CH5 : LE TEMPS DANS L HISTOIRE DE LA TERRE ET DE LA VIE

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1 CH5 : LE TEMPS DANS L HISTOIRE DE LA TERRE ET DE LA VIE INTRODUCTION QUELQUES REPERES TEMPORELS : En GA En 10 2 MA En MA Formation Terre Apparition vie Apparition O2 Cellule eucaryote 4,5 GA 3,5 GA 2 GA 1,2 GA 1 invertébré 1 vertébré Sortie des eaux 1 mammifère 700 MA 450 MA 400 MA 220 MA Séparation H/S : 7 MA 1 Australopithèque 4 MA 1 Homo Habilis 2 MA 1 Homo Sapiens 0,2 MA La mesure du temps au-delà de l histoire se fait en interprétant des phénomènes géologiques et biologiques enregistrés dans les roches et les fossiles et en utilisant des outils de datation. L échelle des temps de développement de la vie est subdivisée en ères : Primaire : /-245 MA : apparition des poissons, amphibiens, reptiles Secondaire : -245 /-65 MA : développement des reptiles et apparition des mammifères et oiseaux Tertiaire : - 65 /-7 MA : développement des mammifères Quaternaire : 7 / actuel : apparition de l homme Comment dater l évolution de la vie et les changements de la terre? Comment découper le temps? PLAN I DATATION RELATIVE continuité, uniformité, recoupement, identité paléontologique. II DATATION ABSOLUE principe, choix d éléments pour la durée III COUPURE DU TEMPS crise biologique, causes de la crise, coupures du temps CONCLUSION

2 I DATATION RELATIVE plan On cherche à ordonner du plus jeune au plus ancien, les structures (strate, coulée, plis, faille, cristal, fossiles) et les évènements (sédimentation, intrusion de filon et de massif, orogenèse, cristallisation, érosion) A. PRINCIPE DE CONTINUITE (OU D UNIFORMITE) : Les matériaux qui se déposent ou qui refroidissent sont les mêmes sur de grandes surfaces ou de grands volumes ; les conditions P/T sont considérées comme homogènes. Une couche se forme en surface ou en profondeur de manière uniforme. B. PRINCIPE DE SUPERPOSITION : Les couches ou les coulées s empilent les unes par dessus les autres : Une couche ou une coulée est plus récente que celle qu elle recouvre. C. PRINCIPE DE RECOUPEMENT : Certaines couches possèdent plis, faille, schistosité, foliation, filon ou massif : La formation d une couche est antérieure à l évènement qui la modifie ou à la structure qui la recoupe Dans une roche, des minéraux peuvent se recouper : les nouvelles conditions P/T les transforment. Le minéral déformé ou recoupé est antérieur à la déformation ou recristallisation. D. PRINCIPE D IDENTITE PALEONTOLOGIQUE : Les roches peuvent contenir des traces d êtres vivants spécifiques d un milieu de vie et d une époque. Des couches contenant les mêmes fossiles ont le même âge et le même milieu de formation. Quelques caractéristiques permettent de définir un bon fossile : plus sa présence est brève, plus il est précis. Plus il est abondant, plus il est utilisable.

3 II DATATION ABSOLUE plan Comment chiffrer l âge par rapport à aujourd hui? A. PRINCIPE DES METHODES DE DATATION ABSOLUE : Les isotopes instables se désintègrent en isotopes stables en émettant des radiations (β = e -, γ = photons). Exemples : 14 C* (C12) 14 N stable, 40 K* 40 A, 87 R* 87 S La durée de désintégration d un élément radioactif est constante et caractérisée par sa demie vie : la proportion d éléments pères ne dépend que du temps et de la quantité initiale. Le dosage isotopique par spectrométrie permet de déterminer la durée de désintégration, à condition que : le système soit fermé, sans échange avec l extérieur : F t ne vient que de P 0 et F 0. les quantités initiales d éléments père et fils soient connues : P 0 et F 0 sont connues B. ELEMENTS CHOISIS EN FONCTION DE LA DUREE RECHERCHEE 1) 14 C/ 14 N : C* organique (bois, os, coquille, ) C* 0 est constant car il est renouvelé tant que la cellule vit, et égal au C* mesuré actuel. La mort cellulaire ferme le système : 14 C* se désintègre : C* 0 diminue et C* t est mesuré. t = Ln (C* 0 /C* t ). T/Ln2 (ans) T 50 = ans ; maxi = ans ; mini = 100 ans : C* est utilisé pour des durées très courtes.

4 2) 40 K*/ 40 A : 40 K réside dans les minéraux magmatiques et métamorphiques ; il se transforme en 40 A. La difficulté pour cet élément est que K* 0 est inconnu, car sa quantité est variable suivant les roches. Toutefois 40 A est un gaz qui s échappe des roches chaudes : donc 40 A 0 = 0 au début du refroidissement de la roche : 40 A reste prisonnier des cristaux : son taux augmente : le taux de A mesuré dans l échantillon correspond au taux de K* désintégré au temps t : t = Ln ( A/ 40 K)/ (ans) ( = constante de désintégration) T 50 = 10 9 ans : maxi = : datation longue, mais la contamination par l air rend le temps approximatif. 3) 87 R*/ 87 S : R et S résident dans les minéraux des roches magmatiques : 87 R se transforme en 87 S. Les difficultés sont que les taux de 87 R 0 87 S 0 varient suivant les roches et qu ils ne s échappent pas avant le refroidissement n étant pas gazeux. Pour lever la difficulté, on considère le système 87 R 0 / 87 S 0 en évolution : Quand t augmente, 87 R* diminue et 87 S augmente, à la même vitesse partout, quelque soit le taux initial. Ces quantités sont liées par la fonction : 87 S t / 86 S = a ( 87 R t / 86 S) + ( 87 S 0 / 86 S). 86 S stable sert de référence. 87 R 0 et 87 SR 0 déterminés graphiquement, permettent le calcul du coefficient «a», lié au temps : t = Ln (a+1)/. ( = constante de désintégration) T 50 = ans : datation longue et fiable car sans contamination du système par l air. BILAN : Les principes de superposition, de continuité, de recoupement et d identité paléontologique permettent de reconstituer la succession des évènements régionaux. La désintégration des éléments radioactifs permet de dater les évènements par rapport au présent, suivant la période de l élément choisi.

5 III COUPURE DU TEMPS ENTRE II ET III plan Le temps est découpé en ères et périodes qui servent de repères dans l histoire. Sur quels critères s effectue le découpage entre II et III? A. CRISE BIOLOGIQUE entre II et III - 65 MA 1. Disparitions d espèces à la fin du crétacé Dans les océans : toutes les Ammonites, nombreux foraminifères (globotruncana), les dinosaures marins. Sur les continents : tous les dinosaures (Nombreux reptiles survivent : tortue, crocodile, batraciens...) Une crise biologique est une courte période de fort taux d extinction, entre des périodes de faible taux d extinction ou de relative stabilité des espèces. 2. Apparitions d espèces au paléocène (début du III) Nombreuses espèces de mammifères, d oiseaux, d insectes, de foraminifères (globigérines) apparaissent après le crétacé, au début du paléocène. La disparition des espèces du II libère les niches écologiques pour les nouvelles espèces du III dérivant d espèces ancestrales, qui peuvent ainsi se diversifier Une radiation évolutive est une prolifération d espèces nouvelles après une crise biologique. B. RECHERCHE DE CAUSES DE LA CRISE C/P 1. Indices relevés à la limite C/P Fine couche d argile noire due à un dépôt bref de fines poussière de basalte altéré. Fort taux d Iridium sous forme de pic très court, indiquant un évènement mondial bref et intense. Présence de magnétites nickélifères et de sphérules de verre dans certains sites de la limite C/P. Forte baisse du rapport 13 C/ 12 C et du carbonate indiquant une diminution des êtres vivants.

6 2. Discussion des causes de l extinction retour Arguments pour Arguments contre Volcanisme Météorite Argile noire : expulsion de poussières basaltiques qui se déposent et s altèrent. Pic d IR : fois le taux de la croûte dans les météorites et les produits volcaniques. Magnétites nickélifères. Quartz choqués Cratère du CHIXULUB à 65 MA (300KM) Réchauffement : CO2 dans le gaz volcaniques Refroidissement : acides dans les gaz volcaniques Trapps du DECCAN (point chaud) à 65 MA Nombreuses extinctions sans volcanisme ou sans météorite. Nombreuses épisodes volcaniques ou chutes de météorites sans extinction. Très nombreuses espèces survivent. Très mauvaise précision du temps sur la vitesse d extinction (rapide ou lente). Le déclin des foraminifères, des ammonites, dinosaures a commencé bien avant 65 MA. Conclusion provisoire : la conjonction de plusieurs évènements a pu déclencher la crise biologique. C. LES COUPURES DU TEMPS 1. Coupure du temps : les ères correspondent aux crises majeures ; les périodes aux crises mineures. a. Action homme : IV = apparition homme : Le taux actuel de disparition des espèces est très important par déforestation (1.000 espèces par an), par sélection génétique et monoculture, par modification du climat, par modification génétique. On peut s interroger sur l existence d une crise biologique causée par l homme.

7 Retour Conclusion : Les datations relative et absolue permettent de reconstituer la succession des évènements géologiques régionaux et le calendrier international des temps géologiques depuis l origine de la vie et de la terre. Le temps est coupé en ères à partir des crises biologiques majeures ou de l apparition de l homme (IV ). Les subdivisions des ères se déterminent à partir des crises mineures. Les crises biologiques viennent probablement du cumul de bouleversements de l environnement, lents comme le refroidissement, le réchauffement, le volcanisme, ou rapides comme la chute de météorite. Toutefois la détermination des causes reste hypothétique en raison du manque de précision du temps. Les crises biologiques favorisent les radiations à partir des espèces survivantes, ce qui accélère la vitesse d évolution et l apparition de nouvelles espèces.