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Dater les Roches
Âge des roches océaniques
Les plus anciennes roches continentales
Comment dater les roches
quand on ne peut exploiter de référence relative ?
Exploiter la propriété des éléments radioactifs
contenus dans les roches
Radium 226 – élément instable
Exemple : désintégration du Radium 226
Marie Curie – Prix Nobel de Physique 1903 et de Chimie en 1911
Radon 222 – élément stableRadium 226 – élément instable
émission radioactive (He)
élément « père »radioactif (instable)
élément « fils »stable
Émissionde rayonnement
Désintégrationradioactive
Pt = P0.e-t
Ft = F0 + Pt.(elt – 1)
Pt = P0.e-t
Ft = F0 + Pt.(elt – 1)
Principaux couples d’isotopes utilisés
Constante de radioactivité (an-1)
Période (années) Domaine de datation
238U 206Pb 1,55125 x 10-10 4,47 x 109
235U 207Pb 9,8485 x 10-10 0,704 x 109 plus de 25 Ma
232Th 208Pb 4,9475 x 10-11 14,0 x 109
40K 40Ar 5,81 x 10-11 11,9x 109 1 à 300 Ma
87Rb 87Sr 1,42 x 10-11 48,8 x 109 plus de 100 Ma
14C 14N 1,245 x 10-4 5,730 x 103 100 à 50 000 ans
- couple 87Rb / 87Sr - Rubidium/ Strontium
T = 48,8 . 109 ansl = 1,42 . 10-11 ans
Dans un magma,en plus des composants majoritaires que l’on retrouve dans la formule des minéraux des roches magmatiques, certains atomes sont en infimes quantités.
On trouve entre autre :
du Rubidium 87 (87Rb) :
du Strontium 87 (87Sr) :
et du Strontium 86 (86Sr) :
Les deux isotopes de strontium sont stables
86Sr 87Sr
Le 87Rb est radioactif, il se désintègre spontanément en 87Sravec une demi-vie de 48,8 .109 ans
désintégration
Rayonnementionisant
87Rb 87Sr
Ils sont chacun présents dans une proportion spécifique dans un magma donné
Lors du refroidissement,les minéraux qui se forment incorporent ces éléments
dans leurs cristaux
Chacun des minéraux incorpore différemment le Rubidium :
Certains plus que d’autre
De même, chaque minéral incorpore différemment le Strontium :
Mais la proportion des deux isotopes dans le magma d’origine est respectée
(on la note b) 87Sr/86Sr = b
• La quantité de 87Rb diminue,• et celle de 87Sr augmente,
… dans chacun des minéraux
alors que celle de 86Sr ne change pas.
temps
t=0 t
Depuis t=0 que la roche est formée,
Depuis t=0 que la roche est formée,
Aujourd’hui, au temps t, on peut connaître la quantité de chacun des atomes, mais il est impossible de connaître les quantités initiales
d’élément père (87Rb) ni d’élément fils (87Sr) nécessaires au calcul de l’âge de la roche …
… l’utilisation de la quantité de 86Sr, qui ne change pas,va aider à résoudre le problème …
temps
t=0 t
On peut imaginer un graphique des proportions que comportaient lesdivers minéraux de la roche au moment de leur formation :
donc, à t = 0 :
87Sr/86Sr
87Rb/86Sr
b
Tous ontle mêmeRapport87Sr/86Sr
Mais chacun a un rapport 87Rb/86Sr qui lui est proprecar Rb et Sr ne sont pas incorporés en quantités
similaires
Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3 Minéral 4
La désintégration radioactive du 87Rb réduit la quantité de 87Rb proportionnellement à la quantité incorporée pour chaque échantillon.
Simultanément, la quantité de 87Sr augmenteproportionnellement au 87Rb incorporé à t=0.
donc, à t :87Sr/86Sr
87Rb/86Sr
b
Les rapports87Sr/86Sr
augmentent
et se différencien
t
Les rapports 87Rb/86Sr diminuent
Minéral 1Minéral 2
Minéral 3
Minéral 4
La droite formée par les coordonnées des minérauxs’incline proportionnellement au temps t
qui sépare l’analyse de la formation de la roche (= l’âge de la roche)
On l’appelle DROITE ISOCHRONE
87Sr/86Sr
87Rb/86Sr
b
Les rapports87Sr/86Sr
augmentent
et se différencien
t
Les rapports 87Rb/86Sr diminuent
Minéral 1Minéral 2
Minéral 3
Minéral 4
La droite isochrone
[87Sr/86Sr]t = a [87Rb/86Sr]t + b
87Sr/86Sr
87Rb/86Sr
b
Sa coordonnée à l’origine est b : rapport 87Sr/86Sr d’un minéral théorique n’ayant pas incorporé de 87Rbet donc conforme au rapport initial dans le magma
Minéral 1Minéral 2
Minéral 3
Minéral 4
Sa pente a
est
proportionnelle
à l’âge t de la
roche
Comme la relation entre 87Sr et 87Rb est connue :87Sr = 87Sr0 + 87Rb (eλt - 1)
[87Sr/ 86Sr] = [87Sr / 86Sr]0 + [87Rb / 86Sr] (eλt - 1)
La pente a peut être calculée :
a = D[ 87Sr/86Sr] / D[87Rb/86Sr]
et est la même pour chaque échantillon minéral…
… on peut obtenir :
ou :
t = ln ((D[ 87Sr/86Sr] / D[87Rb/86Sr]) +1 ) / l
Pour le 87Rb : l = 1,42 . 10-11 ans
Alors, pour connaître l’âge d’une roche magmatiqueà partir de l’analyse isotopique de minimum deux échantillons minéraux :
87Rb 86Sr 87Sréchantillon 1 109,07706 26,82378 19,88423échantillon 2 2,73996 38,34619 27,20168échantillon 3 106,96398 2,12996 2,35670échantillon 4 92,55280 3,11936 2,93385
Calculer les rapports : 87Sr/ 86Sr et 87Rb / 86Sr :
87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
échantillon 1 0,059 0,703échantillon 2 0,137 0,708échantillon 3 0,158 0,709échantillon 4 0,295 0,718
Placez les coordonnées des échantillons :
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.450.702000000000001
1.702
2.702
3.702
4.702
5.702
6.702
7.702
8.702
9.702
10.702
87Rb/86Sr
87Sr/86Sr
Calculer la pente a de la droite isochrone,en prenant les coordonnées de points les plus éloignés possibles l’un de l’autre :
a = Dy / Dx
Tracez la droite la plus prochede l’ensemble des points :
La droite isochrone
Calculez t, l’âge de la roche, en appliquant la formule (qui vous est donnée) :
t = ln (a + 1 ) / l
Cette formule peut être approximée à :
t = a / la = l t
a = elt – 1
Avec ,pour le 87Rb : l = 1,42 . 10-11 ans
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.450.702000000000001
1.7022.7023.7024.7025.7026.7027.7028.7029.702
10.702
87Rb/86Sr
87Sr/86Sr
87Rb/86Sr 87Sr/86Sr
chondre 1 0,059 0,703
chondre 2 0,137 0,708
chondre 3 0,158 0,709
chondre 4 0,295 0,718
chondre 5 0,323 0,72
chondre 6 0,376 0,724
chondre 7 0,386 0,724