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Dater les Roches. Âge des roches océaniques Les plus anciennes roches continentales.

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1 Dater les Roches

2 Âge des roches océaniques

3 Les plus anciennes roches continentales

4 Comment dater les roches quand on ne peut exploiter de référence relative ?

5 Exploiter la propriété des éléments radioactifs contenus dans les roches

6 Radium 226 – élément instable Exemple : désintégration du Radium 226 Marie Curie – Prix Nobel de Physique 1903 et de Chimie en 1911

7 Radon 222 – élément stableRadium 226 – élément instable émission radioactive (He)

8 élément « père » radioactif (instable) élément « fils » stable Émission de rayonnement Désintégrationradioactive

9 P t = P 0.e- t F t = F0 + P t.(e t – 1)

10 P t = P 0.e- t F t = F0 + P t.(e t – 1)

11 Principaux couples disotopes utilisés Constante de radioactivité (an -1 ) Période (années)Domaine de datation 238 U 206 Pb 1,55125 x ,47 x U 207 Pb 9,8485 x ,704 x 10 9 plus de 25 Ma 232 Th 208 Pb 4,9475 x ,0 x K 40 Ar 5,81 x ,9x à 300 Ma 87 Rb 87 Sr 1,42 x ,8 x 10 9 plus de 100 Ma 14 C 14 N 1,245 x ,730 x à ans

12 -couple 87 Rb / 87 Sr - Rubidium/ Strontiumcouple 87 Rb / 87 Sr - Rubidium/ Strontium T = 48, ans = 1, ans -couple 87 Rb / 87 Sr - Rubidium/ Strontiumcouple 87 Rb / 87 Sr - Rubidium/ Strontium T = 48, ans = 1, ans

13 D ans un magma, en plus des composants majoritaires que lon retrouve dans la formule des minéraux des roches magmatiques, certains atomes sont en infimes quantités. On trouve entre autre : du Rubidium 87 ( 87 Rb) : du Strontium 87 ( 87 Sr) : et du Strontium 86 ( 86 Sr) :

14 Les deux isotopes de strontium sont stables 86 Sr 87 Sr

15 Le 87 Rb est radioactif, il se désintègre spontanément en 87 Sr avec une demi-vie de 48, ans désintégration Rayonnement ionisant 87 Rb 87 Sr

16 Ils sont chacun présents dans une proportion spécifique dans un magma donné

17 Lors du refroidissement, les minéraux qui se forment incorporent ces éléments dans leurs cristaux

18 Chacun des minéraux incorpore différemment le Rubidium : Certains plus que dautre

19 De même, chaque minéral incorpore différemment le Strontium : Mais la proportion des deux isotopes dans le magma dorigine est respectée (on la note b) 87 Sr/ 86 Sr = b

20 La quantité de 87 Rb diminue, et celle de 87 Sr augmente, … dans chacun des minéraux alors que celle de 86 Sr ne change pas. temps t=0 t Depuis t=0 que la roche est formée,

21 Aujourdhui, au temps t, on peut connaître la quantité de chacun des atomes, mais il est impossible de connaître les quantités initiales délément père ( 87 Rb) ni délément fils ( 87 Sr) nécessaires au calcul de lâge de la roche … … lutilisation de la quantité de 86 Sr, qui ne change pas, va aider à résoudre le problème … temps t=0 t

22 On peut imaginer un graphique des proportions que comportaient les divers minéraux de la roche au moment de leur formation : donc, à t = 0 : 87 Sr/ 86 Sr 87 Rb/ 86 Sr b Tous ont le même Rapport 87 Sr/ 86 Sr Mais chacun a un rapport 87 Rb/ 86 Sr qui lui est propre car Rb et Sr ne sont pas incorporés en quantités similaires Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3 Minéral 4

23 La désintégration radioactive du 87 Rb réduit la quantité de 87 Rb proportionnellement à la quantité incorporée pour chaque échantillon. Simultanément, la quantité de 87 Sr augmente proportionnellement au 87 Rb incorporé à t=0. donc, à t : 87 Sr/ 86 Sr 87 Rb/ 86 Sr b Les rapports 87 Sr/ 86 Sr augmenten t et se différenc ient Les rapports 87 Rb/ 86 Sr diminuent Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3 Minéral 4

24 La droite formée par les coordonnées des minéraux sincline proportionnellement au temps t qui sépare lanalyse de la formation de la roche (= lâge de la roche) On lappelle DROITE ISOCHRONE 87 Sr/ 86 Sr 87 Rb/ 86 Sr b Les rapports 87 Sr/ 86 Sr augmenten t et se différenc ient Les rapports 87 Rb/ 86 Sr diminuent Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3 Minéral 4

25 La droite isochrone [ 87 Sr/ 86 Sr] t = a [ 87 Rb/ 86 Sr] t + b 87 Sr/ 86 Sr 87 Rb/ 86 Sr b Sa coordonnée à lorigine est b : rapport 87 Sr/ 86 Sr dun minéral théorique nayant pas incorporé de 87 Rb et donc conforme au rapport initial dans le magma Minéral 1 Minéral 2 Minéral 3 Minéral 4 Sa pente a est proportionnelle à lâge t de la roche

26 Comme la relation entre 87 Sr et 87 Rb est connue : 87 Sr = 87 Sr Rb (e λt - 1) [ 87 Sr/ 86 Sr] = [ 87 Sr / 86 Sr] 0 + [ 87 Rb / 86 Sr] (e λt - 1) La pente a peut être calculée : a = [ 87 Sr/ 86 Sr] / [ 87 Rb/ 86 Sr] et est la même pour chaque échantillon minéral… … on peut obtenir : ou : t = ln (( [ 87 Sr/ 86 Sr] / [ 87 Rb/ 86 Sr]) +1 ) / Pour le 87 Rb : = 1, ans

27 Alors, pour connaître lâge dune roche magmatique à partir de lanalyse isotopique de minimum deux échantillons minéraux : 87 Rb 86 Sr 87 Sr échantillon 1109, , ,88423 échantillon 22, , ,20168 échantillon 3106,963982, ,35670 échantillon 492,552803, ,93385 Calculer les rapports : 87 Sr/ 86 Sr et 87 Rb / 86 Sr : 87 Rb/ 86 Sr 87 Sr/ 86 Sr échantillon 10,0590,703 échantillon 20,1370,708 échantillon 30,1580,709 échantillon 40,2950,718 Placez les coordonnées des échantillons :

28 Calculer la pente a de la droite isochrone, en prenant les coordonnées de points les plus éloignés possibles lun de lautre : a = y / x Tracez la droite la plus proche de lensemble des points : La droite isochrone Calculez t, lâge de la roche, en appliquant la formule (qui vous est donnée) : t = ln (a + 1 ) / Cette formule peut être approximée à : t = a / a = t a = e t – 1 Avec,pour le 87 Rb : = 1, ans

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31 87 Rb/ 86 Sr 87 Sr/ 86 Sr chondre 10,059 0,703 chondre 20,137 0,708 chondre 30,158 0,709 chondre 40,295 0,718 chondre 50,323 0,72 chondre 60,376 0,724 chondre 70,386 0,724

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