CHAPITRE lY

CONSOLfDATlON DES COUCHES ET PÉTRIFICATION DES FOSSILES.

I>épdt8 chimiques et dépôts mécaniques. — Cimentation des particules. — Endurcissement par l'effet de Texposition à Tair. — Nodules concrétionnés. — Effets de consolidation par la pression — Minéralisation derdébris organiques. — Moules et empreintes ; comment ils se forment — Bois fossile. - Expériences de Gœppert. — Précipitation de la matière pierreuse, plus rapide par la putréfaction. — Sources de chaux en dissolution. — Silice dérivée dé la décomposition du feldspath.-* Preuves de la pétrification de certains fossiles, aussitôt après leur enfouissement, et de celle d'autres fossiles, après une putréfaction déjà avancée. *

J'ai parlé, dans les chapitres précédents, des caractères des formations sédimentaires , quant à la distribution des fossiles et au dépôt des matières inorganiques ; il me reste à traiter de la consolidation des roches stratifiées et de la pétrification des débris organiques qu'on y rencontre.

Dépôts cliiiniqiBes et méMMl^nea. — Les géologues Ont

établi une distinction entre les dépôts chimiques et les dépôts d'origine mécanique. Par ces derniers, ils ont voulu désigner les lits de vase, de sable ou de cailloux, produits par l'action de l'eau courante, ainsi que les accumulations de pierres et de scories lancées des volcans , et tombées , de leur propre poids, sur la place qu'elles occupent aujourd'hui. Quant à la matière qui forme un dépôt chimique, elle n'a pas été mécaniquement suspendue dans l'eau ; elle y est restée à l'état de dissolution jusqu'au moment où elle s'est séparée du dissolvant par une action chimique. C'est ainsi que le carbonate de chaux s'est précipité sur le fond des lacs et des mers, sous une foime solide, comme on le voit encore aujourd'hui dans plusieurs parties de l'Italie, sur les points où des sources minérales existent, et où se déposa le calcaire que l'on nomme travertin. Dans ces sources, la

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chaux est tenue en dissolution par un excès d* acide carbonique, OU par la chaleur, si c'est une source chaude, jusqu'au moment où Teau, sortant de la terre, se refroidit et perd une partie de son acide. La matière calcaire tombe alors sous forme solide, et encroûte des coquilles, des fragments de bois, des feuilles, et les lie ensemble (1).

Dans les bancs de coraux, de grandes masses de calcaire se forment par T accumulation des squelettes pierreux des zoophytes, et ces derniers, de même que les coquilles, sont réunis par le carbonate de chaux probablement fourni par la décomposition des coraux morts. La plupart des coquilles, celles même d'animaux qui vivent encore aujourd'hui sur ces bancs, sont communément recouvertes d'une croûte dure de matière calcaire (2).

Si du sable et des cailloux sont entraînés à la mer par une rivière, et s'ils sont immédiatement Hés ensemble par le carbonate de chaux, on peut assigner au dépôt une origine mixte, en partie chimique et en partie mécanique.

Les remarques que nous avons faites, dans le chapitre II, sur l'horizontalité originelle des couches, peuvent strictement s'appliquer aux dépôts mécaniques, et en partie seulement à ceux d'une nature mixte. Les dépôts qui sont parement chimiques peuvent se former sur une pente très escarpée, incnister même les parois verticales d'une fissure, et présenter partout la même épaisseur ; mais ils onf tous une très petite étendue, et sont, pour la plupart, limités à des veines.

cimentatioii dca particules. — C'est surtout dans lesroches calcaires, que la solidification a lieu au moment du dépôt ; dans beaucoup d'autres, la cimentation ne s'opère que longtemps après leur formation. Quelquefois , là où des eaux de sources ferrugineuses ou calcaires ont traversé un lit de sable ou de gravier, on reconnaît que le fer ou le carbonate

(1) Voyez, à Tlndex des Principes^ Sources calcaires.

(2) Ibid., Travertin, Bancs de coraux, etc.

Co. IV. ] CTMENTATION DES PARTICULES. 57

de chaux a pénétré dans les interstices qui se trouvaient entre les grains ou les cailloux, et que le tout, lié ensemble, ne forme plus qu'une masse solide ; tandis que, sur d'autres points, la même sorte de lit est restée meuble et incohérente.

On remarque une cimentation de ce genre dans une certaine roche à Kelloway, dans le Wiltshire. Un banc particulier de sable, appartenant au groupe que les géologues nomment oolite^ après avoir présenté, sur une longue étendue, des grains incohérents et une masse friable, devient pierreux près de Kelloway. Dans ce district, on peut recueillir de nombreuses coquilles fossiles décomposées qui n'ont, pour la plupatt, laissé que leurs empreintes. La matière calcaire qui en est résultée a évidemment servi, dans une époque ancienne, à cimenter des grains de sable siliceux et à produire un grès solide. Si Ton plonge dans une dissolution d'acide muriatique ou de tout autre acide, des fragments des divers grès argileux qui ont conservé les moules des coquilles, le ciment de chaux provenant des coquilles se dissout, et les grès se changent immédiatement en sable commun et en vase.

Les traces d'empreintes et de moules sont souvent très faibles. Dans quelques sables meubles de date récente, certaines coquilles sont arrivées à un tel degré de décomposition, qu'elles tombent en poussière dès qu'on les touche. Il est clair que l'eau, en filtrant à travers ces couches, a dépouillé les coquilles de la matière calcaire qui les enveloppait, et qu'à défaut de circonstances particulières qui aient permis au carbonate de chaux de se déposer de nouveau, les grains de sable n'ayant pu se cimenter, il n'est plus resté aucunes traces reconnaissables des corps organiques enfouis. On peut expliquer, de cette manière, l'absence de débris organiques dans certaines roches aqueuses ; mais on peut supposer aussi que, dans plusieurs de ces roches, il n'y a jamais eu de fossiles ; car il existe de très vastes étendues sur le fond des mers actuelles, même de moyenne profondeur, d'oii la

58 GONSOUDÀTION DES COUCHES.^ fCH IV.

drague ne rapporte aucuns fragments de coquilles, de coraux, ni d'aucune espèce de créatures vivantes. D'un autre côté, il y a des profondeurs où Ton approche du zéro de la vie animale : par exemple , dans la Méditerranée, à environ 280 brasses, d'après les recherches du professeur E. Forbes. Dans la mer Egée, à une profondeur de plus de 230 brasses, il existe un dépôt de limon jaunâtre, d'un caractère très uniforme, ressemblant beaucoup à la craie, et qui est entièrement dépourvu de débris organiques (1).

Nous verrons tout à l'heure, en traitant de la pétrification des coi-ps fossiles, comment il se fait que la silice et le carrn bonate de chaux soient répandus d'une manière si générale, quoique en petite quantité , dans les eaux qui imUlbent la croûte de la terre ; pour le moment, je ferai seulement remarquer que des eaux de cette nature se trouvent dans le même cas que les eaux thermales : elles passent des. parties plus chaudes aux parties plus froides de l'intérieur de la terre, et toutes les fois que la température du dissolvant s'abaisse, la matière minérale tend à s'en séparer et à se déposer sous forme solide. Ci'est ainsi qu'un ciment pierreux vient souvent s'ajouter à du sable , à des cailloux , ou à tout autre mélange de fragments. Dans certains conglomérats, tels que le poudingue d'Hertfordshire (dépôt Éocène inférieur), des galets de silex et des grains de sable sont si fortement unis par un ciment siliceux, que, si l'on vient à briser le bloc, la séparation a lieu aussi bien par le milieu des galets que dans l'épaisseur du ciment.

Il est probable qu'un grand nombre de couches ne se sont consolidées qu'au moment où elles sont sorties des eaux dans lesquelles elles avaient été déposées, et lorsqu'elles ont commencé à devenir terre ferme. Un fait bien connu paraît confirmer cette idée : les pierres que l'on emploie dans la construction des bâtiments ou des voies publiques sont presque toujours beaucoup plus molles, plus tendres au mo-

(1) Beporis of Britif^h Association^ 1S43, p. 478.

en. IV. ] CIMENTATION DES PARTJCULES. 59

ment où elles sont enlevées de la carrière qu'après avoir été exposées à l'air ; cependant, une fois qu'elles sont sèches, on peut les replacer dans l'eau pendant aussi longtemps que l'on veut, sans qu'elles reprennent leur état primitif. C'est pour cette raison qu'on taille les pierres destinées aux travaux d'architecture, de préférence pendant qu'elles sont encore tendres et humides et qu'elles contiennent leur emi de carrière^ comme on dit communément ; de même aussi, on casse la pierre destinée aux routes pendant qu'elle est molle, et on la laisse ensuite sécher à l'air, pendant des mois, avant de l'étendre sur la voie. On peut se rendre compte de ce durcissement en supposant que l'eau qui pénètre Içs plus petits pores des roches dépose, parl'évaporation, du carbonate de chaux, du fer, de la silice et d'autres minéraux qui y étaient précédemment tenus en dissolution ; ces matières remplissent partiellement les interstices poreux, perdent, en cristallisant, toute liberté de mouvement, et relient entre elles les portions de la roche qui n'étaient auparavant que juxtaposées.

C'est d'après le même principe que le sable humide et la vase deviennent aussi durs que la pierre, quand ils sont gelés, parce que l'un des ingrédients de la masse, c'est-à-dire l'eau, cristallise de manière à unir fortement toutes les particules séparées dont le sable et la vase étaient composés.

Le docteur Mac Culloch cite un grès de l'île de Skye , que l'on peut mouler comme de la pâte, au moment de son extraction ; des minéraux qui, dans nos cabinets, sont rigides et aussi résistants que du verre, ont été souvent flexibles et mous dans leurs lits primitifs : tels sont l'asbeste, le sahlite, la trémolite, la calcédoine, et, comme on le prétend, le béryl (1).

La marne qui se dépose aujourd'hui au fond du lac Supé-* rieur, dans l'Amérique du Nord, est molle et souvent remplie de coquilles d'eau douce ; mais, si l'on en fait sécher un merci) Docteur Mac Culloch, Syii, ofGeol., vol. I, p. 123.

60 CONSOLIDATION DES COUCHES. I Cb. iv.

ceau, il devient si dur, qne Ton a de la peine à la casser d'un coup de marteau. Si Ton pouvait dessécher le lac, on trouverait que le dépôt qui en forme le fond consiste en couches de marne semblables à celles que l'on a observées dans bien des formations européennes, et qu'il contient, comme elles, des coquilles d'eau douce.

Il est probable que quelques-unes des matières hétérogènes que les rivières transportent à la mer, se consolident immédiatement sous l'eau, comme le mélange artificiel nommé pouzzolane, lequel consiste en sable fin volcanique, chargé d'environ 20 pour 100 d'oxyde de fer avec une petite quantité de chaux. Cette substance devient très dure et forme une pierre qui résiste solidement à l'eau ; les Romains s'en servaient pour la fondation des constructions marines.

Dans ce cas, la consolidation a lieu par l'action de l'affinité chimique sur une matière à l'état de particules infiniment ténues, précédemment suspendue dans l'eau. Une fois le dépôt terminé , ces particulea paraissent exercer sur ellesmêmes une attraction mutuelle ; elles se rassemblent en certains points et forment des blocs , des nodules et des concrétions. Ainsi, dans difl'érents dépôts argileux, on rencontre des boules calcaires ou concrétions sphériques, rangées par bandes parallèles à la stratification générale ; cette disposition s'est produite après que le schiste ou la marne ont été précipités en feuillets successifs, car on distingue souvent, dans les concrétions, certains de ces feuillets parfaitement marqués et parallèles à ceux de la roche non consolidée environnante (fig. 55). Quelques-uns de ces nodules de calcaire contiennent souvent, à leur centre, une coquille ou un corps étranger (1). Au nombre des plus remarquables exemples de stnicture

FlG. 55. — Nodules de rulcuire, dans le lias.

(1) Voyez De la Bêche, Geological Researchc!(, p. 95, et Geol Observer, 1851, p. 686.

en. IV. ] CIMENTATION DES PARTICLLES. 61

concrétionnée sont ceux que cite le professeur Sedgwick, et que Ton observe abondamment dans le calcaire magnésien du nord de l'Angleterre. Les boules sphériques y sont de diflerentes grosseurs, depuis celle d'un pois jusqu'à quelques mètres; elles ont toutes une structure concentrique et rayonnée, et des bandes du dépôt originel les traversent sans interniption. Dans certains escarpements, ce calcaire ressemble à une longue rangée irrégulière de boulets de canon. Quelquesunes de ces masses globulaires ont leur centre dans une couche, tandis qu'une partie de leur circonférence traverse la couche supérieure ou inférieure. Ainsi (fig. 56) le plus grand sphéroïde passe de la 'couche b dans la couche a qui est au-dessus. Dans ce cas, on doit supposer que le dépôt d'une série de petits lits a primitivement formé la couche b et ensuite la couche a ; un mouvement des particules a eu lieu alors, et les carbonates de chaux et de magnésie se sont séparés de la matière mélangée la plus impure, qui a continué de former la portion non consolidée de la couche. La cristallisation, commençant au centre, a dû produire autour du noyau des couches concentriques qui n'ont aucun rapport avec la structure feuilletée de la roche.

Quand les particules des roches ont été ainsi modifiées par des forces chimiques, il est quelquefois difficile, je dirai même impossible de s'assurer si certaines lignes de division sont dues au dépôt originel ou à l'agrégation subséquente des particules (fig. 57). Supposons que trois couches de grès A, B, C, soient inégalement chargées de matière calcaire et que B soit la plus calcaire : si la consolidation a lieu dans B, l'action de concrétion doit empiéter supérieurement sur une portion de A, où le carbonate de chaux est plus abondant que dans le reste de l'ensemble ;

FiG. 56.~Goncrëlioiis spbëruïdales, dans le calcaire rougnésieD.

Fie. 57.

(52 CONSOLIDATION DES COUCHES. [ Ou. IV.

(le manière qu'une portion def^ faisant partie de la couche supérieure, s'unira avec B en masse pierreuse solide. La ligne originelle de la division rfe, se trouvant ainsi effacée, la ligne df sera généralement considérée comme la surface du lit B, quoiqu'elle ne soit point im véritable plan de stratification.

Pression et chaienr. — Lorsque du sable et de la vase se déposent au fond d'une mer profonde, les particules ne supportent pas tout le poids énorme de l'Océan qui est au-dessus ; car l'eau qui se trouve mêlée au sable et à la boue résiste à la pi'ession avec une force égale à celle de la colonne fluide qui repose sur elle. Il en est de même des débris organiques, lorsque, remplis d'eau, ils se déposent sous une grande pression; s'il en était autrement, ils seraient immédiatement broyés ou aplatis. Néanmoins, si les matériaux d'une couche restent dans un état de mollesse, et s'ils ne se solidifient pas, ils seront graduellement écrasés par le poids des autres matériaux qui s'amoncelleront successivement sur eux, de même que de l'argile molle ou du sable meuble sur lequel une maison serait constniite ne tarderait pas à s'affaisser et à céder. Par suite de cette compression, les particules d'argile, de sable et de marbre peuvent être resserrées en un espace moindre et finir par se joindre en masse compacte.

Des effets analogues de condensation peuvent avoir lieu quand les parties solides de la oi'oûte terrestre sont comprimées dans des directions diverses par ces mouvements mécaniques que nous décrirons plus loin, et par lesquels des couches ont été inclinées, brisées ou élevées au-dessus du niveau de la mer. Les roches, composées de matériaux sans consistance, peuvent aussi, au contact d'autres roches qui se sont consolidées avant elles, avoir été pressées contre celles-ci et avoir acquis une structure nouvelle. Une découverte récente nous aidera sans doute à comprendre comment un sédiment fin, provenant du détritus des roches, peut se solidifier par la seule pression. Le graphite, ou mine de plomb du commerce (en anglais, black lead^ plomb noir) ,

en. IV. ] MINÉRALISATION DES DÉBRIS ORGANIQUES. 03

commençant à devenir très rare, M. Brockedon a imaginé de recueillir la poussière des portions les plus pures du minéral, et d'en reconstituer une masse aussi solide et aussi compacte que le graphite naturel. Voici son procédé. La poussière de grmphite est d'abord préparée avecioin, purgée d'air, placée sow une presse puissante, soigneusement calfeutrée, et sur un coin d'acier très fort; on donne plusieurs coups de presse, cliacun de la puissance ée 1000 tonnes, et, après cette opération, la masse est si parfinitemeul solidifiée, cpi'on peut la tailler pour faire des crayouB, et qu elle montre dans la cassure la même texture que le graphite natif.

L'action de la chaleur, à diverses profondeurs de la terre, est probablement la plus puissante de toutes les causes qui coopèrent à l'endurcissement des couches sédimentaires. Je reviendrai sur ce sujet quand je parlerai des roches métamorphiques et de la structure schisteuse et feuilletée.

HiaéraiiMitioii des débris •rgiMi^nes. — Les changements que les corps organiques fossiles ont éprouvés depuis qu'ils ont été enfouis dans les roches jettent un grand jour sur le mode de consolidation des couches. Dans quelques dépôts modernes, les coquilles fossiles n'ont éprouvé prescpie aucune altération depuis des siècles, si ce n'est la perte de leur matière animale ; mais, dans d'autres cas, la coquille a disimni, laissant soit une empreinte de sa forme extérieure, soit un moule de sa forme intérieure, soit enfin son propre moule.

On comprendra facilement ces différentes formes de fossilisation, si l'on examine la vase au moment où l'on vient de la retirer d'un étang ou d'un canal où il y a des coquilles. Si la vase est argileuse, elle acquiert de la consistance en séchant; et lorsqu'on vient à en briser un morceau, on trouve que chaque coquille a laissé des empreiSB«^|^e sa forme extérieure. Si l'on enlève la coquille elle-même, on trouve à l'intérieur un noyau solide d'argile, ayant la forme de l'intérieur de la coquille. Cette forme est souvent très différente de la forme extérieure.Voyez le moule « (fig. 58) qui se rapporte à la coquille qu'on appelle communément

6à CONSOLIDATION DES COUCHES. [ Ce. IV.

vis fossile. Un conchyliologiste inexpérimenté pourrait-il jamais supposer que c'est la forme intérieure de Tunivalve fossile b (fig. 58) ? Admettrait-il de même, à la première vue, que

Fjc. tiS.—Phasianeiia heildinglonensis, Fig. hd.—Trochus anglicus^ et son

et son moule. (Coi al rag.) moule. (Lias.)

la coquille a et le moule b aient fait paitie d'un même fossile ? Le lecteur observera, dans la fig. A, 59, qu'un espace vide, ombré fortement, autrefois occupé par la coquille elle-même, subsiste aujourd'hui entre la pierre et le moule ou empreinte qui reproduit l'intérieur lisse des tours de spire. La coquille a été dissoute, et les particules qui la composaient ont été enlevées par l'eau qui a filtré au travers de la roche. Si le noyau avait dispai-u, on eût vu à sa place une sorte de moule creux reproduisant en relief la foniie extérieure de la coquille, avec ses tubercules et ses stries (r/, fig. 59). Si, d'un autre côté, l'espace qui existe entre le noyau et l'empreinte, au lieu d'être vide, eût été rempli par du spath calcaire, de la silice , de la pyrite ou tout autre minéral, le moule nous aurait donné une empreinte exacte de la forme extérieure, aussi bien que de la forme intérieure de la coquille originelle. C'est ainsi que se sont produits les moules ou empreintes sijicifiées ; et si le sable ou la boue du noyau sont de nature incohérente ou sont solubles dans l'acide, on peut alors se procurer en silice une coquille vide qui, par sa forme, est la contre-partie exacte de la coquille primitive. Ce genre de moule rappelle ces statues de bronze qui représentent une forme superficielle sans donner aucune idée de l'organisation intérieure. Mais voici un autre exemple de i)étrification qui est très commun, et qui est des plus mer-

Cd. IV. ] MINÉRALISATION DES DÉfiRlS ORGANIQUES. 66

veilleux ; on peut le comparer à certains modèles en cire , d'anatomie, qui non-seulement reproduisent les traits et les formes extérieures, mais encore les nerfs, les vaisseaux sanguins et les autres organes intérieurs. Cet exemple est fourni par des coraux originairement calcaires qui ont conservé , dans le silex, non-seulement leur forme générale, mais aussi leur organisation intérieure jusque dans les plus minimes détails.

Une pétrification de ce genre, mais bien plus remarquable encore, se voit dans le bois fossile, qui conserve souvent, nonseulement les anneaux qui marquent sa croissance annuelle, mais encore ses vaisseaux les plus petits et ses rayons médullaires ; on y distingue encore les cellules, les fibres, et jusqu'à ces vaisseaux spiraux que Ton ne peut découvrir qu'à l'aide du microscope dans les végétaux vivants. Parmi beaucoup d'exemples, je puis citer un arbre fossile de 22 mètres environ de longueur, que l'on a trouvé à Gosforth, près de Newcastle, dans une couche de sable associée à du charbon. Une tranche prise en travers, et assez mince pour permettre le passage à la lumière, m'a fait voir, sous un microscope grossissant cinquante-cinq fois, îa texture que je représente (fig. 60) . On a observé une texture aussi détaillée dans le bois de gros troncs d'arbres fossiles

trouvés dans la carrière de Craigleith, "" ' fig. eo!

près d'Edimbourg ; la pierre n'était aucu- 'ïo^Ter?g:oMb^^^^^ nement siliceuse ; elle contenait princi- ^"p« i^nsTerwie. paiement du carbonate de chaux, de l'oxyde de fer, de l'alumine et du carbone. Les rangées parallèles de vaisseaux qu'on observe dans la figure 60 représentent les anneaux d'accroissement annuel ; sur un point seulement, ces vaisseaux ne sont conservés qu'imparfaitement, le bois ayant probablement été détérioré avant que la matière mînéralisante eût pénétré jusqu'à cette partie de l'arbre.

Pour essayer d'expliquer le procédé de pétrification dans ces différents cas, il faut d'abord admettre que les couches

66 CONSOLIDATION 1>E5 COUCHES. [ Cn. IV.

sont généralement imbibées d*eau chargée de petites parties calcaires, siliceuses et autres, tenues en dissolution. Nous verrons plus loin comment a lieu l'imbibition des couches. Quand une substance organique se trouve exposée en plein air à l'action du soleil et de la pluie, elle finit par se putréfier ou par se dissoudre dans les éléments mêmes qui la composent, et qui sont principalement l'oxygène, l'hydrogène et le carbone. L'atmosphère a bientôt absorbé ces éléments, ou bien ils sont entraînés par les pluies, en sorte que tout vestige d'animal mort ou de plante disparaît. Mais, lorsque ces mêmes substances sont submergées, elles se décomposent plus lentement, et si elles sont enfouies dans la terre, elles disparaissent plus insensiblement encore, comme on peut s'en convaincre par les exemples que nous fournissent les bois que nous y trouvons.

Donc, si, à mesure que chaque particule organique se dégage par la putréfaction pour passer à l'état fluide ou gazeux, une particule égale de carbonate de chaux, de silice, ou d'autre minéral, se trouve toute prête à se déposer, on peut présumer que la matière inorganique ira prendre précisément la place abandonnée par la molécule organique. De cette manière, non-seulement on obtiendra d'abord le moule intérieur de certains vaisseaux, mais les parois de ces mêmes vaisseaux poun^ont ensuite se décomposer et éprouver une transformation semblable. Cependant, lorsque le tout est pétrifié, rien ne l'oblige à former une masse homogène, pierreuse ou métallique. Quelques-uns des éléments organiques originels, ligneux, osseux ou autres, peuvent y rester mélangés dans certains endroits, en même temps que la substance pétrifiante peut se colorer difl'éremment à diverses époques, ou bien cristalliser de manière à réfléchir autrement la lumière ; et c'est ainsi que la texture du corps primitif peut être fidèlement représentée.

L'élève demandera peut-être si, d'après les principes de la chimie, nous avons lieu d'attendre que la matière minérale se précipite précisément dans les endroits mêmes où la