Histoire de la Terre
L'ère primaire

    L'ère primaire (est aussi employé le terme de Paléozoïque) est le 1er ensemble stratigraphique des temps fossilifères. Ils se caractérisent par la présence d' animaux fossiles. A l'ère primaire se sont élaborées la chaîne calédonienne et la chaîne varisque qui fournirent de nombreuses mines métallifères. La chaîne calédonienne vient de Caledonia signifiant le Nord de la Bretagne et désigne l'Ecosse. Par extension cela qualifie toutes les montagnes dont les mouvements sont contemporains de l'orogenèse calédonienne. La chaîne varisque est caractérisée par un plissement produit lors du Paléozoïque et dont le nom vient du latin Curia Variscorum qui était une ville allemande du Fichtelgebirge, non loin de la Tchéquie. A l'ère primaire s'est accompli l'essentiel du règne végétal et des invertébrés. Les vertébrés ont également abouti à la plupart de leurs types dans les 4 classes inférieures: Agnathes, Poissons, Amphibiens et Reptiles.

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http://www.ucmp.berkeley.edu/ordovician/ordovician.html

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  Au silurien, la Terre a subi des changements profonds qui ont eu des répercussions importantes sur l'environnement et la vie. Le silurien fut témoin d'une stabilisation relative du climat général. Les conséquences furent la fonte des grands glaciers, qui éleva le niveau des océans. Les récifs de corail apparurent et les poissons évoluèrent beaucoup. Non seulement, cette période marque une grande diffusion des poissons sans mâchoires, mais aussi bien celle des aspects très significatifs des premiers poissons d'eau douce que des premiers poissons avec mâchoires. C'est aussi à cette époque  que les preuves de vie sur Terre sont préservées, incluant les ancêtres des araignées et des mille-pattes, ainsi que les premiers fossiles de plantes vasculaires.

    Au paléozoïque moyen, il y a approximativement 400 millions d'années, l'océan Iapetus s'est fermé en formant la Laurentie et la Baltique. Cette collision continentale, précédée dans beaucoup d'endroits par la naissance d'arcs insulaires marginaux, a eu comme conséquence la formation de la chaîne calédonienne en Scandinavie, de la Grande-Bretagne et du Groenland, et des montagnes des Appalaches du Nord, le long du littoral oriental de l'Amérique du Nord. Il est également probable que pendant des périodes du paléozoïque moyen, la Chine du nord et la Chine du sud se soient fissurées loin du plateau d'Indo- Australien du Gondwana, et aient été dirigées vers le nord à travers l'océan Paléo-Téthys. Dans tout le paléozoïque inférieur et moyen, l'océan  Panthalassa a couvert une grande partie de l'hémisphère Nord. Les bords de cet océan était une zone de subduction, tout comme l'actuel "anneau de feu" qui entoure l'Océan Pacifique. Le dévonien fut l'âge des poissons à squelette cartilagineux et à plaques squelettiques dermiques, pourvus d’une mandibule inférieure, devenus les prédateurs supérieurs vers la fin de cette période. Les plantes s'emparèrent des continents et sont devenues si abondantes que les premiers gisements de houille furent formés dans les marais tropicaux qui couvraient une grande partie des îles arctiques canadiennes, du Groenland nordique, et de la Scandinavie.    

et aussi: http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/Dev.jpg

  Au Dévonien les océans du paléozoïque inférieur étaient fermés, formant la " pré-Pangée ". Les poissons d'eau douce pouvaient émigrer des continents de l'hémisphère Sud vers l'Amérique du Nord et l'Europe. La végétation du dévonien inférieur consiste en de petites plantes de 1 mètre de haut. Vers la fin du dévonien les fougères, les prêles (fig ci-contre) (Equisetum hyemale) ou queue de cheval (horsetail), les spermatophytes (plantes à graines) et Angiospermes (plantes à fleurs) sont apparues produisant les premiers arbres et les premières forêts. Leur plus proche parent est archaeopteris, un arbre à spores dont la hauteur maximale a été estimée à 30 mètres et qui a dominé en nombre et en volume les premières forêts de l'histoire de la Terre. Les forêts se sont développées pour la première fois dans les régions équatoriales de l'Arctique canadien.

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    La fermeture de l'océan Iapetus créa la Laurentie et la Baltique. La Laurentie se heurta ensuite à la  Baltique fermant la branche nord de l'Océan Iapetus et formant le continent des " Vieux Grès Rouge ". Les récifs coralliens s'étendent et les plantes terrestres commencent à coloniser les continents désertiques. Les événements commencés à la période précédente continuèrent: naissance à des arcs insulaires marginaux avec comme conséquence la formation des  Caledonidia Mounts en Scandinavie, de la Grande-Bretagne et du Groenland, et des montagnes des Appalaches du Nord, le long du littoral oriental de l'Amérique du Nord. La fissure des Chine du nord et du sud s'est agrandie, les éloignant davantage du plateau d'Indo-Australien du Gondwana. 

     Sur les continents, l'apparition d'une atmosphère riche en oxygène, donc respirable, va favoriser le développement des formes de vie aériennes (poissons et proto-amphibiens) en permettant la ventilation pulmonaire et trachéenne, d'autant que l'écran protecteur d'ozone est renforcé.  Le Dévonien fut l'âge des poissons à squelette cartilagineux et à plaques squelettiques dermiques, pourvus d’une mandibule inférieure, devenus les prédateurs supérieurs vers la fin de cette période. Les Mérostomes (animaux marins à respiration branchiales) atteignent leur apogée, tandis que surgissent de nouveaux types d’Ammonites (gros escargots) et les Placodermes (poissons ayant une cuirasse osseuse recouvrant la partie antérieure du corps). Au Dévonien supérieur, on découvre les Sélaciens (requins, raies). Les plantes s'emparèrent des continents et sont devenues si abondantes que les premiers gisements de houille furent formés dans les marais tropicaux qui couvraient une grande partie des îles arctiques canadiennes, du Groenland nordique, et de la Scandinavie.

  
http://www.toyen.uio.no/palmus/galleri/montre/english/167_735.htm

   Géologiquement, la collision au carbonifère inférieur de la Laurentie (Europe et Amérique du nord) contre le Gondwana (Afrique et Amérique du sud) a produit les Appalaches à l'est de l'Amérique du nord et les monts Hercyniens au Royaume uni. La collision de la plaque sibérienne avec l'est de l'Europe créa l'Oural.

    La Cimmérie se composait de la Turquie, de l'Iran, de l'Afghanistan, du Tibet, de l'Indochine et de la Malaisie. Il semble s'être écarté du plateau Indo- Australien, appartenant au Gondwana, pendant le Carbonifère supérieur -  Permien inférieur.  Pendant le trias supérieur, en même temps que les continents chinois, la Cimmérie s'est déplacée en direction du nord vers l'Eurasie, se heurtant finalement au plateau méridional de la Sibérie. C'était seulement après la collision de ces fragments asiatiques que ces terrains ont porté le nom de " Pangée ". 

   Le terme de "Carbonifère" vient d'Angleterre en référence aux riches dépôts de charbon qui y furent découverts et qui dataient de cette période.  Au carbonifère supérieur, des terres d'Amérique du nord (Middle West, Est des USA), d'Europe du nord, d'Asie furent alternativement tantôt émergées, tantôt immergées selon les glaciations. Ces conditions, luxuriante végétation qui régnait dans ces temps anciens où les arbres étaient gigantesques et où les plantes se trouvaient partout, permirent la production du houille, comme en témoignent les fossiles découverts dans les mines de houille, qui furent le lieu d'accumulation des sédiments servant de cimetière à cette flore. La matière végétale ne s'est pas délabrée quand les mers les ont recouvertes. Pendant des centaines de millions d'années, pression et chaleur l'ont transformée en houille.

  En plus des conditions idéales pour le début de la houille, plusieurs événements majeurs biologiques, géologiques et climatiques se sont produits à cette époque. Il règne en Europe un climat chaud et humide favorisant le développement des forêts houillères, l’essor de nombreux arthropodes et l’avènement des reptiles (Pélycosaures). Une des plus grandes innovations de l'évolution fut l'œuf de l'amniote, qui a tenu compte de la future exploitation de la terre par certains tétrapodes. L'œuf d'amniote a permis aux ancêtres des oiseaux, des mammifères et des reptiles de se reproduire sur la terre ferme en évitant la déshydratation de l'embryon à l'intérieur de la coquille. Le climat plutôt tempéré s'accompagna d'une diminution des lycopodes (petite plante herbacée vivace de quelque 20 cm de haut) et des grands insectes et une augmentation du nombre de fougères géantes.

  http://www.gwu.edu/~darwin/BiSc151/Reptiles/Amniote_egg.gif

  A cette période de la vie de la Terre, l'Europe et l'Amérique du Nord se situaient à l'équateur et formaient Euramerica. Les océans recouvraient une partie de ses continents. L'environnement est fortement marin. Cela a eu pour conséquence que la plupart des minéraux trouvés sont des calcaires composés des restes de crinoïdes, d'algues vertes ou de carbonate de calcium.

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    Vers la fin du Paléozoïque, la plupart des océans qui s'étaient formés pendant la dissolution de la Pannotia (Pannotie), ont été absorbés lorsque les continents sont entrés en collision pour former la Pangée. Centrée sur l'équateur, la Pangée s'étirait du Pôle du Sud au Pôle du Nord, séparant l'Océan Téthys à l'est, de l'Océan Panthalassa à l'ouest.

L'oxygène au carbonifère

Voici un extrait du texte intégral de: http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s3/cycle.oxygene.html

     Les forêts consomment autant d'oxygène qu'elles en produisent, mais ne fournissent aucune quantité supplémentaire d'oxygène à l'atmosphère. C'est pourquoi, les chercheurs trouvent qu'il y a une certaine exagération à qualifier la forêt d'Amazonie de poumon terrestre, l'océan jouant à lui seul, le rôle de régulateur de l'oxygène qui n'est qu'un sous-produit de la photosynthèse. Comme la photosynthèse utilise le dioxyde de carbone, il y a donc un couplage évident entre les taux d’oxygène (O²)et de dioxyde de carbone (CO²) dans l’atmosphère. Plus la photosynthèse consommera de dioxyde de carbone, plus elle émettra de l’oxygène. Il y aurait ainsi un accroissement  sensible du taux de concentration de l' oxygène dans l'atmosphère au cours des périodes de grande activité de photosynthèse. Si le tout est accompagné d’un enfouissement accéléré des produits de la photosynthèse ( séquestration de carbone), moins d’oxygène libre sera utilisé pour la respiration et plus la teneur en oxygène de l’atmosphère augmentera. C’est ce qui s’est produit au carbonifère - permien avec l’avènement, à la fin du dévonien, des plantes vasculaires et la colonisation des surfaces continentales par la grande forêt. Dans une grande mesure, c’est donc le taux d’enfouissement du carbone organique, ainsi que celui de l’oxydation des matériaux terrestres qui vont contrôler le taux d’émission et la teneur en oxygène dans l’atmosphère.

  *L'oxygène de l'atmosphère est en fait la contrepartie de la matière organique quand (et seulement quand) celle-ci n'a pas été respirée et métabolisée. Le seul processus qui empêche cette métabolisation, c'est sa fossilisation (sous forme de kérogène, de matière organique dispersée, de charbon, de pétrole ...). A chaque fois qu'il se synthétise de la matière organique contenant 12 g de carbone ET que cette matière organique se fossilise, les 32g d' oxygène libérés ne sont pas réutilisés et s'accumulent dans l'atmosphère.
Nous respirons donc un oxygène libéré par des végétaux anciens (par exemple carbonifère) devenus matière organique fossile:

  La courbe ci-dessous présente les variations de la teneur en oxygène libre de l’atmosphère par rapport au niveau actuel pour les  600 millions dernières années. Elle est déduite du taux d’enfouissement (séquestration) et d’altération du carbone organique et des sulfures (pyrite) pour la même période tel qu’établi par le modèle mathématique de R.A. Berner et D.E. Canfield (1989). Le taux d'oxygène actuel est de 21%, le restant c'est de l'azote et moins de 1% des gaz rares. Cela représente 1.10¹⁵ tonnes soit 1 million de milliard de tonnes d'oxygène. 

   Bien que la marge d’erreur soit grande, force est de reconnaître que le taux d'oxygène dans l'atmosphère a varié durant cette période de temps géologique et que le carbonifère - permien a connu une augmentation importante.

  Si la vie a pu se maintenir et proliférer à la surface du globe, c'est qu'elle a inventé un mécanisme de défense contre ce poison violent pour elle qu'est l'oxygène, ainsi que la capacité d'exploiter cette ressource. Ce mécanisme, c'est la respiration. En même temps qu'elle inventait ce mécanisme, elle en devenait dépendante.

  Les forêts se développent en domaine de plaines côtières (bassins paraliques en bordure des mers, dans des plaines basses, dans des régions de delta ou de lagunes) ou encore en domaine marécageux (bassins limniques ou intra-montagneux). Les principaux végétaux sont représentés par des lycophytes (de nos jours réduits à 4 plantes herbacées dont le lycopode et la sélaginelle), des arthrophytes (les prêles), des fougères arborescentes et les plantes par des ptéridospermes (fougères à graines). En domaine marin, certains foraminifères, prolifèrent sur les plates-formes peu profondes.

  Si le climat chaud et humide du carbonifère moyen a favorisé l'éclosion des plantes, il n'en fut pas de même au carbonifère supérieur qui devint froid et sec. La température moyenne s'abaissa de 10°C et l'importante glaciation se poursuivit jusqu'au permien inférieur. Cela entraîna une restriction des océans dont l'eau se transformait en glacier. 

  La grande quantité de plantes produisit une très grande quantité de matière organique, contenant le gaz carbonique. En l'absence des responsables de la décomposition (champignons, bactéries qui viendront plus tard) cette matière se transforma en houille, ne rejetant pas le dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Aussi, à cette période, le taux de gaz carbonique fut très bas, limitant l'effet de serre et par la même occasion faisant baisser les températures.

Les grands cycles biogéochimiques
http://www.ggl.ulaval.ca/personnel/bourque/s3/histoire.cycles.html

Saga du charbon
http://www.groupecharbonnages.fr/version_francaise/Saga/Matiere_energetique/ody-origine.html

voir fig: http://www.scotese.com/newpage5.htm   

et aussi: http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/Perm.jpg

  Si le début du permien est caractérisé par le froid, dans l’ensemble il est marqué par la disparition des glaces, des températures plus élevées, des conditions plus sèches et la chute de l’oxygène dans les mers.

  La fin du Permien (251 millions d'années) enregistre une crise majeure marquée par l’extinction de nombreux groupes fossiles, peut-être 50% des espèces marines et 95% des invertébrés. Les extinctions significatives se sont produites sur terre aussi bien parmi des tétrapodes, des insectes et des plantes. Le massacre se serait produit en moins de 500 000 ans.
Une question intrigue: est-ce que la vie terrestre et la vie marine furent atteintes en même temps ? D'autre part les chercheurs voudraient savoir si il y a une relation entre la mutation de l'atome de carbone et l'extinction. L’extinction de certains groupes de vertébrés terrestres et l’essor des amphibiens reptiles sont contemporains de la disparition des calottes glaciaires. 

plantes vasculaires:
http://www.csdl.tamu.edu/FLORA/gallery.htm