Chapitre III : Datation relative
Objectifs du chapitre
-Expliquer les méthodes de datation relative des roches en donnant des exemples - Comprendre les discordances qui marquent le temps manquant
-Comprendre l’échelle des temps géologiques
1- Rôle de la stratigraphie dans la compréhension de l'histoire géologique
Le temps géologique couvre l'ensemble de l'histoire de la terre, depuis sa formation jusqu’à aujourd’hui. Les géologues analysent le temps géologique de deux manières différentes : en termes d'âge géologique relatif et en termes d'âge géologique absolu (ou numérique). La combinaison de ces deux types d'âges géologiques fait un enregistrement complet de l'histoire géologique de la terre en termes d'ordre des événements et en termes de combien d'années chaque événement s'est produit.
L'âge géologique relatif fait référence à l'ordre dans lequel les événements géologiques se sont produits. Il est basé sur l'ordre dans lequel les couches de sédiments se sont empilées, avec la couche la plus jeune sur le dessus. En utilisant les principes de l'âge géologique relatif, la séquence des événements géologiques peut être établie.
L'âge géologique absolu fait référence à combien de temps un événement géologique s'est produit ou une roche s'est formée, en termes numériques, comme il y a 65,5 millions d'années.
Les roches et les minéraux peuvent avoir leur âge absolu directement mesuré en analysant les rapports de certains isotopes qu'ils contiennent. La méthode est basée sur un simple comptage de la quantité d'isotopes dans la roche
Les unités couramment utilisées pour l'âge géologique sont le méga-an (Ma) pour des millions d'années, le giga-an (Ga) pour des milliards d'années et le kiloan (ka) ka pour des milliers d'années. Parce que ces unités sont utilisées selon les règles du système métrique, le M en Ma et le G en Ga doivent être en majuscule, et le k en ka ne doit pas être en majuscule.
La plupart des informations les plus détaillées et les plus précises que les géologues ont établies sur l'histoire de la Terre proviennent d'une branche de la géologie connue sous le nom de stratigraphie.
La stratigraphie est l'étude des couches rocheuses et la reconstruction de la séquence originale dans laquelle elles se sont déposées. La stratigraphie étudie les roches stratifiées, et établit leur séquence d'âge sur la base des principes de l'âge géologique relatif, et reconstruit, à partir des preuves dans les roches et à partir de leurs relations sur le terrain telles qu'elles sont représentées sur les cartes et les coupes transversales.
2. La datation relative
Dater les roches de manière relative, c’est établir l’ordre chronologique de leur formation. Il s’agit de déterminer si telle roche est plus jeune, du même âge ou plus ancienne qu’une autre en se basant sur un certain nombre de principes. Ces principes ont été établis par Nicolas Steno au 17ème siècle. Ils sont résumés comme les principes de détermination de l'âge géologique relatif, parfois appelés « principes de datation relative ».
2.1. Principes fondés sur la stratigraphie 2.1.1. Principe de superposition originelle
Quelle couche est au-dessus de l’autre ? La couche la plus jeune se trouve au sommet de la couche la plus ancienne. Cela permet à l'histoire géologique d'être racontée de manière séquentielle sous la forme d'une série de changements, certains sont graduels, d'autres brusques. Par exemple, d'épaisses couches de cendres volcaniques au sommet de sédiments lacustres signifieraient que le lac a été enseveli sous les cendres volcaniques et a cessé d'exister.
On dit que les cendres volcaniques sont plus jeunes et que les sédiments lacustres sont plus anciens.
2.1.2. Principe de l’horizontalité
Les couches sédimentaires sont principalement formées horizontalement. C’est l’arrangement structurel des couches et comment les strates sont affectées par les plis, les failles ou les intrusions ignées. Cela donne des informations sur des processus tels les collisions des plaques, l'activité volcanique. Par exemple, si nous voyons des strates plissées (pli), nous devons expliquer le mécanisme d'une telle déformation car nous savons que normalement les strates sont horizontales.
La couche la plus jeune
La couche la plus ancienne
Marbre Canyon, Arizona 2.1.2. Principe de continuité latérale
Les couches de sédiments s’accumulent à l’origine, sur des grandes étendues et elles sont continues latéralement.
Une couche donnée se caractérise par son faciès. Le faciès est l’ensemble des caractéristiques géologiques, physiques, chimiques et biologiques d’une roche ou d’un affeurement. Le faciés peut se référer à la nature d’une roche (lithosfaciès) ou à son contenu en fossiles (biofaciès).
Le terme désigne aussi le dépôt marin, continental, récifal … 2.1.3. Principe de la succession des fossiles
Une couche donnée peut être reconnue et identifiée sur la base de ses fossiles. Et, dans une séquence de strates non perturbées une couche occupe toujours la même position. Dès lors, il devient possible de proposer des corrélations à distance à partir de n’importe quelle couche et son contenu fossilifère et de prédire quelle sera la succession des couches sous-jacentes.
Le principe de la succession des fossiles fait appel à la notion de fossile stratigraphique. Il se caractérise par :
- un potentiel élevé de conservation dans les roches ; - une grande répartition géographique et
- l’appartenance à une famille, un genre ou à une espèce ayant évolué rapidement.
Un fossile stratigraphique est un outil de datation relative, car il se trouve en plusieurs endroit du globe correspond à court laps de temps de l’histoire géologique. Il devient un repère précis dans une séquence sédimentaire, sachant que l’évolution des êtres vivants est globalement progressive et irréversible. Un fossile stratigraphique ou assemblage de tel fossiles est utile pour corréler des strates rocheuses éloignées les unes des autres Cette corrélation a permis aux géologues d’établir une échelle relative des temps géologiques, en regroupant des strates en ensembles homogènes et génétiquement liés et est le départ de ce qu’on appelle « la biostratigraphie ».
2.2. Principe des recoupements et d’inclusions
Ce principe permet de reconstituer la chronologie des événements géologiques en examinant les interactions entre les roches et les relations géométriques entre les strates.
2.2.1. Principe de recoupement
Tout corps qui recoupe un autre corps est le plus récent dans le temps. Par exemple, un granite est plus jeune que les roches encaissantes qu’il intrude.
2.2.2. Principe d’inclusion
Les types de roches et de minéraux, la structure sédimentaire et les fossiles révèlent de ce qui se passait au moment où la couche de sédiments se déposait en termes d'activité géologique, d'eau, de climat et d'êtres vivants. Les fragments de roches inclus dans une autre couche sont plus anciens que leur encaissant. Par exemple, un granite peut contenir des fragments (inclusions sous forme d’enclaves) arrachés aux roches encaissantes. Autre exemple, un galet dans le conglomérat est plus ancien que le conglomérat.
2.3. Discordances
Les discordances sont des anomalies stratigraphiques qui mettent en contact une séquence sédimentaire non déformée sur une séquence plissée en partie érodée. Les discordances marquent des événements géologiques d’une grande ampleur liées aux transgressions et régressions marines au cours de l’histoire géologique de la terre. On distingue 4 types de discordance.
2.3.1. Discordance angulaire
La discordance existe entre 2 séries de couches sédimentaires où la série de couches la plus ancienne est plissées ou basculées antérieurement par des mouvements tectoniques. Cette série est parfois érodée avant que les sédiments plus jeunes ne déposent dessus.
2.3.2. Discordance par non-conformité
C’est une discordance entre une séquence sédimentaire stratifiée est un ensemble non stratifié comme un massif plutonique ou métamorphique
2.3.3. Discordance de ravinement
Cette discordance est marquee par une érosion d’une séquence sédimentaire sous-jacente recouverte par des lits de couches sédimentaires postérieures.
2.3.4. Discordance de lacune
C’est une discordance où la sequence sédimentaire paraît comme concordante, mais en réalité une interruption de la sedimentation s’est effectuée pendant un intervalle de temps géologiques.
La discordance est soulignée par surface d’érosion en ligne sinueuse.
2.4. Corrélation stratigraphique
C’est le processus qui consiste à établir quelles strates sédimentaires ont le même âge dans des zones géographiques éloignées au moyen de leur relation stratigraphique. Les géologues construisent des histoires géologiques de zones en cartographiant et en créant des colonnes stratigraphiques
La corrélation stratigraphique est la démonstration de l'équivalence des unités stratigraphiques, elle permet d’établir l'équivalence en termes de lithologie, de paléontologie et de chronologie selon 3 types de corrélations
a. La lithocorrélation : Elle relie des unités de lithologie similaire et de position stratigraphique similaire. Le traçage latéral continu des unités lithostratigraphiques est la seule méthode de corrélation qui établit l'équivalence des strates. Elle est surtout applicable lorsque les strates sont exposées de façon continue ou presque continue.
b. La biocorrélation : Elle exprime la similitude du contenu fossile et de la position biostratigraphique. Elle est basée sur l’assemblage du biozone qui représente le regroupement distinctif de trois taxons ou plus, sans tenir compte des limites de leur aire de répartition. Et, elle est définie par l'abondance du biozone qui représente les maximas quantitatifs distinctifs d'une ou de plusieurs espèces, d'un ou de plusieurs genres ou d'un autre taxon autre qu'une gamme de taxons.
c. La chronocorrélation : Elle exprime la correspondance de l'âge et de la position chronostratigraphique des unités stratigraphiques.
2.5. Echelle des temps géologiques
Cette échelle permet de classer chronologiquement les événements qui se sont déroulés durant l’histoire de la Terre. En effet, depuis 2 siècles durant les géologues du monde entier ont comparé et confronté les principales séries sédimentaires pour établir l’échelle stratigraphique internationale. Ils ont constaté la présence de séquences sédimentaires typiques par leur contenu fossilifère appelées stratotypes. L’ordre dans lequel se succède les biozones étant le même en tout point du globe. Cette échelle repose sur des événements marquants de l’histoire de la vie sur Terre. Le stratotype est une unité chronostratigraphique.
Une série de couche ou formation sédimentaire est définie géographiquement par un nom de lieu et présentant des caractères lithologiques et paléontologiques déterminés pour servir de repère international.
La hiérarchie des unités géochronologiques est divisée en éons, ères et périodes.
Travail demandé
Connaître la définition exacte du vocabulaire suivant :
Antérieur, biozone, corrélation, discordance, échelle stratigraphique, éon, époque, ère, faciès, fossile, fossile stratigraphique, lacune, paléontologie, période, postérieur, ravinement, séquence, série, stratigraphie, stratotype, surface d’érosion,
Recherches personnelles
1) Faire une recherche sur l’évolution des espèces et leur diversité.
2) Qu’est-ce que l’extinction des espèces. Rechercher les 5 extinctions massives de l’histoire de la Terre.
3) Quels sont les fossiles les plus anciens de la Terre.
TD 3
1) Quelles sont les relations géométriques (ou principes) qui sont mises en œuvres dans les schémas ci-dessous A et B pour donner un ordre chronologique.
2) De quelle type de discordance s’agit-il ? (A)
(B)
(B) (A)
3) Etablissez l’histoire des événements géologiques que montre ce schéma en utilisant les principes de la datation relative.
La roche plissée est une roche métamorphique nommée gneiss, A et F sont des failles, B est une magmatique plutonique appelée granite, D est un dyke basaltique et C et E sont des strates sédimentaires.
3. QCM
1. La datation relative permet
a. de donner l’âge d’un fossile en millions d’années
b. de positionner dans le temps un phénomène géologique par rapport à un autre c. de donner, en millions d’années, la durée d’un phénomène géologique
d. d’identifier les fossiles d’une strate de sédiments.
2. Le principe de superposition stipule que
a. une couche est en général plus jeune que celle qui est située en-dessous b. un événement géologique est plus récent que celui qu’il recoupe
c. des sédiments qui contiennent les mêmes fossiles ont le même âge
d. des éléments inclus dans une structure sont plus anciens que cette structure.
3. Un fossile stratigraphique se caractérise par
a. une période de vie très longue et une faible répartition géographique b. une période de vie très courte et une faible répartition géographique c. une période de vie très courte et une très grande répartition géographique d. une période de vie très longue et une très grande répartition géographique
4. La photographie ci-dessous représente un galet de roche magmatique traversé par un filon. On peut donc dire que
a. selon le principe de superposition, le filon est plus ancien que la formation du galet b. selon le principe de recoupement, le filon est plus jeune que la roche magmatique c. selon le principe de recoupement, le filon est plus ancien que la roche magmatique d. le filon et le magma ont très probablement le même âge.
5. D’après le schéma ci-contre
a. la strate 4 a le même âge que la couche 8 b. la strate 2 est plus ancienne que la couche 7 c. la strate 4 est peut-être synchrone de la couche 8 d. la strate 7 est peut-être synchrone de la couche 9.
6. D’après le schéma ci-contre, l’épisode de plissement est a. antérieur à la faille et à la strate 6
b. postérieur à la faille et à la strate 6
c. postérieur à la faille mais antérieur à la strate 6 d. antérieur à la faille mais postérieur à la strate 6.
