THEME 3 LA MESURE DU TEMPS DANS L'HISTOIRE DE LA TERRE ET DE LA VIE

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1 THEME 3 LA MESURE DU TEMPS DANS L'HISTOIRE DE LA TERRE ET DE LA VIE 2.LA METHODE DE DATATION ABSOLUE 2.1-PRINCIPES DE LA DATATION ABSOLUE Principe général Les objets géologiques Un système fermé Période de l isotope choisi pour l analyse Le choix des radiochronomètres 2.2- LE RADIO-CHRONOMETRE POUR LES DERNIERS MILLENAIRES : le C LES RADIO-CHRONOMETRES POUR DES PERIODES PLUS ANCIENNES 2.3.1/le couple potassium-argon (K-Ar) /le couple rubidium-strontium (Rb-Sr). Exercice 1 : 1

2 Exercice 2 : A partir du document, vous déterminerez l âge d un fragment de bois retrouvé dans une coulée basaltique du Puy de Dôme en utilisant la méthode du Carbone 14, sachant que sa radioactivité est de 3.5 coups par minute et par gramme. Ex 3: 2

3 Ex 4: A partir du document, expliquez le principe de la méthode de datation par le K-Ar, puis déterminez l âge d un minéral dont le rapport 40 Ar/40 K est de 0.05 Correction : La méthode K-Ar est basée sur la désintégration du 40 K en 40 Ar. 40 Ar est un gaz rare et très volatile. Au moment de la cristallisation du minéral (= fermeture du système), 40 Ar s échappe du système et son taux y est considéré comme nul. Ainsi, au cours du temps, la quantité de 40 K diminue et celle de 40 Ar, d abord nulle, augmente. Il suffit de mesurer le rapport 40 Ar/40 K, en tenant compte de la constante de radioactivité pour connaître l âge de l échantillon. Ce rapport égal à 0 à la fermeture du système, augmente avec le temps. Ainsi, dans ce cas précis, le minéral à un rapport 40Ar/40 K égal à D après le graphe : l âge est d environ 0.6Ga (600 millions d années). Exercice 5 : 3

4 Amérique 2008 Les peintures de la grotte Chauvet comptent parmi les plus anciennes peintures rupestres connues. En utilisant les informations apportées par les documents : - datez par la méthode absolue les deux phases de fabrication de charbons de bois ; - datez ensuite par la méthode relative la réalisation de la peinture. Document 1 : Les objets géologiques de la grotte Chauvet Les peintures préhistoriques sont réalisées avec des fragments de charbon de bois et des pigments minéraux. Les éléments dissous dans l'eau circulant dans la grotte cristallisent sous forme d'un voile de calcite recouvrant les parois et certaines peintures. Ce voile de calcite est lui-même recouvert d'un dépôt de charbon résultant d'un mouchage de torche (frottement de torche sur la paroi pour retirer la partie carbonisée qui asphyxie la flamme). Schéma des recouvrements vus en coupe Document 2 : datation par le 14 C 4

5 L'isotope 14 C de l'élément carbone se désintègre en élément azote et se régénère régulièrement en haute atmosphère à partir de l'azote de l'air : il se retrouve donc en proportion constante et connue dans tous les milieux et tous les êtres vivants. Lorsqu'un animal ou une plante meurt, son métabolisme cesse et son carbone n'est plus renouvelé. En raison de la désintégration radioactive le rapport du nombre d'atomes 14 C résiduel (P) sur celle au moment de la mort (Po) décroît au cours du temps. Deux ensembles de mesures ont été réalisés pour la grotte Chauvet. - le premier réalisé sur des fragments de charbon de bois prélevés sur les peintures fournit des valeurs P/Po comprises entre 1,64 % et 2,70 %. Parmi les critiques émises sur la validité de leur datation, revient celle que l'on ne date pas directement la peinture mais les matières utilisées. Ce charbon de bois a pu être fabriqué pour cet usage ou prélevé dans un foyer bien plus ancien. - le second réalisé sur des fragments de charbon de bois prélevés sur les mouchages de torche fournit des valeurs comprises entre 3,47 % et 4,37 %. Ces torches étaient fabriquées à partir de branches prélevées sur l'arbre au fur et à mesure des besoins. Tableau des âges correspondant aux mesures des rapports isotopiques du carbone P/Po (en %) âge correspondant (années) 53, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

6 Martinique 2005 En utilisant les informations fournies dans les trois documents, établissez la chronologie des événements géologiques observés sur la coupe du document I dépôts des calcaires, dépôts des dolomies, mise en place du granite en déterminant son âge absolu, mise en place des roches A, faille. Document 1 : coupe simplifiée. Document 2 : Document 2a : fossiles présents dans les calcaires et les roches A Couches Calcaire Roches A Fossiles présents Ammonites de la famille des Lytocératidés Trilobites de la famille des Olénellidés 6

7 Document 2b : échelle stratigraphique en millions d'années Ere Mésozoïque Ere Paléozoïque -145 à -65 Crétacé -200 à -145 Jurassique Lytocératidés -245 à -200 Trias -290 à -245 Permien -362 à -290 Carbonifère -408 à -362 Dévonien -439 à -408 Silurien -510 à -439 Ordovicien -570 à -510 Cambrien Olénellidés Document 3 : Document 3a : datation du granite à partir de certains éléments radioactifs présents dans les minéraux de cette roche. Certains minéraux du granite ont incorporé lors de leur formation, du rubidium 87 Rb ainsi que du strontium 87 Sr et 86 Sr. Au cours du temps, la quantité de strontium ( 87 Sr) augmente. Elle provient de la désintégration du rubidium 87 Rb. Un spectromètre de masse a mesuré dans les minéraux du granite les nombres d'atomes (N) de 87 Sr, 86 Sr et 87 Rb. Les résultats sont exprimés sous la forme d'un rapport isotopique. Le taux de strontium actuel correspond à : La méthode des isochrones est utilisée pour déterminer l'âge du granite, noté t. On construit une droite à partir des couples ( 87 Rb/ 86 Sr; 87 Sr/ 86 Sr) de certains minéraux du granite (orthose, mica blanc, mica noir). La droite obtenue d'équation y = ax + b est nommée isochrone. On en déduit que : 7

8 Document 3b : Table de valeurs de la fonction Coefficient directeur de l'isochrone noté a Age du granite noté t en millions d'années 0,001 70,4 0, , , , , , , , ,

9 Asie 2005 Des ossements et des outils retrouvés au dôme de Sangiran sur l'île de Java ont été attribués à une forme d'homo erectus. On cherche quand Homo erectus a pu coloniser cette île. À partir de l'exploitation et de la mise en relation des documents, datez la période de colonisation de l'île de Java par Homo erectus. Document 1 : cadre biostratigraphique du dôme de Sangiran Document 2 : résultats de mesures du rapport 40 Ar/ 40 K dans divers échantillons Tufs volcaniques de l'unité de Notopuro : Proportions moyennes Echantillon 1 0, Echantillon 2 0, Dent trouvée dans l'unité de Kabuh Brèches volcaniques : 4, Echantillon 1 9, Echantillon 2 9, Echantillon 3 9,

10 Document 3 : relation entre la valeur du rapport éléments fils 40 Ar/éléments père 40 K et l'âge d'un échantillon Amérique 2004 Les parois du Grand Canyon du Colorado exposent sur plusieurs milliers de mètres des archives de l'histoire géologique de la région. En utilisant les documents 1 à 3 et vos connaissances, situez dans le temps les événements géologiques antérieurs au dépôt de la couche à trilobites. Dites pourquoi l'âge cambrien proposé pour cette couche est compatible avec l'ensemble des données. Document 1 : le Grand Canyon du Colorado a : photographie : 10

11 Royalty-Free/Corbis b : schéma d'interprétation de la série stratigraphique du Grand Canyon montrant un ensemble de roches sédimentaires reposant sur un substratum plissé. Importé d'internet le 15/11/2003, site Ulaval/Bourque. 11

12 Document 2 : variation théorique du rapport isotopique 40 argon/ 40 potassium ( 40 Ar/ 40 K) en fonction du temps, pour un système clos Dans la coulée de lave du Grand Canyon, le rapport 40 Ar/ 40 K est de 0,07. * Ga : giga années (10 9 ans) Document 3 : Échelle partielle des temps géologiques Ma : millions d'années (10 6 années) Ga : giga années (10 9 années). Importé d'internet le 15/11/2003, site Ulaval/Bourque. 12