénozoïque (de koinos, commun, et zôon, animal), la seconde étant le quaternaire.

Pour en savoir plus, voir l'article cénozoïque.

Le tertiaire est marqué par des discontinuités faunistiques importantes et par une nouvelle répartition des terres émergées. C'est la période de l'évolution du système alpin et du développement des mammifères et des plantes à fleurs (angiospermes).

Pour en savoir plus, voir l'article tertiaire.

Le quaternaire, composé d’une sucession de glaciations et de périodes interglaciaires, a été défini de façon très anthropologique, par rapport à l'apparition de l'homme moderne.

Pour en savoir plus, voir l'article quaternaire.

3. L'histoire de la vie

On peut comparer les 4,6 milliards d'années de l'histoire de la Terre à une de nos années de calendrier. Ainsi, si l'on considère que nous sommes au 31 décembre à 24 heures, et que la Terre s'est formée voici exactement un an, le 1er janvier à 0 heure, la vie serait apparue dans la troisième semaine de février.

Toutes proportions gardées, notre planète n'est donc pas restée très longtemps inhabitée. Mais il faut attendre le 16 novembre pour voir apparaître les animaux à coquille et le début du paléozoïque. La suite se déroule dans ce dernier mois et demi de l'année. Les premiers animaux vertébrés apparaissent le 21 novembre ; les végétaux s'installent hors de l'eau vers les 28-30 novembre, et sont suivis par des animaux invertébrés vers le 1er décembre, puis par les vertébrés le 4 décembre.

Les reptiles font leur apparition vers les 6-7 décembre, alors que le mésozoïque débute le 13 décembre. Les dinosaures apparaissent le 14, les mammifères le 16 et les oiseaux le 20. Le 26 décembre au soir, c'est la fin du mésozoïque et de la domination des reptiles. Et il faut attendre le 31 décembre, vers 20 heures, pour que l'homme fasse enfin son apparition. Quant à l’ère chrétienne, cela fait 14 secondes qu'elle a débuté !