Formation de Clarens

La formation de Clarens est une formation géologique qu'on peut trouver en plusieurs endroits du Lesotho et dans les provinces de l'État libre, du KwaZulu-Natal et du Cap-Oriental en Afrique du Sud. C'est la formation sommitale du groupe de Stormberg, lui-même composante du supergroupe du Karoo ; elle correspond à la phase finale de sédimentation du bassin du Karoo[1].

Formation de Clarens

Brandwag rock, dit « La Sentinelle », dans le parc national des Golden Gate Highlands.
Localisation
Coordonnées 30° 30′ sud, 27° 24′ est
Pays Afrique du Sud
Lesotho
Informations géologiques
Période Sinémurien - Pliensbachien (Jurassique inférieur)
Âge 182–190 Ma
↓
Regroupé dans Groupe de Stormberg
Formation supérieure Groupe du Drakensberg
Formation inférieure Formation d'Elliot
Lithologie principale grès - claystone
Lithologie secondaire mudstone - siltite - conglomérat
Géolocalisation sur la carte : Afrique du Sud
Géolocalisation sur la carte : Lesotho

Géologie
Stratigraphie du supergroupe du Karoo
Période Groupe Formation à l'ouest du 24°E Formation à l'est du 24°E Strate
(cénozone)
Jurassique Drakensberg Hiatus Drakensberg
Stormberg Clarens
Trias Elliot
Molteno
Beaufort
Burgersdorp Cynognathus (en)
Katberg Lystrosaurus (en)
Balfour
Permien Dicynodon (en)
Teekloof
Cistecephalus (en)
Middleton
Tropidostoma (en)
Pristerognathus (en)
Abrahams-Kraal Koonap
Tapinocephalus (en)
Eodicynodon (en)
Ecca Waterford Waterford
Tierberg / Fort Brown Fort Brown
Laingsburg / Ripon Ripon
Collingham Collingham
White Hill White Hill
Prince Albert Prince Albert
Carbonifère Dwyka Elandsvlei Elandsvlei
Références : Rubidge 2005[2], Selden et Nudds 2011[3].

La formation de Clarens est composée presque entièrement de grès à grains fins, déposé en lits épais, dont la couleur varie de l'orange pâle ou rosâtre au blanc crème. Elle est caractérisée par sa remarquable uniformité lithologique et par le fait que ses dépôts affleurent principalement sous forme de hautes falaises. Ces dernières abritent souvent des grottes peu profondes et des surplombs au contact de la formation sous-jacente, la formation d'Elliot, en raison de l'érosion. Pour cette raison, elle est appelée Cave Sandstone (litt. « grès à grottes ») dans la littérature ancienne[4],[5].

On pense que l'extension géographique de la formation était beaucoup plus importante il y a quelques millions d'années, et qu'elle couvrait la majeure partie de l'Afrique australe par un champ de dunes sableuses qui s'étendait depuis le bassin du Karoo jusqu'en Namibie à l'ouest et au Zimbabwe au nord[6],[7],[8],[9].

Il y a eu très peu de recherches récentes concernant la formation[10] ; globalement, en raison de la nature dominante des grès, elle est considérée comme ayant été déposée dans un climat aride où les champs de dunes étaient nombreux[11],[12],[13]. On distingue trois faciès sédimentaires.

La zone basale 1 correspond à la plus ancienne partie de la formation ; elle présente une base érodée à son contact avec la formation d'Elliot qui est en dessous. Les grès, à grains fins, se présentent sous forme de couches épaisses ; ils sont riches en silt. De petites inclusions de mudstone s'intercalent entre les couches de grès et présentent souvent des fissures de dessication. On trouve des intercalations lenticulaires de grès ondulé, des concrétions calcaires et des conglomérats argileux, interprétés comme des dépôts de lœss. On y trouve de nombreuses traces fossiles.

La zone intermédiaire, ou zone 2, montre des structures de grande taille, planes ou en forme d'auges, et, en certains endroits, de plus petites structures à stratification entrecroisée. Les grès ont des grains plus fins que ceux de la zone 1. Le faciès est composé de quartz arénite ou de grauwacke. Des marques d'affouillement se rencontrent couramment dans la partie la plus haute. Ce faciès sédimentaire est interprété comme issu de dépôts venant de nappes d'eau et de cours d'eau éphémères, ainsi que de lacs asséchés s'étant formés dans un environnement de désert.

Dans la zone 3, zone supérieure, des grès siltitiques à grains fins réapparaissent formant des structures massives. Elles contiennent des grauwackes feldspathiques riches en quartz, et des arkoses arénites. On trouve aussi, comme dans l'ensemble de la formation, du zircon, du grenat, de l'agate, de la riébeckite, de la spinelle, de la titanite et de la hornblende. L'environnement est celui de roches sédimentaires formées de la même manière que dans la zone 1. Quelques basaltes sont présents dans la partie supérieure de la zone, signalant les débuts de l'activité tectonique qui conduira à la formation du groupe du Drakensberg et la fin du processus de sédimentation du bassin du Karoo. On trouve quelques très rares structures creusées par l'eau dans la partie basaltique[14].

Paléontologie

Les trouvailles paléontologiques sont moins nombreuses que celles provenant de la partie supérieure de la formation d'Elliot, mais il ne s'agit sans doute pas d'une représentation fidèle de la diversité des espèces qui étaient présentes au moment de la sédimentation ; les fossiles des formations situées en dessous sont mieux connus, car il n'y a pas eu de cartographie biostratigraphique systématique de la formation de Clarens. Cela est en partie dû au fait que les parties les plus hautes sont difficiles et dangereuses d'accès car elles forment des falaises abruptes et escarpées. On y trouve néanmoins divers fossiles de vertébrés et d'invertébrés[15]. Les fossiles de vertébrés sont généralement des os désarticulés ou isolés de divers dinosaures théropodes, sauropodomorphes et ornithischiens, de crocodylomorphes et de cynodontes thérapsides[16],[17],[18]. Des fossiles de poissons d'eau douce, tel Semionotus capensis, et de crustacés, ont été trouvés dans un faciès correspondant à des dépôts de lacs asséchés. La formation est aussi bien connue pour ses pistes d'empreintes de pas de dinosaures, correspondant à de grands et de petits théropodes, ainsi qu'à de petits dinosaures ornithischia. Des fragments de bois pétrifié, des rhizolithes (paléosols façonnés par des plantes), des coprolithes et des planolithes (traces de vers) ont aussi été mis au jour[19],[20],[21],[22].

Corrélations

La formation de Clarens se retrouve en de nombreux endroits d'Afrique subsaharienne. Elle est considérée comme en corrélation avec les grès forestiers (en) du Zimbabwe, les grès de Bodibeng dans le bassin de Tuli, au Botswana[23] et les grès d'Etjo (en) en Namibie. En Afrique australe, des faciès sédimentaires équivalents se trouvent dans la ceinture de Lebombo, dans le nord de l'Eswatini.

Références
  1. (en) R. Broom, A contribution to our knowledge of the vertebrates of the Karroo Beds of South Africa, vol. 61, , p. 577–629
  2. (en) B.S. Rubidge, « Re-uniting lost continents. Fossil reptiles from the ancient Karoo and their wanderlust », South African Journal of Geology, vol. 108, no 1,‎ , p. 135–172 (DOI 10.2113/108.1.135, lire en ligne)
  3. (en) P. Selden et J. Nudds, « Karoo », dans Evolution of Fossil Ecosystems, Manson Publishing, , 2e éd. (ISBN 9781840761603, lire en ligne), p. 104–122
  4. (en) N.J. Beukes, « Stratigraphy and sedimentology of the Cave Sandstone stage, Karoo System », dans S.H. Haughton (éd.), Proceedings and papers of the 2nd Gondwana symposium, {Pretoria, Council for Scientific and Industrial Research, , p. 321-341
  5. (en) H. V. Head et E. M. Bordy, « Lithostratigraphy of the Clarens Formation (Stormberg Group, Karoo Supergroup), South Africa », South African Journal of Geology, vol. 121, no 1,‎ , p. 119–130 (ISSN 1012-0750, DOI 10.25131/sajg.121.0009)
  6. (en) J. N. J. Visser, « A review of the Stormberg Group and Drakensberg volcanics in southern Africa », Palaeontologia Africana : Annals of the Bernard Price Institute for Palaeontological Research,‎ (lire en ligne)
  7. (en) P. Eriksson et E. M. Bordy, « Lithostratigraphy of the Elliot Formation (Karoo Supergroup), South Africa », South African Journal of Geology, vol. 118, no 3,‎ , p. 311–316 (DOI 10.2113/gssajg.118.3.311)
  8. (en) K.I. Meiklejohn, « The role of moisture in the weathering of the Clarens Formation of the KwaZulu-Natal Drakensberg: implications for the preservation of indigenous rock art », South African Geographical Journal, no 79,‎ , p. 199-206
  9. (en) B. S. Rubidge, P. J. Hancox et O. Catuneanu, « Reciprocal flexural behaviour and contrasting stratigraphies: a new basin development model for the Karoo retroarc foreland system, South Africa », Basin Research, vol. 10, no 4,‎ , p. 417–439 (DOI 10.1046/j.1365-2117.1998.00078.x, lire en ligne)
  10. (af) N.J. Beukes, Die sedimentologie van die Etage Holkranssandsteen, sisteem Karoo (thèse non pub.), Bloemfontein, University of the Orange Free State, (lire en ligne)
  11. (en) P.G. Eriksson, « A palaeoenvironmental analysis of the Clarens Formationin the Natal Drakensberg », Transactions of the Geological Society of South Africa, no 84,‎ , p. 7-17
  12. (en) P.G. Eriksson, « Aeolian dune and alluvial fan deposits in the Clarens Formation of the Natal Drakensberg », Transactions of the Geological Society of South Africa, no 89,‎ , p. 389-393
  13. (en) C.P. Eriksson, P.G. McCourt et S. Snyman, « A note on the petrography of upper Karoo sandstones in the Natal Drakensberg: implications for the Clarens formation palaeoenvironment », South African Journal of Geology, vol. 97, no 1,‎ , p. 101–106 (lire en ligne)
  14. (en) R.M.H. Smith, P.G. Eriksson et W.J. Botha, « A review of the stratigraphy and sedimentary environments of the Karoo-aged basins of Southern Africa », Journal of African Earth Sciences (And the Middle East), vol. 16, nos 1–2,‎ , p. 143–169 (DOI 10.1016/0899-5362(93)90164-L)
  15. (en) E.M. Bordy, A.J. Bumby, O. Catuneanu et P.G. Eriksson, « Advanced early Jurassic termite (Insecta: Isoptera) nests: evidence from the Clarens Formation in the Tuli Basin, southern Africa », Palaios, vol. 19, no 1,‎ , p. 68-78
  16. (en) Michael A. Raath et James W. Kitching, « Fossils from the Elliot and Clarens Formations (Karoo sequence) of the Northeastern Cape, Orange Free State and Lesotho, and a suggested biozonation based on tetrapods », Palaeontologia Africana : Annals of the Bernard Price Institute for Palaeontological Research,‎ (lire en ligne)
  17. (en) B.W. McPhee, E.M. Bordy, L. Sciscio et J.N. Choiniere, « The sauropodomorph biostratigraphy of the Elliot Formation of southern Africa: Tracking the evolution of Sauropodomorpha across the Triassic–Jurassic boundary », Acta Palaeontologica Polonica, vol. 62, no 3,‎ (DOI 10.4202/app.00377.2017, lire en ligne)
  18. (en) H.D. Sues, R.R. Reisz, S. Hinic et M.A. Raath, « On the skull of Massospondylus carinatus Owen, 1854 (Dinosauria: Sauropodomorpha) from the Elliot and Clarens formations (Lower Jurassic) of South Africa », Annals of Carnegie Museum, vol. 73, no 4,‎ , p. 239-257
  19. (en) J.W. Kitching, « Preliminary report on a clutch of six dinosaurian eggs from the Upper Triassic Elliot Formation, Northern Orange Free State », Palaeont. afr., no 22,‎ , p. 41-45
  20. (en) Fabien Knoll, « The tetrapod fauna of the Upper Elliot and Clarens formations in the main Karoo Basin (South Africa and Lesotho) », Bulletin de la Société Géologique de France, vol. 176, no 1,‎ , p. 81–91 (ISSN 0037-9409, DOI 10.2113/176.1.81)
  21. (en) Bruce S. Rubidge, P. John Hancox et Adam M. Yates, « First record of a sauropod dinosaur from the upper Elliot Formation (Early Jurassic) of South Africa : research letter », South African Journal of Science, vol. 100, nos 9–10,‎ , p. 504–506 (lire en ligne)
  22. (en) Michael A. Raath, David C. Evans, Hans-Dieter Sues, Diane Scott et Robert R. Reisz, « Embryos of an Early Jurassic Prosauropod Dinosaur and Their Evolutionary Significance », Science, vol. 309, no 5735,‎ , p. 761–764 (DOI 10.1126/science.1114942)
  23. (en) E. M. Bordy et O. Catuneanu, « Sedimentology and palaeontology of upper Karoo aeolian strata (Early Jurassic) in the Tuli Basin, South Africa », Journal of African Earth Sciences, vol. 35, no 2,‎ , p. 301–314 (DOI 10.1016/S0899-5362(02)00103-3)

Articles connexes
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