Couplagedes événements biologiques et géologiques au cours du

RR - 17/04/17 - 582664219 - 1/7
Termle S
Chapitre
2.1
1,5 semaine
Couplage des événements
biologiques et géologiques
au cours du temps
► TP 1. La limite Crétacé-Paléocène à Bidart
I. À la limite Crétacé-Tertiaire une crise biologique affecte toute la planète
A. Avant - 65 Ma la biosphère est dominée par des groupes aujourd'hui disparus ou réduits
B. À - 65 Ma, un grand nombre d'espèces disparaissent rapidement
C. À partir de - 65 Ma, les groupes survivants prennent leur essor
II. La limite Crétacé-Tertiaire est marquée par des événements géologiques
A. Le dépôt d’une couche d'argile particulière
B. Deux événements majeurs à l’échelle du globe
C. Un scénario catastrophe « l'hiver d'impact »
III. Les crises biologiques sont des repères dans l'histoire de la Terre
A. Depuis 600 Ma les crises biologiques se sont succédées
B. Une crise biologique est toujours corrélée avec un ou des événements géologiques majeurs
C. L'évolution biologique est soumise au hasard des événements géologiques


OBJECTIF
Depuis l'apparition de la vie, la Terre est le siège d'interactions entre le
monde vivant et les enveloppes fluides et solides de la planète.
On cherche à préciser en quoi des événements géologiques ont été
particulièrement importants sur les changements de la biosphère.
► TP 1. La limite Crétacé-Paléocène à Bidart
I. À la limite Crétacé-Tertiaire une crise biologique
affecte toute la planète
► FIGURE 1. Le calendrier géologique dans Nathan p. 388.
 Le programme parle de limite (ou crise) Crétacé-Tertiaire mais ses textes
d'accompagnement parlent aussi parfois de limite (ou crise) Crétacé-Paléocène. Cela
signifie la même chose car le Paléocène est la première partie de l'ère Tertiaire. Les
enseignants de lycée préfèrent souvent le terme Crétacé-Paléocène (qui est à utiliser
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pour le bac). Les universitaires utilisent plutôt le terme Crétacé-Tertiaire qu'ils notent
aussi K/T.
N.B. Le Maastrichien est la dernière partie (étage) du Crétacé et le Danien est la
première partie (étage) du Paléocène.
► FIGURE 2. Histoire de la vie et extinctions dans Nathan p. 383.


Apparitions et extinctions d'espèces s'échelonnent dans le temps. On en constate
à toutes les époques.
Généralement, le rythme auquel se renouvellent les espèces n'est pas constant (les
espèces ont une durée de vie très variable). Cependant, à certaines époques, des
extinctions affectent préférentiellement certains groupes, on parle d'extinctions
en masse.
A. Avant - 65 Ma la biosphère est dominée par des groupes aujourd'hui
disparus ou réduits
► FIGURE 3. Dalle à Ammonites dans Nathan p. 371.
 On appelle taxon, un groupe quelconque d'êtres vivants (espèce, genre, famille,
ordre, embranchement).

Le milieu continental est dominé par les Gymnospermes (proches des conifères
actuels), les Amphibiens et les Reptiles, dont les Dinosaures.
Dinosaure vient du grec deinos, terrible et saura, lézard. Le groupe est apparu au début
de l'ère secondaire (Trias).

Dans le milieu océanique les Poissons sont bien représentés aux côtés des
Ammonites (Mollusques Céphalopodes) et des Foraminifères (Protozoaires à
test (= coquille) siliceux ou chitineux). Les Coccolithophoridés (algues
planctoniques unicellulaires) sont à l'origine des dépôts de craie (d'où le terme
"Crétacé") et les Rudistes (Mollusques bivalves) construisent d'énormes récifs
(comme les Coraux).
► FIGURE 4. Évolution des Reptiles dinosauriens dans Nathan p.374.
B. À - 65 Ma, un grand nombre d'espèces disparaissent rapidement
Accompagnement. Il est attendu des élèves qu'ils puissent citer, parmi les formes
disparues, les ammonites, les dinosaures, les foraminifères (...) aucune espèce
n'est à retenir. De même, aucune liste n'est exigible en ce qui concerne les formes
qui survivent à la crise, et celles qui apparaissent à la suite de celle-ci.

Les Ammonites et Dinosaures disparaissent entièrement et les Foraminifères
deviennent rares.
Parmi les Reptiles, outre les Dinosaures, disparaissent aussi les Plésiosaures et les
Ichtyosaures (reptiles marins) ainsi que les Ptérosaures (reptiles volants). De même,
les Rudistes disparaissent entièrement et les populations de Coccolithophoridés,
Gymnospermes et Fougères sont fortement réduites.

De manière générale, les végétaux chlorophylliens semblent peu touchés (sauf les
Coccolithophoridés). En milieu océanique, les animaux benthiques (= qui vivent
sur le fond) et la microfaune profonde résistent mieux que les animaux
pélagiques (= qui nagent (= necton) ou qui flottent (= plancton)).

Ammonites (et Bélemnites (Mollusques Céphalopodes)) vivaient en surface.
► FIGURE 5. Vertébrés ayant survécu à la crise et radiation évolutive dans
Bordas p. 190.
► FIGURE 6. Évolution des Mammifères dans Nathan p.375.
► FIGURE 7. Formations de Hell Creek (Montana, U.S.A.) dans Nathan p.374375.
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C. À partir de - 65 Ma, les groupes survivants prennent leur essor
Accompagnement. En ce qui concerne la diversification après la crise, on se
limite à un constat.

Certains groupes subissent des pertes mais survivent à la crise (Mammifères
(apparus à - 210 Ma), Oiseaux, Poissons, Insectes, Gastéropodes, Fougères,
Plantes à fleurs (graminées), Nummulites (Foraminifères)).
Les Mammifères Placentaires se diversifient au détriment des Marsupiaux.
Ces groupes sont alors l'objet d'une radiation adaptative, c'est à dire d’une
phase intense de diversification et de spéciation. Ils occupent toutes les niches
écologiques abandonnées par les groupes disparus.
 On appelle niche écologique la place qu'occupe une espèce d'un écosystème dans
l'espace ET dans le réseau trophique (= réseau alimentaire). Quand deux espèces
occupent la même niche écologique, elles sont en compétition. Si l'une est mieux
adaptée au milieu, elle se développe aux dépens de l'autre. Si les conditions de milieu (=
le biotope) changent, les critères d'adaptation sont modifiés. L'espèce la plus répandue
peut ne plus être la mieux adaptée alors que la moins répandue peut l'être. Cette dernière
se développe alors de manière prépondérante et tend à occuper toute la niche écologique.
Les extinctions et les diversifications datées de - 65 Ma sont interprétées de cette
manière.

Les modifications de faune et de flore constatées lors de la crise CrétacéPaléocène correspondraient à un changement du milieu de vie (= biotope), donc
à un événement de nature géologique.
Dans la biosphère comme dans la géosphère, une crise est une discontinuité
majeure à l'échelle planétaire et à l'échelle des temps géologiques qui sépare des
périodes de plus grande stabilité.
II. La limite Crétacé-Tertiaire est marquée par des
événements géologiques
► VOIR fig. 8a. Les marqueurs de la limite Crétacé-Paléocène dans Nathan p.
376. C’est l’équivalent des figures 8a et 8b.
► FIGURE 8b. Les marqueurs de la limite Crétacé-Paléocène dans Hatier p.
352.
► FIGURE 8c. Les marqueurs de la limite Crétacé-Paléocène dans Hatier p.
346
A. Le dépôt d’une couche d'argile particulière
 Dans le monde entier, chaque fois que la limite Crétacé-Paléocène est observable,
on constate la présence d'une fine couche d'argile (10 à 50 cm d'épaisseur)
toujours anormalement riche en :
- iridium qui est rare dans la croûte (on le trouve plutôt dans le manteau et dans
le noyau) ;
La couche d'argile contient 10 à 100 ng/g d'iridium alors que les sédiments terrestres en
contiennent environ 0,5 ng/g.
- quartz choqués qui présentent, au microscope, une striation correspondant à
une déformation sous l'effet d'un choc intense ;
- spinelles nickélifères = magnétites nickélifères qui sont des cristaux qui se
forment par fusion (dans un milieu riche en dioxygène), d'un matériel riche en
nickel (qui est, avec le fer, un élément très abondant du noyau).

On y trouve en outre :
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- des tectites, qui sont des sphérules de verre ;
- de la suie en divers endroits.

Quelle que soit la nature des sédiments du secondaire, situés en dessous, et
tertiaires, situés en dessus, la couche d'argile est partout de même nature. On en
déduit qu'elle a été transportée par voie aérienne, à la suite d'un événement
géologique à l’échelle mondiale.
 La couche d'argile à iridium (datée de - 65 Ma) sert de repère temporel à l'étude
des changements biologiques qui ont affecté la diversité du monde vivant.
 On observe en outre :
- une diminution de la sédimentation carbonatée liée à une diminution du nombre
d'organismes planctoniques ;
- un dépôt de matière organique lié à la sédimentation de cadavres (cf. I.B).
B. Deux événements majeurs à l’échelle du globe
Accompagnement. Il n'y a pas lieu d'engager une discussion sur l'importance
relative des deux hypothèses.
► VOIR fig. 9a. Cratère de Chicxulub dans Nathan p. 377. Equivalent à la figure
9b.
► FIGURE 9b. Cratère de Chicxulub dans Hatier p. 347.
1. Un impact de météorite géant (= événement cosmique)
 Un(e) météorite géant(e) s'est écrasé(e) à Chicxulub (dans la péninsule du
Yucatan au Mexique). Le cratère d'impact (300 km de diamètre et contenant
une brèche chaotique = mélange de fragments de roche de taille variée)
correspond à un objet de 10 km de diamètre ayant frappé la Terre à grande
vitesse (20 km/s).
 Cela peut expliquer des particularités de la "couche à iridium" :
- l'iridium est relativement abondant dans les météorites pierreuses (500 ng/g),
de type mantelique, et très abondant dans les météorites métalliques, riches en
fer et en nickel, de type noyau ;
- les quartz choqués pourraient provenir de l'impact et les spinelles nickélifères
= magnétites nickélifères pourraient avoir une origine météoritique.
 Les tectites se seraient formées lors de la fusion de la croûte océanique sous l'effet
de l’impact.
► FIGURE 10. Une forte activité volcanique dans Nathan p. 377
2. Une énorme éruption volcanique (= événement géologique)
 Les trapps du Deccan (Inde) sont formés de coulées de basalte sur 2400 m
d'épaisseur et 1 million de km2 de surface à l'origine. L'activité volcanique aurait
duré 500 000 ans (c'est à dire peu de temps à l'échelle géologique) et correspond
au passage de l'Inde sur le point chaud de la Réunion.
Trapps (du suédois escalier) : empilement régulier, sur d'importantes épaisseurs, de
coulées volcaniques dont les flancs ressemblent à des marches d'escalier.

Outre CO2 et SO2 gazeux, les points chauds actuels libèrent de l'iridium puisé
dans le manteau.
 Des quartz choqués ont été retrouvés dans des échantillons provenant d'explosions
volcaniques récentes.

Les tectites peuvent avoir été libérées par les volcans.
 À la fin du Crétacé un refroidissement climatique associé à une importante
régression marine (- 200 m, avec réduction de la taille des écosystèmes marins et climat
continental plus sec qu'auparavant) ont été mis en évidence. Cela pourrait aussi
expliquer certaines extinctions.
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C. Un scénario catastrophe « l'hiver d'impact »
 L' impact météoritique libère d'énormes quantités de poussière (aérosols), et de
vapeur d'eau (l'impact a eu lieu en milieu océanique).
Aérosol : suspension de particules très fines dans l'air (ou un autre gaz).
La présence de sulfates (gypse et anhydrite) dans les formations de Chicxulub aurait
permis la projection d'aérosols riches en SO2.

Les éruptions volcaniques projettent dans la haute atmosphère des cendres et
des aérosols (mélanges gazeux d'acide sulfurique, de chlore, etc.) et de la vapeur
d'eau.
Dans un premier temps les cendres, les aérosols et la vapeur d’eau
augmentent l'albédo (= quantité d'énergie solaire réfléchie) et obscurcissent
l'atmosphère.
Des composés halogénés (comme le fluor) des gaz volcaniques altèrent alors l'ozone
stratosphérique.
 Bilan radiatif = énergie solaire reçue - énergie réfléchie - énergie rayonnée = 0 à
l'équilibre
Le bilan radiatif de la Terre diminue, la planète refroidit, la photosynthèse est
très perturbée (voire impossible) par manque de lumière.
 Les pluies rabattent les aérosols (pluies acides qui contribuent à détruire des
végétaux) ainsi que les cendres et les poussières qui, après altération, participent à la
naissance à la couche d'argile à iridium.
 Les marnes du Crétacé subissent une altération. La partie carbonatée est dissoute, ce
qui entraîne un augmentation de la quantité de CO2, du pH des mers et participe à la
formation de la couche d'argile (Nathan p. 387).


Dans un deuxième temps (quand les cendres sont tombées au sol)
l'augmentation de la teneur de l'air en CO2 provoque une brusque remontée des
températures par effet de serre (sécheresses sévères et incendies).
Au bilan, ce sont le froid, l'interruption des chaînes alimentaires et la
sécheresse à l'échelle de la planète qui entraînent la disparition massive
d'espèces.
 À ces effets climatiques s'ajoutent la dévastation liée aux incendies, aux séismes, et
au méga tsunami qui accompagnent l'impact météoritique.
► FIGURE 11. Évolution de la biodiversité à trois périodes dans Nathan p.
378.
III. Les crises biologiques sont des repères dans l'histoire
de la Terre
► FIGURE 12. Crises biologiques et coupures des temps géologiques dans
Nathan p. 384-385
A. Depuis 600 Ma les crises biologiques se sont succédées
Accompagnement. On exige la reconnaissance de l'existence d'une crise, mais
pas la mémorisation des crises autres que la crise Crétacé-Tertiaire, ni des
marqueurs géologiques et biologiques qui les caractérisent.
 Cinq crises biologiques majeures ont été repérées :
- à - 435 Ma (limite Ordovicien-Silurien)
- à - 365 Ma (au Dévonien supérieur la limite Frasnien-Framennien) ;
- à - 250 Ma (limite Permien-Trias= Primaire-Secondaire) où 95% des espèces
dsparaîssent = plus grande crise connue ;
- à - 205 Ma (limite Trias-Jurassique) ;
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- à -65 Ma (limite Crétacé-Paléocène ou Secondaire-Tertiaire).



On estime qu'elles ont entraîné la disparition de 99,9% des espèces.
En géologie on appelle coupure un repère chronologique défini par l'apparition
et/ou la disparition d'espèces animales ou végétales au sein des formations
stratifiées.
Les crises biologiques sont de grandes coupures qui ont permis pour les derniers
600 Ma, au cours desquels les fossiles sont présents, un découpage des temps
géologiques (= calendrier géologique) en ères et en périodes.
 On appelle fossile stratigraphique une espèce de grande extension géographique et
d'existence courte (à l'échelle géologique), ce qui permet la datation. On l'oppose à
fossile de faciès qui est lié à un milieu de sédimentation.
 Il existe d'autres coupures. Un étage (= âge) est défini par une association de fossiles
stratigraphiques. Les étages sont regroupés en séries (= époques), qui sont regroupées en
systèmes (= périodes) eux mêmes regroupés en ères.
► FIGURE 12. Crises biologiques et coupures des temps géologiques dans
Nathan p. 384-385
► FIGURE 13. Supprimée
► VOIR. Évolution biologique, événements cosmiques et activité volcanique
depuis 250 Ma dans Nathan p. 379 et p. 384.
► FIGURE 14. Schéma bilan dans Nathan p. 389
B. Une crise biologique est toujours corrélée avec un ou des
événements géologiques majeurs
On appelle corrélation, un lien quelconque entre deux choses.

On a vu qu'une crise biologique est liée un changement climatique global et
brutal (à l'échelle géologique) entraînant une modification du biotope (= milieu
de vie).
Celui-ci peut avoir diverses origines géologiques :
- un impact météoritique ;
La recherche des cratères d'impact est difficile du fait de l'érosion et du renouvellement
de la lithosphère océanique.
- un épanchement volcanique de type trapps ;
La plupart des trapps coïncident avec des extinctions en masse. Il sont cependant
toujours légèrement décalés dans le temps.
- le rapprochement ou le morcellement des continents
qui entraîne une modification de la dynamique et enveloppes fluides et des variation
d'intensité des climats continentaux, le cœur des grands continents a un climat très sec à
forts contraste été/hiver ;
- le taux d'expansion océanique (variation du volume des dorsales entraînants des
variations du niveau marin) ;
- etc.
D'autres causes de variations climatiques, plus progressives, sont envisagées
dans le programme de spécialité.

Aucun de ces événements ne semble suffisamment puissant pour engendrer seul
une crise, mais le cumul de plusieurs d'entre eux permettrait le franchissement
d'un seuil critique entraînant la crise.
 Sur 26 (24 ?) extinctions recensées depuis 500 Ma, 6 sont associées à des traces
d'iridium et de quartz choqués et 6 autres à des anomalies en iridium moindres sans
indice d'impact météoritique.
 La datation absolue permet de dater on objet géologique, mais ne permet pas de
relier une datation à un événement. À l'inverse, les crises biologiques attestent
d'événements géologiques repérés dans le temps
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C. L'évolution biologique est soumise au hasard des événements
géologiques
 Le fait que les événements géologiques à l'origine des crises soient indépendants
des innovations génétiques, source de la diversité des espèces, confirme le
caractère imprévisible de l'évolution : on dit qu'elle est contingente.
BILAN
► FIGURE 1. Le calendrier géologique dans Nathan p. 388 (y placer les crises
biologiques)
► FIGURE 14. Schéma bilan dans Nathan p. 389

Les crises biologiques correspondent à des extinctions massives
causées par des changements climatiques à effet global.
Accompagnement. En conclusion, on évoque l'action de l'Homme sur la
biodiversité et sur les conditions physico-chimiques de la planète. Cette conclusion
ne fera pas l'objet de questions au baccalauréat.


Depuis presque deux siècles, l'Homme est susceptible d'agir à grande
échelle sur son environnement par :
- déforestation ;
- libération de déchets (CO2 et polluants divers) et accidents industriels ;
- utilisations massive de substances toxiques, etc.
- réduction de la biodiversité
Ces actions, s'ajoutant ou non aux facteurs géologiques, sont
susceptibles d'influencer l'avenir de la planète et d'entraîner des
extinctions en masse.
POUR EN SAVOIR PLUS
Une épouvantable hécatombe (crise Primaire Secondaire) dans La Recherche Dossier n° 19 - mai juillet 2005
D’une extinction à l’autre dans La Recherche - Dossier n° 19 - mai juillet 2005
Fin des dinosaures, la querelle relancée, météorite ou pas ? dans La
Recherche n° 379 - octobre 2004