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p. [6] E. LALLIER-VERGES et P. ALBERIC, Marine Geology, Letter section, accepté pour publication. [7] M. HOFFERT, Thèse, Sciences géologiques, Mém. Strasbourg, 61, 1980, 197 p. [8] A. M. KARPOFF, M. HOFFERT et N. CLAUER, In: Initial report of D.S.D.P., Leg 62, 1981, p. 759-771. [9] D. Z. PIPER, Geoch. et Cosmoch. Acta, 30, 1974, p. 1007-1022. [10] S. E. CALVERT, D. Z. PIPER et P. A. BAEDECKER, Geoch. et Cosmoch. Acta, 51, 1987, p. 2331-2338. [11] M. HOFFERT, A. M. KARPOFF, N. CLAUER, A. SCHAAF, C. COURTOIS et G. PAUTOT, Oceanologica Acta, 1, n° 2, 1978, p. 187-202. [12] M. KASTNER et S. STONECHIPPER, In Natural Zeolites. Pergamon Press, 1978, p. 199-220. [13] V. M. BURNS et R. G. BURNS, Earth and Planetary Science Letter, 39, 1978, p. 341-348. [14] A. J. MARTIN-BARAJAS, L. LECLAIRE et E. LALLIER-VERGES, C.R. Acad. Sci. Paris, 307, série II, 1988, p. 1259-1264. [15] J. L. BISHOFF, D. Z. PIPER et K. LEONG, Geochimica et Cosmochimica Acta, 45, 1981, p. 2047-2063. Laboratoire de géochimie, U.A. n° 723, Université Paris-Sud, 91405 Orsay; Adresse actuelle : Laboratoire de Géologie de la Matière organique, U.A. n° 724, Université d'Orléans, 45067 Orléans. C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1901 Sédimentologie/Sedimentology Incidence de l'activité biologique sur la cimentation des sédiments littoraux actuels. L'exemple des îles de Délos et de Rhénée (Cyclades, Grèce) Paul BERNIER et Rémi DALONGEVILLE Résumé — Dans un contexte géologique presque exclusivement cristallin, des cimentations carbonatées précoces ont été observées dans les sédiments récents de l'étage médiolittoral des îles de Délos et de Rhénée (Cyclades, Grèce). Elles sont liées à une activité biologique qui a favorisé la formation de calcite micritique non orientée enrobant les grains et les reliant les uns aux autres. Cette première phase de cimentation est suivie d'une cristallisation palissadique (parfois stalactitique) de calcite hautement magnésienne croissant à la périphérie de la micrite et tendant à oblitérer l'espace poreux résiduel. Ces deux types de cimentation peuvent se succéder en alternance répétée. Une telle organisation nécessite une immobilisation mécanique partielle des grains permettant le développement biologique de la
307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1901 Sédimentologie/Sedimentology Incidence de l'activité biologique sur la cimentation des sédiments littoraux actuels. L'exemple des îles de Délos et de Rhénée (Cyclades, Grèce) Paul BERNIER et Rémi DALONGEVILLE Résumé — Dans un contexte géologique presque exclusivement cristallin, des cimentations carbonatées précoces ont été observées dans les sédiments récents de l'étage médiolittoral des îles de Délos et de Rhénée (Cyclades, Grèce). Elles sont liées à une activité biologique qui a favorisé la formation de calcite micritique non orientée enrobant les grains et les reliant les uns aux autres. Cette première phase de cimentation est suivie d'une cristallisation palissadique (parfois stalactitique) de calcite hautement magnésienne croissant à la périphérie de la micrite et tendant à oblitérer l'espace poreux résiduel. Ces deux types de cimentation peuvent se succéder en alternance répétée. Une telle organisation nécessite une immobilisation mécanique partielle des grains permettant le développement biologique de la première phase de cimentation, dès la surface, sans enfouissement réel. Abstract — The Delos-Rhinia Islands consist almost exclusively of crystalline rocks. Along the shore of these cycladic islands, the authors observed early carbonate cements surrounding sand grains situated in the intertidal zone. The first stage of cementation coïncides with biological activity favoring the formation of a micritic layer around grains. Subsequently, in the residual pore space, appears carbonate needles (high-Mg calcite), generally palissadic but sometimes stalactitic, growing at the micrite periphery and tending to fill the residual pore space. These two types of cementation may alternate. Such an organization requires stable substrates for biological development to occur on the surface, and only slight burial. Abridged English Version — In marine sediments from the shoreline of Delos and Rhinia Islands (Cyclades, Greece) [1] cemented areas which occur frequently, correspond to a rapid early diagenesis including archeological remains (Fig. 1). Two main types of cementation were observed: the first, in beach sediments forms classic beach-rocks ([2], [3]): — the second occurs in the archeological remains situated on the shoreline or in the screes from adjacent cliffs. These two types of cementation are different in nature and significance. 1. Delos and Rhinia beach-rocks.
activity favoring the formation of a micritic layer around grains. Subsequently, in the residual pore space, appears carbonate needles (high-Mg calcite), generally palissadic but sometimes stalactitic, growing at the micrite periphery and tending to fill the residual pore space. These two types of cementation may alternate. Such an organization requires stable substrates for biological development to occur on the surface, and only slight burial. Abridged English Version — In marine sediments from the shoreline of Delos and Rhinia Islands (Cyclades, Greece) [1] cemented areas which occur frequently, correspond to a rapid early diagenesis including archeological remains (Fig. 1). Two main types of cementation were observed: the first, in beach sediments forms classic beach-rocks ([2], [3]): — the second occurs in the archeological remains situated on the shoreline or in the screes from adjacent cliffs. These two types of cementation are different in nature and significance. 1. Delos and Rhinia beach-rocks. They are located both in wide and narrow bays and appear as successive beds oriented towards the sea. They are the result of high-magnesium calcite, cementation ([4], [10]) of sands, cobbles and shells. 2. Cementations affecting archeological remains from the shoreline. Numerous archeological remains of hellenistic origins are submerged and surrounded by marine sediments which have become indurated. Columns, tambours and other artefacts are cemented in a sediment of indurated cobbles and quartz-feldspathic sands. The indurated area is located along the shoreline in the intertidal or supratidal zone. (a) DESCRIPTION OF THE CEMENTATION (2nd type). — Several stages of cementation appear around the grains: — Grains are surrounded with a rim of micrite of variable thickness and interconnected and not oriented in relation to gravity. They sometimes resemble meniscus cements (PL, Figs. 1 and 2). Note présentée par Michel DURAND-DELGA. 0249-6305/88/03071901 £2.00 © Académie des Sciences C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1902 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1903 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1904 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1905 (b) INTERPRÉTATION.
surrounded by marine sediments which have become indurated. Columns, tambours and other artefacts are cemented in a sediment of indurated cobbles and quartz-feldspathic sands. The indurated area is located along the shoreline in the intertidal or supratidal zone. (a) DESCRIPTION OF THE CEMENTATION (2nd type). — Several stages of cementation appear around the grains: — Grains are surrounded with a rim of micrite of variable thickness and interconnected and not oriented in relation to gravity. They sometimes resemble meniscus cements (PL, Figs. 1 and 2). Note présentée par Michel DURAND-DELGA. 0249-6305/88/03071901 £2.00 © Académie des Sciences C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1902 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1903 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1904 C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1905 (b) INTERPRÉTATION. — This micritic cementation appears to be the result of cyanobacterial activity. They are of Spongiostromata type (Microcoleus, Lyngbya, Schizothrix, Entophysalis, Rivularia, Phormidium, Hyella... determined by Th. Le Campion-Alsumard) [8]. Most of these genera usually participate in the growth of stromatolitic algal mats. Other attached organisms such as serpulids (Spirorbis), foraminifers (Nubeculariidae), bryozoans and encrusting red algae could also play a role in binding sediment. Grains are cemented together at the sediment-water interface along the shoreline where water could percolate in the pore space between the grains: horizontally, to give a peripheral palissadic and isopachous crystallization (intertidal zone); vertically, by percolation of vadose marine waters brought by spray and storm washovers to give palissadic stalactitic cements (supratidal zone). (c) CONCLUSION. — High-magnesian calcite cementation which affects the sediments of the shoreline of Delos and Rhinia Islands does not require burying for grain stabilization as in classic beach-rocks. This stabilization is effected by the binding of grains as a result of cyanobacterial activity which traps local micrite. Archeological remains included in the indurated sediment offer a very precise age (Hellenistic period = about 2,200 years B.P.) [9]. Destruction of archeological edifices, sea invasion and settling of the sand preceded cementation. For
foraminifers (Nubeculariidae), bryozoans and encrusting red algae could also play a role in binding sediment. Grains are cemented together at the sediment-water interface along the shoreline where water could percolate in the pore space between the grains: horizontally, to give a peripheral palissadic and isopachous crystallization (intertidal zone); vertically, by percolation of vadose marine waters brought by spray and storm washovers to give palissadic stalactitic cements (supratidal zone). (c) CONCLUSION. — High-magnesian calcite cementation which affects the sediments of the shoreline of Delos and Rhinia Islands does not require burying for grain stabilization as in classic beach-rocks. This stabilization is effected by the binding of grains as a result of cyanobacterial activity which traps local micrite. Archeological remains included in the indurated sediment offer a very precise age (Hellenistic period = about 2,200 years B.P.) [9]. Destruction of archeological edifices, sea invasion and settling of the sand preceded cementation. For these reasons, the cementation is certainly very recent. Alternation of micrite and palissadic or stalactitic high-magnesian calcite may be the result of climatic or eustatic variations, but probably is of tectonic origin in this Mediterranean area. In any case, it is due to fluctuation of relative sea level. Finally, such features can also be related to carbonate environments. Micritic meniscus cements are not necessarily mechanical or the effect of vadose percolation, but sometimes the result of cyanobacterial activity. Micritization of carbonate grains can be accompanied by cryptalgal laminations. The centripetal action of biocorrosion (classic micritization) and the accretionary centrifugal process are described. The interpretation of ancient limestones may be aided when these observations are considered. I. INTRODUCTION. — Délos et Rhénée sont deux petites îles grecques de la mer Egée, appartenant à l'archipel des Cyclades (fig. 1). Elles sont essentiellement constituées de roches cristallines (granits, gneiss) très faillées [1]. Le dessin de la côte est en grande partie issu d'une tectonique cassante méridienne. Les plages sont d'extension très limitée, souvent grossières (grèves) et installées au débouché de petits torrents (revmata) qu'elles barrent en cordons. La quasi-totalité des précipitations (env. 400 mm) est acquise pendant la période hivernale (mois de décembre
features can also be related to carbonate environments. Micritic meniscus cements are not necessarily mechanical or the effect of vadose percolation, but sometimes the result of cyanobacterial activity. Micritization of carbonate grains can be accompanied by cryptalgal laminations. The centripetal action of biocorrosion (classic micritization) and the accretionary centrifugal process are described. The interpretation of ancient limestones may be aided when these observations are considered. I. INTRODUCTION. — Délos et Rhénée sont deux petites îles grecques de la mer Egée, appartenant à l'archipel des Cyclades (fig. 1). Elles sont essentiellement constituées de roches cristallines (granits, gneiss) très faillées [1]. Le dessin de la côte est en grande partie issu d'une tectonique cassante méridienne. Les plages sont d'extension très limitée, souvent grossières (grèves) et installées au débouché de petits torrents (revmata) qu'elles barrent en cordons. La quasi-totalité des précipitations (env. 400 mm) est acquise pendant la période hivernale (mois de décembre et janvier surtout), laissant la place ensuite à une longue sécheresse estivale renforcée par des températures élevées (max. moyens oscillant entre 36 et 40°C). Le meltem, vent violent et soutenu de secteur nord, souffle sur la mer Egée de mai à septembre, redresse les plages et les grèves, ravive les pieds de falaise ou au contraire provoque des éboulis qui masquent ces derniers. Malgré cette dynamique littorale de forte intensité, les dépôts de plage se cimentent. Certains vestiges ruinés de constructions hellénistiques sont actuellement immergés et envahis par un sable marin déjà consolidé. Les éléments très grossiers de construction (moellons, tambours et bases de colonne) sont soudés par une matrice beaucoup plus fine (graviers, sables, tessons de poterie) dont la cimentation précoce carbonatée est due pour une grande part à une activité cyanobactérienne. La nature même des ciments et la mise en évidence de plusieurs phases d'induration éclairent de manière originale certains types de cimentation littorale. II. LES CIMENTATIONS LITTORALES EMPRISONNANT LES VESTIGES ARCHÉOLOGIQUES. — Un certain nombre de vestiges archéologiques du littoral de Délos et de Rhénée sont immergés et envahis par des sédiments marins consolidés par une cimentation précoce. À l'oeil, on s'aperçoit que les colonnes, tambours ou
pieds de falaise ou au contraire provoque des éboulis qui masquent ces derniers. Malgré cette dynamique littorale de forte intensité, les dépôts de plage se cimentent. Certains vestiges ruinés de constructions hellénistiques sont actuellement immergés et envahis par un sable marin déjà consolidé. Les éléments très grossiers de construction (moellons, tambours et bases de colonne) sont soudés par une matrice beaucoup plus fine (graviers, sables, tessons de poterie) dont la cimentation précoce carbonatée est due pour une grande part à une activité cyanobactérienne. La nature même des ciments et la mise en évidence de plusieurs phases d'induration éclairent de manière originale certains types de cimentation littorale. II. LES CIMENTATIONS LITTORALES EMPRISONNANT LES VESTIGES ARCHÉOLOGIQUES. — Un certain nombre de vestiges archéologiques du littoral de Délos et de Rhénée sont immergés et envahis par des sédiments marins consolidés par une cimentation précoce. À l'oeil, on s'aperçoit que les colonnes, tambours ou autres éléments de construction sont fixés par un sédiment constitué de galets et de sables, lui-même induré. La zone cimentée est située contre le littoral, dans l'étage médiolittoral voire supralittoral. Description des cimentations. — Sur place, l'observation du matériel induré avait révélé la présence d'un ciment de couleur grise reliant des éléments hétérométriques. Ces éléments cimentés sont des quartz, des feldspaths, des fragments de roches et des éclats de poteries hellénistiques. L'examen des plaques minces montre que la cimentation des grains comporte plusieurs stades : — Les grains sont entourés d'un manchon de calcite magnésienne micritique d'épaisseur très variable et non orienté par rapport à la gravité. Cela donne des boursouflures irrégulières autour des grains, reliés ainsi les uns aux autres. Il ne s'agit pas d'une activité de micritisation classique [2]. Les grains silicates ou quartziques ne sont pas affectés dans leur structure, mais seulement enrobés. En outre, par opposition au phénomène de micritisation où l'activité biologique s'exerce de manière centripète, on observe ici une croissance centrifuge. Tous les grains sont en connexion par l'intermédiaire de l'enrobage micritique. Des particules plus grossières peuvent parfois être piégées dans la micrite. Elles s'orientent parallèlement à la périphérie de la micrite, montrant que
des éléments hétérométriques. Ces éléments cimentés sont des quartz, des feldspaths, des fragments de roches et des éclats de poteries hellénistiques. L'examen des plaques minces montre que la cimentation des grains comporte plusieurs stades : — Les grains sont entourés d'un manchon de calcite magnésienne micritique d'épaisseur très variable et non orienté par rapport à la gravité. Cela donne des boursouflures irrégulières autour des grains, reliés ainsi les uns aux autres. Il ne s'agit pas d'une activité de micritisation classique [2]. Les grains silicates ou quartziques ne sont pas affectés dans leur structure, mais seulement enrobés. En outre, par opposition au phénomène de micritisation où l'activité biologique s'exerce de manière centripète, on observe ici une croissance centrifuge. Tous les grains sont en connexion par l'intermédiaire de l'enrobage micritique. Des particules plus grossières peuvent parfois être piégées dans la micrite. Elles s'orientent parallèlement à la périphérie de la micrite, montrant que l'enrobage micritique n'est pas un colmatage mécanique mais le fait d'une activité biologique. Cet enrobage micritique peut être comparé à la formation d'oncoïdes avec des excroissances irrégulières comme celles généralement observées en milieu protégé [3], — L'espace poreux laissé libre au-delà de la micrite est partiellement, voire complètement, rempli par une cristallisation de carbonate de calcium. Généralement, cette cristallisation est aciculaire (calcite magnésienne) disposée de façon palissadique à la périphérie de l'espace poreux où elle constitue une frange isopache. Elle peut aussi dans certains cas, et en particulier à Ghourna, à la Maison des Tiniotes (proche de la Maison de la Colline) ou à la nécropole de Rhénée, se présenter sous forme de ciments stalactitiques aciculaires disposés à l'aplomb des grains. Il a même été possible d'observer, dans des échantillons provenant de secteurs différents, plusieurs successions alternées de micrite et de calcite magnésienne palissadique. Cela montre que les conditions favorisant la mise en place de l'enrobage micritique ont disparu à certains moments puis réapparu. La micrite du deuxième stade (non en contact avec les grains) est généralement limitée à un liseré. — Au-delà de l'espace cristallisé, on peut parfois remarquer un tapissage plus ou moins dense de couleur brun-orangé en
une cristallisation de carbonate de calcium. Généralement, cette cristallisation est aciculaire (calcite magnésienne) disposée de façon palissadique à la périphérie de l'espace poreux où elle constitue une frange isopache. Elle peut aussi dans certains cas, et en particulier à Ghourna, à la Maison des Tiniotes (proche de la Maison de la Colline) ou à la nécropole de Rhénée, se présenter sous forme de ciments stalactitiques aciculaires disposés à l'aplomb des grains. Il a même été possible d'observer, dans des échantillons provenant de secteurs différents, plusieurs successions alternées de micrite et de calcite magnésienne palissadique. Cela montre que les conditions favorisant la mise en place de l'enrobage micritique ont disparu à certains moments puis réapparu. La micrite du deuxième stade (non en contact avec les grains) est généralement limitée à un liseré. — Au-delà de l'espace cristallisé, on peut parfois remarquer un tapissage plus ou moins dense de couleur brun-orangé en lumière réfléchie qui peut être de la matière organique. S'agit-il d'un épisode actif conduisant à la formation de micrite? III. LES ORGANISMES ACTIFS. — Lors de notre première mission (octobre 1986), plusieurs secteurs de la côte de Délos avaient livré des échantillons pour lesquels nous avions soupçonné le rôle primordial de la matière organique. Au cours de la deuxième mission (juillet 1987), nous avons conservé les échantillons récoltés dans de l'eau formolée à 5%, puis prélevé avec soin la micrite. À Ghourna (AT 87-1), ces échantillons ont révélé (détermination Th. Le Campion) [6] la présence de cyanobactéries des genres Microcoleus, Lyngbya, Schizothrix. Au Bassin circulaire de Paris (au sud de la Maison de la Colline) ce sont des cyanobactéries épilithes : Entophysalis, Plectonema, Schizothrix, Rivularia, Phormidium, et des cyanobactéries perforantes : Hyella caespitosa très abondantes associées à des champignons perforants. Les filaments cyanobactériens ont été également observés au M.E.B. (pi., fig. 3 et 4). Les cyanobactéries constituent donc l'élément fondamental du piégeage de la micrite bien que, pour une moindre part, certains organismes tels que Spirorbes (Annelides Polychètes Sédentaires), Nubécularidés (Foraminifères), Bryozoaires ou également Lithothamniées (Algues Rouges) ont pu jouer un rôle dans la fixation du sédiment. Ces organismes calcaires,
de la matière organique. Au cours de la deuxième mission (juillet 1987), nous avons conservé les échantillons récoltés dans de l'eau formolée à 5%, puis prélevé avec soin la micrite. À Ghourna (AT 87-1), ces échantillons ont révélé (détermination Th. Le Campion) [6] la présence de cyanobactéries des genres Microcoleus, Lyngbya, Schizothrix. Au Bassin circulaire de Paris (au sud de la Maison de la Colline) ce sont des cyanobactéries épilithes : Entophysalis, Plectonema, Schizothrix, Rivularia, Phormidium, et des cyanobactéries perforantes : Hyella caespitosa très abondantes associées à des champignons perforants. Les filaments cyanobactériens ont été également observés au M.E.B. (pi., fig. 3 et 4). Les cyanobactéries constituent donc l'élément fondamental du piégeage de la micrite bien que, pour une moindre part, certains organismes tels que Spirorbes (Annelides Polychètes Sédentaires), Nubécularidés (Foraminifères), Bryozoaires ou également Lithothamniées (Algues Rouges) ont pu jouer un rôle dans la fixation du sédiment. Ces organismes calcaires, sujets à la micritisation, participent aussi à la cimentation en fournissant de la micrite piégée par les cyanobactéries. IV. INTERPRÉTATION. — Il apparaît que le sédiment est fixé par une intense activité cyanobactérienne produisant des filaments qui retiennent les grains entre eux. En outre, ces cyanobactéries, typiques des environnements de tapis algaire, piègent les particules (micrite) du milieu dans leur mucilage aboutissant à un enrobage des grains. Localisation des îles de Délos et de Rhénée dans l'Archipel des Cyclades (Grèce). Emplacement des secteurs de prélèvement (flèches). Location of Delos and Rhina islands in the Cycladic region (Greece). Then, location of sampling areas (arrows). C. R. Acad. Sci. Paris, t. 307, Série II, p. 1901-1907, 1988 1905 Les grains, plus ou moins grossiers, sont donc immobilisés dès la surface en dépit de l'hydrodynamisme élevé qui y règne. C'est également une différence avec les beach-rocks classiques qui nécessitent pour leur formation un enfouissement suffisamment profond pour que l'hydrodynamisme de surface n'ait plus d'action sur un éventuel déplacement des grains. L'eau peut alors circuler librement dans l'espace poreux restant, soit horizontalement en donnant une cristallisation palissadique périphérique (étage méso-littoral), soit verticalement par percolation d'eaux marines vadoses apportées par les embruns et les paquets