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L’utilisation de base est simple puisqu’elle ne nécessite pas de calcul mais seulement une lecture graphique et sa compréhension.
Présentation des couples isotopiques
La datation des événements en concordia-discordia se fait grâce à la désintégration des isotopes de l’uranium en plomb.
En effet, l’Uranium 238 se désintègre en Plomb 206 avec une constante de désintégration qu’on appellera λ238

et l’Uranium 235 se désintègre en Plomb 207 : avec une constante de désintégration qu’on appellera λ235

Ainsi, on peut obtenir les équations des isochrones suivantes en normalisant par 204Pb qui est un isotope stable. Cette équation d’isochrone est en tout point équivalente à celle de l’équation classique du couple Rb/Sr pour l’instant.


Il se trouve que le système est un peu plus simple que cela car, il s’agit d’un système dit “riche”, c’est à dire qu’il n’y a pas de Plomb au départ dans le système. Les équations reviennent donc aux suivantes puisque (206Pb)0 et (207Pb)0 valent 0.


Mise en place de la concordia
A partir des équations précédentes, on peut revenir à un système encore plus simple :


Maintenant, ce que nous pouvons faire, c’est pour chaque âge, calculer de façon théorique la valeur du rapport Pb/U pour chaque couple, disons, tout les 100Ma. On obtient alors pour chaque couple isotopique, une valeur, qu’on reporte dans un graphique avec pour abscisse la valeur de 207Pb/235U et pour ordonnée, la valeur de 206Pb/238U. Cette courbe est ce qu’on appelle la concordia : les âges donnés par les deux couples sont concordants.
Ainsi, plus une roche (ses minéraux) vieillit (vieillissent), plus elle se déplace sur la concordia ; c’est ce qu’on voit sur le schéma ci dessous où la roche se déplace jusqu’à avoir 500Ma

Mise en place d’une discordia
Supposons maintenant qu’un événement géologique réouvre le système, souvent du métamorphisme et conduisent à une perte de plomb. On a alors deux cas extrême :
En réalité, selon les minéraux, plus ou moins de plomb sont perdus donc les minéraux vont se retrouver sur une droite comprise entre (0;0) et l’endroit ou la roche était arrivée sur la concordia. Il s’agit d’une droite car comme la nature ne fractionne pas les isotopes, les deux isotopes du Pb sont perdus en proportion équivalente au ratio de départ,
On a donc une droite matérialisée par l’ensemble des minéraux qui ont perdu du plomb : c’est la discordia comme présenté ci-dessous. Cette droite s’appelle la discordia car si on datait le minéral avec chacun des couples isotopiques, on trouverait des âges différents donc discordants.

Utilisation de la discordia
Une fois cet événement passé, la désintégration de l’uranium en plomb se poursuit et les minéraux évoluent alors hors de la concordia mais restent alignés sur une discordia. La discordia va donc avoir deux intercepts avec la concordia :

Conclusion
Le principe de la concordia-discordia se fonde sur l’utilisation de deux couples U-Pb et permet de dater la cristallisation d’une roche magmatique mais aussi la réouverture du système isotopique par exemple par du métamorphisme.
]]>Cette histoire est très complexe et met en jeu de nombreuses subductions ainsi que des retraits de panneaux plongeants conduisant à des extensions en arrière des différentes zones de subduction. De même la notion de plaques tectoniques est parfois assez floue.
Cette animation donne les grandes étapes ainsi qu’une reconstitution de la paléogéographie de l’époque. Étant donné que les représentations sont schématiques, il y a des imprécisions parfois dans la localisation des phénomènes de même que dans les dates. Cependant, cela donne une idée globale de ce qui s’y passe.
Si vous repérez des erreurs, n’hésitez pas à m’en faire part!
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Comme de nombreux éléments sur Terre, l’oxygène existe sous la forme d’isotopes, c’est à dire un même élément mais dont le noyau atomique possède un nombre différents de neutrons. On a ainsi, pour l’oxygène, 3 isotopes : l’isotope 16 (8 protons, 8 neutrons) qui est le plus abondant, l’isotope 17 (8 protons, 9 neutrons) et l’isotope 18 (8 protons, 10 neutrons).
Le δ18O est un indicateur qui quantifie la quantité d’isotope 18 de l’oxygène par rapport à l’oxygène 16 dans un échantillon. Afin de pouvoir comparer les différentes valeurs de ce rapport, on choisit un standard qui fera office de référent universel. Ainsi, tous les rapports (18O)/(16O) seront comparés à un standard ce qui permettra ensuite de comparer les différentes valeurs entre elles.
En pratique, le δ18O est calculé à partir de la formule suivante après avoir mesuré le rapport (18O)/(16O) d’un échantillon par un spectromètre de masse :
Etant donné qu’on multiplie le résultat obtenu par 1000, le δ18O s’exprime donc en ‰ (pour mille). De façon simple, le δ18O quantifie donc la quantité d’isotope 18 de l’oxygène par rapport à l’oxygène 16. Si la quantité d’isotope 18 dans l’échantillon est importante, alors le numérateur est grand et donc le δ18O est élevé. Au contraire, s’il y a peu d’oxygène 18 dans l’échantillon, alors le numérateur est petit et le δ18O est donc faible.
Nous l’avons dit, étant donné la différence de masse entre les deux isotopes, ceux-ci ne vont pas avoir exactement la même réaction lors des processus physico-chimiques. Prenons un exemple : l’évaporation.
Quand on regarde le trajet des nuages, ils vont globalement de l’équateur vers les pôles. Au niveau de l’équateur, ils se chargent en eau au cours de l’évaporation et l’eau des nuages a donc un δ18O plus négatif que celui de l’océan. Au fur et à mesure de leur migration vers les pôles, il va y avoir des précipitations qui vont donc appauvrir le nuage en oxygène 18 (puisque celui-ci précipite préférentiellement) : le δ18O des nuages devient donc de plus en plus négatif de l’équateur vers les pôles. Le δ18O varie donc avec la latitude.
Nous avons vu que le δ18O variait avec la latitude. Pour pouvoir utiliser le δ18O comme un paléothermomètre, il faut donc toujours rester à la même laltitude et mesurer conjointement la température et le δ18O des précipitations neigeuses pour avoir une référence. C’est ce qui a été fait par Jouzel et collaborateurs aux pôles.
La figure montre que lorsque la température augmente, le δ18O des glaces augmentent et inversement, lorsque la température diminue, le δ18O diminue. Il est très important pour expliquer cela de bien comprendre la figure suivante et son explication.
En utilisant le thermomètre isotopique de Jouzel et collaborateurs, on peut donc connaître à partir du δ18O des glaces, la température qui régnait à l’époque des précipitations au dessus des pôles. On fait l’interprétation que s’il fait plus froid aux pôles, alors il faisait plus froid sur Terre. On effectue cette mesure de δ18O sur une même carotte de glace pour être toujours à la même latitude et donc pour que notre mesure de δ18O ne renseigne bien que sur la température.
Le δ18O des foraminifères ne renseignent pas sur la valeur absolue de la température comme peut le faire le δ18O des glaces.
Ainsi, le δ18O des formanifères benthiques augmente lorsque la température diminue et le δ18O des formanifères benthiques diminue lorsque la température augmente. Pour autant, la valeur du δ18O ne donne pas de température. Il nous dit simplement si on était en période plus chaude ou plus froide. Le δ18O des foraminifères est en fait un indicateur de la quantité de glace présente aux pôles : si la période est froide, alors il y a beaucoup de glace aux pôles et donc l’essentiel de l’oxygène 16 est stocké dans la calotte de glace des pôles. Consécutivement, l’essentiel de l’oxygène 18 est présent dans les océans : le δ18O des océans est élevé, celui des foraminifères benthiques aussi.
Une éruption a eu lieu dans la Mer Rouge en Décembre 2011. Des pêcheurs auraient vu des fontaines de lave allant jusqu’à 30m de hauteur le 19 décembre. des détections satellites ont observé des panaches le 20 et 22 décembre. Le satellite Aura de la NASA a pu détecter une quantité élevée de dioxyde de soufre indiquant une éruption.
Le 23 décembre, une nouvelle île était apparue. Les images satellites permettent de voir en plus un panache de fumée qui serait un mélange entre des cendres volcaniques et de la vapeur d’eau.
Cette activité volcanique est la conséquence de la divergence entre la plaque Arabique et la plaque Africaine. La Mer Rouge correspond au prolongement de la ride ouest indienne. Celle-ci entraîne la séparation entre le continent africain et l’Arabie.
La séparation entre ces deux plaques tectoniques va faire remontée le manteau qui va alors pouvoir fondre partiellement et donner du magma qui peut alors se retrouver en surface.
Comme proposé en commentaire, il peut être interessant de comparer cette situation à celle de l’Islande. En effet, l’Islande est aussi une île située en plein milieu de l’océan, ce qui pourrait être le cas de cette nouvelle île lorsque l’océanisation de la Mer Rouge sera complète. Le point important sur l’Islande est que celle-ci se situe d’une part sur une dorsale océanique mais d’autre part aussi à l’aplomb d’un point chaud, c’est à dire de matériel plus chaud que le manteau environnant et qui remonte des profonderus de la Terre (contrairement aux dorsales dont le matériel ne vient pas de plus de 200-300 km de profondeur contre 600 à 2900 km pour les points chaud selon les auteurs). Ainsi, l’Islande profite d’un double phénomène : la fusion partielle des roches due à la présence de la dorsale et celle due à la présence du point chaud.
Il est alors légitime de se poser la question quant à cette nouvelle île. Pour ceci, on fait appel à la tomographie sismique qui p
ermettra d’imager des différences de vitesses entre les ondes sismiques mesurées et un modèle de référence selon la profondeur. On obtient donc une coupe de la Terre le long d’un profil.Si ces ondes vont plus vite, on interprétera cette anomalie de vitesse positive comme un matériel plus froid qu’on figurera en bleu. Si ces ondes sont ralent
ies, on l’interprétera comme un matériel plus chaud qui sera mis en évidence en rouge sur l’image de tomographie.
Si on compare la tomographie de l’Islande à gauche à la mer rouge à droite, on observe bien le point chaud au niveau de l’Islande. Par contre, au niveau de la mer Rouge, si on observe bien une remontée, les données sismiques ne permettent pas de trancher puisque les tomographies s’arretent vers 400km de profondeur. Cependant, selon les auteurs, il pourrait y avoir une sorte de super panache au dessous de la Mer Rouge c’est à dire une remontée de l’ensemble du manteau inférieur duquel partirait de plus petits panaches.
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Pour connaitre les conditions de pression et de température auxquelles ont été soumises ces roches, on utilise une grille pétrogénétique qui représente le positionnement des faciès métamorphiques dans l’espace pression température.
Afin de positionner ces roches dans cette grille p-T, on identifie les minéraux et grâce au tableau suivant, on peut déterminer le faciès dans lequel se trouve la roche qui a été métamorphisée. J’ai représenté quelques droites de réaction habituelles.
| Faciès métamorphique | Métabasites | Métapélites |
| Faciès des zéolites | Légères recristallisations laumonite, analcime, heulandite, wairakite |
argiles interstratifiées |
| Faciès à prehnite et actinote | prehnite, pumpellyite ± chlorite, albite, epidote | illite/muscovite, chlorite, albite, quartz |
| Faciès des cornéennes à hornblende | hornblende, plagioclase ± diopside | biotite, muscovite, cordierite ± chloritebiotite, muscovite, andalousite muscovite, andalousite, cordierite |
| Faciès des cornéennes à pyroxènes | clinopyroxène, orthopyroxène, plagioclase ± olivine, hornblende | cordiérite, andalousite, feldspath potassique |
| Faciès à lawsonite et à chlorite | lawsonite, albite, chlorite | |
| Faciès à pumpellyite et actinote | pumpellyite, actinote | |
| Faciès des schistes verts | albite, épidote, chlorite, actinote | chlorite, muscovite, albite (± biotite, paragonite, chloritoïde) |
| Faciès des amphibolites | hornblende, plagioclase ± grenat | cordiérite/grenat, sillicate d’alumine, biotite ± muscovite, feldspath potassique |
| Faciès des granulites | Basse pression : orthopyroxène + plagioclase Haute pression : grenat, clinopyroxène, quartz |
Basse Pression : cordiérite, sillimanite, feldspath potassique Moyenne Pression : grenat, sillimanite, feldspath potassique Haute pression : grenat, disthène, feldspath potassique |
| Faciès des schistes bleus | glaucophane, lawsonite glaucophane, épidote, paragonite, quartz |
phengite (micas blanc), disthène, chloritoide, talc, quartz ± grenat |
| Faciès des éclogites | omphacite/jadeite, grenat | talc, disthène, grenat, coésite |
Voilà, maintenant vous pouvez facilement placer une roche dans la grille pétrogénétique.
Si vous souhaitez que je modifie la grille en rajoutant des réactions par exemple, où s’il y a des erreurs, comme, toujours, un commentaire sera le bienvenu!
Faciès métamorphiques
Métabasites
Métapélites
Faciès des zéolites
Légères recristallisations
laumonite, analcime, heulandite, wairakite
argiles interstratifiées
Faciès à prehnite et actinote
albite, prehnite, actinote chlorite
Faciès à prehnite et pumpellyite
prehnite, pumpellyite ± chlorite, albite, epidote
illite/muscovite, chlorite, albite, quartz
Faciès des cornéennes à hornblende
hornblende, plagioclase ± diopside
biotite, muscovite, cordierite ± chloritebiotite, muscovite, andalousitemuscovite, andalousite, cordierite
Faciès des cornéennes à pyroxènes
clinopyroxène, orthopyroxène, plagioclase ± olivine, hornblende
cordiéerite, andalousite, feldspath potassique
Faciès à lawsonite et à chlorite
lawsonite, albite, chlorite
Faciès à pumpellyite et actinote
pumpellyite, actinote
Faciès des schistes verts
albite, épidote, chlorite, actinote
chlorite, muscovite, albite (± biotite, paragonite, chloritoïde)
Faciès des amphibolites
hornblende, plagioclase ± grenat
cordiérite/grenat, sillicate d’alumine, biotite ± muscovite, feldspath potassique
Faciès des granulites
Basse pression : orthopyroxène + plagioclase
Haute pression : grenat, clinopyroxène, quartz
Basse Pression : cordiérite, sillimanite, feldspath potassique
Moyenne Pression : grenat, sillimanite, feldspath potassique
Haute pression : grenat, disthène, feldspath potassique
Faciès des schistes bleus
glaucophane, lawsonite
glaucophane, épidote, paragonite, quartz
phengite (micas blanc), disthène, chloritoide, talc, quartz ± grenat
Faciès des éclogites
omphacite, grenat
talc, disthène, grenat, coésite
Ici il est question de méthode K-Ar (Potassium Argon), Ar-Ar (Argon-Argon), la méthode Plomb-Plomb (et la datation de la Terre par Patterson), les déséquilibres isotopiques : U-Th-Ra (série de déséquilibre de l’uranium) les isotopes cosmogèniques (Beryllium 10 et Neon 20) et sur les radioactivités éteintes.
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