Chapitre 7

La mesure du temps dans

l’histoire de la Terre et de la vie

Introduction :

La datation relative

La datation absolue

I- La méthode de datation relative

- Méthode basée sur 4 principes (voir fiche)

-Repérer les différents phénomènes géologiques

- Les classer chronologiquement en utilisant ces 4 principes

- Applications : datation relative à partir de coupes géologiques

Méthode pour déterminer la chronologie relative des évènements géologiques à partir d’une coupe géologique

Les quatre principes à utiliser

-Phénomènes sédimentaires : -Dépôts successifs de couches superposées. Sur une coupe il peut apparaître plusieurs séries sédimentaires : chaque série est caractérisée par des couches parallèles et les différentes séries sont séparées en général par des discordances ( contact entre deux couches non parallèles). Souvent, les discordances apparaissent après une phase d’érosion de la série précédente.

- phénomènes tectoniques :Les mouvements tectoniques de convergence ou de divergence des plaques sont à l’origine de deux types d’évènements : les plis et les failles. D’après le principe de recoupement, plis et failles sont postérieurs aux couches qu’ils affectent et antérieurs aux couches qu’ils n’affectent pas.

- phénomènes magmatiques :Comme leur nom l’indique, les roches magmatiques proviennent de la montée et du refroidissement d’un magma soit en profondeur (roches plutoniques), soit en surface (roches volcaniques). En utilisant le principe de recoupement, il est possible de dater le refroidissement de ce magma et donc la mise en place de la roche.

Il est conseillé de déterminer d’abord la chronologie des phénomènes sédimentaires, puis d’intégrer dans cette frise les évènements tectoniques et magmatiques.

principe de superposition : une couche située en dessous d’une autre est considérée comme plus ancienne (et vice-versa). Attention, ce principe ne s’applique que pour les roches sédimentaires.

principe de recoupement :Tout évènement modifiant soit la géométrie soit la continuité d’une structure géologique est postérieur à cette structure.

principe de continuité : une même couche a le même age et les mêmes caractéristiques sur toute son étendue.

principe d’identité paléontologique : deux couches renfermant les mêmes types de fossiles ont le même age et se sont formées dans les mêmes conditions

Les principaux évènements à repérer sur une coupe

Étude d’un exemple à partir d’une coupe géologique imaginaire

Étude d’un exemple à partir d’une coupe géologique imaginaire (correction)

Phénomènes sédimentaires : on constate 4 séries sédimentaires qui se succèdent dans le temps selon le principe de superposition : série 1+2, puis série 3+4+5, puis série 6+7 et enfin la série 8+9. Chaque série est séparée de la précédente par une discordance.

Phénomènes tectoniques : chacune de ces séries est plissée et d’après le principe de recoupement, on peut déduire qu’il s’est produit trois phases de plissements : post2 et anté3, post5 et anté6 et enfin post7 et anté8.

Le principe de recoupement permet aussi de dater les failles : la faille F1 coupe la couche 6 mais pas la 8, donc elle est post6 et anté8. La faille F2 recoupe la couche 7 donc elle est post7.

Phénomènes magmatiques :Le magma à l’origine de la roche plutonique a recoupe la couche 3 donc il est post3. Cette roche est elle-même coupée par la faille F1 donc elle est antérieure à cette faille. La roche volcanique b forme un volcan dont la cheminée recoupe toutes les couches sédimentaires et ce volcan se superpose à la couche 8 : cette éruption s’est donc déroulée après le dépôt de la couche 9.

Chronologie relative

érosion

Dépôt 9

8

érosion

plissement

Dépôt 7

6

érosion

plissement

Dépôt 5

4

3

érosion

plissement

Dépôt 1+2

F1

F2

Magma b

Magma a

Chronologie relative : exploiter des documents.

Reconstituer la chronologie des évènements géologiques qui se sont produits dans chaque région concernée.

DM : traiter deux sujets de baccalauréat sur la datation relative.

- Applications : datation relative à partir de l’observation de minéraux dans les roches

Utilisation ici du principe de recoupement uniquement

1-Cristallisation du gabbro au niveau d’une dorsale océanique (le pyroxène s’est formé avant le feldspath qui le recoupe

2- formation d’ une auréole de métamorphisme avec de l’amphibole à la limite pyroxène/feldspath :

Px + F + eau A

Px + F sont qualifiés de minéraux reliques

L’histoire de la roche (chronologie relative) est donc inscrite en elle

II- Les méthodes de datation absolue

1°)- Le principe de la datation absolue

Certains isotopes se désintègrent au cours du temps

Élément père Élément fils

Equation de désintégration :

Lambda : constante de désintégration

T = temps de demi-vie ou période de l’élément

T est très variable selon les éléments

- 14C ( 14C 14N)

T= 5370 ans

-K-Ar (40K 40Ar)

T = 1,2. 109 ans

-Rb-Sr ( 87Rb 87Sr)

T= 50.109 ans

Pour pouvoir utiliser cette méthode de datation, deux problèmes se posent à priori :

1- Le plus souvent Po est inconnu : donc 1 équation à deux inconnues (Po et t), impossible à résoudre.

2- L’échantillon à dater ne doit pas être contaminé par des éléments isotopiques qui lui sont extérieurs ou perdre certains de ses éléments : le système doit être fermé

Échantillon à l’origine Échantillon à la période actuelle

2°)- L’exemple du carbone14

Carbone évolue sous forme de cycle dans la biosphère

[ 14C ] = constante chez les êtres vivants

Po est donc connu (correspond à la concentration actuelle de 14C chez les êtres vivants)

Mort de l’être vivantPlus d’échanges de 14C avec le milieu

Le système devient fermé

t = 1/λ.lnP0/PEn général, on ne mesure pas la concentration de 14C mais plutôt celle du rapport 14C/12C

Application : voir exercice

3°)- L’exemple du couple potassium-argon (K/Ar)

40K 40Ar

L’argon est un gaz : tant que la roche est sous forme de magma, il s’évapore

Utilisation pour dater des roches magmatiques

Au moment de la cristallisation de la roche, on a donc F0 (Ar0) = O

Dés que la roche est entièrement cristallisée, le potassium (P) est piégé et le système devient fermé

F = Po - P

F = Po - P

P = Po.e-λt

t = ln(1+ Ar/K)/λ

Application : voir exercice (livre page 176)

Tuf F : 2,33 MA

Tuf D : 2,40 MA

4°)- L’exemple du couple Rubidium- Strontium (Rb/Sr)

Cas où la quantité d’élément père de départ n’est pas connue : résolution mathématique.

87Rb 87Sr

Fm (mesuré) = Fo + F issu de Po

Fm = Fo + (Po – Pm)

Fm = Fo + (Pm/e-λt – Pm)

Fm = Fo + Pm(eλt – 1)

Fm = (eλt – 1)Pm +Fo

y = ax + b équation d’une droite

Fm

Pm

Courbe isochrone

Le coefficient directeur de la droite a =( eλt – 1) peut être déterminé graphiquement

t = ln(a+1)/λ

Application : doc + livre page 177

Application : doc + livre page 177

Age du granite de Châteauponsac : environ 350 MA