Evolution Conjointe Terre/ Biosphère
Chapitre 1 : Géochronologie
La datation du temps géologique se fait à partir de séquences de roches et de fossiles. On a deux
types de datation :
– La datation relative : on compare entre quelque chose de vieux et quelque chose de jeune.
– La datation absolue: on donne un âge à quelque chose
I. Datations relatives
Début du 19ème siècle. Elle regroupe la Lithostratigraphie et la biostratigraphie (chronostratigraphie) et
autres.
1. La Lithostratigraphie
Elle est définie par la lithologie (nature des roches) et les caractéristiques physico-chimiques des roches.
Les couches se déposent à l’horizontale et se superposent, les plus anciennes se situent en dessous des plus
récentes. (Principe d’horizontalité et de superposition). C’est un principe simpliste qui peut poser un
problème en cas de terrains plissés, faillés, verticaux … De plus, le dépôt est contrôlé par la gravité.
Il existe plusieurs types de roches sédimentaire tel que :
– les grès : une accrétion de sable entre 2mm et 63 μm de nature divers
– les calcaires : des roches sédimentaires biologique, chimique avec du carbonate de calcium CaCo3
– les argiles : roches détritiques avec des grains de plus de 10 μm contenant aussi des minéraux
Les couches sédimentaires se dépose à l'horizontale même si le sens de dépôt original est difficile a
établir à cause de déformations tectoniques, ce dépôt est contrôlé par la gravité.
Le principe de continuité exprime qu’une couche a le même âge sur toute son étendue même si la
lithologie varie.
Le principe de regroupement est fondamental et valable à toutes les échelles. Il exprime qu’un corps
rocheux qui en recoupe un autre est nécessairement plus jeune que celui qu’il recoupe.
Le principe d’identité paléontologique dit que des strates contenant les mêmes fossiles stratigraphiques
ont le même âge. Il équivaut au principe de continuité.
Le principe d’inclusion : dans une série sédimentaire, une couche contenant une autre couche est plus
ancienne que la couche qui la contient.
La notion de discordance angulaire : dépôt → plissement → érosion → nouveau dépôt = datation possible
de la phase tectonique
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Chapitre 1 : Géochronologie
2. La Biostratigraphie
Les unités biostratigraphiques permettent une datation relative et une corrélation des couches en utilisant
les fossiles. L’unité de base est la Biozone (= contenu fossilifère)
Un bon fossile stratigraphique est :
- Une période d'existence petite
- Une bonne conservation
- Une zone géographique étendue
- indépendant de son environnement
- identifiable facilement
Par exemple, on parle des coccolithophoridés, des ammonites, des trilobites, Conodontes, Nannoplancton,
Foraminifères …
Il existe plusieurs méthodes afin de dater :
- La méthode des assemblages : Le seul temps où ces formes ont pu se retrouver ensemble dans le
même milieu correspond au Dévonien inférieur. L'assemblage et la couche qui le contiennent
datent donc du Dévonien inférieur. Aucun de ces fossiles pris individuellement n'aurait pu fournir
un âge aussi précis.
- La méthode des Lignées évolutives : La recherche paléontologique sur l'évolution de divers groupes
biologiques durant les temps géologiques a mis en évidence plusieurs lignées évolutives, souvent
sur de courtes durées de temps.
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Chapitre 1 : Géochronologie
Le stratotype est un affleurement type (étalon) qui permet de définir un étage dans l’échelle
stratigraphique. Selon la définition, un étage est un terrain qui est caractérisé par son contenu
paléontologique correspondant à une époque donnée, délimité par des apparitions et des disparitions
d'espèces. Il matérialise une durée par une série stratigraphique de référence par convention en un lieu où
la série est considérée comme complète, avec un contenu paléontologique ayant une probabilit d'extension
géographique la plus vaste possible.
On peut définir une échelle chronostratigraphique mondial qui est une échelle de référence qui subdivise le
temps en unités admises par tous et reconnaissables dans les roches à la surface de la Terre. C’est un travail
continu depuis le 18ème siècle.
3. Les Autres méthodes : La Cyclostratigraphie
C’est une datation relative. On retrouve la cyclicité dans des strates sédimentologiques ou les variations de
composition d’espèces ou dans la composition chimique des sédiments. On peut dater en fonction de
différents cycles :
– les cycles astronomiques de Milankovitch
– les cycles annuels : variation saisonnière du climat
– les cycles lunaires: La croissance des animaux
– les cycles solaires
Les paramètres astronomiques du climat ont été mis en évidence par M. Milankovitch, il en existe 3 :
- L’excentricité : variation de la forme de l’orbite terrestre plus ou moins circulaire. Lorsque l’orbite
est plutôt circulaire la Terre est à distance constante du Soleil. Lorsque l’orbite est plus elliptique, la
Terre sera plus ou moins près du soleil au cours de sa révolution. Cycle de 100 000 ans.
- L’obliquité : variation de l’angle de l’axe de rotation de la Terre. La Terre à certains moments, est
plus ou moins redressée sur son axe. L’angle d’obliquité moyen de la Terre est de 23°. Cycle de
40 000 ans.
- La précession : lorsqu’on ajoute le mouvement de rotation de l’orbite terrestre et le mouvement de
révolution de la Terre autour du Soleil on obtient le mouvement de précession. Cycle de 20 000 ans.
On retrouve les rapports isotopiques des sédiments d'organismes marins dans les séries sédimentaires, ce
sont des isotopes stables donc ça ne donne pas l'âge directement.
On peut aussi enregistrer les variations saisonnières grâce à la dendroclimatologie/ dendrochronologie. La
croissance des arbres présente une cyclicité annuelle avec une croissance de l’arbre plus ou moins rapide en
fonction des saisons. La croissance varie annuellement et inter-annuellement. On y enregistre des
paramètres environnementaux tel que l’Humidité, la sècheresse, chaud/froid. On peut aussi avoir des
dépôts de varves dans les fonds de l’océan en fonction de l’été ou de l’hiver.
On considère aussi la magnétostratigraphie :
La terre agit comme un dipôle magnétique, ou encore comme un aimant. Les lignes de forces magnétiques
établissent tout autour de la planète un champ magnétique terrestre. C'est la raison pour laquelle l'aiguille
d'une boussole s'aligne automatiquement selon les lignes de force, dans une direction nord-sud.
Chaque roche volcanique possède sa propre aimantation. Cette aimantation a été acquise lors du
refroidissement de la lave qui enregistre le champ magnétique terrestre de l'époque. Les laves possèdent
donc une "mémoire magnétique". La mesure de cette mémoire magnétique des roches permet de
déterminer la position des paléo-pôles magnétiques.
En 1906, Brunhes découvre des inversions magnétiques : le dipôle Nord-Sud a été durant certaines
périodes Sud-Nord. Matuyama date ces inversions grâce à l’étude de coulées de laves. Cela a permis de
construire une échelle des inversions de la polarité magnétique : l’échelle magnetostratigraphique.
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Chapitre 1 : Géochronologie
II. Datations absolues
Début du 20ème, méthodes de radioactivités naturelles, isotopes radioactifs. Certains éléments
contiennent des éléments radioactifs qui prennent un certain temps à se dégrader.
1. Principes de la Radioactivité naturelle
Pour certains éléments, lorsque le nombre de neutron excède le nombre de proton, l’élément devient
radioactif.
La radiochronologie est basée sur le fait qu’un élément père radioactif donnera une élément fils plus stable.
On admet : qu’il n’y avait pas d’élément présent au début et qu’il n’y a pas eu de perte ou addition de cet
élément fils : système fermé. Enfin on admet que le taux de désintégration est constant. Or la réaction de
désintégration d’un élément donné n’est pas constante : elle est très rapide au début, et sa vitesse décroît
par la suite.
On utilise : la demi-vie d’un élément, il s’agit du temps nécessaire pour que la moitié de l’élément
radioactif père sois désintégré. Les datations radiométriques les plus communément appliquées dans les
sédiments marins sont :
- Potassium/Argon
- Thorium/Radium
- Carbonne 14
- Uranium/Thorium
Le carbone 14 est produit dans l’atmosphère sous l’effet des rayonnements solaire. Elle permet de dater la
mort d’un organisme.
Il existe d’autre méthode de datation absolue qui ne font pas appelle au radioélément. On peut citer
comme exemple les stries sur le tronc d’un arbre.
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Chapitre 1 : Géochronologie
La datation du temps géologique se fait à partir de séquences de roches et de fossiles. On a deux
types de datation :
– La datation relative : on compare entre quelque chose de vieux et quelque chose de jeune.
– La datation absolue: on donne un âge à quelque chose
I. Datations relatives
Début du 19ème siècle. Elle regroupe la Lithostratigraphie et la biostratigraphie (chronostratigraphie) et
autres.
1. La Lithostratigraphie
Elle est définie par la lithologie (nature des roches) et les caractéristiques physico-chimiques des roches.
Les couches se déposent à l’horizontale et se superposent, les plus anciennes se situent en dessous des plus
récentes. (Principe d’horizontalité et de superposition). C’est un principe simpliste qui peut poser un
problème en cas de terrains plissés, faillés, verticaux … De plus, le dépôt est contrôlé par la gravité.
Il existe plusieurs types de roches sédimentaire tel que :
– les grès : une accrétion de sable entre 2mm et 63 μm de nature divers
– les calcaires : des roches sédimentaires biologique, chimique avec du carbonate de calcium CaCo3
– les argiles : roches détritiques avec des grains de plus de 10 μm contenant aussi des minéraux
Les couches sédimentaires se dépose à l'horizontale même si le sens de dépôt original est difficile a
établir à cause de déformations tectoniques, ce dépôt est contrôlé par la gravité.
Le principe de continuité exprime qu’une couche a le même âge sur toute son étendue même si la
lithologie varie.
Le principe de regroupement est fondamental et valable à toutes les échelles. Il exprime qu’un corps
rocheux qui en recoupe un autre est nécessairement plus jeune que celui qu’il recoupe.
Le principe d’identité paléontologique dit que des strates contenant les mêmes fossiles stratigraphiques
ont le même âge. Il équivaut au principe de continuité.
Le principe d’inclusion : dans une série sédimentaire, une couche contenant une autre couche est plus
ancienne que la couche qui la contient.
La notion de discordance angulaire : dépôt → plissement → érosion → nouveau dépôt = datation possible
de la phase tectonique
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Chapitre 1 : Géochronologie
2. La Biostratigraphie
Les unités biostratigraphiques permettent une datation relative et une corrélation des couches en utilisant
les fossiles. L’unité de base est la Biozone (= contenu fossilifère)
Un bon fossile stratigraphique est :
- Une période d'existence petite
- Une bonne conservation
- Une zone géographique étendue
- indépendant de son environnement
- identifiable facilement
Par exemple, on parle des coccolithophoridés, des ammonites, des trilobites, Conodontes, Nannoplancton,
Foraminifères …
Il existe plusieurs méthodes afin de dater :
- La méthode des assemblages : Le seul temps où ces formes ont pu se retrouver ensemble dans le
même milieu correspond au Dévonien inférieur. L'assemblage et la couche qui le contiennent
datent donc du Dévonien inférieur. Aucun de ces fossiles pris individuellement n'aurait pu fournir
un âge aussi précis.
- La méthode des Lignées évolutives : La recherche paléontologique sur l'évolution de divers groupes
biologiques durant les temps géologiques a mis en évidence plusieurs lignées évolutives, souvent
sur de courtes durées de temps.
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Chapitre 1 : Géochronologie
Le stratotype est un affleurement type (étalon) qui permet de définir un étage dans l’échelle
stratigraphique. Selon la définition, un étage est un terrain qui est caractérisé par son contenu
paléontologique correspondant à une époque donnée, délimité par des apparitions et des disparitions
d'espèces. Il matérialise une durée par une série stratigraphique de référence par convention en un lieu où
la série est considérée comme complète, avec un contenu paléontologique ayant une probabilit d'extension
géographique la plus vaste possible.
On peut définir une échelle chronostratigraphique mondial qui est une échelle de référence qui subdivise le
temps en unités admises par tous et reconnaissables dans les roches à la surface de la Terre. C’est un travail
continu depuis le 18ème siècle.
3. Les Autres méthodes : La Cyclostratigraphie
C’est une datation relative. On retrouve la cyclicité dans des strates sédimentologiques ou les variations de
composition d’espèces ou dans la composition chimique des sédiments. On peut dater en fonction de
différents cycles :
– les cycles astronomiques de Milankovitch
– les cycles annuels : variation saisonnière du climat
– les cycles lunaires: La croissance des animaux
– les cycles solaires
Les paramètres astronomiques du climat ont été mis en évidence par M. Milankovitch, il en existe 3 :
- L’excentricité : variation de la forme de l’orbite terrestre plus ou moins circulaire. Lorsque l’orbite
est plutôt circulaire la Terre est à distance constante du Soleil. Lorsque l’orbite est plus elliptique, la
Terre sera plus ou moins près du soleil au cours de sa révolution. Cycle de 100 000 ans.
- L’obliquité : variation de l’angle de l’axe de rotation de la Terre. La Terre à certains moments, est
plus ou moins redressée sur son axe. L’angle d’obliquité moyen de la Terre est de 23°. Cycle de
40 000 ans.
- La précession : lorsqu’on ajoute le mouvement de rotation de l’orbite terrestre et le mouvement de
révolution de la Terre autour du Soleil on obtient le mouvement de précession. Cycle de 20 000 ans.
On retrouve les rapports isotopiques des sédiments d'organismes marins dans les séries sédimentaires, ce
sont des isotopes stables donc ça ne donne pas l'âge directement.
On peut aussi enregistrer les variations saisonnières grâce à la dendroclimatologie/ dendrochronologie. La
croissance des arbres présente une cyclicité annuelle avec une croissance de l’arbre plus ou moins rapide en
fonction des saisons. La croissance varie annuellement et inter-annuellement. On y enregistre des
paramètres environnementaux tel que l’Humidité, la sècheresse, chaud/froid. On peut aussi avoir des
dépôts de varves dans les fonds de l’océan en fonction de l’été ou de l’hiver.
On considère aussi la magnétostratigraphie :
La terre agit comme un dipôle magnétique, ou encore comme un aimant. Les lignes de forces magnétiques
établissent tout autour de la planète un champ magnétique terrestre. C'est la raison pour laquelle l'aiguille
d'une boussole s'aligne automatiquement selon les lignes de force, dans une direction nord-sud.
Chaque roche volcanique possède sa propre aimantation. Cette aimantation a été acquise lors du
refroidissement de la lave qui enregistre le champ magnétique terrestre de l'époque. Les laves possèdent
donc une "mémoire magnétique". La mesure de cette mémoire magnétique des roches permet de
déterminer la position des paléo-pôles magnétiques.
En 1906, Brunhes découvre des inversions magnétiques : le dipôle Nord-Sud a été durant certaines
périodes Sud-Nord. Matuyama date ces inversions grâce à l’étude de coulées de laves. Cela a permis de
construire une échelle des inversions de la polarité magnétique : l’échelle magnetostratigraphique.
3
, Evolution Conjointe Terre/ Biosphère
Chapitre 1 : Géochronologie
II. Datations absolues
Début du 20ème, méthodes de radioactivités naturelles, isotopes radioactifs. Certains éléments
contiennent des éléments radioactifs qui prennent un certain temps à se dégrader.
1. Principes de la Radioactivité naturelle
Pour certains éléments, lorsque le nombre de neutron excède le nombre de proton, l’élément devient
radioactif.
La radiochronologie est basée sur le fait qu’un élément père radioactif donnera une élément fils plus stable.
On admet : qu’il n’y avait pas d’élément présent au début et qu’il n’y a pas eu de perte ou addition de cet
élément fils : système fermé. Enfin on admet que le taux de désintégration est constant. Or la réaction de
désintégration d’un élément donné n’est pas constante : elle est très rapide au début, et sa vitesse décroît
par la suite.
On utilise : la demi-vie d’un élément, il s’agit du temps nécessaire pour que la moitié de l’élément
radioactif père sois désintégré. Les datations radiométriques les plus communément appliquées dans les
sédiments marins sont :
- Potassium/Argon
- Thorium/Radium
- Carbonne 14
- Uranium/Thorium
Le carbone 14 est produit dans l’atmosphère sous l’effet des rayonnements solaire. Elle permet de dater la
mort d’un organisme.
Il existe d’autre méthode de datation absolue qui ne font pas appelle au radioélément. On peut citer
comme exemple les stries sur le tronc d’un arbre.
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