Cours (1) L2 Paléontologie 2020 Fossiles Et Fossilisation [PDF]

Zitiervorschau

FSTGAT FACULTÉ DES SCIENCES DE LA TERRE, DE LA GÉOGRAPHIE ET DE L'AMÉNAGEMENT DU TERRITOIR

Cours de macropaléontologie L2 géologie Par Mme BOUROUIBA W. et Mme DAHOUMANE A.

Chapitre I : Fossiles et fossilisation I. Définitions 1. La paléontologie : Ce terme est constitué de trois mots grecs : paléo, du grec palaios (παλαιος) qui

signifie ancien ; onto, du grec ontos (οντος), vie, être et logie, du grec logos (λογος), la science. La paléontologie est donc la science qui étudie les anciennes formes de vie conservées sous forme de fossiles. Elle s’intéresse à toute forme de trace laissée par un organisme vivant, fossilisé dans la roche. 2. Les fossiles : Du latin, fossilis « tiré de la Terre ». Ce sont les restes ou traces d’organismes vivants animaux ou plantes qui ont été conservés dans les roches (principalement sédimentaires) et peuvent êtres de toutes tailles (microfossiles et macrofossiles), on parle des « archives sédimentaires ». Les fossiles peuvent être classés en trois catégories : •

l’organisme lui-même : Cas exceptionnel ou l’organisme entier est conservé exemple : mammouths dans la glace, insectes dans l’Ambre …

•

le squelette ou fragments de squelette : c’est le cas le plus fréquent, la partie organique de l’organisme est détruite et seule la partie dure ou le squelette est fossilisé.

Il peut être conservé en entier ou en fragments. Selon sa nature minéralogique, on a des squelettes : -siliceux (SiO2) ex. Spongiaires, diatomées (algues marines ou lacustres enfermées dans une coque siliceuse), radiolaires (protozoaires marins). -calcitiques (CaCO3 rhomboédrique) ex. Lamellibranches, Brachiopodes. -aragonitiques (CaCO3 monoclinique) ex. Corail, gastéropodes, algues - en phosphate de calcium ex. Vertébrés - chitineux (matière formant la carapace des cafards, crevettes) ex. Arthropodes Remarque : Les squelettes siliceux et calcitiques sont les plus résistants mais dépendent aussi du milieu. •

Les traces d’activité biologique (Paléoichnologie) : Il s’agit de traces superficielles ou internes, caractérisant divers types d’activité exemple:

-

Les traces de locomotion (déplacement) (fig.1) :

C’est le principe des empreintes de pas dans un sédiment meuble qui seraient fossilisées par recouvrement rapide de la couche sédimentaire suivante (pas de dinosaure) -

Les traces de repos (fig.2) : empreintes laissées par les organismes au repos ex. trace de repos d’étoile de mer.

Fig.1 : Pistes de Dinosaures

Fig.2 : Trace de repos d’une étoile de

- Les traces de nutrition : la prédation : Ce sont les traces laissées sur les restes d’organismes par l’acte de prédation, (trous ronds laissée par les gastéropodes carnivores sur des coquilles de mollusques par exemple). La digestion (gastrolithes) ou d’excrétion (coprolithes). Dans les cas de conservation favorables, on peut retrouver le contenu stomacal de fossiles, c'est-à-dire principalement des fossiles d’autres espèces ingérées mais aussi parfois de petites pierres qui permettent de faciliter l’aspect mécanique de la digestion. On les nomme « gastrolithes ». Les déjections se retrouvent également parfois à l’état de fossiles : souvent de forme ellipsoïdales, ce sont les coprolithes. Les traces de reproduction (fig.3): œufs, spores et pollens.

-

- Les traces d’activité humaine (fig.4) : outils humains dont la perfection suit l’évolution de l’Homme.

Fig.3 : Œufs de Dinosaures

Fig.4 : Outils humain en silex

3. La Fossilisation C’est l’ensemble des processus conduisant à la préservation d’organismes et/ou de leur activité biologique dans le sédiment. Même si les fossiles paraissent parfois abondants, c’est un phénomène plutôt exceptionnel par rapport au devenir habituel des organismes morts qui, de façon générale, se dégradent et disparaissent avec le temps. II. Les Conditions de la fossilisation : La fossilisation est un phénomène exceptionnel qui nécessite des conditions très strictes. Pour qu’il y ait fossilisation, il faut que le corps : - Echappe aux agents de destruction : agents atmosphériques (vents, pluie, oxygène…..), agents biologiques (prédateurs, bactéries), chimisme de l’eau. •

Soit soumis aux agents de conservation : Enfouissement rapide sous un sédiment fin pour limiter la circulation des fluides et reproduire en détail la forme du fossile.

•

Enfouissement dans une substance conservatrice : glace, ambre, cinérites, tourbe, bitume, …..).

III. Les modes de conservation des fossiles Il existe plusieurs modes de fossilisation, on distingue : A/Conservation sans modification profondes : A1- Conservation des parties molles (organiques) : La seule possibilité pour préserver ces parties de l’organisme consiste à ralentir voire stopper les processus de décomposition de la matière organique. Cela peut se faire sous :

-

L’effet du froid (congélation), c’est l’exemple des Mammouths de Sibérie (fig.4) retrouvés dans un état de conservation parfait.

-

L’effet de l’anoxie (absence d’oxygène) qui empêche la prolifération des micro-organismes ainsi que la putréfaction et conduit à la momification (fig.5).

-

Inclusion dans l’ambre (fig.6), Il s’agit de résine produite par des conifères qui ont piégé des organismes terrestres (moustiques, scorpions…) .

Fig.4 : Mammouths de Sibérie

Fig.5 : Homme de Tollund (Danemark) 350 av. J.-C, momifié naturellement dans de la tourbe

Fig.6 : Insectes conservés dans l’ambre

A2- Conservation des parties squelettiques : les organismes à squelettes calcitiques sont conservés sans modification majeure, dans ce cas, seule la couche supérieure de nature chitineuse qui disparait (Mollusques).

B /Conservation avec modifications profondes : B.1- L’épigénisation (fig.7 et 8) : Ce processus touche essentiellement les parties dures de l’organisme (squelettes, carapaces….) mais il existe des cas rares où la matière organique est épigenisée. La coquille ou le squelette subi des modifications minéralogiques, soit à cause de sa nature (transformation de l’aragonite en calcite), ou à cause des modifications que subit le sédiment. Ces modifications sont des processus d’épigénisation qui affectent aussi bien les coquilles que le sédiment lui-même. C’est un processus lent où les molécules sont remplacées par d’autres molécules. Les épigénisations les plus fréquentes sont : Calcification ; silicification, pyritisation, ferruginisation, gypsification.

Fig.7 : Ammonite pyritisée

Fig.8 : Arbre silicifié

B.2) Incrustation ou encroûtement : C’est un phénomène qui se produit dans les sources calcaires. La calcite s’y dépose en abondance, encroûte les objets qui s’y trouvent et assure la conservation parfaite de leur forme grâce à l’extrême finesse de ses cristaux. Même si le fossile est détruit par la suite, le calcaire encroûtant garde une empreinte fidèle. Ex feuilles conservées dans les travertins B.3) Les moules (fig.9) : Le plus souvent les parties minéralisées des organismes sont soumise à une dissolution complète. Il ne reste alors que les moules de ces derniers. On aura alors soit des moules internes, soit des moules externes. Les moules internes sont formés lorsque le sédiment pénètre dans la coquille (bivalves, brachiopodes) et la remplie, en laissant apparaitre certains détails (traces de muscles chez les bivalves) Les moules externes sont les empreintes laissées par la coquille dans le sédiment encaissant (moules externes de trilobites, de bivalves).

Fig.9 : Moules externes et internes

IV. Processus de fossilisation : La fossilisation est un événement extrêmement RARE. Durant ce processus lent, quatre étapes peuvent être distinguées : 1. Dépôt et enfouissement (Un cadavre finit dans une rivière, et recouvert par une coulée de boue par exemple) 2. Diagenèse (Au fil du temps, les os recouverts de sédiments, se transforment en roches) 3. Fossilisation (Un processus chimique transforme les os en pierre par épigénèse) 4. Erosion (La roche est peu à peu érodée ; les fossiles se retrouvent à la surface et ils sont découverts) V. Méthodes de la paléontologie : Elles comportent deux volets : sur le terrain et au laboratoire 1°) Sur le terrain Echantillonnage aussi bien des roches meubles (marnes) que des roches dures (calcaires). Au cours des récoltes, il est conseillé de recueillir le plus grand nombre d’échantillons, de récolter les moules internes et externes, de noter la position exacte de chaque fossile ainsi que de prélever des échantillons du sédiment environnant.

2°) Au laboratoire Lavage des marnes pour extraire les micro-organismes qui serviront à l’étude biostratigraphique. Sections polies et lames minces dans les roches calcaires pour l’étude des microfaciès. La macrofaune doit être triée et numérotée. L’origine des gisements fossilifères : Taphonomie La Taphonomie est l’étude d’un gisement fossilifère, c’est à dire l’étude des conditions de sa mise en place et des indications que l’on peut tirer des fossiles au sein des couches sédimentaires à savoir la fréquence des fossiles, leur distribution dans différents niveaux et les déformations subies (séparation des parties dures d’un même individu, cassure, orientation et position par rapport aux autres). C’est l’étude des processus biologiques, physico-chimiques et diagenétique qui, intervenant entre la mort des organismes et leurs enfouissements, assurent leur fossilisation.

VI : Fossiles de faciès et stratigraphiques 1 – Les fossiles de faciès Ce sont les fossiles liés à un milieu de sédimentation particulière. Indication sur le paléoenvironnement Importance de la morphologie et l’adaptation au milieu de vie. 2 – Fossiles stratigraphiques Espèce ayant une grande extension géographique et une existence courte à l’échelle des temps géologiques. Ce qui permet de dater les strates. VII -Notions de systématique 1°) L’espèce en biologie : Ernst Mayr (1942) : une espèce est une population ou un ensemble de populations dont les individus peuvent effectivement ou potentiellement se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde, dans des conditions naturelles. Carl von Linné, naturaliste suédois du 18me siècle a créé la nomenclature binominale : l’espèce est désignée par deux noms latins soulignés et suivis du nom de l’auteur qui l’a décrite le premier ainsi que de l’année de cette description. Par exemple pour désigner le lion : Felis leo Linné, 1758. 2°) L’espèce typologique en paléontologie Dans le domaine des sciences naturelles, chaque objet (par exemple un fossile) se doit d’être désigné par un nom (taxon). Afin de faciliter les communications, des conventions doivent être adoptées. Une nomenclature est ainsi définie en référence à un système de classification. Les règles de la classification permettant de définir les taxons (cf. critères diagnostiques) relèvent de la taxinomie. Les relations entre les taxons et leurs regroupements selon un ordre hiérarchique relèvent de la systématique. En paléontologie, on suit généralement les règles édictées dans le Code International de Nomenclature Zoologique.

C’est la conception la plus ancienne. L’espèce est définie à partir des caractères d’un individu tenu pour représentatif : c’est le « type ». Il est déposé dans une collection puis décrit et figuré. Tout individu à morphologie semblable au « type » ou qui s’en rapproche suffisamment sera classée dans la même espèce : le critère est la ressemblance. Lorsque deux espèces sont mises en synonymie la règle d’antériorité exige que l’on retienne le nom de la première figuration. La systématique évolue avec les nouvelles découvertes paléontologiques et les nouvelles connaissances. Si un nom de genre doit changer, le nom de l’auteur est alors mis entre parenthèse. Pour chaque espèce il existe un échantillon de référence appelé holotype déposé dans une collection, dans un musée. 3°) La systématique Toute espèce doit être située dans le monde vivant, c’est le travail de classification. Il existe un certain nombre de degrés hiérarchiques conventionnels. On peut citer les plus importantes : -

Le REGNE (animal, végétal, bactérien)

-

L’EMBRANCHEMENT ou PHYLUM (pluriel phyla)

-

La CLASSE

-

L’ORDRE

-

La FAMILLE

-

Le GENRE

-

L’ESPECE

Il existe des catégories intermédiaires par exemple : sous ordre, superfamille, sous embranchement…etc L’espèce regroupe des sous espèces, variétés. Le nom du genre est un nom latin, il prend une majuscule et est souligné exemple Homo, désigne l’Homme, au sein de ce genre on peut avoir plusieurs espèces actuelles et fossiles. Le code International de Nomenclature Zoologique a défini certaines conventions correspondant aux divers degrés taxinomiques. La taxinomie ou taxonomie consiste à établir les règles de la classification. Ainsi il existe des terminaisons pour chaque catégorie hiérarchique: Embranchement

:

a

ex: Mollusca

Classe

:

a

ex : Bivalvia

Ordre

:

da

ex : Hippuritoida

Sous ordre

:

ina

Superfamille

:

acea

ex : Hippuritacea

Famille

:

dae

ex : Radiolitidae

Genre

Praeradiolites

Espèce

P. biskraensis (Coquand, 1862)

VIII-Applications à l’étude paléontologique : 1°) Evolution des êtres vivants La paléontologie permet de montrer les transformations des organismes au cours du temps. L’âge de la terre est de 5 milliards d’années. Les premières traces organiques remontent à environ 3,8-3,5 milliards d’années. Ces traces correspondent à des bactéries (organismes unicellulaires) anaéorobies qui vont évoluer et vers 2 milliards d’années, on a le développement de bactéries photosynthétiques (vivant grâce à la photosynthèse), de cyanobactéries (algues filamenteuses de couleur bleu- vert, organismes aérobies) qui vont donner des structures biosédimentaires laminées appelées stromatolithes. Ces stromatolithes sont très importants, ils ont changé l’atmosphère en augmentant l’oxygène de l’air. A environ 600 million d’années, les premiers organismes pluricellulaires, sont caractérisés par l’absence de squelette. L’exemple le plus connu est la faune d’Ediacara, en Australie. A partir du Cambrien (environ 540 millions d’années), on a l’apparition du squelette ex.Trilobites. Dès l’Ordovicien, presque tous les embranchements sont représentés. Par la suite, on constate des diversifications au sein de ces embranchements. Ces diversifications sont de plus en plus importantes et on passe ainsi de l’embranchement à l’espèce. 2°) Biostratigraphie On peut noter pour un organisme donné, un moment où il apparaît et un moment où il disparaît. La durée qui sépare l’apparition d’une espèce donnée et sa disparition correspond à sa répartition stratigraphique. La durée de vie d’une espèce est plus ou moins longue. Les groupes de courte répartition stratigraphique permettent de faire des coupures et de faire une datation relative, c’est à dire de la biostratigraphie Les transformations, plus ou moins rapides constatées chez les fossiles, ont permis d’établir des échelles de chronologie relative des couches sédimentaires, plus la répartition est courte et plus la datation est précise. La datation précise des couches va permettre de faire des corrélations, c’est à dire de reconnaître des couches de même âge.

o Répartition stratigraphique d’un fossile La période à laquelle s’est déposé la première couche qui contiens le fossile (première apparition ou occurrence), jusqu’à la période à laquelle s’est déposé la dernière couche qui contiens le même fossile (dernière présence ou occurrence). o L’âge d’association En recoupant les différentes répartitions stratigraphiques des fossiles À, B et C retrouvés dans une même couche stratigraphique, on arrive à obtenir l’âge d’association qui représente la datation relative de la couche stratigraphique contenant ces fossiles. (fig. 10)

Fig. 10 : les répartitions stratigraphiques et l’âge d’association des fossiles A, B et C

3°) Paléoécologie et reconstitution des paléoenvironnements : Pour reconstituer un environnement ancien, on se base avec prudence sur le principe d’actualisme ou d’uniformitarisme qui affirme que l’observation des phénomènes actuels est une clé pour comprendre les phénomènes géologiques passés. Dans chaque environnement, il y a des facteurs physicochimiques et biologiques qui lui sont caractéristiques et qui sont interactifs (interagissant) Les environnements connus dans l’actuels sont : - Milieux continentaux qui sont les environnements terrestres, fluviatiles, lacustres, désertiques, glaciaires etc. - Milieux mixtes, ce sont les deltas, les estuaires et les lagunes

- Milieux marins : *Morphologie des fonds marins Du rivage vers les profondeurs, on distingue : -Le plateau continental jusqu’à 200m de profondeur -Talus continental jusqu’à 6000m -Les fosses océaniques jusqu’à 11500m -

Principaux milieux marins

Le domaine marin est divisé en fonction de 2 critères : l’éloignement par rapport à la côte et la profondeur. L’éloignement par rapport à la côte On distinguera en fonction de ce critère deux provinces : -

La province néritique qui s’étend au-dessus du plateau continental et qui est une zone peu profonde, elle correspond à la zone photique (zone où on a un maximum de lumière)

-

La province océanique qui s’étend loin de la côte, vers le large. Elle correspond à la zone aphotique.

La profondeur En fonction de ce critère, le milieu marin sera divisé en deux domaines : -

le domaine benthique (le fond)

-

le domaine pélagique (la masse d’eau)

Les organismes qui vivent sur le fond marin s’appellent benthos et ceux qui vivent dans la masse d’eau s’appellent pelagos. On distingue deux types de benthos ou d’organismes benhiques : Ceux qui vivent à l’extérieur du substrat, dits épibenthiques ou épibiontes ; et ceux qui vivent à l’intérieur du substrat, dits endobenthiques ou endobiontes. On observe aussi bien chez les épibenthiques que chez les endobenthiques des formes libres (qui se déplacent) ou vagiles, et des formes fixes ou sessiles. Le pelagos comprend deux types d’organismes, ceux qui nagent ou les organismes nectoniques ou necton, et ceux qui flottent ou organismes planctoniques ou plancton Remarque : Presque tous les organismes sont pélagiques. Les organismes benthiques sont pélagiques durant leur stade larvaire

4°) La paléobiogéographie On reconstitue la position des océans et continents à partir des organismes et de leur paléoécologie

On peut donc dire que les apports de la paléontologie sont : -

La connaissance des organismes disparus et leur évolution dans le temps

-

La datation des couches géologiques, c’est ce qu’on appelle la biostratigraphie.

-

La reconstitution des environnements anciens, c’est ce qu’on appelle paléoécologie

-

La reconstitution de la position des continents et des océans, c’est ce qu’on appelle paléobiogéographie.