Un stromatolitheDu grec (strôma, tapis), et (lithos, pierre)., ou stromatolite (on parle aussi parfois de « thrombolite »), est une structure laminaire constituée de calcaire, parfois de silice, qui se développe en milieu aquatique peu profond, marin ou d'eau douce continentaleLes stromatolithes anciens du Paléozoïque au début du Cénozoïque seraient essentiellement marins alors que les stromatolithes plus récents sont plutôt d'environnement dulçaquicole (eau douce). Atsushi Yamamoto, Kazushige Tanabe & Yukio Isozaki, « Lower Cretaceous Fresh-Water Stromatolites from Northern Kyushu, Japan », Paleontological Research, 13, 2, 2009, , doi: https://dx.doi.org/10.2517/1342-8144-13.2.139, http://www.bioone.org/doi/abs/10.2517/1342-8144-13.2.139?journalCode=jpal..Casanova J (1985) Les stromatolites continentaux : paléoeécologie, paléohydrologie, paléoclimatologie. Application au rift Gregory. Thèse, Université de Marseille II, 2 volumes, Marseille.. Les stromatolithes sont d'origine à la fois biogénique (biolithogenèse par des communautés de cyanobactéries) et sédimentaire (structures carbonatées en feuillets empilés formés de particules sédimentaires piégées dans des voiles algaires gélatineux produits par ces bactéries).
vignette|upright 1.0|Stromatolithes de Pilbara craton, Australie, datant du Paléoarchéen. Muséum de Toulouse.
Les stromatolithes sont dits : « laminés », car ils sont en formes de feuillets superposés de 0,1 à d'épaisseur. Ils forment un tapis biominéral foncé produit par une colonie qui est une forme organisée d'un biofilm, a priori la plus ancienne connue Riding, R. 2000. Microbial carbonates: The geological record of calcified bacterial-algal mats and biofilms. Sedimentology. Volume 47. p. 179-214. ; « en double-couche », car dans la plupart des cas, la structure en feuillets est nettement constituée d'une couche de bactéries et d'une couche sédimentaire. La sédimentation semble être une forme de cristallisation induite par des bactéries dans une eau presque saturée en sels minéraux. Ceci explique la forme en boule des stromatolithes, alors qu'une sédimentation normale créerait une structure en feuillets horizontaux superposés. À l'échelle macroscopique, les stromatolithes se présentent comme des « coussins » discoïdes ou mamelonnés.
En tant que structure, un stromatolithe n'est pas vivant, seules les bactéries qui le construisent le sont. Selon les cas, l'intérieur du stromatolithe peut être quasiment plein ou laisser une quantité significative de vide, dans lequel d'autres organismes peuvent trouver abri.
Quelques structures de formes proches des stromatolithes, comme les oncolithes, ne sont peut-être pas biogéniques (c'est-à-dire résultant de processus mis en œuvre par des organismes vivants bioconstructeurs), mais simplement issues de phénomènes de cristallisation. Leur microstructure et leur composition isotopique diffèrent de celle des stromatolithes.
Les stromatolithes dans le passé
Ces structures existaient déjà sur tous les continents il y a 3,42 milliards d'années. La Lune était alors plus proche de la Terre ( au lieu de aujourd'hui) et la rotation de la Terre était plus rapide (les journées duraient 18 heures)James C. G. Walker et Kevin J. Zahnle, article « Lunar nodal tide and distance to the Moon during the Precambrian », in : Nature, vol. 320, 17 avril 1986, p. 600–602, DOI 10.1038/320600a0, lire en ligne , consulté le 14 septembre 2016). La zone intertidale était beaucoup plus haute (la moyenne estimée du marnage est de ), et donc l'estran était beaucoup plus vaste. Ainsi les stromatolithes fossiles peuvent s'étendre sur de grandes surfaces, comme au sud de Marble Bar, dans le craton de Pilbara, l'un des plus vieux cratons du monde, dans le groupe de Warrawoona dans l'ouest-australienPour la science, décembre 2018, p. 13. On a cru découvrir des stromatolithes vieux de 3,7 milliards d'années dans la ceinture de roches vertes d’Isua, sur une île au sud-ouest du Groenland en 2016. Mais cette conclusion a été contestée en 2018 dans une étude publiée par la revue Nature Abigail C. Allwood, Minik T. Rosing, David T. Flannery, Joel A. Hurowitz, Christopher M. Heirwegh, 2018 Reassessing evidence of life in 3,700-million-year-old rocks of Greenland Nature, 2018, October 17, url=https://www.readbyqxmd.com/read/30333621/reassessing-evidence-of-life-in-3-700-million-year-old-rocks-of-greenland. Les « structures stromatolithiques » en forme de cônes ou de dômes décrites alors sont considérées dans cet article comme le résultat de déformations post-déposition du sédiment, intervenues longtemps après son enfouissement.
Les premières publications scientifiques ont laissé penser que les stromatolithes ont connu un optimum d'extension mondiale et un maximum de diversité de formes et de structures au Protérozoïque (il y a 1,5 milliard d'années). Cette diversité aurait persisté à ce niveau jusqu'à il y a environ 700 millions d'années. Mais des données plus récentes S. M. Awramik, in Early Organic Evolution: Implications for Mineral and Energy Resources, M. Schidlowski et al., Eds. (Springer-Verlag, Berlin, 1992), p. 435-449; K. J. McNamara and S. M. Awramik, Sci. Prog. Oxf. 77, 1 (1994) montrent que leur nombre et leur diversité se sont effondrés plus tôt, au profit d'autres espèces. On pense maintenant qu'ils ont pu être la seule forme de vie, ou la forme très dominante, jusqu'il y a environ 550 Ma, mais que leur déclin a commencé bien plus tôt qu'on ne le pensait. Inversement, leur persistance est de plus d'un milliard d'années. Le pic de diversité serait daté d'1 à 1,3 milliard d'années, pour ensuite chuter à 75 % de ce niveau (entre -1 milliard et -700 millions d'années), pour enfin tomber à moins de 20 % au début du Cambrien.
K.J. MacNamara estime[http://www.sciencemag.org/cgi/content/short/274/5295/1993f Résumé du point de vue de Kenneth J. McNamara (Department of Earth and Planetary Sciences, Western Australian Museum) que la baisse de leur diversité résulte de la concurrence d'autres espèces émergentes à la fin du Protérozoïque. L'apparition de cette tendance, si l'on se fonde sur les temps de divergence des séquences moléculaires d'origine animale, remonterait au moins à un milliard d'années.
Les stromatolithes ont sans doute contribué à créer notre atmosphère riche en dioxygène et la couche d'ozone, qui ont permis le développement d'une vie terrestre et océanique plus complexe. Leur croissance est lente, mais au cours des milliards d'années, elles ont été à l'origine de puissants récifs ou massifs calcaires ou dolomitiques (jusqu'à 3 kilomètres d'épaisseur dans l'Anti-Atlas au Maroc) ou au Congo (créés il y a plus de 700 millions d'années). Ces communautés microbiennes ont ainsi été à l'origine d'une première séquestration du dioxyde de carbone (et du ).
Les stromatolithes morts sont considérés comme des roches fossiles. Par principe d'actualisme, les plus anciens sont supposés avoir également été élaborés par une communauté d'organismes microscopiques, du type bactéries et algues primitives.
Les stromatolithes sont parmi les plus anciennes roches fossiles d'origine biologique connues : les plus anciennes remontent à 3,465 milliards d'années. Elles sont les plus abondantes dans les sédiments d'âge précambrien.
Ces communautés ont dominé la vie marine entre et 500 Ma. L'apparition de formes de vie plus complexes, telles que les mollusques, les crustacés et les vertébrés, vers la fin du Précambrien et le début du Cambrien, annoncent leur déclin.
Les communautés qui forment ces roches se cantonnaient alors à des niches écologiques isolées, entre autres les milieux marins peu profonds et très salés, peu propices aux autres organismes. Ces roches se rencontrent dans des sédiments de tous âges.
Les stromatolithes contemporaines Devenues très rares, les structures récifales actuelles semblent tout à fait similaires aux stromatolithes formés il y a plus de d'années. On en trouve de différentes tailles, structures et couleurs (gris-bleu, jaune crème, rougeâtre ou presque noir), mais seulement en quelques points du globe, sur le littoral marin ou lacustre. : la baie Shark (« havre Hamelin », sur la côte occidentale de l'Australie) ; le (un peu plus au sud, mais aussi sur le littoral ouest de l'Australie) ; le lac bleu (sud de l'Australie) ; le (Brésil) ; la lagune des Sept Couleurs située à côté du village de Bacalar (Mexique) ; le lac Solaire (Égypte) ; le golfe Persique, Green Lake, Salt Lake ; les Bahamas ; la Transvaal (Afrique du Sud) ; l'île de Haïnan (Chine) ; trois lacs aux eaux chaudes (27 à ) d'Australie-Occidentale : ceux saumâtres de l'Île Rottnest et de Clifton, et celui aux eaux douces de Richmond. le Dard, vers Baume-les-Messieurs dans le Jura. De très nombreuses sources chaudes sulfureuses, comme au Parc national de Yellowstone, abritent aussi des cyanobactéries qui créent souvent des structures stromatolithiques, bien qu'elles soient moins nombreuses et différentes des espèces vivant dans les eaux moins chaudes.
Les stromatolithes sont également présents dans les sources et ruisseaux pétrifiants, comme en France dans le ruisseau du Dard près de Lons-le-Saunier (département du Jura) et dans le ruisseau de la cascade pétrifiante de Saint Pierre-Livron près de Caylus (département de Tarn-et-Garonne)http://planet-terre.ens-lyon.fr/image-de-la-semaine/Img516-2015-12-14.xml..
Les formes, tailles, densités varient selon les sites géographiques, et localement selon la profondeur, le sens du vent et des vagues (ils s'allongent dans ce sens). Là où ils sont le plus variés, au lac Thétis, on distingue : une variété « pustuleuse » à Entophysalis, la plus souvent exondée par la marée. Ces stromatolithes sont peu ou pas laminés et moins denses, en blocs globalement circulaires d'un mètre de large et de dix centimètres de hauteur. Ils sont essentiellement produits par la bactérie Entophysalis major, qui pourrait descendre dEntophysalis, ce qui en ferait la lignée vivante directe la plus ancienne connue sur la terre pour un organisme non-fossile. une variété « lisse » à Microcoleus et Schizothrix caractérisée par des colonnes plus hautes et nettement laminées, qui ne croissent que dans la partie inférieure de la zone intertidale produite par une cyanobactérie filamenteuse Microcoleus chthonoplastes et diverses espèces de bactéries du genre Schizothrix associées à d'autres variétés de bactéries. la variété « botryoïde » produite par une association de diatomées et de cyanobactéries. Ces massifs qui sont toujours immergés (jusqu'à de fond) sécrètent un film important de mucus. Ils peuvent être colonisés par des algues du genre Acetabularia.
Leur croissance est très lente : à Shark Bay, on a mesuré un gain annuel de moins d'un demi-millimètre () par an.
Modèles de croissance
La genèse de ces formations de stromatolithes par des organismes vivants a été très controversée, mais la découverte et l'étude de stromatolithes encore actifs en Australie à Shark Bay (Australie) puis dans d'autres endroits du globe a convaincu les géologues que les feuillets minéraux structurant les stromatolithes anciens ont pu être lentement créés au fil du développement des colonies microbiennes en couches successives.
Les deux principaux modèles de croissance proposés sont. : le modèle du piégeage mécanique de minéraux : les cyanobactéries lors de leur croissance en colonies ou amas forment un plexus de filaments bactériens qualifié de matrice mucilagineuse procaryotique ou encore de matte bactérien. Le mucilage qu'elles produisent est capable de piéger certains minéraux (carbonates, silice) en suspension dans l'eau, qui finissent par être encroûtés par la matte. la précipitation biochimique de minéraux, influencée par le métabolisme microbien.
La précipitation du carbonate de calcium suit la réaction :