The Carcassonne Basin as archive of the rise of the Pyrenees

The last stage before entering the Pyrenees brings us throughthe Carcassonne Basin. This sedimentary basin contains sediments of approximately 60 to 30 million years old and is the easternmost part of the Aquitaine Basin that occupies much of southwestern France, and that we will cross after the Pyrenees.

The Carcassonne Basin, and its Spanish equivalent, the Ebro basin to the south of the Pyrenees, forms an important source of information that helps us to reconstruct the formation and rise of the Pyrenean mountain belt. It may sound like a paradox, but much of what we know about the evolution of mountain belts not by studying the mountains themselves, but the sediments that transported to the foreland. During the rise and uplift of mountains, they are eroded and much information on their formation is lost. But these eroded rocks are dumped into the foreland as sediments, and those tell us the story of the uplift.

The oldest sediments that we find today in the Carcassonne Basin are some 60 million years old and consist of limestones and marls – marls are a mixture of calcium carbonate that is formed by micro-organisms, and clay that is formed by weathering of rocks like granite. These marls contain a lot of information. For starters, they form in calm water in which sediments supply from rivers is low. Moreover, they are rich in fossils of micro-organisms, such as foraminifera. Foraminifera (or ‘forams’, in geological slang) have skeletons that are typically microscopically small and can become up to a few mm in size. (see below). Such microorganisms undergo relatively quick evolutions: sub-species exist for a few million years or shorter. So fossils of forams are good indicators for the age of sediments and help to accurately date rocks.

The marls of the Carcassonne Basin tell us that there was a shallow, tropical sea here 60 million years ago, and sediment supply from rivers was low. So there were no large mountains in the vicinity. But in younger sediments, the influence of land increases. First, we find large amounts of oyster shell fossils, showing that the water had rapidly changing salinity, typical for estuaries and coasts: we’re approaching river mouths. Then, sediments that are 50 million years old consist of sand, and on top of that we find gravel (good news for vineyards!). Gravel is deposited in fast flowing rivers…so we see the Pyrenees rise up in the sediments!

Le bassin de Carcassonne, une archive de la croissance des Pyrénées

La dernière étape avant d’arriver dans les Pyrénées nous amène à travers le bassin de Carcassonne. Ce bassin sédimentaire contient des sédiments vieux des 60 à 30 millions d’années et se trouve à la terminaison est du bassin d’Aquitaine qui occupe la majeure partie du quart sud-ouest de la France, et que le tour traversera après les Pyrénées.

Le bassin de Carcassonne et son équivalent Espagnol, le bassin de l’Èbre (qui se trouve au sud des Pyrénées) contiennent de nombreuses informations qui nous aident à reconstruire l’histoire de la formation des Pyrénées. Un des paradoxes de l’étude des chaines de montagne est que pour comprendre leur histoire, on n’étudie pas uniquement les montagnes à proprement parler mais également les sédiments qui sont transportés dans l’avant pays. Pendant le développement et le soulèvement des montagnes, ces dernières sont érodées et beaucoup d’informations sur leur histoire sont perdues. Ces roches érodées sont transportées puis sédimentées dans l’avant pays. Ces sont ces sédiments qui nous racontent l’histoire du soulèvement.

Les plus vieux sédiments que l’on trouve aujourd’hui dans le bassin de Carcassonne ont 60 millions d’années et sont des calcaires et des marnes (les marnes sont un mélange de carbonates de calcium formés par des micro-organismes et d’argiles formées lors de l’érosion de roche comme par exemple le granite). Ces marnes contiennent de nombreuses informations, à commencer par leur environnement de dépôt qui est calme avec un faible apport de sédiments par les rivières. Elles contiennent de nombreux fossiles de micro-organismes, comme les foraminifères. Les foraminifères (ou « forams » dans le jargon du géologue) ont des squelettes dont la taille varie entre les espèces microscopiques et celles qui font quelques millimètre (voir ci-dessous). Ces micro-organismes sont sujet à des évolutions relativement rapides, ce qui fait que des sous-espèces n’ont existés que pendant quelques millions d’années ou moins. Les forams sont donc de très bon indicateurs de l’âge des sédiments dans lesquels on les trouve et offrent une aide précieuse pour dater précisément les roches.

Les marnes du bassin de Carcassonne nous dissent que l’on se trouvait dans des eaux peu profondes, dans une mer tropicale où les apports de sédiments étaient faibles il y a 60 millions d’années. Cela veut dire qu’il n’y avait sans doutes pas de montagnes aux alentours. Dans les sédiments plus jeunes, l’influence terrestre est en revanche plus importante. Premièrement, nous trouvons de grandes quantités d’huitres fossiles ce qui montre que la salinité de l’eau a changeait rapidement, comme c’est le cas dans les estuaires, ou le long des côtes. En d’autres termes, nous nous rapprochons des estuaires des rivières et donc de la côte. Ensuite les sédiments qui ont 50 millions d’années sont fait de sables au-dessus des quels on trouve des graviers (bonne nouvelles pour les vignobles !!!). Les graviers se déposent dans les cours d’eau rapides, ce qui veut dire que les Pyrénées sont en train d’apparaitre dans les enregistrements sédimentaires !

Het bekken van Carcassonne als archief van de opheffing van de Pyreneeën

In de aanloop naar de ritten door de Pyreneeën rijden we vandaag door het bekken van Carcassonne. Dit bekken is ongeveer 60-30 miljoen jaar oud en vormt een oostelijke uitloper van het grote Aquitane Bekken dat in zuidwest Frankrijk ligt en waar we na de Pyreneeën doorheen trekken.

Het Carcassonne Bekken – en haar Spaanse evenknie, het Ebro bekken dat ten zuiden van de Pyreneeën ligt – vormt een belangrijke bron van informatie over de opheffing van de Pyreneeën. Hoewel het wellicht paradoxaal klinkt weten we het meeste over de ontwikkeling van oude gebergten door niet naar het gebergte zelf te kijken, maar naar de bekkens die ernaast liggen. Dat komt omdat tijdens de opheffing, gebergten geërodeerd worden en veel informatie over hun vorming verloren gaat. Maar die afgeërodeerde gesteenten worden in bekkens naast  de gebergten afgezet als sedimenten, en die sedimenten vertellen het verhaal van opheffing.

De oudste sedimenten in het Carcassonne Bekken zijn ongeveer 60 miljoen jaar oud en bestonden uit kalken en mergels – mergels zijn een mix van kalk dat gevormd wordt door micro-organismen en klei dat gevormd wordt door verwering van gesteenten zoals graniet. Deze mergels bevatten veel informatie. Om te beginnen vormen ze in kalm water waarin weinig sedimenten door rivieren wordt aangeleverd. Daarnaast staan ze stijf van de fossieltjes van micro-organismen, zoals foraminiferen. Foraminiferen (of forams, in de geologische volksmond) hebben skeletjes van microscopisch klein tot een paar millimeter groot. Dergelijke microorganismen evolueren snel: elke soort bestaat maar een paar miljoen jaar of korter. Dus de fossiletjes van forams zijn een goede indicator voor de ouderdom van het sediment en kunnen nauwkeurig worden gedateerd.

De mergels van het Carcassonne bekken vertellen dat zo’n 60 miljoen jaar geleden er een ondiepe, tropische zee was waar weinig sediment werd aangeleverd. Dat betekent dat er ook geen hoge bergen in de buurt waren. Maar naar mate de sedimenten jonger worden komt er steeds meer invloed van land. Er komen steeds meer oesters voor in de sedimenten, wat vertelt dat het water snel wisselend zoutgehalte had, zoals we bijvoorbeeld in Zeeland hebben: we komen in de buurt van riviermondingen. Sedimenten die vermoedelijk zo’n 50 miljoen jaar oud zijn bestaan uit zand, en daarop komt grind (die weer de ideale ondergrond zijn voor wijndruiven). Grind wordt afgezet in snelstromende rivieren…dus we zien hier in de sedimenten de Pyreneeën omhoogkomen!

Das Carcassonne-Becken als Archiv der Pyrenäen-Entstehung

Die letzte Etappe vor dem Eintritt in die Pyrenäen führt uns durch das Carcassonne-Becken. Dieses Sedimentbecken enthält Ablagerungen, die etwa 60 bis 30 Millionen Jahre alt sind, und ist der östlichste Teil des aquitanischen Beckens, das einen großen Teil Südwestfrankreichs einnimmt und das wir nach den Pyrenäen durchqueren werden.

Das Carcassonne-Becken und sein spanisches Pendant, das Ebro-Becken südlich der Pyrenäen, bilden eine wichtige Informationsquelle, die uns hilft, die Entstehung und die Bildung des Pyrenäen-Gebirgsgürtels zu rekonstruieren. Es mag wie ein Paradoxon klingen, aber vieles von dem, was wir über die Entwicklung von Gebirgsgürteln wissen, wissen wir nicht durch das Studium der Berge selbst, sondern der Sedimente, die ins Vorland transportiert wurden. Während des Aufstiegs und der Hebung von Bergen werden diese erodiert und viele Informationen über ihre Entstehung gehen verloren. Aber diese erodierten Gesteine werden als Sedimente ins Vorland geschüttet, und diese erzählen uns die Geschichte der Gebirgsbildung.

Die ältesten Sedimente, die wir heute im Carcassonne-Becken finden, sind etwa 60 Millionen Jahre alt und bestehen aus Kalksteinen und Mergeln. Mergel ist eine Mischung aus Kalziumkarbonat, das von Mikroorganismen gebildet wird, und Ton, der durch Verwitterung von Gesteinen wie Granit entsteht. Diese Mergel enthalten eine Menge an Informationen. Zunächst einmal bilden sie sich in ruhigem Wasser, in dem der Nachschub an Sedimenten aus Flüssen gering ist. Außerdem sind sie reich an Fossilien von Mikroorganismen, wie z. B. Foraminiferen. Foraminiferen haben Skelette, die typischerweise mikroskopisch klein sind und bis zu einigen mm groß werden können (siehe unten). Solche Kleinstlebewesen machen eine relativ schnelle Evolution durch: Unterarten existieren für einige Millionen Jahre oder kürzer. Fossilien von Foraminiferen sind daher gute Indikatoren für das Alter von Sedimenten und helfen Gesteine genau zu datieren.

Die Mergel des Carcassonne-Beckens verraten uns, dass es hier vor 60 Millionen Jahren ein flaches, tropisches Meer gab und die Sedimentzufuhr durch Flüsse gering war. Es gab also keine großen Gebirge in der Umgebung. Aber in jüngeren Sedimenten nimmt der Einfluss von Land zu. Zunächst finden wir große Mengen an Austernschalenfossilien, die zeigen, dass das Wasser einen schnell wechselnden Salzgehalt hatte, typisch für Flussmündungen und Küsten: wir nähern uns Flussmündungen. Dann finden wir 50 Millionen Jahre alte Sedimente, die aus Sand bestehen, und darüber Kies (eine gute Nachricht für Weinberge!). Kies wird in schnell fließenden Flüssen abgelagert… so sehen wir die Pyrenäen in den Sedimenten auftauchen!