la mesure du temps dans l`histoire de la terre et de la vie
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LA MESURE DU TEMPS DANS L’HISTOIRE DE LA TERRE ET DE LA VIE I – La datation absolue Méthode utilisée depuis 1896 (découverte de la radioactivité) A. Principe 1) Atome, isotope, radioactivité Les isotopes ont les mêmes propriétés chimiques et le même nombre d’électrons, mais pas le même nombre de masse. Certains sont stables, d’autres sont instables et radioactifs. Dans la nature on trouve toujours un mélange d’isotopes. 2) Radioactivité et chronologie absolu On a naturellement de la radioactivité dans les roches magmatiques et métamorphiques et dans les êtres vivants (en très faible quantité). Ils entrent dans la roche au moment de se formation. On considère que le système est clos à partir de la formation de la roche (ou de la mort de l’individu), c’est-à-dire lorsqu’il ne reçoit plus d’atomes de l’extérieur. La radiochronologie permet de déterminer l’âge de fermeture d’un système. La technique se base sur des calculs de rapports isotopiques entre des éléments pères (présents à la fermeture du système) et des éléments fils (éléments formés à partir des éléments pères qui se détériorent). Si on n’a pas assez d’éléments pères, on ne peut pas dater correctement. L’utilisation des éléments radioactifs qui ont des périodes différents se fera en fonction de la période étudiée. On étudie des durées qui vont du centième à 10 fois la période de l’élément choisi. B. Principaux chronomètres et leurs limites d’utilisation 1) Datation au carbone 14 Carbone 14 : isotope radioactif du carbone, très rare issu de l’azote 14 (14N). Il entre dans la matière organique (plantes) sous forme de CO2. Une fois le système fermé, il se désintègre en 14N avec une période courte, de 5730 ans ; il permet de dater des choses récentes. Le rapport 14C/12C est constant. 2) Méthode potassium / argon Potassium : élément père ; argon : élément fils. Période : 11.9 milliards d’années Élément très fréquent dans les roches magmatiques. L’argon 40 existe naturellement dans l’atmosphère, donc on a une contamination de la roche et on va surestimer son âge. Il est donc impossible de dater les roches à la surface. 3) Méthode rubidium / strontium Du rubidium et du strontium sont incorporés dans les minéraux comme le mica ou les feldspaths des roches magmatiques lors de leur formation. Le 87Ru est radioactif et se désintègre en 87St avec une période de 50 milliards d’années. On va dater des éléments vieux, entre 100 millions et 4.5 milliards d’années. Cependant on ne connaît pas les quantités d’éléments pères et fils à la fermeture du système. On calcule des rapports isotopiques et on trace une courbe isochrone qui permet de déterminer graphiquement l’âge commun des minéraux où on a fait les mesures, et donc l’âge de la roche. Conclusion La méthode de datation absolue est basée sur la mesure de rapports isotopiques entre le moment de fermeture du système et maintenant. On peut calculer un âge soit grâce à un isotope qui disparaît au cours du temps et dont la quantité initiale est connue (14C), soit on mesure un isotope qui apparaît et dont la quantité initiale est nulle (Ar), soit on ne connaît pas les quantités initiales d’éléments pères et fils, on fait alors des mesures sur différents échantillons d’une roche. Le choix de l’isotope dépend de l’âge de l’objet à dater. II – La datation relative A. Analyse des dispositions géométriques des roches au niveau de l’affleurement 1) Les 4 grands principes - Principe d’actualisme : les lois régissant les phénomènes géologiques actuels étaient également valables dans le passé - Principe de superposition : toute couche sédimentaire est plus récente que celle qu’elle recouvre, si la disposition d’origine a été conservée - Principe de continuité : une même couche a le même âge sur toute son étendue - Principe de recoupement : un corps rocheux qui en recoupe un autre est plus récent que celui qu’il recoupe 2) Cas des roches sédimentaires Série sédimentaire concordante = empilement de strates séparées par des surfaces de contact (joints de stratification) planes, horizontales et parallèles entre elles. On utilise le principe de superposition et celui de continuité. Il peut y avoir des différences latérales d’épaisseur ou de nature des roches si les dépôts ne sont pas uniformes dans le bassin : ce sont des variations de faciès (vallée de la Marne). Sous l’effet de contraintes tectoniques, les strates peuvent être déformées : d’après le principe de recoupement les plis sont symétriquement postérieurs aux strates. Idem pour les failles. Anticlinal : « bosse », les roches sur l’axe (en dessous) sont les plus anciennes. Synclinal : « creux », les roches sur l’axe (au dessus) sont les plus jeunes. Discordance angulaire : surface de contact entre un ensemble sédimentaire horizontal et un ensemble sédimentaire plissé ou basculé et en partie érodé. 3) Cas des roches magmatiques (ou roches plutoniques) On applique systématiquement le principe de recoupement : le pluton est plus jeune que les éléments qu’il recoupe (roche ou évènement). Idem pour les failles et les filons. Pour un filon, on a forcément une cassure avant l’apparition du filon (puis remplissage). 4) Cas des roches volcaniques On applique surtout de principe de superposition, mais aussi celui de recoupement. On peut avoir une grande hétérogénéité et des lacunes de sédimentation sur une surface réduite (Chaîne des Puys). B. Analyse des dispositions relatives des minéraux des roches En analysant la disposition des minéraux, on peut établir des succesions d’évènements : - l’ordre d’apparition des minéraux et donc l’histoire de cristallisation du magma (les minéraux automorphes ont des formes polyédriques, des surfaces planes, et se sont développés sans entraves, ce sont les premiers formés ; les minéraux xénomorphes ont des formes irrégulières, ils ont pris la place qu’il restait, ce sont les derniers formés) - les relations entre des minéraux contigus C. Analyse du contenu paléontologique des roches Grâce au contenu paléontologique, on peut avoir une datation relative voir absolue des roches. Certaines strates sédimentaires contiennent des fossiles, dont certains sont stratigraphiques, c'est-à-dire qu’ils permettent la datation relative. Fossile : reste ou emprunte d’un animal ou d’un végétal conservé dans la roche, qui a subit des transformations physico-chimiques (reminéralisation ou conservation du matériel originel), et qui a été rapidement enfouit à l’abris de l’oxygène. Fossile stratigraphique : (exemple : ammonites) animaux (souvent marins) à répartition mondiale, avec une durée d’existence courte pour chaque espèce, mieux si chaque espèce est bien différente morphologiquement. Deux couches qui présentent le même contenu paléontologique (les mêmes fossiles stratigraphiques) ont le même âge. Ce sont des associations caractéristiques des fossiles qui permettent d’établir une chronologie. On établit une chronologie relative en comparant le contenu paléontologique d’une strate avec celui du stratotype. Stratotype : strate de référence qui contient le contenu paléontologique caractéristique de l’époque considérée. Conclusion La chronologie relative est basée sur 4 principes (superposition, recoupement, continuité, identité paléontologique), valables uniquement si on applique le principe d’actualisme. Ils ont permis d’établir une échelle stratigraphique internationale des temps géologiques, qui situe les périodes de l’histoire de la Terre les unes par rapport aux autres. Les méthodes de datation absolue, plus récentes, permettent d’établir une échelle chronologique. L’association des deux permet d’établir l’échelle chronostratigraphique.
