Fossiles et couches rocheuses

Le premier squelette d'Archéoptéryx, un animal à plumes doté de dents et d'une queue osseuse, fut découvert en Allemagne en 1861, deux ans après la publication de L'Origine.

La plupart des êtres vivants disparaissent sans laisser de trace après leur mort. Un fossile ne se forme que si des restes ou des traces, comme des empreintes, sont rapidement enfouis et conservés, généralement dans un sédiment qui durcit ensuite en roche. Les parties dures, coquilles, os et dents, se conservent bien plus souvent que les corps mous. Malgré cela, les fossiles du monde entier témoignent des organismes présents à différentes époques et montrent qu'ils n'étaient pas les mêmes qu'aujourd'hui. L'enfouissement aide beaucoup : les fossiles néandertaliens sont particulièrement nombreux, en partie parce que les Néandertaliens enterraient leurs morts.

Lire les couches

Les sédiments se déposent en couches, ou strates, chacune recouvrant la précédente. C'est le principe de superposition : dans une succession non perturbée, chaque couche est plus récente que celles du dessous et plus ancienne que celles du dessus. Une seconde règle concerne la roche qui traverse les couches. Un filon, lame de roche autrefois fondue qui recoupe les strates, est plus récent que toutes les couches qu'il traverse et plus ancien que toute couche qui le recouvre. Aucune règle ne donne un âge en années. Elles établissent un ordre : c'est la datation relative.

Certains fossiles sont des repères particulièrement utiles. Un fossile stratigraphique appartient à un type d'organisme qui n'a vécu que pendant une période géologique limitée, mais sur une vaste aire géographique. Sa présence dans une roche d'un pays et dans une autre roche lointaine indique aux géologues que ces roches se sont formées à peu près au même moment. Ces fossiles sont associés à l'échelle des temps relative, avec ses périodes nommées, comme le Cambrien, le Dévonien et le Jurassique.

Des âges en années

Les âges en années proviennent d'atomes radioactifs qui se désintègrent à un rythme constant. La demi-vie est le temps nécessaire pour que la moitié des atomes pères d'un échantillon se désintègre. Le service géologique des États-Unis cite l'uranium-238, qui devient du plomb-206 avec une demi-vie de 4.5 milliards d'années, et le potassium-40, qui devient de l'argon-40 avec une demi-vie de 1.3 milliard d'années. Ces horloges lentes datent les anciennes roches volcaniques, comme une coulée de lave ou un filon entre des couches fossilifères. Le carbone-14 a une demi-vie de 5730 ans. Les êtres vivants l'incorporent pendant leur vie : il permet donc de dater le bois, les os et les coquilles du passé récent. Après une demi-vie, il reste la moitié des atomes pères ; après deux, le quart ; après trois, le huitième. Ainsi mesurée, la Terre a environ 4.5 milliards d'années, et plus de 80 pour cent de cette durée s'est écoulée avant l'apparition de formes de vie complexes dans les roches.

Des fossiles à la croisée de deux groupes

La théorie de Darwin prévoit que l'on devrait parfois trouver des fossiles mêlant les caractères de deux groupes. Archéoptéryx vivait au Jurassique supérieur, il y a 149 à 145 millions d'années, dans l'actuelle Allemagne. Le premier squelette fut découvert en 1861, puis acheté en 1862 par le musée d'histoire naturelle de Londres, où ce spécimen londonien est toujours exposé. Il avait de larges ailes à plumes comme un oiseau, mais aussi des dents pointues et une longue queue osseuse. Aujourd'hui, les scientifiques considèrent les oiseaux comme une branche survivante des dinosaures. Tiktaalik roseae en est un autre exemple. Ce poisson vieux de 375 millions d'années fut découvert en 2004 sur l'île d'Ellesmere, dans l'Arctique canadien. Ses nageoires antérieures contenaient des os et des articulations. Selon l'équipe de l'université de Chicago qui l'a découvert, il vivait environ 12 millions d'années avant les premiers animaux à quatre pattes et montre l'apparition de caractères de tétrapodes chez un poisson. L'équipe l'avait cherché délibérément dans des roches du bon âge, qui avaient autrefois abrité des cours d'eau peu profonds.