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Grand Canyon Coupe stratigraphique du Grand Canyon Principes de la stratigraphie: 3 Lois de Stenon (1669): 1) loi du dépôt horizontal 2) loi de la superposition 3) principe de continuité latérale Principe d'identité paléontologique Hutton’s unconformity -- Siccar Point, Ecosse STRATIGRAPHIE Les discordances angulaires : témoignages de cycles sédimentaires Un cycle sédimentaire : 1) 2) 3) 4) 5) immersion du continent (transgression) sédimentation tectonique, phase orogénétique émergence du continent (régression) érosion Discordance angulaire STRATIGRAPHIE La détermination de l'âge d'une roche Les caractéristiques d'une roche révèlent: 1) l'âge a) relatif b) absolu 2) le paléo-environnement a) physico-chimique b) biologique 3) les fossiles: fossiles stratigraphiques fossiles de faciès Principes de base de la stratigraphie: 1)Principes de Stenon (1669): a)dépôt horizontal b)loi de la superposition c) principe de continuité latérale 2) Loi des faciès de Walther: les successions verticales de faciès différents sont le résultat d'une même succession latérale. Approches successives: 1)Lithostratigraphie organisation des roches en fonction des caractéristiques lithologiques 2)Biostratigraphie organisation des roches en fonction du contenu fossilifère corrélation 3)Chronostratigraphie organisation des roches en fonction des relations d'âge relatif attribution d'un âge absolu aux roches 4) Géochronologie Facies Le terme faciès fait référence à l’ensemble de caractéristiques d’un certain type de roche. Ces caractéristiques représentent l’environnement de dépôt. Chaque milieu de dépôt laisse un empreinte spécifique et distinct sur le sédiment, en créant un faciès particulier. Un faciès est donc un type de roche, témoignant d’un certain environnement. A = faciès de grès (plage) B = faciès d ’argillite (plateau continental) C = faciès carbonaté (loin d’apports terrestres) Chaque milieu de dépôt change latéralement dans un autre milieu de dépôt. Dans les archives géologiques, on parle d ’un changement de faciès. Transgressions and Régressions Transgression = remonté du niveau de la mer Régression - descente du niveau de la mer Les fluctuations du niveau de la mer sont causées par: 1. Changements de la taille des calottes polaires, dûs aux changements climatiques a. La fonte de glace provoque une remontée du niveau de la mer (Antactique = 60-70 m, remontée début Holocène = 120 m) b. La croissance des calottes provoque une régression (LGM: -120 m, plateau continental émergé) 2. Taux d’expansion océanique: pendant les période d ’expansion rapide, et volcanisme sousmarin intensifié, le relief océanique augmonte, déplaçant l’eau vers les marges continentaux (transgression) 3. Subsidence locale ou soulèvement tectonique Loi des faciès de Walther Des environnements sédimentaires qui se trouvent latéralement les uns à côté des autres aujourd ’hui, se trouvent en superposition dans les archives sédimentaires. Ce phénomène est causé par les transgressions et régressions successives. Le résultat est une séquence verticale de couches sédimentaires différentes. Cette séquence reflète la répartition latérale des environnements sédimentaires dans le passé. Séquence transgressive: Séquence régressive Des faciès d’eau profonde se trouvent au dessus des faciès moins profonds; une séquence "deepening upward" Des faciès de milieu côtier se trouvent au dessus des faciès plus profonds; une séquence "shallowing upward" Lithostratigraphie Changements des caractéristiques des roches • verticaux (dans le temps) • horizontaux (latéraux) Point de départ: description objective de l'affleurement Problèmes: • archives sédimentaires très incomplètes • ensembles de roches sédimentaires souvent diachrones loi de Walther Base de la Lithostratigraphie: couche = strate Description en termes de: • lithofacies • biofacies Unités de Lithostratigraphie: 1) 2) 3) 4) 5) 6) horizon (limite entre deux strates) lamina couche (strate) membre formation groupe Coupe stratigraphique du Grand Canyon Biostratigraphie La biostratigraphie se sert d'événements évolutionnaires irréversibles loi de Dollo: "l'évolution est irréversible" Bons fossiles stratigraphiques (≠ fossile de faciès!): 1)bien préservé 2)aire de distribution très large 3)commun et abondant 4)indépendant de faciès 5)évolution rapide 6)grande variabilité taxonomique Le choix du groupe utilisé dépend de l'époque et de l'environnement Biostratigraphie Une Biozone est: 1)un ensemble de roches caractérisé par un contenu fossilifère typique Taches de la Biostratigraphie: corrélation: établir les relations d'âge entre deux coupes stratigraphiques éloignées, si possible dans des différentes types de roches faire la distinction entre: 1) signaux isochrones (âge) 2) signaux diachrones (environnement) Chronostratigraphie -- Géochronologie Etage L'ensemble de roches déposées pendant un certain laps de temps Age L'intervalle de temps pendant lequel les roches se sont déposées Chronostratigraphie -- Géochronologie: Eonothème -- Eon Phanérozoïque (vie visible) Erathème -- Ere Paléozoïque (Primaire) Mésozoïque (Secondaire) Cénozoïque (Tertiaire + Quaternaire) Système -- Période Cambrien Crétacé Tertiaire Série -- Epoque Crétacé supérieure Miocène Etage -- Age Maastrichtien Tortonien Cenomanien Chronostratigraphie -- Géochronologie Examples d'unités chronostratigraphiques: stratotypes "unit stratotypes" "boundary stratotypes" coupe de Vrica stratotypes dans les carottes marines (DSDP/ODP) Géochronologie contrôle d'age absolu donne la vitesse des processus Réserve naturelle géologique du Toarcien Le stratotype de l'étage Toarcien, défini en 1849 par Alcide d'Orbigny, est visible dans deux carrières situées à Vrines près de Thouars (Deux-Sèvres). L'évolution rapide des ammonites a permis d'établir une succession biochronologique très fine dans ces coupes. Chaque banc est repéré par un chiffre (ici de 10 à 33) et chaque biozone d'ammonite est positionnée par un chiffre romain (ici de XVIII à XXIV) sous la forme d'ammonite correspondante. Vrica section -- Calabria Datations absolues la base de données (datations absolues) est très limitée! beaucoup de datations sont fortement disputées! Base: éléments radioactifs -- plusieurs isotopes isotopes stables, par exemple 12C, 13C isotopes radio-actives, 14C Ces isotopes sont: diffèrent par le nombre de neutrons, et par leurs différents poids atomiques identiques d'un point de vue chimique, mais différentes d'un point de vue physique Les datations absolues se basent sur le rapport entre l'élément père et l'élément fils dans une roche Hypothèses de départ: 1) au début, il n'y avait pas d'élément fils 2) la roche n'a pas connu une perte ou ajout de produits (système fermé) 3) le taux de dégradation radioactive est invariable Le rapport entre élément père et élément fils donne alors l'âge de la roche! Séries de dégradation radioactive utilisées pour des datations absolues, et leurs périodes: 1. 87 2. 232 87 Rb (Rubidium) Sr (Strontium) 208 Th (Thorium) Pb (Plomb) 3. 40K (Potassium) 4. 238U (Uranium) 5. 235 U (Uranium) 6. 14C (Carbone) 48,600,000,000 14,000,000,000 40 Ar (Argon) 8,400,000,000 206 Pb (Plomb) 4,500,000,000 207 14 Pb (Plomb) N (Azote) 700,000,000 5,730 La datation au 14C: - s'applique aux sédiments avec un âge maximal d'environs 60,000 ans - le 14C se forme dans la haute atmosphère, par l'impact des rayons cosmiques sur le 14N. - cet isotope s'oxide rapidement en donnant du CO2 - mélange avec l'ensemble du gaz carbonique dans l'atmosphère - ces gaz pénètrent dans les différents réservoirs: atmosphère, océan et biomasse - Tous les organismes fixent au cours de leur croissance des atomes de carbone stable et radioactif dans un rapport constant (14C/12C = 1,2 x 10-12). - Après la mort de l'organisme, les isotopes 14C se dégradent en 14 N. - Complication: la production de 14C dans l'atmosphère n'est pas constante: variabilité naturelle du taux de 14C dans le passé (dendrochronologie -- cernes d'arbres correction pour les 15,000 dernières années)
