TP 3 - Les zircons de Jack Hills

Les zircons de Jack Hills

localisation de Jack Hills

en 2001, la revue Nature publie un article qui décrit les plus vieux minéraux terrestres.La région de Jack Hills, en Australie, est constituée de roches métamorphiques qui renferment des cristaux de zircon. Ce sont des minéraux riches en uranium, ce qui permet de les dater, et donc de dater les roches, précisément.

 Les zircons sont des minéraux particulièrement résistants, susceptibles d'endurer de nombreux cycles d’érosion et de transport. Ceux des grès des Jack Hills, des roches détritiques, se seraient formés au sein de granites continentaux peu de temps après la formation de la Terre  Le zircon, ou silicate de zirconium (ZrSiO4) est un minéral dans lequel une certaine quantité du zirconium peut être substituée par l'uranium, soit (U, Zr)SiO4, ce qui dans ce cas rend ce minéral utile pour les datations. Au moment où le minéral cristallise, il incorpore une certaine quantité d'uranium mais pas de plomb car au-dessus de la température de fermeture du système (900°C), le plomb s’échappe du réseau cristallin du zircon. L'uranium commence, à ce moment, à se désintégrer radioactivement en plomb à l’intérieur du système fermé.

En utilisant les différents documents, tu dois expliquer la méthode utilisée pour dater les roches de Jack Hills et les résultats obtenus.

Principe de la méthode Uranium - Plomb

La méthode uranium-plomb repose sur l'existence de plusieurs séries de désintégrations, chacune permettant d'établir des équations selon la loi de désintégration radioactive :

La méthode uranium-plomb et le diagramme concordia

La méthode Uranium-Plomb permet de dater des roches magmatiques très anciennes. Le 238U se désintègre en 206Pb, et le 235U en 207Pb, mais ont des constantes de désintégrations λ238 et λ235 différentes. Dans les zircons (ZrSiO4), minéraux accessoires classiques des granites, l’Uranium s’intègre très bien et y demeure en se substituant au Zirconium (Zr). Le Plomb, lui, est incompatible avec le système cristallin du zircon : lors de la fermeture du système minéral du zircon, il n’y a donc aucun Plomb dans le système. Le plomb qu’on trouvera par la suite ne peut donc provenir que de la désintégration des atomes d’uranium. Lorsqu’il y a de l’uranium au sein d’un zircon, on observe une auréole autour de celui-ci, souvent visible au sein des biotites. Chaque méthode (238U → 206Pb et 235U → 207Pb) permet de calculer l’âge de la roche. On peut tracer un graphique de l’âge donné par chaque méthode : lorsque les 2 méthodes donnent le même âge, le point appartient à une courbe nommée concordia. Si, dans une roche, les rapports 206Pb/238U et 207Pb/235U obtenus dans différents zircons mesurés placent le minéral sur un point de la Concordia, alors, le temps associé à ce point donne l'âge de cristallisation du minéral.

Au cours du métamorphisme d’une roche, le système est réouvert, et une partie du plomb issu de la désintégration de l’uranium va quitter le système cristallin du zircon. Cela va donc fausser la datation de la roche. Les différents zircons vont voir leur rapports Pb/U diminuer (perte inversement proportionnelle à leur taille) le long d’une droite qui part de l’âge de cristallisation de ces zircons (donc sur la courbe concordia). Lorsque l’épisode métamorphique est terminé, le système est à nouveau refermé, et les désintégrations des 2 couples U/Pb se font de nouveau suivant les équations de désintégration. Les différents zircons d’une roche ayant connu un métamorphisme voient leur rapports 204Pb/238U et 207Pb/235U s’aligner le long d’une droite nommée discordia qui coupe la courbe concordia en 2 points : le point le plus haut donne l’âge de la 1ere fermeture du système (dans notre cas, date de la formation du granite à l’origine du gneiss, déterminée à la question précédente), et le point le plus bas donne l’âge de la réouverture partielle du système (l’âge du métamorphisme ayant transformé le granite en gneiss).

Exemple de courbe Concordia et de Droite Concordia (= Discordia)

1- Réaliser l'observation de la roche utilisée pour la radiochronologie : a) observation de l'échantillon de granite à l'oeil nu b) observation d'une lame mince de l'échantillon au microsope optique et recherche du minéral utilisé pour la datation.

Résultats desmesures isotopiques des zircons de Jack Hills

2- Reporter les résultats sur le grahique (document papier) afin de déterminer l'âge des roches 3- Répondre au problème posé puis revenir à la fiche TP

Résultats desmesures isotopiques des zircons de Jack Hills

2- Reporter les résultats sur le grahique (document papier) afin de déterminer l'âge des roches 3- Répondre au problème posé puis revenir à la fiche TP

Rappels des différentes méthodes utilisées pour la radiochronologie. Les géochronomètres, outils a service des géologues.Les géologues choississent le géochronomètre en fonction de l'âge escompté, déduit de la découverte de fossiles stratigraphiques, ou après différents essais.