Plateforme carbonatée - Carbonate platform

Une plate - forme carbonatée est un corps sédimentaire qui possède un relief topographique et est composé de dépôts calcaires autochtones . La croissance de la plate-forme est médiée par des organismes sessiles dont les squelettes construisent le récif ou par des organismes (généralement des microbes ) qui induisent la précipitation des carbonates par leur métabolisme . Par conséquent, les plates-formes carbonatées ne peuvent pas se développer partout : elles ne sont pas présentes dans les endroits où existent des facteurs limitants à la vie des organismes constructeurs de récifs. Ces facteurs limitants sont, entre autres : la lumière , la température de l' eau , la transparence et la valeur pH. Par exemple, la sédimentation carbonatée le long des côtes atlantiques sud-américaines a lieu partout sauf à l'embouchure du fleuve Amazone , en raison de l'intense turbidité de l'eau qui s'y trouve. Des exemples spectaculaires de plates-formes carbonatées actuelles sont les Bahama Banks sous lesquels la plate-forme a une épaisseur d'environ 8 km, la péninsule du Yucatan qui atteint jusqu'à 2 km d'épaisseur, la plate-forme de Floride , la plate-forme sur laquelle se développe la Grande Barrière de Corail , et le maldive atolls . Toutes ces plates-formes carbonatées et leurs récifs associés sont confinés aux latitudes tropicales . Les récifs d'aujourd'hui sont construits principalement par des coraux scléractiniens , mais dans un passé lointain d'autres organismes, comme archaeocyatha (au Cambrien ) ou des cnidaires éteints ( tabulata et rugosa ) étaient d'importants constructeurs de récifs.

Précipitations carbonatées de l'eau de mer

Ce qui différencie les environnements de plate-forme carbonatée des autres environnements de dépôt, c'est que le carbonate est un produit de précipitation, plutôt que d'être un sédiment transporté d'ailleurs, comme pour le sable ou le gravier. Ceci implique par exemple que des plates-formes carbonatées peuvent se développer loin des côtes des continents, comme pour les atolls du Pacifique.

La composition minéralogique des plates-formes carbonatées peut être soit calcitique, soit aragonitique . L'eau de mer est sursaturée en carbonate, donc dans certaines conditions la précipitation de CaCO 3 est possible. La précipitation du carbonate est thermodynamiquement favorisée à haute température et basse pression . Trois types de précipitations carbonatées sont possibles : biotiquement contrôlée , biotiquement induite et abiotique . La précipitation du carbonate est biotiquement contrôlée lorsque des organismes (tels que les coraux) sont présents qui exploitent le carbonate dissous dans l'eau de mer pour construire leurs squelettes calcitiques ou aragonitiques. Ainsi, ils peuvent développer des structures récifales dures. La précipitation induite biotiquement a lieu à l'extérieur de la cellule de l'organisme, ainsi le carbonate n'est pas directement produit par les organismes, mais précipite en raison de leur métabolisme. Les précipitations abiotiques, par définition, impliquent peu ou pas d' influence biologique .

Classification

Les trois types de précipitations (abiotiques, induites biotiquement et contrôlées biotiquement) se regroupent en trois "usines de carbonate". Une usine à carbonate est l'ensemble du milieu sédimentaire , des organismes intervenants et des processus de précipitation qui conduisent à la formation d'une plate-forme carbonatée. Les différences entre les trois usines sont la voie de précipitation dominante et les associations squelettiques. En revanche, une plate-forme carbonatée est une structure géologique de sédiments carbonatés parautochotones et de roches carbonatées, présentant un relief morphologique.

Plateformes produites par la "usine tropicale"

Dans ces usines de carbonate, les précipitations sont contrôlées biotiquement, principalement par des organismes autotrophes . Les organismes qui construisent ce type de plates-formes sont aujourd'hui principalement des coraux et des algues vertes , qui ont besoin de la lumière du soleil pour la photosynthèse et vivent donc dans la zone euphotique (c'est-à-dire des environnements d'eau peu profonde dans lesquels la lumière du soleil pénètre facilement). Les usines tropicales de carbonate ne sont présentes aujourd'hui que dans les eaux chaudes et ensoleillées de la ceinture tropicale-subtropicale, et elles ont des taux de production de carbonate élevés mais uniquement dans une fenêtre de profondeur étroite. Le profil de dépôt d'une usine tropicale est dit « bordé » et comprend trois parties principales : un lagon , un récif et une pente. Dans le récif, la charpente produite par les squelettes de grande taille, comme ceux des coraux, et par les organismes incrustants résiste à l'action des vagues et forme une accumulation rigide qui peut se développer jusqu'au niveau de la mer. La présence d'un rebord produit une circulation restreinte dans la zone arrière du récif et un lagon peut se développer dans lequel de la boue carbonatée est souvent produite. Lorsque l'accrétion du récif atteint le point où le pied du récif est sous la base des vagues, une pente se développe : les sédiments de la pente proviennent de l'érosion de la marge par les vagues, les tempêtes et les effondrements gravitationnels. Ce processus accumule les débris de corail dans les clinoformes. L'angle maximum qu'une pente peut atteindre est l'angle de tassement du gravier (30-34°).

Plateformes produites par la « usine à eau froide »

Dans ces usines de carbonate, les précipitations sont biotiquement contrôlées par des organismes hétérotrophes , parfois en association avec des organismes photo-autotrophes comme les algues rouges . L'association squelettique typique comprend les foraminifères , les algues rouges et les mollusques . Bien qu'autotrophes, les algues rouges sont principalement associées à des producteurs de carbonate hétérotrophes et ont besoin de moins de lumière que les algues vertes. La gamme d'occurrence des usines d'eau froide s'étend de la limite de l'usine tropicale (à environ 30◦) jusqu'aux latitudes polaires, mais elles pourraient également se produire à de basses latitudes dans la thermocline sous les eaux chaudes de surface ou dans les zones d'upwelling. Ce type d'usines a un faible potentiel de production de carbonate, est largement indépendant de la disponibilité de la lumière du soleil et peut contenir une plus grande quantité de nutriments que les usines tropicales. Les plates-formes carbonatées construites par "l'usine à eau froide" présentent deux types de géométrie ou de profil de dépôt, à savoir la rampe homoclinale ou la rampe à pentification distale. Dans les deux géométries, il y a trois parties : la rampe intérieure au-dessus de la base des ondes de beau temps , la rampe du milieu, au-dessus de la base des ondes de tempête, la rampe extérieure, en dessous de la base des ondes de tempête. Dans les rampes à inclinaison distale, une marche distale est formée entre la rampe médiane et la rampe extérieure, par l'accumulation in situ de grains de carbonate de la taille d'un gravier

Plateformes produites par la « fabrique de monticules de boue »

Ces usines sont caractérisées par des précipitations abiotiques et des précipitations induites biotiquement. Les paramètres environnementaux typiques où se trouvent les "usines à monticules de boue" au Phanérozoïque sont des eaux dysphotiques ou aphotiques , riches en nutriments, pauvres en oxygène mais non anoxiques . Ces conditions prévalent souvent dans la thermocline, par exemple à des profondeurs d'eau intermédiaires sous la couche de mélange océanique . Le composant le plus important de ces plates-formes est le carbonate à grain fin qui précipite in situ ( automicrite ) par une interaction complexe de réactions biotiques et abiotiques avec des microbes et des tissus organiques en décomposition. Les usines à monticules de boue ne produisent pas d'association squelettique, mais elles ont des faciès et des microfaciès spécifiques , par exemple des stromatolites , qui sont des microbiennes feuilletées , et des thrombolites , qui sont des microbiennes caractérisées par un tissu péloïde coagulé à l'échelle microscopique et par un tissu dendroïde à la main -échelle de l'échantillon. La géométrie de ces plates-formes est en forme de monticule, où tout le monticule est productif, y compris les pentes.

Géométrie des plates-formes carbonatées

Plusieurs facteurs influencent la géométrie d'une plate-forme carbonatée, notamment la topographie héritée, la tectonique synsédimentaire , l'exposition aux courants et aux alizés . Deux principaux types de plates-formes carbonatées se distinguent en fonction de leur situation géographique : isolées (comme les atolls des Maldives ) ou épicontinentales (comme les récifs du Belize ou les Florida Keys ). Cependant, le facteur le plus important influençant les géométries est peut-être le type d'usine de carbonate. Selon l'usine de carbonate dominante, on peut distinguer trois types de plates-formes carbonatées : les plates-formes carbonatées de type T (produites par les « usines tropicales »), les plates-formes carbonatées de type C (produites par les « usines à eau froide »), les plates-formes carbonatées de type M plates-formes (« produites par des usines de monticules de boue »). Chacun d'eux a sa propre géométrie typique.

Coupe transversale généralisée d'une plate-forme carbonatée typique.

Plateformes carbonatées de type T

Le profil de dépôt des plates-formes carbonatées de type T peut être subdivisé en plusieurs environnements sédimentaires .

L'arrière-pays carbonaté est l'environnement le plus terrestre, composé de roches carbonatées altérées . Le platier évaporitique est un environnement typique à faible énergie.

Un exemple de sédimentation de boue carbonatée dans la partie interne du lagon de la baie de Floride. La présence de jeunes mangroves est importante pour piéger la boue carbonatée.

Le lagon interne , comme son nom l'indique, est la partie de plate-forme derrière le récif. Il se caractérise par des eaux peu profondes et calmes, c'est donc un environnement sédimentaire à faible énergie. Les sédiments sont composés de fragments de récifs, de parties dures d'organismes et, si la plate-forme est épicontinentale, également d'un apport terrigène. Dans certains lagons (par exemple, la baie de Floride ), les algues vertes produisent de grands volumes de boue carbonatée. Les roches ici sont des mudstones aux grainsstones , selon l'énergie de l'environnement.

Le récif est la structure rigide des plates-formes carbonatées et est situé entre le lagon interne et le talus, dans la marge de la plate-forme, dans laquelle la charpente produite par des squelettes de grande taille, comme ceux des coraux, et par des organismes encroûtants résistera à l'action des vagues et forment une accumulation rigide qui peut se développer jusqu'au niveau de la mer. La survie de la plate-forme dépend de l'existence du récif, car seule cette partie de la plate-forme peut construire une structure rigide et résistante aux vagues. Le récif est créé par des organismes sessiles essentiellement en place . Les récifs d'aujourd'hui sont principalement construits par des coraux hermatypiques . D'un point de vue géologique, les roches récifales peuvent être classées comme des bornes massives .

La pente est la partie extérieure de la plate-forme, reliant le récif au bassin. Ce milieu de dépôt agit comme un puits pour les sédiments carbonatés en excès : la plupart des sédiments produits dans le lagon et le récif sont transportés par divers processus et s'accumulent dans la pente, avec une inclinaison dépendant de la granulométrie des sédiments, et pouvant atteindre l'angle de tassement de gravier (30-34°) au maximum. La pente contient des sédiments plus grossiers que le récif et le lagon. Ces roches sont généralement rudstones ou grainstones .

Le bassin périplateforme est la partie la plus externe de la plate-forme carbonatée de type t, et la sédimentation carbonatée y est dominée par des processus de cascade de densité.

La présence d'un rebord amortit l'action des vagues dans la zone arrière du récif et un lagon peut se développer dans lequel de la boue carbonatée est souvent produite. Lorsque l'accrétion du récif atteint le point où le pied du récif est sous la base des vagues, une pente se développe : les sédiments de la pente proviennent de l'érosion de la marge par les vagues, les tempêtes et les effondrements gravitationnels. Ce processus accumule les débris de corail dans les clinoformes. Les clinoformes sont des lits qui ont une forme sigmoïde ou tabulaire, mais sont toujours déposés avec une inclinaison primaire.

La taille d'une plate-forme carbonatée de type T, de l'arrière-pays au pied de la pente, peut atteindre des dizaines de kilomètres.

Plateformes carbonatées de type C

Les plates-formes carbonatées de type C se caractérisent par l'absence de cimentation et de lithification précoces , de sorte que la distribution des sédiments n'est entraînée que par les vagues et, en particulier, elle se produit au-dessus de la base des vagues . Ils présentent deux types de géométrie ou de profil de dépôt, à savoir la rampe homoclinale ou la rampe à pentification distale. Dans les deux géométries, il y a trois parties. Dans la rampe intérieure, au-dessus de la base des vagues de beau temps , la production de carbonate est suffisamment lente pour que tous les sédiments puissent être transportés au large par les vagues, les courants et les tempêtes. En conséquence, le rivage peut reculer, et donc dans la rampe intérieure, il peut y avoir une falaise causée par des processus d'érosion. Dans la rampe médiane, entre la base des vagues de beau temps et la base des vagues de tempête, les sédiments carbonatés restent en place et ne peuvent être remaniés que par les vagues de tempête. Dans la rampe extérieure, sous la base des ondes de tempête, des sédiments fins peuvent s'accumuler. Dans les rampes à inclinaison distale, une marche distale est formée entre la rampe médiane et externe, par l'accumulation in situ de grains de carbonate de la taille de gravier (par exemple, les rhodolithes ) déplacés seulement épisodiquement par les courants. La production de carbonate se produit le long du profil de dépôt complet dans ce type de plates-formes carbonatées, avec une production supplémentaire dans la partie externe de la rampe médiane, mais les taux de production de carbonate sont toujours inférieurs à ceux des plates-formes carbonatées de type T.

Plateformes carbonatées de type M

Les plates-formes carbonatées de type M sont caractérisées par une plate-forme intérieure, une plate-forme extérieure, une pente supérieure constituée de pierres de liaison microbienne et une pente inférieure souvent constituée de brèches . La pente peut être plus raide que l'angle de repos des graviers, avec une inclinaison pouvant atteindre 50°.

Dans les plates-formes carbonatées de type M, la production de carbonate se produit principalement sur la pente supérieure et dans la partie extérieure de la plate-forme intérieure.

Le Cimon del Latemar (province de Trente, Dolomites, nord de l'Italie) représente la lagune interne d'une plate-forme carbonatée fossile. Une sédimentation continue s'est déroulée dans un environnement tel que celui décrit dans l'image de la baie de Floride et, compte tenu d'un fort affaissement , a conduit à la formation d'une série sédimentaire qui a donc acquis une épaisseur considérable.

Plates-formes carbonatées dans les archives géologiques

Les séquences sédimentaires montrent des plates-formes carbonatées aussi anciennes que le Précambrien , lorsqu'elles ont été formées par des séquences stromatolitiques . Au Cambrien, des plates-formes carbonatées ont été construites par archaeocyatha . Au cours du Paléozoïque , des récifs de brachiopodes (richtofenida) et de stromatoporoidea ont été érigés. Au milieu de l'ère paléozoïque, les coraux sont devenus d'importants constructeurs de plates-formes, d'abord avec tabulata (du Silurien ) puis avec rugosa (du Dévonien ). Les Scleractinia deviennent d'importants constructeurs de récifs à partir du Carnien ( Trias supérieur ). Certains des meilleurs exemples de plates-formes carbonatées se trouvent dans les Dolomites , déposés au Trias. Cette région des Alpes du Sud contient de nombreuses plates-formes carbonatées isolées bien conservées, notamment la Sella , Gardenaccia , Sassolungo et Latemar . La plate-forme carbonatée du Lias moyen « type bahamien » du Maroc (Septfontaine, 1985) est caractérisée par l'accumulation de cycles régressifs autocycliques , de dépôts supratidaux spectaculaires et de traits diagénétiques vadose avec des traces de dinosaures . Les « chotts » côtiers tunisiens et leurs dépôts boueux cycliques représentent un bon équivalent récent (Davaud & Septfontaine, 1995). De tels cycles ont également été observés sur la plate-forme arabe mésozoïque , Oman et Abu Dhabi (Septfontaine & De Matos, 1998) avec la même microfaune de foraminifères dans une succession biostratigraphique presque identique.

Plate-forme carbonatée du Haut Atlas du Lias moyen du Maroc avec cycles régressifs autocycliques de premier ordre
Cycles sédimentaires péritidaux à l'échelle métrique dans deux affleurements du Lias moyen (jurassique inférieur) du Maroc. Les deux affleurements sont distants de 230 km. Les lits d'orage et peut-être les tsunamis comprennent d'abondants foraminifères remaniés. Cette image est un exemple de la continuité des cycles péritidaux dans un environnement de plate-forme carbonatée.
Métrique virtuelle "séquence ascendante peu profonde" observée tout au long (plus de 10 000 km) de la marge sud de la Téthys pendant le Lias moyen. Les (micro)fossiles sont identiques jusqu'à Oman et au-delà.

Au Crétacé , il y avait des plates-formes construites par les bivalves ( rudistes ).

Stratigraphie séquentielle des plates-formes carbonatées

En ce qui concerne la stratigraphie séquentielle des systèmes silicoclastiques, les plates-formes carbonatées présentent certaines particularités, qui sont liées au fait que les sédiments carbonatés sont précipités directement sur la plate-forme, principalement avec l'intervention d'organismes vivants, au lieu d'être seulement transportés et déposés. Parmi ces particularités, les plates-formes carbonatées peuvent être sujettes à la noyade, et peuvent être à l'origine de sédiments via le délestage des hauts plateaux ou le délestage des talus.

Noyade

La noyade d'une plate-forme carbonatée est un événement où l' élévation relative du niveau de la mer est plus rapide que le taux d'accumulation sur une plate-forme carbonatée, ce qui conduit finalement à la plate-forme à s'immerger sous la zone euphotique . Dans les archives géologiques d'une plate-forme carbonatée noyée, les dépôts néritiques se transforment rapidement en sédiments marins profonds. Typiquement des terrains durs avec des oxydes de ferromanganèse , des croûtes de phosphate ou de glauconite se situent entre les sédiments néritiques et marins profonds.

Plusieurs plates-formes carbonatées noyées ont été trouvées dans les archives géologiques. Cependant, il n'a pas été très clair comment se produit exactement la noyade des plates-formes carbonatées. On estime que les plates-formes et récifs carbonatés modernes croissent d'environ 1 000 m/an, peut-être plusieurs fois plus vite dans le passé. Le taux de croissance de 1 000 μm/an des carbonates dépasse de plusieurs ordres de grandeur toute élévation relative du niveau de la mer causée par un affaissement à long terme ou des changements du niveau eustatique de la mer . Sur la base des taux de ces processus, la noyade des plates-formes carbonatées ne devrait pas être possible, ce qui provoque "le paradoxe des plates-formes carbonatées et des récifs noyés".

Étant donné que la noyade des plates-formes carbonatées nécessite une élévation exceptionnelle du niveau relatif de la mer , seul un nombre limité de processus peut la provoquer. Selon Schlager, seule une élévation anormalement rapide du niveau relatif de la mer ou une réduction de la croissance benthique causée par la détérioration des changements dans l'environnement pourraient expliquer la noyade des plates-formes. Par exemple, les chutes régionales, le volcanisme sous-marin ou la glacioeustacy pourraient être à l'origine d'une élévation rapide du niveau relatif de la mer , alors que, par exemple, des changements dans la salinité océanique pourraient détériorer l'environnement pour les producteurs de carbonate.

Un exemple de plate-forme carbonatée noyée se trouve dans le golfe de Huon , en Papouasie-Nouvelle-Guinée . On pense qu'il est noyé par l'élévation rapide du niveau de la mer causée par la déglaciation et l'affaissement de la plate-forme, qui ont permis aux nodules coralliens d' algues- foraminifères et aux calcaires d' halimeda de recouvrir les récifs coralliens .

Les mouvements des plaques transportant les plates-formes carbonatées vers des latitudes défavorables à la production de carbonate sont également suggérés comme l'une des raisons possibles de la noyade. Par exemple, les guyots situés dans le bassin du Pacifique entre les îles Hawaï et Mariannes seraient transportés vers les basses latitudes méridionales (0-10°S) où se sont produits des upwellings équatoriaux . Des quantités élevées de nutriments et une productivité plus élevée ont entraîné une diminution de la transparence de l'eau et une augmentation des populations de bio-érodés, ce qui a réduit l'accumulation de carbonate et a finalement conduit à la noyade.

Délestage Highstand

Délestage en hauteur et délestage de talus

L' excrétion des hauts plateaux est un processus dans lequel une plate-forme carbonatée produit et rejette la plupart des sédiments dans le bassin adjacent pendant les hauts plateaux du niveau de la mer. Ce processus a été observé sur toutes les plates-formes carbonatées bordées du Quaternaire, telles que le Great Bahama Bank . Les plates-formes à sommet plat et à rebords avec des pentes raides présentent une perte de hauteur plus prononcée que les plates-formes avec des pentes douces et des systèmes de carbonate d'eau froide.

La chute des hauts plateaux est prononcée sur les plates - formes carbonatées tropicales en raison de l'effet combiné de la production sédimentaire et de la diagenèse . La production d'une plate - forme de sédiments augmente avec sa taille, et pendant haut niveau marin haut de la plate - forme est inondée et la zone de production est plus grande par rapport aux bas niveau marin conditions, lorsque seule une infime partie de la plate - forme est disponible pour la production. L'effet de l'augmentation de la production des hauts plateaux est renforcé par la lithification rapide du carbonate pendant les bas peuplements, parce que le sommet exposé de la plate-forme est karstifié plutôt qu'érodé et n'exporte pas de sédiments.

Délestage de talus

La perte de pente est un processus typique des plates - formes microbiennes , dans lesquelles la production de carbonate est presque indépendante des oscillations du niveau de la mer. L'usine à carbonate, composée de communautés microbiennes précipitant les microbiens , est insensible à la lumière et peut s'étendre de la plate-forme en dévalant la pente jusqu'à des centaines de mètres de profondeur. Des baisses du niveau de la mer de toute amplitude raisonnable n'affecteraient pas de manière significative les zones de production des talus. Les systèmes microbiens de pentes de roches limites sont remarquablement différents des plates-formes tropicales en ce qui concerne les profils de production de sédiments, les processus de réajustement des pentes et l'approvisionnement en sédiments. Leur progradation est indépendante du délestage de la plate-forme et largement induite par le délestage des talus.

Voici des exemples de marges susceptibles d'être affectées par la perte de pente caractérisée par diverses contributions de la croissance microbienne de carbonate à la pente supérieure et à la marge :

Galerie

Voir également

Notes de bas de page

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Les références

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