le temps et les roches

« terminale spécialité Les chapitres de l’année : La Terre, la vie et l’organisation du vivant / Enjeux planétaires contemporains / Corps humain et santé CHAP1 : La Terre, la vie et l’organisation du vivant • Thème 2 : A la recherche du passé géologique de notre planète Cours 1- Le temps et les roches BO : La chronologie relative Les relations géométriques (superposition, recoupement, inclusion) permettent de reconstituer la chronologie relative de structures ou d’événements géologiques de différentes natures et à différentes échelles d’observation. Les associations de fossiles stratigraphiques, fossiles ayant évolué rapidement et présentant une grande extension géographique, sont utilisées pour caractériser des intervalles de temps. L’identification d’associations fossiles identiques dans des régions géographiquement éloignées permet l’établissement de corrélations temporelles entre formations. Les coupures dans les temps géologiques sont établies sur des critères paléontologiques : l’apparition ou la disparition de groupes fossiles. La superposition des intervalles de temps, limités par des coupures d’ordres différents (ères, périodes, étages), aboutit à l’échelle stratigraphique. La chronologie absolue La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible ; la demi-vie d’un élément radioactif est caractéristique de cet élément. La quantification de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche. Différents chronomètres sont classiquement utilisés en géologie.

Ils se distinguent par la période de l’élément père. Le choix du chronomètre dépend de l’âge supposé de l’objet à dater, qui peut être appréhendé par chronologie relative. Les datations sont effectuées sur des roches magmatiques ou métamorphiques, en utilisant les roches totales ou leurs minéraux isolés. L’âge obtenu est celui de la fermeture du système considéré (minéral ou roche).

Cette fermeture correspond à l’arrêt de tout échange entre le système considéré et l’environnement (par exemple quand un cristal solide se forme à partir d’un magma liquide).

Des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes. Notions fondamentales : chronologie, principes de datations relative et absolue, fossiles stratigraphiques, chronomètres. Objectifs : les élèves appréhendent les méthodes du géologue pour construire une chronologie des objets étudiés.

Ils comprennent la pertinence des méthodes employées en fonction du contexte géologique et identifient les limites d’utilisation des différentes stratégies de datation.

Ils approfondissent les méthodes qu’ils ont acquises dans les classes précédentes, notamment l’exploitation des supports pétrographiques (échantillons, lames minces) et cartographiques.

Ils font un nouvel usage de la carte de France au 1/10 , articulé sur les données chronologiques. Capacités, attitudes Utiliser les relations géométriques pour établir une succession chronologique d’événements à partir d’observations à différentes échelles et sur différents objets (lames minces observées au microscope, affleurements, cartes géologiques). Observer une succession d’associations fossiles différentes dans une formation géologique et comprendre comment est construite une coupure stratigraphique (par exemple par l’étude des successions d’ammonites, de trilobites ou de foraminifères). Comprendre les modalités de construction de l’échelle stratigraphique ; discuter les fondements et la validité des différents niveaux de coupures. Observer les auréoles liées à la désintégration de l’uranium dans les zircons au sein des biotites.

Mobiliser les bases physiques de la désintégration radioactive. Identifier les caractéristiques (demi-vie ; distribution) de quelques chronomètres reposant sur la décroissance radioactive, couramment utilisés dans la datation absolue : Rb/Sr, K/Ar, U/Pb. Comprendre le lien, à partir d’un exemple, entre les conditions de fermeture du système (cristallisation d’un magma, ou mort d’un organisme vivant) et l’utilisation de chronomètres différents. Extraire des informations à partir de cartes géologiques ; utiliser les apports complémentaires de la chronologie relative et de la chronologie absolue pour reconstituer une histoire géologique. Précisions : la connaissance de l’échelle stratigraphique internationale n’est pas attendue.

On se limite en chronologie absolue à l’étude des roches magmatiques pour laquelle la fermeture du système est due à l’abaissement de la température au-delà d’un certain seuil.

L’étude des principes physiques de la désintégration des éléments radioactifs servant aux datations et les développements mathématiques permettant de déterminer l’âge des roches ne sont pas exigibles. Introduction On peut utiliser différentes méthodes pour dater une roche ou un évènement géologique : des méthodes de datation relatives, basées sur des relations géométriques entre les évènements à dater ; et des méthodes de datation absolue, basées sur la désintégration radioactive de certains éléments chimiques. Nous verrons les méthodes relatives (principes et fossiles) puis les méthodes absolues. I- La datation relative A- Des principes géologiques à utiliser : Superposition, recoupement, inclusion => chronologie relative de structures et d’évènements A- Des fossiles à utiliser : •1-Des associations de fossiles stratigraphiques permettent de définir les coupures entre les périodes géologiques Fossile stratigraphique = fossile présentant des caractéristiques particulières : extension géographique, abondance, évolution rapide (l’espèce n’a existé que sur une brève période), reconnaissance aisée •2-Des associations de fossiles identiques entre régions éloignées indiquent que les 2 formations se sont mises en place à la même époque : ppe d’identité paléontologique (2 formations avec le même contenu fossilifère, même si elles sont éloignées, se sont mises en place à la même époque -car une association de fossiles caractérise une certaine époque, puisque les espèce ont une durée d’existence finie : elles apparaissent puis disparaissent) •Les coupures dans les temps géologiques : elles permettent d’établir les limites entre les époques géologiques et sont basées sur la disparition ou l’apparition de groupes fossiles.

Pour les périodes, on utilise les crises biologiques (=disparitions massives et brutales suivie de diversification des groupes survivants, à la suite de phénomènes catastrophiques = météorites, volcanisme) pour les séparer. => on aboutit à une échelle stratigraphique des temps géologiques, c’est-à-dire une succession de strates caractérisées par des contenus fossilifères ; cette échelle aura un cadre temporel donné par la datation absolue. On a retrouvé des fossiles d’Ichtyosaure dans 2 sites différents ; à l’aide des associations de fossiles, établissez une corrélation entre les couches des 2 sites et datez de façon relative ces deux fossiles •Une échelle stratigraphique des temps géologiques subdivisée en ères / périodes / étages (stratotype) Bilan : Notion : discordance C’est une situation dans laquelle une strate sédimentaire est au contact de plusieurs autres strates d’âges différents ( + de 2) ; il y a donc eu une rupture dans l’histoire de la région. II- La datation absolue Principe : •désintégration radioactive : + le tps passe, + F augmente et P diminue (N = N0 e-  t) ; •½ vie caractéristique (temps au bout duquel la moitié des éléments radioactifs présents dans l’échantillon se sont désintégrés) ; •élément père radioactif P / élément fils radiogénique F ; •fermeture du système (pas d’échange avec l’extérieur) ; La fermeture d’un système (roche, minéral) est le moment où les échanges cessent entre le système et l’extérieur : pas d’entrée ni de sortie d’éléments père ou fils ; concrètement c’est la solidification d’un cristal à partir d’un magma. •utilisation de différents isotopes selon la période étudiée (on choisit un couple père/fils « chronomètre » selon l’âge supposé de la formation géologique que l’on veut dater) => en connaissant la quantité d’éléments père et d’élément fils à un moment donnée, on peut connaître l’âge de l’échantillon (le moment de sa fermeture) RQ : des minéraux différents peuvent avoir des températures de fermeture différentes, dans une même roche : on peut donc trouver plusieurs âges différents pour une même roche. Les différents couples « père=radioactif / fils=radiogénique » ont des fonctionnements différents même si le principe global vu plus haut reste le même. •Potassium/Argon : Exercice d’application.... »