Plages à radioles ("piquants") d'oursins, calcaire, CO2 et atmosphère

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire des Sciences de la Terre

Florence Kalfoun

ENS Lyon / DGESCO

06/03/2006

Résumé

Plages de radioles d'oursins des îles Galapagos, Cidaris de Nouvelle Calédonie et CO2 atmosphérique.


Figure 1. Vue très rapprochée d'une plage à radioles d'oursins (Cidaris), îles Galapagos

Ce "gravier" est constitué d'au moins 80% de fragments de "piquants" de cidaris, associés avec quelques fragments de gastéropodes, de bivalves …, avec quelques morceaux de scories basaltiques.


La vie est le principal agent qui induit la précipitation de carbonate marin, et quasiment le seul dans la nature actuelle. On montre classiquement des sédiments dus à l'accumulation de coquilles de bivalves (cf. les dépôts de coquilles sur une plage du Nord-Pas-de-Calais), de foraminifères... Les échinodermes participent aussi à cette précipitation du carbonate de calcium. En témoigne cette plage des Galapagos.

Les Galapagos sont des îles exclusivement volcaniques, avec de nombreuses plages noires et/ou rouges faites de cendres volcaniques ou de fragments de basaltes. Mais certaines de ces plages sont blanches, alors qu'il n'y a aucun grain de quartz susceptible de donner du sable blanc à moins de 1000 km de là.

Ce sable blanc est bioclastique, et dans certains cas, très majoritairement formé de débris de radioles ("piquants" ici très émoussés) d'oursins du genre Cidaris.

Les photographies 1, 2 et 3 (un couteau donne l'échelle) montrent trois gros plans sur le "gravier" constituant cette plage, gravier constitué d'au moins 80% de fragments de "piquants" de Cidaris, associés avec quelques fragments de gastéropodes, de bivalves…, avec quelques morceaux de scories basaltiques.

Figure 2. Plage constituée à 80% de radioles d'oursins (Cidaris), îles Galapagos


Figure 3. Vue d'ensemble d'une plage de piquants d'oursins (Cidaris), îles Galapagos


La photographie 4 montre cette même plage, mais c'est une otarie qui donne l'échelle. La photographie 5 montre la position de ces plages blanches sur la côte d'une île volcanique (le cône principal mesure 50 m de haut). Les figures 6 et 7 sont deux images Google Earth de telles plages blanches des Galapagos sur Google Earth.


Figure 5. La plage blanche constituée à 80% de radioles d'oursin, sur la côte d'une île volcanique des Galapagos

Le cône principal mesure 50 mètres de haut.


Figure 6. Vue des plages blanches en bordure d'une île des Galapagos


Figure 7. Vue oblique d'une plage blanche des Galapagos

Cette vue est le détail de la zone encadrée de la figure précédente.


Les photos 8 et 9 montrent un oursin (genre Cidaris) vivant (non pas des Galapagos mais de Nouvelle Calédonie).

Figure 8. Oursin vivant, du genre Cidaris, de Nouvelle Calédonie


Figure 9. Oursin vivant, du genre Cidaris, de Nouvelle Calédonie


La semaine prochaine, nous vous montrerons des calcaires à restes d'échinodermes, issus de la diagenèse de tels sédiments.

Les semaines précédentes, nous avons vu quelques aspects de l'altération continentale des roches silicatées et des carbonatées. L'altération de ces roches se fait grâce à l'eau chargée de CO2 dissous, eaux de pluie et eaux d'infiltration dans les sols. Quand ces roches contiennent du calcium, cette altération et la précipitation du carbonate de calcium qui suivra peuvent interférer avec la teneur en CO2 de l'atmosphère.

Pour les silicates calciques, et plus précisément pour le plus courant d'entre eux, l'anorthite, l'équation d'altération s'écrit (Al2Si2O8Ca = anorthite) et Si4O10Al4(OH)8 = kaolinite) :

2 Al2Si2O8Ca + 4 CO2 + 6 H2O → 2 Ca2+ + 4 HCO3 - + Si4O10Al4(OH)8

Pour la dissolution des carbonates de calcium, l'équation s'écrit :

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3 -

On voit donc que cette altération consomme 2 CO2 atmosphériques pour mettre en solution 1 Ca2+ (ou plutôt 4 CO2 pour 2 Ca2+). C'est deux fois plus que la simple dissolution des calcaires qui ne consomme qu' un seul CO2 atmosphérique par ion Ca2+ produit.

Ces ions Ca2+ et 2HCO3 - sont entraînés par les eaux jusqu'à la mer, où ils vont renforcer le stock ionique de la mer. Mais à partir de ce stock d'ions, du CaCO3 va précipiter, selon la réaction :

Ca2+ + 2HCO3 -→ CaCO3 + CO2 + H2O

Quelle que soit l'origine du Ca2+, la précipitation d'une mole de CaCO3 libérera une mole de CO2.

  • Si ce Ca2+ provenait de l'altération-dissolution d'un carbonate préexistant , la mole de CO2 utilisée pour dissoudre la mole de CaCO3 va être restituée. Le bilan vis à vis du CO2 (atmosphérique) et vis à vis du CaCO3 est nul . Tout le processus revient à déplacer du CaCO3 (et du CO2) d'une région karstique à une région de sédimentation carbonatée. Il n'y a pas de variation globale ni de CaCO3 ni de CO2 (atmosphérique)
  • Si ce Ca2+ vient de l'altération d'un silicate calcique , alors sur les 2 CO2 absorbés, 1 seul sera rejeté, et la masse des calcaires mondiaux augmente. Le bilan n'est pas nul vis à vis du CO2 (atmosphérique) et des carbonates. Tout le processus revient à ponctionner 1 mole de CO2 atmosphérique et 1 mole de calcium pour accroître d'1 mole la masse des carbonates mondiaux.

    C'est ce processus (altération des silicates calcique suivi de la précipitation de calcaire) qui a fait baisser la pression partielle en CO2 atmosphérique des 6 000 000 Pa lors de la formation de la Terre aux 37 Pa actuels (0,037% des 101 300 Pa de la pression atmosphérique actuelle).