fossiles stratigraphiques

Stratigraphie,
biostratigraphie
M2 Paléontologie 2012-2013 – Pierre-Olivier ANTOINE
"Lois" de Sténon (1669)
Principe de superposition
Principe d’horizontalité
S’appliquent essentiellement
aux roches sédimentaires
Au plus récent
Du plus ancien
Principe de
de recoupement
Principe
Formation des terrasses alluviales
Terrasses étagées
Formation des terrasses alluviales
Terrasses emboîtées
lus long
Temps p
Plan de stra
t
ification « h
or
Dé
pô
tp
ro
g
izontal »
Temps de la s
édimentation,
ra
da
nt
rapide
La plus grande partie du temps est dans les joints de
stratifications et les « unconformities »
Concordance
Ravinement
Discordances angulaires
discontinuités, hiatus
avec ou sans discordance géométrique
www.lithotheque.ac-aix-marseille.fr
Parfois, pas de discordance angulaire
Hiatus =
Plus facile à déceler avec !
DT long
Chronologie relative des événements
Sédimentaires et géodynamiques
Datation (numérique) : nécessité de « géochronomètres »
Utilisation complémentaire
des principaux géochronomètres:
Les éléments radioactifs (décroissance radioactive) →
radiochronologie: datation numérique directe
Les fossiles → biochronologie: datation relative et/ou
numérique indirecte
Les éléments radioactifs
Un élément chimique est constitué de
plusieurs isotopes (nombre similaire de
protons, mais nombre différent de neutrons =
différence de masse des isotopes
Isotopes radioactifs
Isotope père
Désintégration (constante / élément) = période
(demi – vie)
Isotope fils
Principaux éléments utilisés en géochronologie
Domaines d’utilisation:
Période x 10
Pas de pb.
50 000 ans au max.
Fossiles et datation
Biochronologie et Biostratigraphie
datation « RELATIVE » (pas de mesure du temps
en n années)
datation numérique déduite : fonctions de transfert,
corrélations
fondée sur :
→les principes « géométriques » de la stratigraphie
(superposition, recoupement…) qui donnent le
sens général de la succession des espèces,
→le principe d’identité paléontologique
Oligocène-Miocène
de Paali, Pakistan
« Log » =
Succession des
couches et
formations
sédimentaires
relevées sur le
terrain, et remises à
l’horizontale
avec indications
des épaisseurs,
caractères des
sédiments,
discontinuités,
fossiles, etc.
Carnet de terrain,
expédition 2004
Observation de chaque séquence locale
Puis Corrélations
Cénozoïque des
Collines Bugti, Pakistan
log synthétique
Roddaz et al. (2011)
Principe d’identité paléontologique:
Mammites nodosoides
Inoceramus labiatus
→ corrélations
→L’évolution:
les espèces se transforment et les
faunes et les flores changent avec le temps →
chaque tranche de temps est caractérisée par des
ensembles de fossiles différents,
du fait des transformations et des extinctions
Les extinctions rythment l'évolution :
leur utilité est fondamentale en (bio)stratigraphie
Nombre de genres d’invertébrés marins 2008
Crises d’extinction massive
Mammifères modernes
Dinosaures
Ammonites Bélemnites
Conodontes
Conodontes
Goniatites
Trilobites
Brachiopodes
Graptolites
Renouvellements fauniques de grande ampleur
Principes de la biostratigraphie
(et de la biochronologie)
paramètres principaux :
1) apparitions et disparitions de taxons
2) définition de degrés évolutifs au sein des espèces
1) apparitions et disparitions de taxons
calpionelles
céphalopodes
bivalves rudistes
calpionelles
plateforme
bassin
Pour les séries marines, principalement, là où les
successions de gisements sont disponibles.
1- Dans un gisement donné, caractérisation de la
variation morphologique et définition des taxons;
2- Observation de la succession de ces taxons dans une
série stratigraphique;
3- Corrélation avec d'autres séries stratigraphiques.
 Biostratigraphie
Pour les séries continentales, lorsqu’elles sont courtes,
voire très courtes et discontinues : méthode des lignées
évolutives.
Lignée évolutive = hypothèse de succession stratigraphique
d'espèces supposées apparentées les unes aux autres
(anagenèses successives)
Méthode raffinée par la caractérisation de taux évolutifs
(même principe que pour l'horloge moléculaire)
LIGNEES EVOLUTIVES chez les MAMMIFERES du Cénozoïque:
Pourquoi l’étude des mammifères :
-contour de l’espèce fossile peu différent de celui de l’espèce
actuelle;
-objets d’étude très minéralisés (apatite) donc fossilisables;
-pas de biais du développement (forme inchangée à partir de
l’éruption dentaire);
-grande signification phylogénétique de la morphologie, dentaire
notamment.
Exemple des rongeurs Theridomyidae
Issiodoromys
Oligocène
MP 28
MP 27
MP 26
MP 25
MP 24
MP 23
MP 22
Vianey-Liaud & Michaux (2003)
Succession proposée sur la base des tendances
évolutives suivantes:
- augmentation de la hauteur de la couronne /
simplification du schéma occlusal;
- accroissement de la taille générale;
- accroissement plus important de la longueur des
molaires de lait (DP4), avec adjonction de nouvelles
crêtes;
Dans cette lignée, mais aussi dans plusieurs autres
lignées de Theridomyidae.
Oligocène
Eocène
Milieu marin:
utilisation des
stades évolutifs
de
foraminifères:
deux lignées de
nummulitidés au
cours de l’Eocène
Nummulites
Assilina
Le découpage fin du temps
Biozonation / les échelles biostratigraphiques
Résolution maximale : 104 à 106 années
→fossiles stratigraphiques
espèces ayant une courte durée de vie et
une grande extension géographique
(corrélations)
Courte durée de vie = taux d’évolution élevé
Grande extension géographique = niches
écologiques peu spécialisées; très "mobiles"
Biozone: tranche de temps de t1 à t2, avec
une limite inférieure et une limite supérieure
Zone d’extension ou de durée d’une
espèce: entre la première apparition (A) et la
Z
disparition (D) d’une espèce
Zone d’assemblage: zone
pendant laquelle les 4 espèces
considérées sont présentes
Z
Zone d’intervalle: entre la
disparition d’une espèce et l’apparition
d’une autre espèce
Z
D
A
t
Niveaux repères ou bio-horizons: repère
temporel sans durée (« ligne temps »)
L’ensemble des espèces (définies
par leur degré évolutif) d’un
gisement repère choisi comme
standard
T4
T3
la succession des niveauxrepères constitue une échelle,
dont chaque barreau est un
repère temporel
T2
T1
Milieu continental:
utilisation des stades
évolutifs de rongeurs
MP 28
MP 27
Issiodoromys
MP 26
MP 25
MP 24
MP 23
Oligocène
MP 22
Rongeurs néogènes
(Aguilar & Michaux, 1987)
-0,25 Ma à -0,75 Ma
Taxons: relation espace / temps
Valeur locale (FLO et LLO) et non globale
Des « First Appearance
Datum » (FAD) et « Last Appearance
Datum" (LAD)
- répartition géographique (migrations, extinctions
locales…)
- lacune de sédimentation
- pas de faciès favorable (soit pour la
fossilisation, soit pour le milieu de vie de l’espèce
considérée)
Biozonations et/ou Niveaux-repères définis
dans des zones géographiques limitées, et
dans des environnements différents.
Nécessité d'étalonner les échelles
biochronologiques :
- grâce à des datations radiométriques,
- et/ou par approches successives à l’aide de la
magnétostratigraphie (ou de méthodes
chimiostratigraphiques)
Variations du d18O sur les 60
derniers Ma
Changement d’échelle
Variations du d18O du Pliocène à
l’actuel (mesures sur le test de
Foraminifères)
Cycles de 100000 ans
prédominants au Pléistocène
moyen-supérieur, et de 41000
ans jusqu’au Pliocène
Vêlage important de la calotte
glaciaire canadienne
Variations du d18O sur les
60 derniers ka
(mesures sur le CO2 des
bulles de glace)
- pour les périodes où
les variations du δ18O
ont une plus grande
amplitude, et
ne présentent pas une
cyclicité aussi
rapprochée,
les grands épisodes
d’augmentation du
δ18O (comme à la limite E/O
Eocène-Oligocène, ou
PETM) peuvent servir
d'élément de corrélation
fiable,
PETM
La mesure du
paléomagnétisme
des roches permet,
en la combinant avec
des informations sur
leur durée de
sédimentation,
et sur leur contenu paléontologique,
de dresser une échelle
magnétostratigraphique.
L’échelle de référence = Echelle
géomagnétique (GPTS)
1-Les Coupures majeures: Les ERES
la définition des limites entre les ères
géologiques repose sur les grands
événements de l'histoire de la vie.
ERE= nomenclature chronologique
ERATHEME= support stratigraphique –
matériel)
2-Les autres subdivisions:
Les ETAGES (durée = AGE) sont des
formations sédimentaires montrant des
successions lithologiques remarquables.
Lorsque ces formations sont choisies comme
repères stratigraphiques internationaux, il s'agit
de STRATOTYPES (ex stratotype de l'Aptien
à Apt…)
Les SYSTEMES (dont la durée est une
PERIODE) sont des regroupements de
SERIES (dont la durée est une EPOQUE);
REPERES TEMPORELS et CORRELATIONS
1-GSSP (Global Stratigraphic Section and Point)
Niveau – repère temporel séparant deux
étages (dans le stratotype) et matérialisé
sous la forme d’un « Golden Spike » (Clou
d’Or)
Les corrélations se font d’abord à l’échelle de la
section, donc à petite échelle →
Clou d'or de la base de l'Ediacarien (Flinders Ranges, Australie)
2- GPTS Geomagnetic Polarity Time Scale
Echelle établie à partir de l’accrétion le long des
dorsales océaniques, et donc indépendamment de la
trame chronostratigraphique
Echelle synthétique
des temps géologiques
(période 33-0 Ma)
(Gradstein et al. 2005)