Carbonifère

Carbonifère
Houiller

Données clés

Notation chronostratigraphique	C
Notation française	h
NotationRGF	h
Niveau	Période / Système
Érathème / Ère -Éonothème / Éon	Paléozoïque Phanérozoïque

Stratigraphie

Étendue

Début	Fin
358,9 ± 0,4Ma	298,9 ± 0,15Ma

DévonienPermien

Sédimentaire

Lithologies notables	couches carbonifères

Subdivisions

• Pennsylvanien(≃Silésien)
• Mississippien(≃Dinantien)

Paléogéographie et climat

Reconstitution de la géographie terrestre de la fin du Carbonifère (300Ma)

Climat

Taux deO2atmosphérique	env.25%vol (125%de l'actuel)
Taux deCO2atmosphérique	env.450ppm (2 fois le niveau d'avant larévolution industrielle)
Température moyenne	15°C (+1°Cpar rapport à l'actuel)

Contexte géodynamique

• 345–230Ma:orogenèse hercynienne

Faune et flore

Représentationpaléoartistiquede ce à quoi auraient pu ressembler les forêts de la période du Carbonifère d'après les fossiles.

Évolution

• 350Ma:filicophytes(fougères)
• 330Ma:tétrapodes(vertébrés)exclusivement terrestres
• 330Ma:myxinoïdés(animaux des grands fonds)
• 320Ma:explosion des plantes àgraines
• 315–310Ma:œuf amniotique
• 310Ma:pinophytes(conifères)
• 300Ma:coléoptères

Affleurements

LeCarbonifèreest unepériode géologiqueduPaléozoïque.Elle s'étend de−358,9 ± 0,4à−298,9 ± 0,2millions d'années (Ma).Le Carbonifère suit leDévonienet précède lePermien.Carbonifère signifie « porteur de carbone », faisant référence aux importantes quantités de carbone qui ont été emprisonnées sous forme decharbon,formant ainsi d'abondants dépôts houillers.

LaPangéecontinue sa formation durant le Carbonifère, la température moyenne, stable pendant la première partie du Carbonifère diminue par la suite. La partie sud duGondwanaest recouverte d’un glacier continental, mais aux latitudes plus basses unenvironnementpropice et riche envieprédomine.

Cette période est caractérisée par la présence des premiers grands arbres en abondance. Dans le nord-est de l'Amérique,les lys de mer deviennent moins communs et sont presque inexistants vers la fin de cette période. La vie marine est riche encrinoïdeset autres espèces d’échinodermes.Lesbrachiopodessont abondants. Lestrilobitesse sont raréfiés. Sur les terres, une population variée deplantesexiste. Lesvertébrésterrestres incluent de grands amphibiens et les premiers reptiles.

Dans certains des textes anciens en français, une autre appellation (désormais obsolète) a été parfois utilisée: « Carboniférien ».

La seconde moitié de la période a connu des glaciations, un niveau de la mer bas, et la formation de montagnes à mesure que les continents entraient en collision pour former laPangée.Un événement mineur d'extinction marine et terrestre, l'effondrement de la forêt du Carbonifère,s'est produit à la fin de la période, provoqué par les changements climatiques.

Subdivisions

Au niveau mondial, laCommission internationale de stratigraphiedivise le Carbonifère en deux sous-systèmes (ou sous-périodes): lePennsylvanienet leMississippien,subdivisés chacun en trois séries: inférieur, moyen et supérieur, comprenant chacune un ou deux étages.Les datations des subdivisions correspondent à celle de l'échelle des temps géologiques publiée en 2012 (Geologic Time Scale 2012, GTS2012).

Pennsylvanien
Pennsylvanien supérieur:
Gzhélien	(303,7 ± 0,1 - 298,9 ± 0,2 Ma)
Kasimovien	(307,0 ± 0,1 - 303,7 ± 0,1 Ma)
Pennsylvanien moyen:
Moscovien	(315,2 ± 0,2 - 307,0 ± 0,1 Ma)
Pennsylvanien inférieur:
Bashkirien	(323,2 ± 0,4 - 315,2 ± 0,2 Ma)
Mississippien
Mississippien supérieur:
Serpukhovien	(330,9 ± 0,2 - 323,2 ± 0,4 Ma)
Mississippien moyen:
Viséen	(346,7 ± 0,4 - 330,9 ± 0,2 Ma)
Mississippien inférieur:
Tournaisien	(358,9 ± 0,4 - 346,7 ± 0,4 Ma)

EnEuropeon utilise également les notions de «Silésien» et de «Dinantien», qui correspondent au « Pennsylvanien » et au « Mississippien » américains, à l’exception duSerpukhovienqui est placé dans leSilésien.LeStéphanien,étage régional pour l'Europe du Nord-Ouest, couvre une partie du Gzhélien et du Kasimovien.

Paléogéographie

La baisse globale duniveau de la merde la fin duDévoniens’inverse au début du Carbonifère. Cette hausse du niveau de la mer crée desmers épicontinentaleset les dépôts decarbonateduMississippien.Une chute des températures se produit aupôle Sudet le sud duGondwanaest gelé. On ignore si les glaciers de ce continent étaient nouveaux, ou s'ils existaient déjà auDévonien.Ces conditions plus froides ont peu d’effet aux plus basses latitudes, où des marécages luxuriants sont communs.

Le niveau de la mer s'abaisse vers le milieu du Carbonifère. De nombreuses espèces marines sont touchées et s’éteignent, particulièrement descrinoïdeset la majorité desammonites.Cet épisode marque la limite entre leMississippienet lePennsylvanien.

Orogenèsesvarisque(hercynienne) et alleghenienne au Carbonifère.

Le Carbonifère est une période d’orogenèseactive: laPangéeest en cours de formation. Les continents de l’hémisphère sud restent liés dansGondwana,tandis que cesupercontinententre en collision avec laLaurussiale long de ce qui est actuellement la côte est de l’Amérique du Nord(voir l'articleorogenèse alléghanienne). Lachaîne hercynienneenEuropeet lesAppalachesenAmérique du Nordse forment lors de cette collision.La plaque eurasienne se soude à l’Europe de l'Ouestau niveau de l’Oural.La plus grande partie de laPangéeest alors assemblée à l’exception de la Chine du nord et de l’Asie du Sud-Est.

Il existe deux océans majeurs au Carbonifère: lePanthalassiqueet lePaléotéthys.Des océans moins vastes sont:

• laPrototéthys,fermée par la collision dumicrocontinentde Chine du Nord etSibérie/Kazakhstania;
• l’océan Rhéique,fermé par la collision de l’Amérique du Nordet de l’Amérique du Sud;
• le petit et peu profondocéan Ouralien(en),fermé par la collision entre laBaltiqueet laSibérie.

Climat

Position des continentsil y a 355Ma.

Après le refroidissement amorcé durant leDévonien,la température reste tiède (malgré un taux deCO₂estimé entre 0.06 % et 0,09 %,soit deux à trois fois celui duXIX^esiècle), et stable durant la première partie du Carbonifère. Pendant la seconde partie du Carbonifère, le climat se refroidit à nouveau. LeGondwana,dans leslatitudeshautes de l’hémisphère sud, est en partie couvert de glace, glaciation qui se poursuit au début duPermien.Laurussiaest situé à des latitudes peu élevées et n'est guère touché par le refroidissement.

Les niveaux mondiaux de dioxyde de carbone atmosphérique étaient d'environ 1 500 parties par million, ce qui est une valeur très élevée par rapport aux valeurs contemporainesqui sont autour de 400ppmen volume en 2021. Les niveaux de dioxyde de carbone ont ensuite diminué à environ 350 parties par million au milieu du Carbonifère.L'émergence des forêts, il y a environ 385 millions d'années, est généralement rendue responsable de cette diminution des niveaux de CO₂atmosphérique et du refroidissement climatique associé.Cependant, les concentrations de CO₂atmosphérique avant l'avènement des forêts présentent des incertitudes importantes.

Le taux d'oxygène était de 35 % pendant le Carbonifère, il y a environ 300 millions d'années. À mesure que le climat a refroidi et que les plantes terrestres ont disparu, l'oxygène est tombé jusque 12 % au début duTrias.

Géologie

Lepidodendron,unarbrecryptogamedu Carbonifère, pouvant atteindre40 mètresde haut.

Écorce fossile deLepidodendron,Hérault.

Les couches rocheuses datant du Carbonifère enEuropeet enAmérique du Nordconsistent souvent en des séquences répétées decalcaire,grès,schisteetcharbon.EnAmérique du Nord,les dépôts de calcaire sont largement d’origine marine. Les dépôts de charbon du Carbonifère ont fourni une grande part des ressources énergétiques nécessaires à larévolution industrielle.Ils restent encore de nos jours la source d'énergie la plus utilisée dans le monde pour produire de l'électricité et leur exploitation est la principale cause du réchauffement climatique d'origine anthropique.

L'importance des dépôts de charbon est due à deux facteurs:

• l’apparition d’arbres à écorces et en particulier ceux à écorcesligneuses;
• le niveau des mers, peu élevé, comparé à celui duDévonien,qui a permis l’extension de vastes marécages et forêts en Amérique du Nord et enEurasie.

Le taux deCO₂de l'atmosphère (deux à trois fois celui duXIX^esiècle) a certainement favorisé la croissance de la végétation.

Formation végétale actuelle duMississippisemblable aux forêts du Carbonifère, mais formée d'angiospermestandis que les forêts carbonifères étaient composées delycophytes,deptéridophyteset despremiers gymnospermes.

Sol fossile de la forêt carbonifère, avec des feuilles des fougèresAlethopteris serlietNeuropteris.

On a émis l’hypothèse que l’enfouissement de grandes quantités de bois est dû au fait que les bactéries et les animaux n’étaient pas encore assez évolués pour être capables de digérer et de décomposer les nouveaux ligneux. Lalignineest en effet difficile à décomposer. De plus les plantes ligneuses de cette période comportaient un ratio écorce/bois bien plus important que de nos jours, 8 pour 1 à 20 pour 1, contre 1 pour 4 de nos jours. Les écorces devaient comporter entre 38 et 58 % de lignine. La lignine n’est pas soluble, elle peut rester dans le sol pendant des centaines d’années et inhiber la décomposition d’autres substances végétales.

L’enfouissement massif decarbonea pu conduire à un surplus d’oxygènedans l’air allant jusqu’à 35 %mais des modèles révisés considèrent ce chiffre comme irréaliste et estiment que le pourcentage d’oxygène dans l’air devait se situer entre 15 et 25 %.

Faune et flore

Flore

La forêt du Carbonifère subsiste aujourd'hui sous la forme de gisements dehouille,qui en sont les dépôtsfossilisés.Elle était composée de grandeslycophytesarborescentes commeLépidodendron,deCalamites,arbres d'une hauteur de10 mètres,semblables aux prêles actuelles, et lesfougèresarborescentes.Si la forêt du Carbonifère était pour une grande part une forêt dePtéridophytes(plantes ne produisant ni fleurs ni graines, dont font partie les lycophytes, les calamites et les fougères), y figuraient aussi, en moindre nombre, les premiersconifèresarchaïques (lesCordaitales), ainsi qu'un groupe aujourd'hui éteint, lesPtéridospermales(« fougères à graines »).

Faune

Le Carbonifère voit l'apparition de l'œuf amniotiqueet par conséquent desamniotes.Le groupe apparait vers 340Ma,lessynapsidess'en différencient vers 320Maet les saurospides 5Maplus tard. À la fin du Carbonifère, les deux clades seront en place et bien diversifiés.

Legigantisme(à nos yeux) affiché par lesarthropodes(myriapode géant,Arthropleura,libellule géanteMeganeura) et lesamphibiensdu Carbonifère s'expliquerait par unfort taux de dioxygènecontenu dans l'air (proche de 35 % au lieu des 21 % actuels), la quasi-absence de prédateurs, et une nourriture abondante.

• 
  Bivalves marinsAviculopectenetSyringothyris.
• 
  Helenodora inopinata,un proche parent de nosonychophores.
• 
  LemyriapodeArthropleurapouvait atteindre 2mde longueur, mais rien ne prouve qu'il était rouge.
• 
  L'arachnidetrigonotarbideMaiocercus.
• 
  Pulmonoscorpiusatteignait 70cm.
• 
  Megarachne,uneuryptérideaquatique de 60cm.
• 
  LepaléodictyoptèreMazothairosavait le thorax segmenté et une troisième paire d'ailes résiduelle sur le premier segment.
• 
  Meganeura monyi,unméganisoptèrede 75cmd'envergure.
• 
  Uneblattede 20cm.
• 
  Akmonistionest unholocéphalede l'ordre desSymmoriida.
• 
  Falcatus,autre holocéphale, présentait undimorphisme sexuel.
• 
  Dracopristis,unelasmobranchectenacanthiforme.
• 
  Ornithoprion,un petit holocéphaleeugeneodonte.
• 
  Allenypterus,unsarcoptérygien.
• 
  Echinochimaera,autre poisson carbonifère.
• 
  Phanerosteon,unostéichtyende l'ordre despalaeonisciformes.
• 
  Rhizodus,poisson d'eau doucesarcoptérygién.
• 
  Squatinactis,unélasmobranche.
• 
  Bandringa,autre élasmobranche, àrostre.
• 
  Le pré-amphibienPederpes,un des premierstétrapodes.
• 
  Crassigyrinus,autre amphibien.
• 
  Ophiderpeton,unamphibienaïstopode.
• 
  Microbrachis,un amphibienlépospondyle.
• 
  Amphibamus,undissorophoïdetemnospondyle.
• 
  Hylonomus,un des premierssauropsides(reptiles).
• 
  Petrolacosaurus,le plus anciendiapsideconnu (entre autres, lescrocodiles,lesdinosaureset donc lesoiseauxen descendent).
• 
  Archaeothyris,le plus anciensynapsideconnu (entre autres, lesmammifèresen descendent).

Extinctions

Lacune de Romer

Les15 premiersmillions d'années du Carbonifère sont marqués par la pauvreté des fossiles terrestres dans les couches géologiques. Cette lacune dans le registre fossile est appeléelacune de Romer,en hommage au paléontologue américainAlfred Romer.Cette lacune a fait l'objet d'un long débat (résultat d'un déficit dans la fossilisation ou conséquence d'un événement), jusqu'à une étude publiée en 2006 qui montre que la période a connu une baisse du niveau d'oxygène, ce qui indique une sorte d'effondrement écologique.Cette période a vu la disparition de tétrapodes basaux du Dévonien, telIchthyostega,et l'essor destemnospondylesplus avancés et desreptiliomorphes,caractérisant la faune des vertébrés terrestres du Carbonifère.

Effondrement de la forêt tropicale du Carbonifère

Avant la fin de la période carbonifère, il y a environ305 millionsd'années, une extinction de masse a eu lieu, qui a concerné principalement les plantes, appeléeeffondrement de la forêt tropicale du Carbonifère(en anglais CRC,Carboniferous Rainforest Collapse). De vastes forêts humides se sont effondrées soudainement alors que le climat, chaud et humide, devenait frais et sec, probablement à cause d'une glaciation intense et de la baisse du niveau de la mer consécutive.Les forêts ont vu leur espace se rétrécir et leur flore a perdu une grande part de sa diversité (lesLycophytesnotamment ont été les grandes victimes de cet effondrement).

Les amphibiens, qui étaient les vertébrés dominants à l'époque, ont été pour une grande partie d'entre eux anéantis; les reptiles, en revanche, ont continué à se diversifier en raison d'adaptations décisives qui leur ont permis de survivre dans un habitat plus sec, en particulier l'œuf à coquille dure, et les écailles, qui retiennent mieux l'humidité que ne le fait la peau des amphibiens.

Cause de la fin du Carbonifère

Lecharbona arrêté de se former il y a près de290 millionsd'années (fin du Carbonifère). Selon une étude ayant comparé l'horloge moléculaireet legénomede31 espècesdebasidiomycètes(agaricomycetes:«pourriture blanche», groupe qui contient aussi des champignons ne dégradant pas la lignine —pourriture brune— et des espècesectomycorrhiziennes), cet arrêt de formation du charbon semble pouvoir être expliqué par l'apparition de nouvelles espèces dechampignonslignivores(dits aussixylophages) capables dedégraderla totalité de laligninegrâce à des enzymes (leslignine peroxydases).

Bibliographie

• (en)F.M.Gradstein,J.GOgg,M.Schmitzet G.Ogg,The Geologic Time Scale 2012,Elsevier,2012,1176p.(ISBN978-0-444-59448-8,lire en ligne).
• (en)Felix M.Gradstein,James G.Ogget Alan G.Smith,A Geologic Time Scale 2004,Cambridge,Cambridge University Press,2005,610p.(ISBN0-521-78142-6).

Voir aussi

Articles connexes

• Échelle des temps géologiques
• Point stratotypique mondial(PSM)
• Paléobotanique

Liens externes

• (en)GeoWhen Database

Frise chronologique des éons, ères, systèmes de l'Histoire de la Terre.

Frise chronologique des ères, systèmes, séries du Phanérozoïque

Paléozoïque						Mésozoïque			Cénozoïque
Cambrien	Ordovicien	Silurien	Dévonien	Carbonifère	Permien	Trias	Jurassique	Crétacé	Paléogène	Néogène	Q.