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Les sédiments siliceux

Dossier - Radiolaires, bijoux microscopiques
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Les radiolaires, plancton siliceux marin, contribuent, comme d’autres organismes du plancton à la constitution de roches. Ces organismes sont longtemps restés mal connus. Ce sont des organismes petits et complexes, d’une grande beauté, très utiles pour dater les roches comme pour reconstruire des paléoenvironnements.

  
DossiersRadiolaires, bijoux microscopiques
 

Les assemblages fossiles ne résultent pas seulement de l'accumulation en un point de faunes variant verticalement et horizontalement mais aussi de mélanges dus aux courants, de la dissolution sélective dans la colonne d'eau, de la dissolution à la surface puis au sein des sédiments et lors de la diagenèse.

Le nombre d'individus et le nombre d'espèces sont beaucoup moins importants dans le sédiment (et a fortiori la roche) que dans le plancton. Cette diminution drastique du nombre de tests est due aux dissolutions successives.

Les Radiolaires sont abondants dans les boues actuelles des fonds océaniques équatoriaux où, en surface, la productivité planctonique est élevée. Cependant la productivité des autres organismes y est également importante si bien que les Radiolaires sont souvent masqués par de grandes quantités de Foraminifères et de nannoplancton pour l'essentiel. Une exception concerne les fonds situés sous le niveau de compensation des carbonates (CCD). Là se déposent des boues siliceuses, en général dominées par la présence de Radiolaires dans le Pacifique équatorial et par des Diatomées ailleurs.

Production annuelle de silice biogénique par le plancton en gramme de silice amorphe par mètre carré par an. (D'après Lisitzin, 1971a, b et 1985)

Les Radiolaires sont aussi relativement abondants sous les ceintures de grande productivité des hautes latitudes, particulièrement autour de l'Antarctique et dans le Pacifique Nord où les tests calcaires sont généralement peu abondants. Dans ces régions de hautes latitudes les Diatomées sont plus abondantes encore que les Radiolaires. Dans les parties centrales et les plus profondes des bassins océaniques, la productivité biologique et le taux de sédimentation terrigène sont faibles. Ainsi la faible dilution pourrait laisser apparaître une sédimentation siliceuse biogène, mais la durée de l'exposition des tests à l'interface eau-sédiment provoque une dissolution presque complète. Dans ces régions s'accumulent des  "boues rouges"  azoïques.

Abondances de silice exprimées en pourcentages de sédiment sec. Cette silice est principalement composée de tests de radiolaires et de frustules de diatomées. (D'après Lisitzin, 1971a, b et 1985)

Dans les sédiments des marges continentales, les Radiolaires sont généralement rares ou absents : ils sont dilués par d'importants apports de matériel terrigène.

1 - Du sédiment à la roche

Quatre processus majeurs contrôlent l'évolution d'une boue biogène de son stade initial à son actuel état de roche : apport de matériel biogène, dissolution de ce matériel durant la sédimentation, dilution du sédiment par d'autres composants (biogènes ou non) et transformations diagénétiques du produit initial.

a) Dissolution des tests

Après la mort de l'individu, un test est sujet à dissolution pendant sa chute, lors de son exposition à l'interface eau de mer-sédiment et finalement dans le sédiment. La susceptibilité à la dissolution est fonction de la taille des particules, de la température et de la pression, du  vernis protecteur, qu'il soit organique ou non, des ions adsorbés, et du degré de l'ordre cristallographique. Ainsi les organismes siliceux peuvent-ils être classés en fonction de leur susceptibilité croissante à la dissolution : spicules d'éponge, Radiolaires, Silicoflagellés et enfin Diatomées.  Globalement moins de l % de la silice fixée par les organismes planctoniques en surface est conservé dans l'enregistrement géologique.

-- Dissolution dans la colonne d'eau

Le temps moyen de résidence d'un test de Radiolaire mort dans la zone de productivité biologique (les 200 m supérieurs de la colonne d'eau) est de 2 semaines à 1 mois et demi (Takahashi, 1983). Selon Takahashi (1981), la durée de chute d'un test libre durerait de 2 semaines à 14 mois dans une colonne d'eau d'environ  5 000 m. La dissolution complète d'un test intervient entre quelques heures et quelque jours (Vinogradov & Tsitlin, 1983).

Ces données montrent clairement que les chances pour un test d'atteindre le fond sont certes faibles mais ne diminuent pas avec la profondeur. Lors de leur chute, les organismes siliceux (Radiolaires et Diatomées) sont protégés de la dissolution s'ils sont englobés dans des pelotes fécales ou des aggrégats organiques (Schrader, 1971; Casey et al., 1979; Takahashi, 1981). Cette observation est d'importance car, au moins dans certains bassins, la part la plus importante de la sédimentation se fait de cette façon. 

-- Dissolution dans le sédiment

La disparition progressive de dépôts biosiliceux dans les sédiments, en profondeur, n'est pas régulière et est davantage redevable aux fluctuations de la bioproductivité qu'à la dissolution. Quand la productivité est élevée les premiers organismes dissous enrichissent l'eau en silice qui devient alors moins agressive pour les formes qui se sédimentent ensuite (effet de seuil). La dissolution des tests se produit surtout à l'interface eau-sédiment, ou dans les quelques centimètres de la tranche supérieure du sédiment.

2 - Diagénèse

a) Transformation des phases silicatées

La silice biogène du test des Radiolaires est amorphe (= non cristalline) quand elle est observée aux rayons X. Elle est appelée  opale-A (opale amorphe). Cette opale-A est instable et tend à se transformer en opale-CT  (qui correspond à un mélange d'opale de cristobalite et de tridymite). Une roche à ce stade est appelée porcelanite. La transformation de l'opale-A en opale-CT résulte d'un mécanisme de dissolution-précipitation (Mizutani, 1966).

Relations entre diagenèse, minéralogie et lithologie des roches siliceuses de la Formation de Monterey (d'après Pisciotto et Garrison, 1981)

A plus haute température (enfouissement ou flux thermique plus important) ou avec le temps, l'opale-CT se transforme en calcédoine et/ou quartz microcristallin, qui représente une phase siliceuse stable.

b) Diminution de la porosité et compaction

Les transformations de phases silicatées successives sont accompagnées d'une réduction de porosité du sédiment puis de la roche.

Schéma de la diminution de la porosité pendant la diagenèse.A : pour des roches très siliceuses et leurs équivalents diagenétiques. Le tireté correspond à des roches très siliceuses. Il montre deux étapes de réduction importante de la porosité qui correspondent aux transformations des phases silicatées. Le pointillé représente l'évolution de roches calcaro-siliceuses de la Formation de Monterey (Isaacs et al. 1983) . B : diminution de porosité pour des sédiments pélagiques calcaires et terrigènes (Isaacs et al., 1983).

Dans les roches la diminution de porosité se traduit par une diminution d'une seule dimension : l'épaisseur.

Compaction liée à la diagenèse. Epaisseur actuelle des alternances de radiolarites du Pinde-Olonos (Grèce) et évalution de ce qu'elles devaient être à l'origine avant la compaction liée à la diagenèse. On notera la variation des facteurs de décompaction (de 5 et 2) entre les niveaux holosiliceux et niveaux argilo-siliceux.

c) Durée des transformations de phases

Outre la pression et la température, le temps favorise la transformation des phases siliceuses. Les sédiments siliceux cénozoïques sont généralement à l'état de porcelanites alors que les jaspes (ou silex, ou chailles, ou phtanites ou lydiennes,...) sont plus fréquents dans les terrains mésozoïques et paléozoïques.

3 - Conclusion

Toutes les viscissitudes que subit un test (dissolution dans la colonne d'eau, à l'interface eau-sédiment, lors de la diagenèse,...) font que les chances, pour que le squelette d'un Radiolaire parvienne aux archives géologiques, sont quasiment nulles.

Il reste ensuite au paléontologue à réussir à extraire ces Radiolaires de la roche par attaques chimiques et dissolutions différentielles. Autant dire que les squelettes qu'observe le micropaléontologiste sont autant de miracles !