Géomorphologie quantitative(suite

UE « Tectonique et Tectonophysique »
Partie N°2
Licence S5
2011-2012
Géomorphologie
quantitative (suite)
Jacques Déverchère
UBO – Brest
Plan
• 3. Datations: méthodes, intérêt
– A. Présentation des méthodes et des « horloges »
– B*. Méthodes biogéochimiques: dendro- et téphro-chronologie
– C. Méthodes radio-isotopiques
– D. Méthodes cosmogéniques
– E. Traces de fission sur apatite
* Voir: http://paleolithique.free.fr/dossier/datation/
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3. Datations: Méthodes, intérêt
3A. Présentation des méthodes et des horloges
-- DDaattaattiioonnss rreellaattiivveess ((sseemmii--qquuaannttiittaattiivveess))
-- PPaass dd’’ââggee ddoonnnnéé –– ssuurrffaacceess ppoossiittiioonnnnééeess eenn rrééfféérreennccee àà uunnee aauuttrree
- Exemples: mesures de vitesses, densité, épaisseurs d’altération, indicateurs pédogéniques
- Datations absolues:
- Principe: processus se produisant à un taux régulier (horloge)
- Enregistrements possibles:
-- PPhhyyssiiqquueess:: aannnneeaauuxx ddee ccrrooiissssaannccee bbiioollooggiiqquueess,, ggééoollooggiiqquueess ((vvaarrvveess))
- Horloges atomiques- Horloges atomiques
- Horloges cosmiques
- ou les deux
- Concept des horloges atomiques:
- Décroissance spontanée d’atomes parents par fission
- Le nombre d’atomes parents N dépend du temps, du nombre d’atomes initial N et de la 0
constante de désintégration :constante de désintégration :
-- ttNN == NN ee00
- Notion de demi-vie: N = N /2 -> t = 0.693/ (car e = 2.718)0 1/2
- Datations absolues, quelques méthodes courantes:
Méthodes Gamme d’âges Matériaux
Bio-géochimiques
Dendrochronologie ~10 ka, selon chrono. locale Bois
Téphrochronologie 0- plusieurs Ma Cendres volcaniques
Paléomagnétiques
Sédiments, coulées volcaniquesInversions > 700 ka
Sédiments finsVariations séculaires 0-700 ka
Radio-isotopiques
14C 35 ka Bois, coquillages
U/Th 10-350 ka Carbonates (coraux, spéléothèmes)
Thermoluminescence 30-300 ka Quartz
Luminescence optique 0-300 ka Quartz
Cosmogéniques
10Be, 26Al 3 à 4 Ma Quartz
He, Ne illimitée Olivine, quartz
36Cl 0-4 Ma
2- Dendrochronologie
- Principe: Changement de densité du bois
en fonction des saisons
- « Séries temporelles » bâties par
compilation d’arbres vivants et morts et
recouvrement des échelles de temps par
régions « climatiques »
- Diminution fréquente du taux
de croissance avec le temps
- Recherche possible d’événements
passés (éruptions surtout, inondations) par
corrélation des séries temporelles issues
des anneaux externes d’arbres fossiles
NO Pacifique – pins Douglas
Climat
local
Séries
temporelles
Laboratoire de dendrochronologie
Université de Liège
Voir: http://www2.ulg.ac.be/dendro/
Et aussi:
http://www.lrd.ch/
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14- Datations radio-isotopiques: Radiocarbone ( C)
- Méthode la plus utilisée pour les
âges inférieurs à 40 000 ans
Activité initiale (mort de la plante)
- Atmosphère: mélange par interaction de
radiations cosmiques avec l’azote N ->
« réservoir » où l’abondance relative est:
12- C = 98.9 %
13- C = 1.1 %
14 -10 - C = 1.17 10 %
- Plantes: (1) Fixation du CO par photosynthèse 2
-> carbone organique reproduit ces rapports
isotopiques
(2) Mort: Fermeture du système -> début
de la désintégration (t )0
- 2 méthodes de mesure :
- Méthode 1 (classique): Désintégration :
14 14C devient N en émettant un électron -> Mesure de
l’activité A -> Accès au temps t0
Problème: l’incertitude sur les âges devient
grande pour les faibles activités
14Ex.: Après 7 ½ vies (~40 ka), C restant < 1% -> passage de 15
APPLICATION: Faire courbe de décroissance de désint./mn à 7 désint./heure -> Mesure difficile car pollution par
14concentration du C en fonction du temps (T = 5735 radiation cosmique actuelle!1/2
ans
- Méthode 2 (récente): Spectrométrie de masse (AMS = Accelerator Mass Spectrometry):
Carbone mesuré par son poids isotopique (et pas par sa radioactivité)
-> Taille des échantillons peut décroître jusqu’au milligramme
14 12-> C/ C mesuré -> Datations possibles jusqu’à ~50 ka au mieux t = log(N /N)/0
Problème: Méthode plus précise mais plus chère!
- Autres sources d’incertitude :
14 12 14- Rapport C/ C : variations temporelles du taux de production de C par radiation cosmique - Causes
d’incertitude liées aux variations du flux de rais cosmiques:
- Variations bien connues dans les dernières décennies seulement!
- Pour des âges jusqu’à – 10 ka: calibration par mesure dans les anneaux de croissance du bois
- Pour des âges plus anciens: calibration par datation des dépôts du carbonate de calcium (coraux)
en utilisant AMS et U/Th
- connaissance parfois imprécise ou ambiguë des taux passés en raison des fluctuations
14temporelles importantes du taux de production de C -> Recouvrements
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b
b
b
- Datations radio-isotopiques: Datation Uranium / Thorium
Demi-vies en années- Plusieurs isotopes générés à taux variés
- Eléments « fils » ultimes des chaînes:
isotopes du Plomb
- Désintégrations indépendantes de la
température, du champ magnétique, du soleil,
des variations de l’environnement
14- Méthode complémentaire du C et de la
dendrochhronologie: de 10 ka à 350 ka (temps
238 8de demi-vie beaucoup plus longs: U: 7 10
230 10ans; Th: 1.4 10 ans)
- mais… beaucoup plus chère
TD: Commentez!
- Comparaison de 2 horloges: Bard et al., 1990
14U/Th et C
U se substitue au Ca dans le réseau
carbonaté
Problème des systèmes « ouverts »:
tous les carbonates ne « retiennent »
pas les atomes « parents » et « fils »
au cours du temps! mesuré par AMS
et désintégration
-> Utilisation optimale: pour certains
coraux non recristallisés
Barbades
14-> Biais de la méthode C fort après 9000 ans (âges trop jeunes)
-> Résolution temporelle des datations U/Th peut être < 10 ans
5- Datations radio-isotopiques: par luminescence
- Très utile si pas de bois, coquillages, coraux
- Principe: Electrons « énergitisés » par radiation peuvent être piégés dans les défauts des
cristaux de Quartz à différents niveaux d’énergie
- Retour au niveau d’énergie « normal » par addition d’énergie -> émission de photons
correspondante au niveau atteint: émission lumineuse = luminescence
- Cause initiale (radiation): provient de la désintégration de radio-isotopes dans le sédiment –
Hypothèse: taux constant
-> On date le moment du « piégeage » du sédiment après son exposition atmosphérique
- 2 méthodes:
- (a) Datation « TL »: thermoluminescence: addition de température
- (b) Datation OSL: luminescence stimulée optiquement
Signal sensible à
tout type
d’excitation –
Expérience détruit
l’échantillon
QUARTZ
R = taux d’irradiation
D’après J-F. Ritz, Univ.
Montpellier
6- Mesures nécessaires:
- dose de radiation reçue par le sédiment au cours du temps (paléodose P)
- taux d’irradiation R
Méthode
additive: -> -> Age = P/R
extrapolation
- Taux d’irradiation R mesuré dans le vers zéro
sédiment par un détecteur de radiation sur
Méthode de longues périodes de temps
régénérative:
- Paléodose: estimée par expériences en irradiation variable
laboratoire sur l’échantillon sensible à de sous-
échantillons l’exposition lumineuse
préalablement
- Hypothèse-clé: chaque grain dans le dépôt « initialisés »
n’a pas d’enregistrement d’une radiation Méthode
d’exposition antérieure avant piégeage dans le dépôt
partielle:
-> Vérifier qu’une bonne exposition de l’échantillon a irradiation brève -
eu lieu avant dépôt! > courbe croisée
avec la premièreEx.: loess, sables, argiles lacustres,…
Limite en âge (~300 ka): atteinte car saturation du
signal de luminescence avec l’irradiation
- Datations cosmogéniques:
Méthode récen