TD Géosciences. Groupe B Séquence 3

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1 TD Géosciences Groupe B Séquence 3

2 S 1 - Géochronologie

3 Préambule Datation absolue : cette couche géologique / cet événement / la formation de ce minéral date de 74 millions d années Quelques notions à la fin du TD Datation relative : la couche A est plus récente que la couche B Chronologie dans une coupe géologique (exercice 1) Échelle biostratigraphique (exercice 2) Échelle globale (exercice 3)

4 Principes de chronologie relative La datation relative est basée sur des principes énoncés pour la première fois par Niels Stensen ( ) (en français Nicolas Sténon), géologue, anatomiste et évêque danois De solido intra solidum naturaliter contento dissertationis prodromus

5 Principes de chronologie relative 1) Principe de continuité Une couche a le même âge sur toute son étendue Falaises d Étretat (Crétacé sup.)

6 Principes de chronologie relative 2) Principe de superposition Une couche est plus ancienne que celle qui la recouvre Falaises d Étretat (Crétacé sup.)

7 Principes de chronologie relative 3) Principe de recoupement Un événement ou objet qui affecte un autre objet lui est postérieur Filon de quartz dans du gneiss (Manche) Dike (Cerro Zeballos, Argentine)

8 Principes de chronologie relative 4) Principe d inclusion Les morceaux de roches inclus dans une couche ou une autre roche sont antérieurs Péridotite incluse dans un basalte (Ardèche) Fragment dans une couche sédimentaire

9 Exercice 1 Méthodologie Pour exploiter un affleurement, une carte, une coupe géologique on commence par les événements les plus récents, et on remonte dans le temps en «enlevant» virtuellement les couches une par une

10 Exercice 1 La couche la plus jeune est le conglomérat L

11 Exercice 1 La couche la plus jeune est le calcaire M

12 Exercice 1 La limite entre la couche M et les couches sous-jacentes est irrégulière Cette limite est une surface d érosion: certaines couches ont pu disparaître. L interface f correspond donc à une lacune d érosion Les couches sous-jacentes ont un pendage oblique: on dit qu il y a discordance monoclinale

13 Exercice 1 La faille h recoupe toutes les couches restantes: elle leur est donc postérieure On reconstitue le terrain avant le jeu de la faille en faisant coulisser les blocs

14 Exercice 1 La faille h recoupe toutes les couches restantes: elle leur est donc postérieure On reconstitue le terrain avant le jeu de la faille en faisant coulisser les blocs

15 Exercice 1 La faille h est donc une faille normale (correspondant à un mouvement d extension horizontale) Faille normale Faille inverse

16 Exercice 1 Le basalte recoupe toutes les autres couches Ces couches ne sont pas horizontales: il y a donc eu basculement On ne peut pas dater le recoupement par rapport au basculement

17 Exercice 1 Avant ces deux événements, la structure était donc la suivante:

18 Exercice 1 La couche la plus récente est l argile A

19 Exercice 1 La base de la couche A est irrégulière et A contient quelques inclusions : le contact e est une surface d érosion

20 Exercice 1 Les contacts suivants sont horizontaux et rectilignes: on peut donc déduire la séquence temporelle, du plus récent au plus ancien N, G, D, K, Y, Q, X, B

21 Exercice 1 La séquence finale est donc, du plus récent au plus ancien : 1. Conglomérat L 2. Calcaire M 3. Discordance f 4. Faille normale 5. Recoupement par le basalte et basculement 6. Argile A 7. Surface d érosion e 8. Grès N 9. Calcaire G 10. Argile D 11. Grès K 12. Conglomérat Y 13. Marne Q 14. Argile X 15. Marne B

22 Exercice 2 : biostratigraphie Approche développée par William Smith ( ) Un fossile stratigraphique est un fossile que l'on peut utiliser pour dater la couche sédimentaire dans laquelle on le trouve. Un bon fossile stratigraphique doit : avoir une grande répartition géographique (probabilité de découverte en de nombreux points élevée) avoir une extension verticale limitée pour que l'âge soit le plus précis possible

23 Exercice 2 : biozones Une biozone est une unité stratigraphique définie par le contenu biologique des sédiments Famille des Tripanidae TEMPS Espèce A Disparition Durée de vie Espèce C Espèce D Apparition Espèce B Esp. E

24 Exercice 2 : fossiles stratigraphiques Graptolite (Australie) Rudiste (Vaccinites, Oman) Hémicordé, Cambrien à Crétacé Lépidodendron (tronc) Bivalves, Jurassique sup. & Crétacé Nummulites Fougères, Dévonien à Carbonifère Foraminifères, Paléogène

25 Exercice 2: stratotypes Un stratotype est un ensemble de couches qui constituent une coupe de référence en terme de contenu paléontologique et de caractères lithologiques. On s'attache en pratique à ce que la limite inférieure soit la plus documentée et la plus nette possible (stratotype de limite) Les stratotypes donnent leur nom à l'étage correspondant sur l'échelle des temps géologiques Si le stratotype a une valeur internationale, il devient un Point Stratotypique Mondial (GSSP) on repère sa limite inférieure sur l affleurement avec un clou d or

26 Exercice 2: stratotypes Exemple: Ediacarien (Australie)

27 Exercice 2 : périodes et étages Origine des noms des périodes: au choix du découvreur Cambrien: de Cambria (nom latin du Pays de Galles), Ordovicien, Silurien: de noms de tribus celtes (1879, 1830s). Dévonien: du Devon, comté anglais en Cornouailles, Carbonifère: qui contient du charbon, Permien: de Perm (ancienne principauté russe), Trias: pour une succession de 3 couches distinctes, Jurassique: du Jura (1795). Crétacé: de creta (la craie), Origine des noms des étages: en général le lieu du stratotype Maastrichtien: identifié autour de Maastricht (Pays-Bas). Valanginien, Hauterivien: deux villages dans le Jura suisse.

28 Exercice 2

29 Exercice 2 : 2 coupes

30 Exercice 2 : 2 coupes Carajuan Angles

31 Exercice 2 : coupe d Angles

32 Exercice 2 : questions 1&2 Renouvellement rapide, durée vie brève, grande diversité Peu de renouvellement, longues durées de vie faible diversité

33 Exercice 2 : questions 1&2 Renouvellement rapide, durée vie brève, grande diversité Meilleure résolution stratigraphique

34 Exercice 2 : question 3

35 Exercice 2 : question 3 Une unité commence à l apparition de l espèce-indice (ou taxon-marqueur), qui sert à la nommer. Chaque unité est caractérisée par une association faunique unique.

36 Exercice 2 : question 4 Les contenus fauniques sont différents dans les 2 coupes Les taxons des groupes Bochianitidae, Phylloceratidae et Lytoceratidae ne sont pas présents sur l affleurement de Carajuan Ces taxons ne vivaient sans doute qu en milieu marin profond / distal

37 Exercice 2 : question 5 Même dans les groupes présents sur les 2 coupes, la répartition est différente Par exemple, O. nicklesi et R. cardulus ne sont pas présents dans la coupe de Carajuan N. neocomiensis est présent en continu à Angles mais pas à Carajuan

38 Exercice 2 : question 5 Essayons de repérer les apparitions des espèces-indices sur la coupe de Carajuan

39 Exercice 2 : question 5 Essayons de repérer les apparitions des espèces-indices sur la coupe de Carajuan Les épaisseurs relatives des différentes biozones ne coïncident pas

40 Exercice 2 : question 5 Les biozones Nicklesi, Furcillata sont absentes de la coupe Carajuan La disparition de N. peregrinus est immédiatement suivie de l apparition de C. subheterocostata Il existe donc une lacune sédimentaire importante: l enregistrement des dépôts sur la plateforme n est pas continu La surface durcie et perforée est une discontinuité

41 Exercice 2 : question 5 Le niveau ferrugineux est un dépôt de très faible épaisseur dans lequel on trouve T. callidiscus: on parle de niveau condensé A l inverse, le niveau Pronecostatum est relativement épais On peut conclure que le rythme de sédimentation sur la plateforme est très variable au cours du temps

42 Exercice 3 : question 1 La Terre possède un champ magnétique dont les propriétés sont presque les mêmes que celui créé par un aimant permanent (magnétite) Autour d un aimant: lignes de champ matérialisées par de la limaille de fer Lignes de champ magnétique terrestre

43 Exercice 3 : question 1 La position des pôles magnétiques de la Terre varie lentement au cours du temps Actuellement, le pôle Sud Magnétique (celui vers lequel pointe le Nord de la boussole) est situé dans l océan Arctique, au large du Canada Il «migre» vers le pôle Nord Géographique (qq km /an) CANADA En moyenne (sur ans) il est presque confondu avec le pôle Géographique (et il ne s en éloigne jamais de plus de ) GROENLAND

44 Exercice 3 : question 1 En moyenne (sur ans) il est presque confondu avec le pôle Géographique (et il ne s en éloigne jamais de plus de ) CANADA RUSSIE GROENLAND

45 Exercice 3 : question 1 Le champ magnétique terrestre est créé par un effet «dynamo», dû aux courants de convection du fer liquide (conducteur) dans le noyau externe. Cet effet dynamo est encore mal compris et modélisé. Les roches contenant des minéraux ferromagnétiques (hématite, magnétite) sont capables d acquérir et de conserver une aimantation parallèle au champ magnétique terrestre au moment de leur refroidissement (en dessous de ~500 C). Les roches sédimentaires acquièrent une aimantation quand les grains de magnétite s orientent // champ magnétique avant la consolidation. Au début du Xxème siècle, on a découvert dans des laves du Quaternaire (Massif Central) des roches ayant une aimantation opposée au champ magnétique terrestre actuel. Dans l histoire de la Terre, il arrive que le champ magnétique s inverse.

46 Exercice 3 : question 1 Si le pôle Sud Magnétique est au Nord Géographique (comme aujourd hui), on parle de période normale (on la note en noir). Si le pôle Nord Magnétique est au Nord Géographique, on parle de période inverse (on la note en blanc). Les inversions ne sont pas périodiques. On en compte en général quelques-unes (~5) par million d années (sauf pendant une longue période normale au Crétacé).

47 Exercice 3 : question 2 On peut affecter un âge à la limite de 2 étages biostratigraphiques si on trouve un affleurement sédimentaire qui présente des structures remarquables et «datables» (radiochronologiquement), comme une coulée de lave, un dike de roche ignée, une couche de cendre volcanique, etc. Par exemple, la date de la transition Pliensbachien / Toarcien est datée à 189,6 +/- 4 Ma grâce à un volcanisme sous-marin.

48 Exercice 3 : question 3 A l échelle de la coupe : On identifie les différentes couches, leur lithologie et leur contenu fossilifère On propose une chronologie relative des différents événements ayant affecté ces couches (exercice 1) On détermine l âge absolu de certains événements par radiochronologie A l échelle régionale : On corrèle les couches identifiées sur plusieurs coupes, en comparant leurs lithologies et leurs contenus fossilifères (exercice 2) On identifie les événements ayant pu conduire à des différences entre les coupes On propose une chronologie relative à l échelle régionale

49 Exercice 3 : question 3 A l échelle continentale puis globale : On corrèle les chronologies obtenues dans différentes régions, en comparant les contenus fossilifères et les données paléomagnétiques. On identifie la biozone de chaque fossile. On définit les transitions entre âges/époques/périodes/ères par l apparition (éventuellement simultanée) de nouvelles espèces. On obtient alors la chronologie relative globale, qui donne l échelle chronostratigraphique. On reporte les âges absolus attribués à des transitions données. On obtient alors l échelle géochronologique.

50 Exercice 3 : question 3 Un exemple théorique

51 Exercice 3 : question 3

52 Chronologie de la géochronologie 1650 : James Ussher Estimation à partir des généalogies bibliques 4004 av. J.-C.

53 Chronologie de la géochronologie 1755 : Benoît de Maillet Vitesse d ensablement des golfes de Méditerrannée depuis l Antiquité Les structures géologiques ont été formées par la baisse continue du niveau de la mer 2 milliards d années

54 Chronologie de la géochronologie 1770 : Buffon La Terre était à l origine une boule de matière en fusion ~1000 C Combien de temps faut-il pour refroidir un boulet de métal chauffé à blanc? On extrapole à la taille de la Terre ans

55 Chronologie de la géochronologie : James Hutton, Charles Lyell Les processus qui forment les roches sont très lents (vitesses de sédimentation ~0,1-1 mm/ an) plusieurs (dizaines?) de millions d années

56 Chronologie de la géochronologie 1850s : Lord Kelvin Quel est théoriquement le temps de refroidissement de la Terre, connaissant le gradient thermique actuel? (loi de la conduction thermique) millions d années

57 Chronologie de la géochronologie 1899: John Joly Combien de temps faut-il aux océans pour atteindre leur taux de salinité actuel, connaissant l apport des fleuves en sodium? 90 millions d années

58 Chronologie de la géochronologie 1905: Ernest Rutherford Découverte et description de la radioactivité Premières datations de roches (avec Boltwood) millions d années

59 Chronologie de la géochronologie : Arthur Holmes Premières datations radiochronologiques systématiques (Uranium/Plomb, Potassium/Argon) 1,6 à 3 milliards d années

60 Chronologie de la géochronologie 1956 : C.C. Patterson Datation d une météorite 4,55 +/- 0,07 milliards d années