III La géologie, une science historique

III La géologie, une science historique
Juliette
A _ Datation relative : situer les événements dans le temps les uns par
rapport aux autres.
Relations géométriques : elles permettent d’ordonner la chronologie de formations ou de
phénomènes géologiques.
*Principe de superposition : ce qui est au-dessus est
postérieur à ce qui est en-dessous.
*Principe de recoupement : ce qui recoupe est postérieur à ce
qui est recoupé.
*Principe de déformation continue : ce qui déforme est
postérieur à ce qui est déformé.
*Principe d’inclusion : ce qui inclut est postérieur à ce qui
est inclus.
*Principe d’horizontalité : les couches sédimentaires se
déposent
horizontalement ;
une
strate
(ou
couche)
sédimentaire qui n’est pas en position horizontale a subi
des déformations postérieures à son dépôt.
La stratigraphie (étude de la succession des couches géologiques) : met en correspondance des
informations obtenues sur des séries sédimentaires éloignées, par des corrélations.
La biostratigraphie se fonde sur le contenu fossilifère des
roches pour caractériser des intervalles de temps et les
classer de façon relative.
*Principe de continuité : une même couche a le même âge sur
toute son étendue.
*Principe d’identité paléontologique : un fossile a le même
âge que la roche dans laquelle il est inclus. Deux roches
possédant les mêmes fossiles ont le même âge.
*Critère
d’utilisation
des
fossiles stratigraphiques :
faible extension verticale (= dans le temps), grande extension
horizontale (= dans l’espace), population importante.
Limites d’application :
*Terrasses alluviales étagées
*Coulées volcaniques
*Dyke bloqué dans son ascension
Les différents types de stratotypes :
Stratotype = un affleurement de référence « type » désigné
pour définir un étage, la plus petite division de l’échelle
stratigraphique.
*Stratotype d’unité : ensemble de strates caractérisé par
une lithologie et un mode de stratification d’une part, et par
un contenu paléontologique d’autre part, qui sert d’étalon
pour la définition et l’identification d’un étage ; il tire
son nom du lieu où il a été décrit.
*Stratotype de limite : caractérise une limite d’un étage
et comprend un ensemble continu de couches situées de part et
d’autre de la limite. Ex : la limite GSSP (= base des
stratotypes d’unité) est précisément identifiée et marquée sur
le terrain à l’aide d’un « clou d’or » scellé dans la roche.
Echelle stratigraphique :
Les
méthodes
de
chronologie
relative
conduisent
à
l’établissement d’une échelle mondiale des temps géologiques,
l’échelle chronostratigraphique.
Les
modifications
paléontologiques
sont
les
principaux
critères pour établir des coupures de différents rangs dans
les temps géologiques (éons, ères, périodes, séries, étages).
Divisions stratigraphiques
Age (Ma)
Eon
-2
-245
-2500
-4000
-4600
P
h
a
n
é
r
o
z
o
ï
q
u
e
Précambrien
-65
Ere
C
é
n
o
z
o
ï
q
u
e
M
é
s
o
z
o
ï
q
u
e
P
a
l
é
o
z
o
ï
q
u
e
Protérozoïque
Archéen
Hadéen
Période
Quaternaire
Néogène
Paléogène =
Nummulitique
Crétacé
Jurassique
Trias
Permien
Carbonifère
= houiller
Dévonien
Silurien
Ordovicien
Cambrien
B _ Datation Absolue : donne accès à la valeur de l’âge et étalonne l’échelle
stratigraphique
La datation absolue
radiochronologie.
est
fondée
essentiellement
sur
la
Principe de la datation radiochronologique :
Toute roche ou tout minéral possède des éléments radioactifs,
au moins sous forme de traces.
Un couple (élément père radiogène/élément fils radiogénique)
est ainsi utilisable en datation absolue : utilisé comme
géochronomètre.
On obtient l’équation suivante :
𝑑𝑃
𝑑𝑡
= −𝜆𝑃 => 𝑃 = 𝑃0 𝑒 −𝜆𝑡
lLa quantité en élément fils est telle que : 𝐹 = 𝐹0 + (𝑃0 − 𝑃) =>
𝐹 = 𝐹0 + 𝑃(𝑒 𝜆𝑡 − 1)
Par ailleurs, on peut aussi déterminer la demi-vie (ou
période) de l’élément radioactif : T.
𝑃
ln 2
A T : 𝑃 = 20 d’où 𝑇 = 𝜆
t = temps écoulé depuis la cristallisation
(=fermeture du système)
λ= constante de désintégration radioactive.
de
la
roche
Conditions et limites d’utilisation des méthodes de datation absolue :
L’élément doit être contenu dans la roche.
La période du couple doit être compatible avec l’objet à dater
(âge à déterminer compris entre T/100 et 10T).
On date la fermeture du système, c’est-à-dire le dernier
évènement ayant affecté la roche ou le minéral.
Roches magmatiques : *volcaniques : droite isochrone à partir
de différents minéraux d’une même roche.
*plutonique : droite isochrone à partir de plusieurs
échantillons d’une même roche.
Roches métamorphique : la pente de la roche totale est
différente de celle pour chaque échantillon.
Roches sédimentaires : pas de datation absolue possible.
Limites pratiques : coût et érosion.
Comparaison méthodes K/Ar et Rb/Sr et leur domaine d’application :
𝐹 = 𝐹0 + 𝑃(𝑒 𝜆𝑡 − 1)
inconnu
F, P : mesurés mais F0
Méthode K/Ar :
Certains minéraux des roches magmatiques sont riches en
potassium. Parmi les différents isotopes du potassium, 40K est
instable et se désintègre selon deux voies possibles, dont
10.5% den 40Ar.
Si l’on choisit des minéraux riches en potassium (feldspath
orthose, mica blanc), la quantité 40Ar0 est négligeable devant
celle en K.
On obtient alors la relation : 40Ar = 0.105*40K(𝑒 −𝜆𝑡 − 1)
Méthode Rb/Sr :
87
Rb, isotope instable du rubidium, se désintègre en 87Sr,
isotope stable du strontium. Les quantités de ces isotopes
variant au cours du temps, on peut les utiliser comme
géochronomètre.
Dans le cas du couple Rb/Sr, F0 est inconnu. On transforme
alors la relation en :
87
87
87
𝑆𝑟
𝑆𝑟
𝑅𝑏
=
[
]
+
(𝑒 −𝜆𝑡 − 1)
0
86
86
86
𝑆𝑟
𝑆𝑟
𝑆𝑟
86
Sr0 est également inconnu, mais on montre sur les roches
actuelles que le rapport [87Sr/86Sr]0 est le même pour tous les
minéraux d’une même roche : ce terme est donc une constante
que l’on note b.
87
Sr/86Sr est mesurée, c’est la valeur de l’ordonnée : donc le
terme Y de l’équation. 87Rb/86Sr est mesuré, c’est la valeur de
l’abscisse, donc le terme X de l’équation.
L’équation devient alors Y = b + X, c’est une équation
linéaire de droite, avec= a = (𝑒 −𝜆𝑡 -1), pente de la droite.
Le temps t qui correspond à l’âge de la roche pourra donc être
déterminé graphiquement, à partir de la pente de la droite.
Attention : dans le cas de roches métamorphiques, la pente de
la roche totale est différente de celle pour chaque
échantillon.
Pente = a = (𝑒 −𝜆𝑡 -1) => t=
ln(𝑎+1)
𝜆
avec a =
Δ𝑦
Δ𝑥
Intérêt construction d’un isochrone :
L’isochrone nous permet de déterminer la pente de l’équation
générale reliée à la roche, ce qui permet de tirer l’âge de la
roche.