Sciences de la Terre

objectifs de la leçon

• définir la différence entre l’âge absolu et l’âge relatif.
• Décrivez quatre méthodes de datation absolue.
• expliquer ce qu’est la radioactivité et donner des exemples de désintégration radioactive.
• expliquez comment la désintégration des matières radioactives aide à établir l’âge d’un objet.
• estimer l’âge d’un objet, compte tenu de la demi-vie et des quantités de matières radioactives et filles.,
• donnez quatre exemples de matières radioactives utilisées pour dater des objets, et expliquez comment chacune est utilisée.

cernes

dans les régions situées en dehors des tropiques, les arbres poussent plus rapidement pendant les mois chauds de l’été que pendant l’hiver plus frais. Ce schéma de croissance se traduit par une alternance de bandes de « bois précoce” de couleur claire et de faible densité et de « bois tardif”foncé et de haute densité. Chaque bande sombre représente un hiver; en comptant les anneaux, il est possible de trouver de l’âge de l’arbre (Figure 11.22)., La largeur d’une série d’anneaux de croissance peut donner des indices sur les climats passés et diverses perturbations telles que les incendies de forêt. Les sécheresses et autres variations du climat rendent l’arbre plus lent ou plus rapide que la normale, ce qui se manifeste dans les largeurs des cernes. Ces variations de cernes d’arbres apparaîtront dans tous les arbres poussant dans une certaine région, afin que les scientifiques puissent faire correspondre les cernes de croissance des arbres vivants et morts. En utilisant des bûches récupérées dans de vieux bâtiments et des ruines antiques, les scientifiques ont pu comparer les cernes d’arbres pour créer un enregistrement continu des cernes d’arbres au cours des 2 000 dernières années., Cet enregistrement d’anneau d’arbre s’est avéré extrêmement utile pour créer un enregistrement du changement climatique et pour trouver l’âge des structures anciennes.

les Carottes de Glace et Varves

Plusieurs autres processus se traduisent par l’accumulation de différentes annuel de couches qui peuvent être utilisées pour la datation., Par exemple, des couches se forment dans les glaciers parce qu’il y a généralement moins de chutes de neige en été, ce qui permet à une couche sombre de poussière de s’accumuler sur la neige d’hiver (Figure 11.23). Pour étudier ces modèles, les scientifiques forent profondément dans les calottes glaciaires, produisant des carottes de plusieurs centaines de mètres de long. Les scientifiques analysent ces carottes de glace pour déterminer comment le climat a changé au fil du temps, ainsi que pour mesurer les concentrations de gaz atmosphériques. Les noyaux les plus longs ont contribué à former un record de climat polaire s’étendant sur des centaines de milliers d’années.,

un Autre exemple de annuelle de couches est le dépôt de sédiments dans les lacs, en particulier les lacs qui se trouvent à l’extrémité des glaciers. La fonte rapide du glacier en été entraîne un dépôt de sédiments épais et sableux. Ces couches épaisses alternent avec de fines couches riches en argile déposées pendant l’hiver. Les couches résultantes, appelées varves, donnent aux scientifiques des indices sur les conditions climatiques passées., Par exemple, un été particulièrement chaud pourrait entraîner le dépôt d’une couche très épaisse de sédiments provenant de la fonte du glacier. Des varves plus minces peuvent indiquer des étés plus froids, car le glacier ne Fond pas autant et transporte autant de sédiments dans le lac.

Âge de la Terre

bien que les cernes et autres couches annuelles soient utiles pour dater des événements relativement récents, ils ne sont pas très utiles à la grande échelle du temps géologique., Au cours des 18ème et 19ème siècles, les géologues ont essayé d’estimer l’âge de la Terre avec des techniques indirectes. Par exemple, les géologues ont mesuré à quelle vitesse les cours d’eau ont déposé des sédiments, afin d’essayer de calculer depuis combien de temps le cours d’eau existait. Sans surprise, ces méthodes ont donné lieu à des estimations extrêmement différentes, de quelques millions d’années à des « quadrillions d’années”. Probablement la plus fiable de ces estimations a été produite par le géologue britannique Charles Lyell, qui a estimé que 240 millions d’années se sont écoulées depuis l’apparition des premiers animaux avec des coquilles., Aujourd’hui, les scientifiques savent que son estimation était trop jeune; nous savons que cela s’est produit à environ 530 millions d’années.

en 1892, William Thomson (plus tard connu sous le nom de Lord Kelvin) a calculé l’âge de la Terre de manière systématique (Figure 11.24). Il a supposé que la Terre a commencé comme une boule de roche en fusion, qui s’est progressivement refroidie au fil du temps. À partir de ces hypothèses, il a calculé que la Terre avait 100 millions d’années. Cette estimation a été un coup dur pour les géologues et les partisans de la théorie de L’évolution de Charles Darwin, qui nécessitait une terre plus ancienne pour fournir du temps à l’évolution.,

Les calculs de Thomson, cependant, se sont rapidement avérés erronés lorsque la radioactivité a été découverte en 1896. La radioactivité est la tendance de certains atomes à se désintégrer en atomes plus légers, émettant de l’énergie dans le processus. Les matières radioactives à l’intérieur de la terre fournissent une source constante de chaleur. Les calculs de l’âge de la Terre à l’aide de la désintégration radioactive ont montré que la Terre est en fait beaucoup plus ancienne que Thomson calculé.

désintégration Radioactive

la découverte de matières radioactives a fait plus que réfuter L’estimation de Thomson de l’âge de la Terre., Il a fourni un moyen de trouver l’âge absolu d’un rocher. Pour comprendre comment cela se fait, il est nécessaire de passer en revue certains faits sur les atomes.

Les Atomes contiennent trois particules: les protons, les neutrons et les électrons. Les Protons et les neutrons sont situés dans le noyau, tandis que les électrons orbitent autour du noyau. Le nombre de protons détermine l’élément que vous examinez. Par exemple, tous les atomes de carbone ont six protons, tous les atomes d’oxygène ont huit protons, et tous les atomes d’or ont 79 protons. Le nombre de neutrons, cependant, est variable., Un atome d’un élément avec un nombre différent de neutrons est un isotope de l’élément. Par exemple, l’isotope carbone-12 contient 6 neutrons dans son noyau, tandis que l’isotope carbone-13 a 7 neutrons.

Certains isotopes sont radioactifs, ce qui signifie qu’ils sont instables et susceptibles à la carie. Cela signifie que l’atome passera spontanément d’une forme instable à une forme stable. Il existe deux formes de désintégration nucléaire qui sont pertinentes dans la façon dont les géologues peuvent dater les roches (Tableau (11.,1):

Particule	Composition	Effet sur le Noyau de
Alpha	2 protons, 2 neutrons	Le noyau contient de moins en moins de deux protons et de deux moins de neutrons.
Beta	1 electron	Un neutron se désintègre en un proton et un électron, qui est émise.

Si un élément se désintègre en perdant une particule alpha, il perdra 2 protons et 2 neutrons., Si un atome se désintègre en perdant une particule bêta, il ne perd qu’un électron.

Donc ce que cela a à voir avec l’âge de la Terre? La désintégration Radioactive entraîne finalement la formation de produits filles stables. Les matières radioactives se désintègrent à des taux connus. Au fil du temps, la proportion d’isotopes radioactifs diminuera et la proportion d’isotopes filles augmentera. Une roche avec une proportion relativement élevée d’isotopes radioactifs est probablement très jeune, tandis qu’une roche avec une proportion élevée de produits filles est probablement très ancienne.,

les Scientifiques mesurent le taux de désintégration radioactive avec une unité appelée demi-vie. La demi-vie d’une substance radioactive est le temps qu’il faut en moyenne pour que la moitié des atomes se désintègrent. Par exemple, imaginez une substance radioactive avec une demi-vie d’un an. Lorsqu’une roche est formée, il contient un certain nombre d’atomes radioactifs. Après un an (une demi-vie), la moitié des atomes radioactifs se sont décomposés pour former des produits filles stables, et 50% des atomes radioactifs restent., Après une autre année (deux demi-vies), la moitié des atomes radioactifs restants se sont décomposés et 25% des atomes radioactifs restent. Après la troisième année (trois demi-vies), il reste 12,5% des atomes radioactifs. Après quatre ans (quatre demi-vies), il reste 6,25% des atomes radioactifs et après 5 ans (cinq demi-vies), il ne reste que 3,125% des atomes radioactifs.

Si vous trouvez une roche dont la matière radioactive a une demi-vie d’un an et mesure 3,125% d’atomes radioactifs et 96,875% d’atomes filles, vous pouvez supposer que la substance a 5 ans., La désintégration des matières radioactives peut être représentée par un graphique (Figure 11.25). Si vous trouvez une roche avec 75% des atomes radioactifs restants, quel âge a-t-il?

de Datation des Roches

Dans le processus de datation, plusieurs isotopes sont utilisés à la date de pierres et d’autres matériaux. L’utilisation de plusieurs isotopes différents aide les scientifiques à vérifier la précision des âges qu’ils calculent.,

datation au carbone

l’atmosphère terrestre contient trois isotopes de carbone. Le carbone 12 est stable et représente 98,9% du carbone atmosphérique. Le carbone 13 est également stable et représente 1,1% du carbone atmosphérique. Le carbone 14 est radioactif et se trouve en petites quantités. Le carbone 14 est produit naturellement dans l’atmosphère lorsque les rayons cosmiques interagissent avec les atomes d’azote. La quantité de carbone 14 produite dans l’atmosphère à un moment donné a été relativement stable dans le temps.

Le carbone-14 radioactif se désintègre en azote-14 stable en libérant une particule bêta., Les atomes d’azote sont perdus dans l’atmosphère, mais la quantité de désintégration du carbone 14 peut être estimée en mesurant la proportion de carbone 14 radioactif par rapport au carbone 12 stable. À mesure qu’une substance vieillit, la quantité relative de carbone-14 diminue.

Le carbone est retiré de l’atmosphère par les plantes pendant le processus de photosynthèse. Les animaux consomment de carbone lorsqu’ils mangent des plantes ou d’autres animaux qui ont mangé des plantes. Par conséquent, la datation au carbone 14 peut être utilisée pour dater les restes végétaux et animaux. Les exemples incluent les bois d’un vieux bâtiment, les os ou les cendres d’un foyer., La datation au carbone peut être utilisée efficacement pour trouver l’âge des matériaux entre 100 et 50 000 ans.

datation Potassium-Argon

Le Potassium-40 se désintègre en argon-40 avec une demi-vie de 1,26 milliard d’années. Parce que l’argon est un gaz, il peut s’échapper du magma en fusion ou de la lave. Par conséquent, tout argon qui se trouve dans un cristal probablement formé à la suite de la désintégration du potassium-40. Mesurer le taux de potassium-40 à l’argon-40 donnera une bonne estimation de l’âge de l’échantillon.

le Potassium est un élément commun présent dans de nombreux minéraux tels que le feldspath, le mica et l’amphibole., La technique peut être utilisée pour dater les roches ignées de 100 000 ans à plus d’un milliard d’années. Parce qu’elle peut être utilisée pour dater des matériaux géologiquement jeunes, la technique a été utile pour estimer l’âge des dépôts contenant les os des ancêtres humains.

l’Uranium-Plomb Datant

Deux isotopes de l’uranium sont utilisés pour la datation. L’Uranium 238 se désintègre pour former le plomb 206 avec une demi-vie de 4,47 milliards d’années. L’Uranium 235 se désintègre pour former le plomb 207 avec une demi-vie de 704 millions d’années.

la datation Uranium-plomb est généralement réalisée sur des cristaux du zircon minéral (Figure 11.,26). Lorsque le zircon se forme dans une roche ignée, les cristaux acceptent facilement les atomes d’uranium mais rejettent les atomes de plomb. Par conséquent, si du plomb est trouvé dans un cristal de zircon, on peut supposer qu’il a été produit à partir de la désintégration de l’uranium.

l’Uranium-plomb datant peut être utilisée pour dater les roches ignées de 1 millions d’années à environ 4,5 milliards d’années. Certaines des roches les plus anciennes de la Terre ont été datées à l’aide de cette méthode, y compris des cristaux de zircon D’Australie vieux de 4,4 milliards d’années.,

limites de la datation radiométrique

la datation radiométrique ne peut être utilisée que sur des matériaux contenant des quantités mesurables de matières radioactives et leurs produits filles. Cela comprend les restes organiques (qui, par rapport aux roches, sont relativement jeunes, moins de 100 000 ans) et les roches plus anciennes. Idéalement, plusieurs techniques radiométriques différentes seront utilisées pour dater la même roche. L’accord entre ces valeurs indique que l’âge calculé est exact.,

en général, la datation radiométrique fonctionne mieux pour les roches ignées et n « est pas très utile pour déterminer l » âge des roches sédimentaires. Pour estimer l « âge d » un dépôt de roche sédimentaire, les géologues recherchent des roches ignées proches ou intercalées qui peuvent être datées. Par exemple, si une couche de roche sédimentaire est prise en sandwich entre deux couches de cendres volcaniques, son âge est compris entre les âges des deux couches de cendres.

en utilisant une combinaison de datation radiométrique, de fossiles d’index et de superposition, les géologues ont construit une chronologie bien définie de l’histoire de la Terre., Par exemple, une coulée de lave sus-jacente peut donner une estimation fiable de l’âge d’une formation de roche sédimentaire à un endroit. Les fossiles d « Index contenus dans cette formation peuvent ensuite être appariés à des fossiles dans un endroit différent, fournir une bonne mesure d » âge pour cette nouvelle formation rocheuse ainsi. Comme ce processus a été répété partout dans le monde, nos estimations des âges des roches et des fossiles sont devenues de plus en plus précises.

résumé de la leçon

des Techniques telles que les fossiles de superposition et d’index peuvent vous indiquer l’âge relatif des objets, quels objets sont plus âgés et lesquels sont plus jeunes., D’autres types de preuves sont nécessaires pour établir l’âge absolu des objets dans années. Les géologues utilisent une variété de techniques pour établir l « âge absolu, y compris radiométrique sortir ensemble, anneaux d » arbres, carottes de glace, et dépôts sédimentaires annuels appelés varves.

la datation radiométrique est la plus utile de ces techniques—c’est la seule technique qui peut établir l’âge des objets de plus de quelques milliers d’années. Les concentrations de plusieurs isotopes radioactifs (carbone-14, potassium-40, uranium-235 et -238) et de leurs produits filles sont utilisées pour déterminer l’âge des roches et des restes organiques.,

questions D’examen

1. quelles sont les quatre techniques utilisées pour déterminer l’âge absolu d’un objet ou d’un événement?
2. Une substance radioactive a une demi-vie de 5 millions d’années. Quel est l’âge d’une roche dans laquelle il reste 25% des atomes radioactifs d’origine?
3. Un scientifique étudie un morceau de tissu d’un ancien site funéraire. Elle détermine que 40% des atomes de carbone-14 d’origine restent dans le tissu. Sur la base du graphique de désintégration du carbone (Figure 11.27), Quel est l’âge approximatif du tissu?
   

   la Figure 11.,27: désintégration Radioactive du carbone-14

4. quels isotopes radioactifs utiliseriez-vous pour dater chacun des objets suivants? Expliquez chacun de vos choix.
   • Un morceau de granit vieux de 4 milliards d’années.
   • Un lit de cendres volcaniques Vieux d’un million d’années qui contient les empreintes d’hominidés (ancêtres humains).
   • La fourrure d’un mammouth laineux récemment retrouvé gelé dans un glacier.
   • Un trilobite fossilisé récupéré dans un lit de grès Vieux d’environ 500 millions d’années.,
5. Le principe de uniformitarionism stipule que le présent est la clé du passé. En d’autres termes, les processus que nous voyons se produire aujourd’hui ont probablement fonctionné de la même manière dans le passé. Pourquoi est-il important de supposer que le taux de désintégration radioactive est resté constant au fil du temps?

Vocabulaire

âge absolu de L’âge d’un objet dans années. particule alpha particule composée de deux protons et de deux neutrons qui est éjectée du noyau pendant la désintégration radioactive., particule bêta particule constituée d’un seul électron qui est éjecté du noyau pendant la désintégration radioactive. Une particule bêta est créée lorsqu’un neutron se désintègre pour former un proton et l’électron émis. produit fille substance Stable produite par la désintégration d’une substance radioactive. Par exemple, l’uranium 238 se désintègre pour produire du plomb 207. demi-vie temps nécessaire pour que la moitié des atomes d’une substance radioactive se désintègrent et forment des produits filles. cylindre de noyau de glace de glace extraite d’un glacier ou d’une calotte glaciaire., Substance radioactive instable et susceptible d’émettre des particules énergétiques et des radiations. émission radioactive de particules de haute énergie et/ou rayonnement par certains atomes instables. datation Processus de l’utilisation des concentrations de substances radioactives et de produits de filiation d’estimer l’âge d’un matériau. À mesure que les substances vieillissent, les quantités d’atomes radioactifs diminuent tandis que les quantités de matériaux filles augmentent. couche d’anneau d’arbre de bois dans un arbre qui se forme en un an. Vous pouvez déterminer l’âge d’un arbre en comptant ses anneaux., varve mince couche de sédiments déposés sur le fond d’un lac au cours d’une année habituellement trouvé au fond des lacs glaciaires.

Points à considérer

• pourquoi les techniques comme les anneaux d’arbres, les carottes de glace et les varves ne sont-elles utiles que pour les événements survenus au cours des derniers milliers d’années?
• Pourquoi était-il si important pour Darwin et ses disciples pour prouver que la Terre était très vieux?
• Pourquoi est-il important d’utiliser plus d’une méthode pour trouver l’âge d’une roche ou d’un autre objet?