La radiochronologie est une méthode qui permet de donner un âge absolu donc numérique à certains événements géologiques.
I. Principe de la radiochronologie
La plupart des roches contiennent, généralement à l’état de traces, des isotopes radioactifs : ces éléments atomiques instables (éléments pères) se désintègrent progressivement, laissant la place à des éléments fils.
La désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible. Chaque élément radioactif est caractérisé par sa demi-vie (t1/2), c’est-à-dire la durée nécessaire pour que la moitié de la quantité initiale du radioélément se désintègre.
Le rapport entre la quantité de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique (issu de la radioactivité) ne dépend donc que du temps qui s’est écoulé depuis la formation de l’objet étudié : ceci permet de déterminer l’âge des minéraux constitutifs d’une roche. Ce rapport constitue ainsi un véritable « chronomètre ».
Doc Évolution des quantités d’éléments père et fils
II. Matériel nécessaire et résultats
Différents « chronomètres » sont utilisés en géologie. Leur choix dépend de la nature des roches et de l’événement à dater, ainsi que de leur âge supposé (qui a pu être évalué par chronologie relative).
On date en réalité la fermeture d’un système, c’est-à-dire le moment où cesse tout échange entre le système et son environnement. Par exemple, la cristallisation d’un minéral correspond à la fermeture d’un système (cristallin).
Le métamorphisme ou la cristallisation des roches magmatiques peuvent ainsi être datés, mais pas la sédimentation : en effet, ce phénomène correspond rarement à une fermeture d’un système et les roches sédimentaires présentent généralement peu d’éléments pouvant servir de chronomètre.
Des mesures effectuées sur différents chronomètres (différents minéraux) d’une même roche peuvent donner des valeurs différentes, car chaque minéral a sa propre température de cristallisation (donc de fermeture).
Méthode
Choisir une méthode de chronologie absolue
En 2012, une équipe franco-turque a découvert en Turquie les restes d’un rhinocéros prisonnier dans une roche volcanique.
D’après les documents, expliquer comment dater ce fossile, en identifiant le chronomètre à utiliser.
Doc 1 Un fossile de rhinocéros
Ceratotherium neumayri est une espèce de rhinocéros qui était fréquente dans le bassin méditerranéen à la fin du Miocène (– 5 Ma). La roche volcanique qui a emprisonné l’animal est une ignimbrite (nuée ardente), composée principalement de quartz, de feldspaths potassiques et sodiques, et de biotite (riche en K).
Doc 2 Exemples de chronomètres
On considère qu’un chronomètre ne peut être utilisé pour dater un événement ayant plus de 10 fois sa demi-vie.
Conseils
Étape 1 Identifier les matériaux datables et les chronomètres utilisables.
Étape 2 Comparer les chronomètres avec l’événement à dater. Conclure.
Solution
Étape 1 On peut dater soit la mort du rhinocéros (s’il reste de la matière organique) grâce au 14C, soit la cristallisation des minéraux potassiques (feldspaths ou biotite) de la nuée ardente qui l’a tué grâce au 40K/40Ar.
Étape 2 Le document 2 précise que l’on ne peut utiliser un chronomètre pour dater un objet âgé de plus de 10 fois sa demi-vie. La méthode au 14C ne peut donc être utilisée pour des objets de plus de 55 700 ans. Or, le fossile découvert est celui d’une espèce vivant à la fin du Miocène, donc âgée d’au moins 5 Ma (soit beaucoup plus que 55 700 ans).