Roches des assises inférieures. – Dépôt sédimentaire calcareux avec coquilles récentes métamorphisé au contact de laves surincombantes ; allure horizontale et étendue en surface de ces couches. – Roches volcaniques postérieures associées à une matière calcaire terreuse et fibreuse, et fréquemment renfermée dans les vacuoles des scories. – Anciens orifices d’éruption oblitérés, de petite dimension. – Difficulté que présente la détermination de coulées de laves récentes sur une plaine unie. – Collines de l’intérieur de l’île, constituées par des roches volcaniques plus anciennes. – Grandes masses d’olivine décomposée. – Roches feldspathiques situées sous les couches de basalte cristallin. – Uniformité de structure et d’aspect des collines volcaniques les plus anciennes. – Forme des vallées voisines de la côte. – Conglomérat en voie de formation sur la plage.
L’île de San Thiago s’étend du N.-N.-W. au S.-S.-E. sur une longueur de trente milles et une largeur de douze milles environ. Les observations auxquelles je me suis livré pendant mes deux visites à cette île ont toutes été faites dans sa partie méridionale et dans un rayon de quelques lieues seulement autour de Porto-Praya. – Vue de la mer, la contrée offre une configuration variée : des collines coniques à pentes douces, de couleur rougeâtre (telle que la colline désignée sous le nom de Red Hill et représentée dans la figure intercalée dans le texte)La configuration de la côte, la position des villages, des ruisseaux et de la plupart des collines représentés dans cette figure, ont été copiées de la carte dressée à bord du H.M.S. Leven. Les collines à sommet plat (A B C, etc.) y ont été reportées d’une manière purement approximative, pour rendre ma description plus claire. et d’autres collines moins régulières, d’une couleur noirâtre et à sommet plat (marquées A, B, C, dans la même figure), s’élèvent au-dessus de plaines de lave qui s’étagent en gradins successifs. On aperçoit dans le lointain une chaîne de montagnes, hautes de plusieurs milliers de pieds, qui traverse l’intérieur de l’île. Il n’y a pas de volcan actif à San Thiago, et il n’en existe qu’un seul dans tout l’archipel, celui de Fogo. L’île n’a été éprouvée par aucun tremblement de terre violent depuis qu’elle est habitée.
[Illustration : FIG. I. – Vue d’une partie de San Thiago, l’une des îles du Cap Vert.]
Les roches inférieures que l’on voit sur la côte près de Porto-Praya sont très cristallines et fort compactes ; elles semblent appartenir à des masses volcaniques anciennes et d’origine sous-marine. Fréquemment elles sont recouvertes, en stratification discordante, par un dépôt calcaire irrégulier, d’une faible épaisseur, où abondent des coquilles appartenant à une des dernières périodes de l’ère tertiaire ; ce dépôt est recouvert, à son tour, par une grande nappe de lave basaltique, qui, partie du centre de l’île, s’est répandue en coulées successives entre les collines à sommet plat marquées A, B, C, etc. Des coulées plus récentes ont été éjaculées par les cônes disséminés dans l’île, tels que Red Hill et Signal-Post Hill. Les couches supérieures des collines à sommet plat présentent, au point de vue de la constitution minéralogique et à d’autres égards encore, un rapport intime avec les assises inférieures des couches de la côte, qui semblent former avec elles une masse continue.
Description minéralogique des roches formant les assises inférieures. – Le caractère de ces roches est extrêmement variable. Elles sont formées d’une masse fondamentale basaltique compacte, noire, brune ou grise, renfermant de nombreux cristaux d’augite, de hornblende, d’olivine, de mica, et parfois du feldspath vitreux. On rencontre fréquemment une variété presque entièrement composée de cristaux d’augite et d’olivine. On sait que le mica se présente rarement là où l’augite abonde, et vraisemblablement la roche qui nous occupe n’offre pas une exception manifeste à cette règle, car le mica y est arrondi aussi parfaitement qu’un caillou dans un conglomérat (tout au moins dans le plus caractéristique de mes spécimens, où l’on voit un nodule de mica long d’un demi-pouce) ; il n’a évidemment pas cristallisé dans la pâte qui le renferme aujourd’hui, mais il doit avoir été formé par la fusion d’une roche plus ancienne. Ces laves compactes alternent avec des tufs, des roches amygdaloïdes et des wackes, et, à certains endroits, avec des conglomérats grossiers. Parmi les wackes argileuses, les unes sont vert foncé, d’autre vert jaunâtre pâle, d autres enfin presque blanches. Je constatai avec étonnement qu’un certain nombre de ces dernières roches, même les plus blanches, fondaient en un émail noir de jais, tandis que plusieurs échantillons des variétés vertes ne donnaient qu’un globule gris pâle. De nombreux dikes formés essentiellement de roches augitiques très compactes et de variétés amygdaloïdes grises coupent les couches ; en divers endroits celles-ci ont été violemment disloquées et fortement redressées. Une ligne de dislocation coupe l’extrémité septentrionale de Quailland, îlot de la baie de Porto-Praya, et on peut le suivre jusqu’à l’île principale. Ces dislocations se sont produites avant le dépôt de la couche sédimentaire récente, et la surface de l’île a subi, antérieurement à ce dépôt, une dénudation importante, comme l’attestent de nombreux dikes tronqués.
Description du dépôt calcaire qui recouvre les roches volcaniques dont il vient d’être question. – Cette couche peut être facilement reconnue à cause de sa couleur blanche et de l’extrême régularité avec laquelle elle s’étend le long de la côte, sur une ligne horizontale pendant plusieurs milles. Sa hauteur moyenne au-dessus de la mer, mesurée depuis sa ligne de contact avec les laves basaltiques qui la recouvrent, est de 60 pieds environ ; et son épaisseur, fort variable à cause des inégalités de la formation sur laquelle elle repose, peut être évaluée à environ 20 pieds. Cette couche est formée d’une substance calcaire parfaitement blanche, constituée en partie par des débris organiques et en partie par une substance que l’on pourrait comparer, pour l’aspect, à du mortier. Des fragments de roches et des cailloux sont disséminés dans toute cette couche, et se réunissent souvent en conglomérat, surtout vers la base. Un grand nombre de ces fragments sont comme badigeonnés d’une couche peu épaisse de matière calcareuse blanchâtre. À Quail-island, la partie inférieure du dépôt calcaire est remplacée par un tuf terreux tendre, de couleur brune, plein de turritelles, et qui est surmonté d’un lit de cailloux passant au grès et contenant des fragments d’échinides, des pinces de crabes et des coquilles ; les coquilles d’huîtres adhèrent encore aux roches sur lesquelles elles vivaient. Le dépôt renferme un grand nombre de sphérules blanches ressemblant à des concrétions pisolitiques, et dont la grosseur varie de celle d’une noix à celle d’une pomme ; elles renferment ordinairement un petit caillou en leur centre. Je me suis assuré par un examen minutieux que ces soi-disant concrétions étaient des nullipores conservant leur forme propre, mais dont la surface était légèrement usée par le frottement ; ces corps (considérés généralement aujourd’hui comme des végétaux) n’offrent aucune trace d’organisation intérieure, quand on les étudie sous un microscope de puissance moyenne. M. Georges R. Sowerby a bien voulu examiner les coquilles que j’ai rassemblées ; elles appartiennent à quatorze espèces, dont les caractères sont assez bien conservés pour qu’il soit possible de les déterminer avec un degré de certitude suffisant, et à quatre espèces dont on ne peut établir que le genre. Parmi les quatorze mollusques dont la liste se trouve à l’appendice, onze appartiennent à des espèces récentes ; un, non encore décrit, pourrait être identique à une espèce vivante que j’ai trouvée dans le port de Porto-Praya ; les deux autres espèces sont nouvelles et ont été décrites par M. Sowerby. Les connaissances que nous possédons sur les mollusques de cet archipel et des côtes voisines ne sont pas encore assez complètes pour nous permettre d’affirmer que ces coquilles, même les deux dernières, appartiennent à des espèces éteintes. Parmi ces coquilles, celles qui se rapportent incontestablement à des espèces vivantes ne sont pas nombreuses, mais elles suffisent cependant pour démontrer que le dépôt appartient à une période tertiaire récente. Les caractères minéralogiques de la formation, le nombre et les dimensions des fragments qu’elle renferme, et l’abondance des patelles et des autres coquilles littorales, démontrent que tout l’ensemble s’est accumulé dans une mer peu profonde, près d’un ancien rivage.
Effets produits par la coulée de lave basaltique qui s’est répandue sur le dépôt calcaire. – Ces effets sont très remarquables. Cette matière calcareuse est modifiée jusqu’à une profondeur d’environ un pied sous la ligne de contact, et on peut suivre le passage, tout à fait insensible, de petits fragments de coquilles, de corallines et de nullipores à peine agrégés, jusqu’à une roche, où l’on ne peut trouver aucune trace d’une origine mécanique, même au microscope. Aux points où les modifications métamorphiques ont été les plus intenses, on observe deux variétés de roches. La première variété est dure et compacte, finement grenue et blanche, sillonnée par quelques lignes parallèles formées de particules volcaniques noirâtres ; cette roche ressemble à un grès, mais un examen plus minutieux montre qu’elle est complètement cristalline, avec des faces de clivage si parfaites qu’on peut les mesurer facilement au goniomètre à réflexion. Si, après les avoir mouillés, on examine, à l’aide d’une forte loupe, les échantillons qui ont subi un métamorphisme moins complet, on peut constater une transformation graduelle très intéressante ; quelques-unes des particules arrondies qui les constituent conservent leur forme propre, tandis que d’autres se fusionnent insensiblement dans la masse granulo-cristalline. Les surfaces décomposées de cette roche revêtent une couleur rouge-brique, comme c’est souvent le cas pour les calcaires ordinaires.
La seconde variété métamorphique est, de même, une roche dure mais sans trace de structure cristalline. C’est une pierre calcaire blanche, opaque et compacte, fortement mouchetée de taches, irrégulièrement arrondies, d’une matière terreuse, ocreuse et tendre. Cette matière terreuse présente une couleur brun-jaunâtre pâle, et paraît être un mélange de fer et de carbonate de chaux ; elle fait effervescence avec les acides, elle est infusible mais noircit au chalumeau et devient magnétique. La forme arrondie des petites taches de substance terreuse, ainsi que les diverses étapes qu’on peut constater jusqu’à leur isolement parfait, et qu’on peut suivre en examinant une série d’échantillons, montrent clairement qu’elles ont été formées, soit par l’attraction des particules terreuses entre elles, soit plus vraisemblablement par une attraction réciproque des atomes de carbonate de chaux amenant alors la ségrégation de ces impuretés terreuses étrangères. Ce fait m’a vivement intéressé, car j’avais observé souvent des roches quartzeuses (par exemple aux îles Falkland, et dans les couches siluriennes inférieures des Stiper-Stones dans le Shropshire) mouchetées, d’une manière précisément analogue, par de petites taches d’une substance terreuse blanchâtre (feldspath terreux ?) ; on avait déjà toutes raisons de croire alors que ces roches avaient été modifiées ainsi sous l’action de la chaleur, et cette hypothèse reçoit maintenant sa confirmation. Cette texture tachetée pourrait fournir peut-être quelques indications pour distinguer les roches quartzeuses, qui doivent leur structure actuelle à une action ignée, de celles formées par voie purement aqueuse ; distinction qui doit avoir fait hésiter bien des géologues dans l’étude des régions arénacéo-quartzeuses, si j’en juge par ma propre expérience.
En s’épanchant sur les sédiments étalés au fond de la mer, les parties inférieures et les plus scoriacées de la lave ont empâté une grande quantité de matière calcaire, qui forme maintenant la pâte très cristalline et blanche comme neige, d’une brèche renfermant de petits fragments de scories noires et brillantes. Un peu au-dessus de cette couche, là où le calcaire est moins abondant et la lave plus compacte, les interstices de la masse de lave sont remplis d’un grand nombre de petites sphères, formées de spicules de calcaire spathique, qui rayonnent autour d’un centre commun. Dans une certaine partie de Quail-island, où les laves surincombantes n’ont pas plus de 14 pieds d’épaisseur, le calcaire a pu cristalliser sous l’influence de la chaleur dégagée par ces matières éruptives ; on ne peut pas admettre que cette faible couche de lave ait été plus épaisse à l’origine, et que son épaisseur ait été réduite par une érosion postérieure, l’état celluleux de sa surface nous le montre. J’ai déjà fait observer que la mer où le dépôt calcaire s’est opéré devait être peu profonde ; le dégagement de l’anhydride carbonique a donc été entravé par une pression de loin inférieure à celle, équivalant à une colonne d’eau haute de 1.708 pieds, que Sir James Hall considérait comme nécessaire pour empêcher ce dégagement. Depuis l’époque de ses expériences on a découvert que c’est moins la pression que la nature de l’atmosphère ambiante qui intervient pour retenir l’acide carbonique gazeux. Ainsi, il résulte d’expériences de M. FaradayJe suis fort reconnaissant à M. E.-W. Brayley de m’avoir indiqué à ce sujet les travaux suivants : Faraday : Edinburgh, New philosophical Journal, vol. XV, p. 398 ; – Gay-Lussac : Annales de chimie et de physique, tome I, chap. XIII, p. 210, dont la traduction a paru dans le London and Edinburgh philosophical Magazine, vol. X, p. 496. que des masses importantes de calcaire se fondent quelquefois et cristallisent, même dans des fours à chaux ordinaires. Suivant M. Faraday, le carbonate de chaux peut être chauffé, pour ainsi dire, à toute température dans une atmosphère d’acide carbonique, sans se décomposer ; et Gay-Lussac a montré que des fragments de calcaire, chauffés dans un tube à une température insuffisante par elle-même pour provoquer leur décomposition, dégageaient cependant l’acide carbonique dès qu’on faisait passer au travers du tube un courant d’air ou de vapeur d’eau : Gay-Lussac attribue ce phénomène au déplacement de l’acide carbonique naissant. La matière calcaire, qui se trouve sous la lave, surtout celle qui forme les aiguilles cristallines renfermées dans les vacuoles des scories, ne peut pas avoir subi l’action du passage d’un courant gazeux, quoiqu’elle ait été chauffée dans une atmosphère contenant vraisemblablement une très forte proportion de vapeur d’eau. Peut-être est-ce pour cette raison qu’elle a conservé son acide carbonique sous cette pression relativement faible.
Les fragments de scories renfermés dans la pâte calcaire cristalline sont d’un noir de jais, à cassure brillante comme celle de la rétinite. Cependant leur surface est recouverte d’une couche d’une substance translucide orange-rougeâtre, que l’on peut gratter facilement au canif ; ces fragments apparaissent alors comme s’ils étaient recouverts d’une couche mince de matière résineuse. Les plus petits d’entre eux présentent des parties complètement transformées en cette substance ; transformation qui semble tout à fait différente d’une décomposition ordinaire. Nous verrons dans un autre chapitre qu’à l’archipel des Galapagos de grandes couches de cendres volcaniques, avec particules scoriacées, ont subi une transformation à peu près identique.
Extension et horizontalité du dépôt calcaire. – La limite supérieure du dépôt calcaire, si nettement marquée à cause de la couleur blanche de cette roche, et si voisine de l’horizontale, court le long de la côte sur une distance de plusieurs milles, à l’altitude de 60 pieds environ au-dessus du niveau de la mer. La nappe de basalte qui la recouvre présente une épaisseur moyenne de 80 pieds. À l’ouest de Porto-Praya, au-delà de Red Hill, la couche blanche avec le basalte qui la surmonte, sont recouverts par des coulées plus récentes. J’ai pu la suivre de l’œil, au nord de Signal-Post Hill, s’étendant au loin sur une distance de plusieurs milles, le long des falaises de la côte. Mes observations ont porté sur une étendue d’environ 7 milles le long de la côte, mais la régularité de cette couche me porterait à croire qu’elle s’étend beaucoup plus loin. Dans des ravins perpendiculaires à la côte, on la voit plonger doucement vers la mer, probablement suivant l’inclinaison qu’elle présentait lors de son dépôt sur les anciens rivages de l’île. Je n’ai trouvé dans l’intérieur de l’île qu’une seule coupe où cette couche fût visible, à la hauteur de quelques centaines de pieds, c’est à la base de la colline marquée A ; elle y repose, comme d’habitude, sur la roche augitique compacte associée avec de la wacke, et elle y est recouverte par la grande nappe de lave basaltique récente. En certains points cependant cette couche blanche ne conserve pas son horizontalité ; à Quail-island sa surface supérieure ne s’élève qu’à 40 pieds au-dessus du niveau de la mer ; ici également la nappe de lave qui la recouvre n’a que 12 à 15 pieds d’épaisseur ; d’autre part, au nord-est du port de Porto-Praya, la couche calcaire ainsi que la roche sur laquelle elle repose atteignent une hauteur supérieure au niveau moyen. Je crois que dans ces deux cas la différence de niveau ne provient pas d’un exhaussement inégal, mais de l’irrégularité primitive du fond de la mer. Ce fait peut être démontré à Quail-island, car le dépôt calcaire y offre en un certain point une épaisseur de beaucoup supérieure à la moyenne, alors qu’en d’autres points cette roche ne se montre pas ; dans ce dernier cas les laves basaltiques récentes reposent directement sur les laves plus anciennes.
[Illustration : FIG. 2. – Signal-Post Hill ; – A. Roches volcaniques anciennes ; – B. Dépôt calcareux ; – C. Lave basaltique supérieure.]
Sous Signal-Post Hill la couche blanche plonge dans la mer d’une manière bien intéressante. Cette colline est conique, haute de 450 pieds, et offre encore quelques traces de structure cratériforme ; elle est constituée en majeure partie de matières éruptives émises postérieurement au soulèvement de la grande plaine basaltique, mais en partie aussi de laves très anciennes, probablement de formation sous-marine. La plaine environnante et le flanc oriental de la colline ont été découpés par l’érosion en falaises escarpées surplombant la mer. La couche calcaire blanche est visible dans ces ravinements à la hauteur de 70 pieds environ au-dessus du rivage, et s’étend au nord et au sud de la colline, sur une longueur de plusieurs milles, en dessinant une ligne qui paraît parfaitement horizontale ; mais, au-dessous de la colline, elle plonge dans la mer et disparaît sur une longueur d’environ un quart de mille. Le plongement est graduel du côté du sud, et plus brusque du côté du nord, comme le montre la figure. Ni la couche calcaire ni la lave basaltique surincombante (pour autant qu’on puisse distinguer cette dernière des coulées plus récentes) n’augmentent d’épaisseur à mesure qu’elles plongent ; j’en conclus que ces couches n’ont pas été originairement accumulées dans une dépression dont le centre serait devenu plus tard un point d’éruption, mais qu’elles ont été dérangées et ployées postérieurement à leur dépôt. Nous pouvons supposer, ou bien que Signal-Post Hill, après son soulèvement, s’est abaissé avec la région environnante, ou bien qu’il n’a jamais été soulevé à la même hauteur qu’elle. Cette dernière hypothèse me paraît la plus vraisemblable, car, durant le soulèvement lent et uniforme de cette partie de l’île, l’énergie souterraine, affaiblie par des éruptions répétées de matières volcaniques émises au-dessous de ce point, devait nécessairement conserver moins de puissance pour le soulever. Un fait analogue semble s’être produit près de Red Hill, car, en remontant les coulées de lave qui affleurent, des environs de Porto-Praya vers l’intérieur de l’île, j’ai été amené à supposer que la pente de la région a été légèrement modifiée depuis que la lave y a coulé, soit qu’il y ait eu un léger affaissement près de Red Hill, soit que cette partie de la plaine ait été portée à une hauteur moins considérable que le reste de la contrée, lors du soulèvement général.
Lave basaltique qui surmonte le dépôt calcaire. – Cette lave, d’un gris pâle, est fusible en un émail noir ; sa cassure est terreuse et concrétionnée, elle contient de petits grains d’olivine. Les parties centrales de la masse sont compactes, ou parsemées tout au plus de quelques petites cavités, et elles sont souvent colonnaires. Cette structure se présente d’une manière saillante à Quail-island où la lave a été divisée, d’une part, en lamelles horizontales et, d’autre part, découpée par des fissures verticales en plaques pentagonales ; celles-ci étant à leur tour empilées les unes sur les autres, se sont insensiblement soudées, de manière à former de belles colonnes symétriques. La surface inférieure de la lave est vésiculaire, mais parfois sur une épaisseur de quelques pouces seulement ; la surface supérieure, qui est également vésiculaire, est divisée en sphères formées de couches concentriques, et dont le diamètre atteint souvent 3 pieds. La masse est formée de plus d’une coulée ; son épaisseur totale étant, en moyenne, de 80 pieds. La partie inférieure s’est certainement étalée en coulées sous-marines, et il en est probablement de même pour la partie supérieure. Cette lave provient en majeure partie des régions centrales de l’île, comprises entre les collines marquées A, B, C, etc., dans la figure. La surface de la contrée est unie et stérile près de la côte ; le pays s’élève vers l’intérieur par des terrasses successives ; lorsqu’on les observe de loin, on en distingue nettement quatre superposées.
Éruptions volcaniques postérieures au soulèvement de la côte ; matières éruptives associées avec du calcaire terreux. – Ces laves récentes proviennent des collines coniques à teinte brun-rouge, disséminées dans l’île et qui s’élèvent brusquement dans la plaine près de la côte. J’en ai gravi plusieurs, mais je n’en décrirai qu’une seule, Red Hill, qui peut servir de type pour ce groupe et dont certaines particularités sont remarquables. Sa hauteur est de 600 pieds environ ; elle est constituée par des roches de nature basaltique, très scoriacées et d’un rouge vif ; elle présente sur l’un des côtés de son sommet une cavité qui est probablement le dernier vestige d’un cratère. Plusieurs autres collines de la même catégorie sont, à en juger par leur forme extérieure, surmontées de cratères beaucoup mieux conservés. Lorsqu’on longe la côte par mer, on voit clairement qu’une masse considérable de lave, partie de Red Hill, s’est écoulée dans la mer en passant au-dessus d’une ligne de rochers haute d’environ 120 pieds. Cette ligne de rochers constitue le prolongement de celle qui forme la côte et qui borne la plaine de deux côtés de la colline ; ces coulées ont donc été émises par Red Hill postérieurement à la formation des rochers de la côte, et à une époque où la colline se trouvait, comme aujourd’hui, au-dessus du niveau de la mer. Cette conclusion concorde avec la nature très scoriacée de toutes les roches de Red Hill, qui semblent être de formation subaérienne ; et ce fait est important, car il existe près du sommet quelques bancs d’une matière calcaire, qu’à première vue on pourrait prendre à tort pour un dépôt sous-marin. Ces bancs sont formés de carbonate de chaux, blanc, terreux, et tellement friable qu’il s’écrase sous le moindre effort, les spécimens les plus compacts même ne résistant pas à la pression des doigts. Quelques-unes de ces masses sont blanches comme la chaux vive, et paraissent absolument pures, mais on peut toujours y découvrir à la loupe de petites particules de scories, et je n’ai pu en trouver une seule qui ne laissât pas de résidu de cette nature quand on la dissolvait dans les acides. Il est difficile, pour cette raison, de découvrir une particule de calcaire qui ne change pas de couleur au chal...