Cyclothem, succession stratigraphique complexe et répétitive de strates marines et non marines qui indiquent des régimes cycliques de dépôt. Les successions idéales de cyclothèmes sont rares et les reconstructions de séquences généralisées résultent de l'étude d'exemples dans lesquels des lits typiques de calcaire, de sédiments clastiques ou de veines de charbon peuvent manquer.
Période carbonifère: cyclothèmes, tillites et turbidites du Pennsylvanien
Les cyclothèmes sont présents dans le monde entier dans toutes les couches du Pennsylvanien; cependant, ils ont été les plus étudiés dans le Nord
Différentes roches sédimentaires sont souvent empilées les unes sur les autres dans des motifs reconnaissables qui suggèrent un ordre en formation. En particulier, les séquences charbonnières montrent non seulement une répétition de filons de charbon, sur des centaines de mètres parfois, mais aussi d'autres roches dans un ordre plus ou moins régulier. Le filon de charbon repose sur un siège-terre (sous-couche). Au-dessus du charbon, on trouve souvent un calcaire ou une argile (schiste ou mudstone) avec des coquillages marins. Les coquilles marines disparaissent dans les schistes suivants, pour être remplacées occasionnellement par des bivalves non marins. Avant qu'un autre siège-terre et charbon n'apparaisse, un siltstone ou un grès ou les deux peuvent être présents.
En Grande-Bretagne, ce type de cycle a été décrit dans les années 1830 et certaines séquences du Carbonifère (celles d'environ 359 millions à 299 millions d'années) peuvent être décrites comme étant composées de répétitions du cycle calcaire – schiste – siltstone – grès – siège-terre-terre –Le charbon, dans lequel le charbon est pris pour définir le point auquel la séquence est répétée. Une séquence similaire a été reconnue aux États-Unis, dans laquelle une rupture d'érosion sous le grès a été identifiée et le grès a été reconnu comme la caractéristique répétée importante qui a déclenché le nouveau cycle.
Dans les deux cas, le cycle est défini en termes de types de roches récurrentes. Les roches et les fossiles suggèrent d'alterner les conditions de haute mer (le calcaire et les schistes à coquillages marins) et terrestres (le charbon). Les processus de formation des sédiments étaient oscillatoires ou cycliques. De plus, cette oscillation s'est produite dans le temps. Dans de nombreuses discussions sur le sujet, le terme cycle a été utilisé sans distinction pour les processus, le temps impliqué (comme la périodicité des oscillations) et les sédiments. La confusion potentielle dans cette nomenclature vague a conduit le géologue américain JM Weller à inventer le terme cyclothème pour décrire une série de lits déposés au cours d'un seul cycle sédimentaire, tels que les dépôts de couches pendant la période pennsylvanienne (ou l'époque du Carbonifère supérieur, environ 318 millions à Il y a 299 millions d'années). Cyclothem fait référence aux roches elles-mêmes; le terme cycle pourrait alors être réservé aux processus ou au temps impliqué dans la formation d'un cyclothème, ou les deux.
Weller avait en tête le type de séquence décrit ci-dessus. Il semble donc valable d'utiliser le terme cyclothème pour désigner des séquences similaires dans la période carbonifère en Europe et ailleurs. Les cyclothèmes nord-américains et européens sont reconnus comme représentant des phases successives de construction d'un delta entrecoupées d'incursions marines. Cela étant, le terme cyclothème peut maintenant être étendu à toute séquence de roches sédimentaires qui se répète en séquence verticale. Par exemple, les roches du Dévonien en Grande-Bretagne sont souvent composées de la séquence répétée conglomérat-grès-siltstone-siltstone boueux avec du carbonate nodulaire. Ceux-ci sont interprétés comme ayant été formés par une rivière serpentant à travers sa plaine inondable. Chaque séquence a été appelée cyclothème, tout comme une séquence très différente de schiste ou de marne et de calcaire dans la période jurassique (il y a 200 millions à 146 millions d'années) d'Europe.
Au cours de la première moitié du 20e siècle, l'identification de la séquence répétitive était en grande partie une question de jugement subjectif. Depuis les années 1960, le traitement statistique des données a conduit à une plus grande précision dans la définition de la probabilité qu'une unité rocheuse se produise à sa place dans la séquence.
Les cyclothèmes pennsylvaniens varient considérablement en épaisseur mais ont tendance à avoir une épaisseur d'environ 10 m (32 pieds). Le terme, lorsqu'il est appliqué à des altérations plus minces et simples de schiste-calcaire ou de grès-siltstone, a été qualifié de mineur. D'un autre côté, des séquences plus épaisses ont été appelées mégacyclothèmes. Parfois, cela dénote simplement un cyclothème d'un ordre de taille plus épais que la normale. Certains auteurs utilisent le terme pour décrire un groupe de cyclothèmes qui présentent un caractère distinctif suivi d'un autre groupe qui a d'autres caractéristiques — c'est-à-dire qu'un groupe de cyclothèmes avec de nombreuses bandes de calcaire peut être suivi d'un autre avec peu de calcaires. Ensemble, ceux-ci constituent un cycle de cyclothèmes, ou un mégacyclothème. Des groupes de mégacyclothèmes présentant certaines caractéristiques distinctives ont été appelés hypercyclothèmes. Les unités rocheuses, mesurant plusieurs kilomètres d'épaisseur et couvrant des systèmes géologiques entiers, ont été appelées magnacycles. Ces unités plus grandes ont une validité douteuse et une utilité restreinte.
Le principal problème concernant les cyclothèmes du Pennsylvanien et du Carbonifère est d'expliquer les extensions marines (transgressions) au-dessus d'une plaine du delta dans une zone qui subit un affaissement progressif. Un mécanisme tectonique invoque un affaissement saccadé du bassin de sédimentation. Des incursions maritimes auraient lieu après des naufrages soudains. Une élévation du niveau de la mer et une incursion pourraient également être causées par la croissance des crêtes océaniques. De même, les transgressions de la mer pourraient être dues à des changements climatiques qui, par exemple, pourraient provoquer la fonte périodique des calottes glaciaires polaires; ou la construction d'un delta pourrait être active pendant les périodes climatiques d'approvisionnement rapide en débris du bassin, suivies de transgressions marines pendant les périodes sèches avec peu d'approvisionnement en sédiments. Les mécanismes qui ont reçu le plus récent soutien sont sédimentologiques. Dans ces derniers, on pense que la construction d'un delta se termine par un changement de lieu de dépôt lorsque le fleuve trouve un chemin plus court vers la mer. Le delta-lobe affamé, toujours soumis à un affaissement régional continu, est ensuite inondé par la mer pour démarrer un nouveau cyclothème. Plus tard, le lieu de dépôt revient à l'ancienne zone, la sédimentation revient et un cyclothème est complété par une remise à neuf.
