Thème 3 : A la recherche du passé géologique de notre planète
Schémas de 1ère à intégrer :
Par quels moyens peut-on reconstituer l’enchainement des phénomènes géologiques ?
Chapitre 1 : Le temps et les roches
2 possibilités de datation :
-
Datation relative : c’est ordonner, classer des processus géologiques les uns par rapport aux autres
-
Datation absolue : c’est donner un âge chiffré, précis aux roches ou évènements passés
I - La chronologie relative
Point vocabulaire
Datation relative = chronologie relative : ensemble des méthodes de datation permettant d’ordonner chronologiquement des événements les uns par rapport aux autres
Activité 1: La chronologie relative
Bilan
L’étude de la relation géométrique des objets géologiques et de leur éventuelle déformation permet de reconstituer, de façon relative, la chronologie d’évènements géologiques passés. Cette reconstitution s’appuie sur des principes de datation relative (principe de superposition, de recoupement et d’inclusion). Ces principes s’appliquent à différentes échelles : de la lame mince à la carte géologique en passant par les affleurements.
Exemple de recoupement à l'échelle de la carte géologique : le granite de Flamanville
Point vocabulaire
Roche plutonique : roche magmatique entièrement cristallisée issue du refroidissement lent, en profondeur, d’un magma
Roche sédimentaire : roche formée à la surface de la Terre, résultant du transport, de l’accumulation puis de la compaction de sédiments
Métamorphisme : transformation d’une roche à l’état solide du fait de modifications des conditions de pression et/ ou de température après sa formation
Formation sédimentaire : ensemble de strates déposées dans le même environnement
Qu’est ce qu’un « bon » fossile stratigraphique pour dater les couches de roches ?
Est-ce que tous les fossiles sont intéressants pour dater une roche ou une couche (strate) de roches ?
Activité 2 : Les fossiles, outils de chronologie relative
Bilan
Un « bon » fossile stratigraphique est caractérisé par une évolution rapide, une faible extension verticale dans les strates et donc une courte durée à l’échelle des temps géologiques et une grande extension géographique (ex : trilobites, ammonites, microfossiles). L’identification des associations de fossiles stratigraphiques permet d’effectuer des corrélations d’âge à distance.
Point vocabulaire
Fossile stratigraphique : espèce prolifique, ayant eu une grande extension géographique et une existence courte à l’échelle des temps géologiques
Comment donner un âge précis à un objet ou à une couche de roches ?
II - La chronologie absolue
Activité 3 : Datation du granite de Meymac
Bilan
L’âge absolue d’une roche correspond à la « fermeture du système », soit le moment ou l’objet daté n’échange ni élément radioactif ni élément radiogénique avec l’environnement. Cela correspond à la cristallisation totale d’un magma ou la mort d’un organisme.
(Remarque : des températures de fermeture différentes pour différents minéraux expliquent que des mesures effectuées sur un même objet tel qu’une roche, avec différents chronomètres, puissent fournir des valeurs différentes.)
On dispose de radiochronomètres : isotopes radioactifs pères et radiogéniques fils. Chaque radiochronomètre est caractérisé par sa période, ce qui ne le rend utilisable que pur certaines limites d’âges (ex : T de 14C/13C = 5 à 10000ans ; T de 87Rb/87Sr = 5Ga). Il dépend aussi de l’élément à dater qui doit obligatoirement contenir l’élément père.
Etant donné que la désintégration radioactive est un phénomène continu et irréversible, le choix d’éléments radioactifs (87Rb, 40K, 237U, 14C…) dépend de l’âge supposé de l’objet à dater.
La mesure des isotopes de l’élément père radioactif et de l’élément fils radiogénique, grâce à un spectromètre de masse, permet de déterminer l’âge des minéraux et des roches.
Les datations peuvent être effectuées sur des minéraux isolés (méthode U-Pb) sur des zircons ou alors sur plusieurs minéraux d’une roche magmatique ou métamorphique (méthode Rb-Sr) afin de construire une droite isochrone dont le coefficient directeur renseigne l’âge de la roche.
Point vocabulaire
Chronomètre radioactif (ou radiochronomètre) : couple d’atomes permettant d’obtenir des estimations quantitatives de l’âge d’événements géologiques en se basant sur la loi de désintégration radioactive
Datation absolue = chronologie absolue : ensemble des méthodes, reposant principalement sur la désintégration radioactive, permettant d’estimer quantitativement l’âge d’un objet ou évènement géologique
Demi-vie d’un isotope : temps nécessaire à la désintégration de la moitié des éléments pères radioactifs
Désintégration radioactive : un élément radioactif contenant un atome instable se désintègre spontanément en libérant une particule riche en énergie et donne naissance à un isotope stable
Droite isochrone : droite formée par l’alignement d’échantillons ayant une même composition isotopique et le même âge La pente de cette droite permet de calculer l’âge de la roche
Fermeture du système : moment à partir duquel l’échantillon est isolé du milieu extérieur
Isotope fils radiogénique : isotope stable
Isotope père radioactif : isotope instable
Activité 4 : Construction de l’échelle des temps géologiques ou échelle stratigraphique
Bilan
Les critères paléontologiques (apparition et disparition de groupes et d’espèces fossiles) permettent de placer des coupures d’ordres différents dans les temps géologiques (ères, périodes, étages). Les deux types de chronologie (relative et absolue) ont permis d’établir, de manière arbitraire mais assez précise, des limites de temps géologiques pour construire l’échelle stratigraphique.
=> Histoire de la Terre et histoire de la Vie sont indissociables!
Echelle avec noms et dates à connaître!
Point vocabulaire
Echelle chronostratigraphique : division des temps géologiques fondée sur les coupures entre les strates et leur regroupement en ensembles de plus en plus vastes
Ere : intervalle de temps de plusieurs dizaines de millions d’années, se terminant par une extinction massive. L’ère se décompose n périodes géologiques.
Etage : intervalle de temps de quelques centaines de milliers d’années à quelques millions d’années. Une période géologique se décompose en étages.
Fin du programme des écrits
Comment reconstituer le passé mouvementé de notre planète à partir de l’étude des roches continentales ?
Chapitre 2 : Les traces du passé mouvementé de la Terre
I - Traces d’anciennes chaînes de montagnes
Activité 5 : Les traces d’anciennes chaînes de montagnes
Bilan
Les continents sont des associations de domaines dont les âges peuvent être très différents. Les ceintures orogéniques sont les traces d’anciennes chaînes de montagnes. D’âges variés, elles témoignent de cycles orogéniques qui se sont succédés dans le temps.
Point vocabulaire
Ceinture orogénique : chaîne de montagne
II - Etude des traces d’anciens océans
Rappels de 1ère
Structure de la lithosphère océanique
Formation de la lithosphère océanique
Evolution de la lithosphère océanique
Activité 6 : A la recherche d’un océan disparu
Bilan
Les ophiolites sont des complexes de roches semblables à celles constituant la lithosphère océanique actuelle.
La présence des ophiolites dans une chaîne de collision est la preuve de l’existence d’un ancien domaine océanique.
Point vocabulaire
Accrétion océanique : création de lithosphère océanique au niveau des dorsales océaniques
Ophiolite : roches provenant d’une lithosphère océanique et portée sur un continent lors d’un phénomène de collision de deux plaques lithosphériques
Activité 7 : De l’océan à l’ophiolite
Bilan
Les ophiolites forment des sutures ophiolitiques dans les chaînes de montagnes. Elles résultent de la fermeture de domaines océaniques ayant précédé la collision de blocs continentaux dans un contexte de convergence de plaques lithosphériques.
La subduction suivie d’une exhumation, ainsi que l’obduction, sont deux mécanismes expliquant la mise en place des ophiolites au sein d’une chaîne de montagnes.
Point vocabulaire
Obduction : chevauchement d’une lithosphère continentale par une lithosphère océanique ayant échappé à la subduction
Subduction : plongée d’une plaque de lithosphère océanique sous une autre plaque lithosphérique
III - A la recherche des traces d’ouverture océanique
Activité 8 : La naissance d’un océan
Le rift continental des Afars est en extension. La dépression centrale bordée d’une topographie en « marches d’escaliers » résulte du jeu d’un système de failles normales associé une activité sismique. L’Est africain correspond aux premiers stades de la fragmentation continentale.
Les marges passives bordant les océans portent des marques de cette déchirure continentale :
-Présence de failles normales découpant la croûte continentale en blocs basculés et conduisant à son amincissement
-Présence de sédiments déposés au cours du rifting continental et ayant enregistré une évolution de l’environnement de dépôt (passage d’un milieu continental à un milieu marin de plus en plus profond)
-Disposition géométrique des sédiments par rapport aux failles structurant la marge : on distingue les sédiments anté-rift (recoupés par les failles et solidaires du socle), les sédiments syn-rift (disposés en éventail) et les sédiments post-rift (discordants sur les précédents et scellant les failles)
Présence de marges conjuguées situées de part et d’autre de l’océan et provenant de la déchirure d’un même continent
Point vocabulaire
Bloc basculé : bloc de croûte continentale situé entre deux failles normales très étendues et concaves en profondeur (failles listriques)
Faille inverse : faille liée à un mouvement de compression
Faille normale : faille liée à un mouvement d’extension
Marge passive : zone de transition entre la croûte continentale et la croûte océanique quand il n’y a ni subduction ni activité sismique
Rift continental : zone de dépression (fossé) située au cœur d’un continent, fracturée par un ensemble de failles normales et délimitée par deux zones en relief
Point vocabulaire
Cycle orogénique : succession des événements correspondant à la formation puis à la destruction d’une chaîne de montagnes
Quelle était la géographie de la Terre au cours du temps ?
IV - Le visage changeant de la Terre
Activité 9 : La valse des continents
Cette paléogéographie montre l’alternance de périodes de réunion, puis de fragmentation des continents.
Lors des phases de réunion, les masses continentales se rapprochent les unes des autres au cours de la fermeture des domaines océaniques, puis entrent en collision orogénique, formant de nouvelles chaînes de montagnes. Lors des phases de fragmentation des masses continentales, la tectonique en extension forme des rifts conduisant à la mise en place de nouvelles dorsales océaniques au niveau desquelles se produit l’accrétion (≈formation) de lithosphère océanique. Ces phénomènes résultent de la dynamique de la lithosphère par convergence (phases de réunion) ou divergence (phases de fragmentation).
Point vocabulaire
Paléogéographie : science qui s’attache à reconstituer les différentes géographies qui se sont succédé au cours de l’histoire de la Terre