Précambrien

Le Précambrien désigne de façon informelle l'ensemble des trois éons précédant l'éon Phanérozoïque. C'est la plus longue période sur l'échelle des temps géologiques, puisqu'elle s'étend de la formation de la Terre, il y a environ 4,560 milliards d'années, à l'émergence d'une abondante faune d'animaux à coquille rigide qui marque, il y a 542 Ma, l'entrée dans l'ère Paléozoïque et sa première période, le Cambrien.

Étymologie

Le terme de « Précambrien » est assez ancien, puisqu'il était utilisé pour désigner de façon plus ou moins vague la période méconnue précédant l'ère Primaire. Le mot est basé sur le terme Cambrien, qui vient lui-même du nom latin du Pays de Galles, Cambria.

Aujourd'hui, il est toujours utilisé par les géologues et les paléontologues pour désigner les trois premiers éons sous une seule expression. On a quelque temps parlé d'éon Cryptozoïque, puis le triptyque « Protérozoïque », « Archéen » et « Hadéen » a mis ce terme en désuétude.

Environnement planétaire au Précambrien

Bien que le Précambrien couvre 88 % de l'histoire de la Terre, il reste encore bien moins connu que les douze périodes qui lui succèdent.

Formation de la Terre

Le système solaire s'est formé il y a 4 567 Ma. La protoTerre se serait formée par accrétion de matière résiduelle au sein d'une nébuleuse primitive, il y a environ 4 560 Ma.

Selon toute vraisemblance, peu après avoir pris sa forme grossièrement sphérique, elle aurait été percutée par une planète de la taille de Mars appelée Théia. Cette « Grande collision » se serait produite vers −4 533 Ma. Les débris éjectés auraient alors formé un anneau de matière autour de la Terre, qui aurait donné naissance, par le même processus d'accrétion, au seul satellite naturel de la Terre, la Lune.

Certains spécialistes considèrent que l'on ne peut parler d'Hadéen qu'à partir de cet évènement.

Une croûte terrestre stable était apparemment en place vers 4 400 Ma, comme l'indiquent les cristaux de zircon retrouvés dans l'ouest de l'Australie (datés vers 4 404 Ma ± 8^[1]).

L'atmosphère réductrice

L'atmosphère primitive est due au dégazage de la Terre. Une activité volcanique importante y contribue. Les gaz volcaniques sont constitués de vapeur d'eau à plus de 80 %, de dioxyde de carbone entre 6 et 12 %, d'H₂S ou de SO₂ à 3 %… Après refroidissement, une grande part de cette eau va se condenser pour former les océans. L'atmosphère résultante, riche en diazote, dioxyde de carbone, eau, dioxyde de soufre et peut-être chlorure d'hydrogène, ammoniac et méthane, serait hostile à la vie actuelle^[2].

Entre −3,4 et −2,2 Ga, les paléosols montrent un appauvrissement en fer. Celui-ci, solubilisé en fer ferreux (Fe²⁺) par l'atmosphère modérément réductrice^[3], s'accumule dans les océans et précipite sous forme de pyrite ou d'oxydes dans les gisements de fer rubanés (−3,8 à −1,8 Ga). Compte tenu des éléments présents dans l'air, le sol et l'eau, les couleurs dominantes devaient être le rouge pâle pour le sol et le vert olive pour les océans.

La constance du δ¹³C_org depuis -3.5 voire -3.8 Ga, indique une fixation du carbone par l'enzyme RubisCO.

L'atmosphère oxydante

La production de dioxygène atmosphérique a commencé avec l'apparition de la photosynthèse chez les cyanobactéries, dès -3,5 Ga. Il en résultera, en -2,4 Ga, une crise écologique appelée la « Grande oxydation » ou « Catastrophe de l'oxygène ». L'oxygène était en effet toxique pour les organismes anaérobies de l'époque. L'oxygène a réagi avec les grandes surfaces oxydables présentes à la surface de la Terre (principalement, le fer).

À −2,2 Ga, l'augmentation du δ¹³C_org dans les carbonates s'explique par une fossilisation de matière organique plus importante, notamment dans les stromatolites, des structures en carbonate de calcium édifiées par des cyanobactéries. Ceci a pour effet d'enrichir l'atmosphère en dioxygène. C'est à cette date qu'apparaissent les formations de fer ou couches rouges, preuve d'une atmosphère oxydante. À partir de −1,8 Ga, les paléosols s'enrichissent en fer. La pression partielle de dioxygène est de l'ordre de 15 % de l'actuelle. Après un épisode glaciaire en −700 Ma et ses nouveaux gisements de fer rubanés, les océans cessent d'être anoxiques pour devenir riches en sulfates. Les métazoaires se développent.

Climat

Au début de l'Archéen, l'activité solaire plus faible était compensée par une atmosphère très chargée en gaz à effet de serre. La température était élevée. L'analyse isotopique du silicium montre que la température des océans a décru de 70 °C il y a 3 500 Ma, à 20 °C il y a 800 Ma^[4]. Si cette atmosphère s'était maintenue, la Terre ne serait plus habitable aujourd'hui.

Heureusement, une quantité importante de carbone atmosphérique a pu être progressivement capté sous forme de carbonate de calcium, lequel précipite au fond des océans. Le carbone se retrouve ainsi piégé dans les roches sédimentaires. La tectonique des plaques en restitue une partie à l'atmosphère au travers de l'activité volcanique (cycle lent du carbone). Le lent appauvrissement de l'atmosphère en dioxyde de carbone aboutit à la glaciation huronienne vers −2,2 Ga.

Quatre périodes de glaciation marqueront l'ère Néoprotérozoïque, entre −1 000 et −542 Ma. La mieux connue est la glaciation Varanger. La Terre, complètement gelée pendant plusieurs millions d'années, évoque alors une « boule de neige ».

Tectonique des plaques

La tectonique des plaques du Précambrien est très peu connue. Il est généralement admis que l'essentiel des masses terrestres formait un seul et unique supercontinent, Rodinia, il y a 1 milliard d'années. Il se scinde en plusieurs morceaux vers −600 Ma. L'activité volcanique correspondante augmentera les concentrations de CO₂ atmosphérique et mettra un terme au cycle de glaciations.

Vie avant le Cambrien

On ne sait pas dire avec certitude quand la vie est apparue sur Terre, mais du carbone retrouvé dans des roches de 3 800 Ma pourrait être d'origine organique. Par ailleurs, des bactéries vieilles de plus de 3 460 Ma et relativement bien conservées ont été retrouvées dans la partie ouest de l'Australie ; dans la même zone, on a retrouvé des fossiles peut-être âgés de 100 Ma supplémentaires. Il y a donc de bons indices d'une vie bactérienne dès l'Archéen.

Le développement vers -1,4 Ga des eucaryotes, des organismes aérobies comme des algues unicellulaires, sera déterminante pour l'oxygénation de l’atmosphère terrestre.

La premier organisme multicellulaire est une algue rouge datée de −1 200 Ma, pendant l'ère Mésoprotérozoïque. Diverses formes de vie à corps mou datées entre −600 et −542 Ma constituent ce qu'on appelle la faune Vendienne, c'est-à-dire la faune de l'Édiacarien.

L'apparition d'une grande diversité d'organismes à petites coquilles (small shelly fauna) à partir de −542 Ma marquera ce qu'on appelle l'explosion cambrienne.

Subdivisions

La datation radiométrique permet de délimiter les différentes formations du Précambrien.

• Protérozoïque : cet ére s'étend de −2 500 Ma au début du Cambrien en −542 Ma.
  • Néoprotérozoïque : c'est l'ère la plus récente du Protérozoïque ; son début était fixé à −900 Ma mais une tendance moderne le ramènerait à −600 Ma, approximativement. Elle correspond à l'ancien « Précambrien Z » de la géologie nord-américaine.
    • Édiacarien : cette période géologique a été définie officiellement en mars 2004 par l'Union internationale des sciences géologiques. Cette période commence par une strate caractéristique datée d'environ −620 Ma. Elle a connu l'apparition de la faune de l'Édiacarien à partir de −565 Ma et débouche sur la période du Cambrien en −542 Ma.
    • Cryogénien une proposition de subdivision du Néoprotérozoïque.
    • Tonien une proposition de subdivision du Néoprotérozoïque.
  • Mésoprotérozoïque : c'est l'ère centrale du Protérozoïque, approximativement de -1 600 à −900 Ma. Elle correspond à l'ancien « Précambrien Y » de la géologie nord-américaine.
  • Paléoprotérozoïque : il s'agit du Protérozoïque ancien, approximativement de −2 500 à −1 600 Ma. Il correspond à l'ancien « Précambrien X » de la géologie nord-américaine.
• Archéen : approximativement entre -3 800 et −2 500 Ma.
• Hadéen : éon antérieur à −3 800 Ma. A l'origine cet éon était conçu comme antérieur aux premiers dépôts rocheux. Pourtant, quelques cristaux de zircon datés d'environ −4 400 Ma démontre la présence d'une croûte terrestre pendant cet éon.

Il a été proposé de diviser le Précambrian cinq éons^[5], caracterisés comme suit :

1. Accrétion et différentiation, avant la Grande collision.
2. Hadéen, correspondant au Grand bombardement tardif (présumé entre -4.1 et -3.8 Ga).
3. Archéen, correspondant aux premières formations de la croûte terrestre (ceinture de pierres vertes d'Isua) jusqu'aux gisements de fer rubanés.
4. Transition, jusqu'aux premières couches rouges continentales.
5. Protérozoïque, caractérisé par la tectonique des plaques et s'étendant jusqu'au Cambrien.

Notes et références

Voir aussi

• Échelle des temps géologiques
• Modèles d'évolution solaire et températures du Précambrien

• Portail des sciences de la Terre et de l’Univers