Temps et roches : chronologie relative et radiochronologie

1. a)Introduction : la chronologie relative ordonne les événements sans âge chiffré. Principes : superposition (série non renversée), continuité, recoupement (faille, filon, pluton, surface d’érosion postérieurs à ce qu’ils coupent), inclusion (galets, enclaves plus anciens que leur roche) ; auréole de contact ; discordance angulaire = déformation, érosion, lacune ; mêmes relations en lame mince. Corréler : un fossile stratigraphique (évolution rapide, large extension, abondant) ; une association → intervalle commun des biozones ; identité paléontologique → même âge malgré des roches différentes ; coupures par apparition ou disparition de groupes, hiérarchisées en étages, périodes, ères. Schéma : couches horizontales, faille scellée par une couche, filon, discordance. Conclusion : une échelle relative, que la radiochronologie chiffre. (3)
2. b)Principe : un isotope père se désintègre en un fils stable de façon continue et irréversible, avec une demi-vie propre à l’élément, indépendante de la température et de la pression ; la quantité de père restant et de fils accumulé mesure le temps écoulé. Ce qui est daté : la fermeture du système (minéral ou roche), quand il cesse tout échange de père et de fils, lors du refroidissement du magma ; l’âge suppose un système resté clos. Choix du chronomètre selon l’âge supposé et la présence du père (K-Ar pour les laves, Rb-Sr par isochrone pour les granites, U-Pb pour les zircons). Deux âges : chaque minéral se ferme en dessous d’une température propre (zircon vers 900 °C, biotite vers 300 °C) ; dans un granite qui refroidit lentement, la biotite se ferme plus tard et donne un âge plus jeune. Les deux âges sont justes : ils datent deux étapes du refroidissement. (3)

Piège — Écrire que la radiochronologie date « la formation de la roche » : elle date la fermeture du système étudié.

1. a)Biozones courtes : 0,8 Ma (K1), 1,1 Ma (K2), 0,9 Ma (K3), 1,2 Ma (K4), donc une évolution rapide et une datation fine. Il faut aussi une large extension géographique (on les retrouve dans des régions éloignées), une abondance et une identification facile. (1,5)
2. b)Marne I (K1 seule) : entre 171,0 et 170,2 Ma. Calcaire I (K2 et K3) : intervalle commun, entre 169,8 et 169,5 Ma. Calcaire II (K1 et K2) : entre 170,6 et 170,2 Ma. Une association date plus finement qu’une espèce seule. (1,5)
3. c)Identité paléontologique : le calcaire II (K1 et K2, 170,6 à 170,2 Ma) date de la fin de la biozone de K1, que la marne I peut contenir ; la marne II (K4) a l’âge de l’argile I ; le grès II, dessous, a plus de 170,6 Ma. Aucune couche à K3 dans la coupe II : entre le calcaire II (au plus récent 170,2 Ma) et la marne à K4 (au plus ancien 169,2 Ma), il manque au moins 1,0 Ma ($170,2-169,2$) : lacune (arrêt de dépôt ou érosion). (1,5)
4. d)K4, la plus récente, est en bas et K2, la plus ancienne, en haut : l’ordre des biozones est inversé. La superposition ne s’applique pas : la série est sans doute renversée (flanc inverse d’un pli couché). Il faut vérifier la polarité (figures sédimentaires, fossiles en position de vie) avant d’appliquer la superposition. (1,5)

Méthode — Association de fossiles → intervalle commun : apparition la plus récente, disparition la plus ancienne.

1. a)Dépôt de R (le plus bas, recoupé par G) → intrusion de G (recoupement, confirmé par l’auréole) → érosion Σ (tronque R et G : recoupement ; elle met G à l’affleurement) → coulée V1 (épanchée sur Σ : superposition ; elle ne cuit pas M : coulée et non sill) → dépôt de M (superposition) → coulée V2 (ne cuit que le sommet de M : coulée) → filon φ (traverse tout : recoupement). Σ sépare les roches recoupées par G de la série horizontale : c’est une lacune. (2)
2. b)Pentes successives : $\frac{0,0072}{1,60}=0,0045$ ; $\frac{0,0126}{2,80}=0,0045$ ; $\frac{0,0198}{4,40}=0,0045$ : points alignés, échantillons cogénétiques restés clos. Pente 0,0045 → 316 Ma (document 2). $y_0=0,7096-0,0045\times 0,80=0,7096-0,0036=$ 0,7060, rapport du magma à la cristallisation. (2)
3. c)V1 : 0,0115 → 188 Ma ; V2 : 0,0105 → 172 Ma. R : recoupé par G, il est plus ancien que 316 Ma ; ses trilobites le placent au Paléozoïque, après 538,8 Ma : dépôt entre 538,8 et 316 Ma. M : sur V1, sous V2 : entre 188 et 172 Ma ; ses ammonites (Mésozoïque, 251,9 à 66,0 Ma) sont compatibles. On ne date pas directement ces roches sédimentaires (grains hérités) : leurs âges viennent des roches magmatiques qui les bordent. (2)
4. d)E donne 164 Ma, plus jeune que V1 (188 Ma) : la chaleur du filon a réchauffé l’échantillon, de l’argon s’est échappé et l’horloge a été en partie remise à zéro (système rouvert). On retient 188 Ma, mesuré sur un échantillon frais. E ne date pas non plus φ avec certitude ; φ, qui traverse V2, a moins de 172 Ma. (2)

Méthode — La chronologie relative dit quel âge borne quelle couche ; un âge rajeuni près d’une intrusion signale un système rouvert.