Annale corrigée Pratique du raisonnement scientifique 1

Dater l'Australopithèque Lucy

Exercice 2

Dater l'Australopithèque Lucy

45 min

8 points

Intérêt du sujet • L'étude du squelette de la célèbre Lucy permet de faire le lien entre les différentes méthodes de datation. Pour cela, il vous faut avoir bien compris les concepts de chronologies relative et absolue.

 

Le squelette de l'Australopithecus afarensis Lucy a été trouvé, en 1974, sur le site de l'Hadar, en Éthiopie. Sa découverte a révolutionné l'histoire de notre lignée.

Document 1Extrait simplifié de la série stratigraphique de l'Hadar

svtT_2000_00_14C_01

Document 2Mesures radiométriques sur les feldspaths des roches volcaniques

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Nature des échantillons;Rapport 40Ar/40K;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : Cendres volcaniques; 1,7 × 10–4; Ligne 2 : Coulée de basalte; 2,1 × 10–4;

Document 3Informations sur deux méthodes de radiochronologie

Tableau de 3 lignes, 4 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Chronomètre;Période de demi-vie;Type de matériel analysé;Âge limite d'investigation;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : 14C; 5 730 ans; Matière organique fossile (os, bois…); 57 300 ans; Ligne 2 : 40K/40Ar; 1,25 × 109 ans; Minéraux d'une roche magmatique (feldspaths, micas…); 12,5 × 109 ans;

La relation entre le rapport 40Ar/40K et l'âge d'un échantillon est donnée par le document suivant.

svtT_2000_00_14C_02

Document 4Évolution des Australopithèques

svtT_2000_00_14C_03

Tableau de 7 lignes, 3 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : Espèce;Nombre de fossiles décrits ;Région;Corps du tableau de 6 lignes ;Ligne 1 : A. afarensis; ≈ 10; Afrique de l'Est; Ligne 2 : A. anamensis; ≈ 20; Afrique de l'Est; Ligne 3 : A. bahrelghazali; 5; Tchad; Ligne 4 : A. sediba; 2 ou 3; Afrique du Sud; Ligne 5 : A. africanus; ≈ 10; Afrique du Sud; Ligne 6 : A. garhi; 1; Afar (Éthiopie);

À partir de l'exploitation des documents, répondez aux questions suivantes.

1. Expliquez l'intérêt d'associer datations relative et absolue plutôt qu'utiliser la méthode au carbone 14 pour évaluer l'âge de cet hominidé fossile.

2. Les Australopithèques peuvent-ils constituer de bons fossiles stratigraphiques ?

 

Les clés du sujet

Étape 1. Comprendre le sujet

L'énoncé indique deux questions indépendantes :

1. Dater l'Australopithèque Lucy.

2. Expliquer si ce groupe constitue des fossiles stratigraphiques.

Étape 2. Exploiter les documents

Le document 1 permet d'établir une chronologie relative entre Lucy, les dépôts sédimentaires et les dépôts volcaniques (cendres, basalte).

Les documents 2 et 3 permettent de dater de façon absolue les roches volcaniques et de justifier l'utilisation de la méthode au K/Ar.

Le document 4 donne les périodes de vie d'Australopithecus afarensis, ce qui peut servir à répondre à la première question, et des informations sur les autres Australopithèques, utiles pour répondre à la deuxième question.

Étape 3. Construire la réponse

Tableau de 2 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : I. Dater l'Australopithèque Lucy; Établissez la chronologie relative des dépôts et relevez l'âge attendu de Lucy.Comparez cet âge et la nature de l'objet à dater avec les données du document 3 pour montrer que la méthode au carbone 14 n'est pas utilisable.Expliquez d'après vos connaissances pourquoi la méthode au K/Ar n'est pas applicable aux fossiles et datez les roches volcaniques.Déduisez-en d'après le document 1 un encadrement pour l'âge de Lucy.; Ligne 2 : II. Les Australopithèques peuvent-ils constituer de bons fossiles stratigraphiques ?; Rappelez les caractéristiques que doivent avoir des fossiles pour constituer de bons repères stratigraphiques, puis, à l'aide du document 4, reprenez chacun de ces critères pour vérifier s'il est rempli dans le cas des Australopithèques.;

Introduction

La découverte du fossile de l'Australopithèque Lucy, en 1974, a révolutionné l'histoire de notre lignée. Jusqu'alors, aucun fossile de la lignée humaine aussi ancien n'avait été découvert. Mais pour cela, il a déjà fallu pouvoir le dater : nous allons voir comment une telle datation a pu être effectuée.

I. Dater l'Australopithèque Lucy

Le conseil de méthode

Expliquez l'intérêt d'associer datations relative et absolue plutôt que la méthode au carbone 14 pour évaluer l'âge de cet hominidé fossile.

On constate que le fossile de Lucy repose au-dessus de la coulée basaltique et en dessous des cendres volcaniques (doc. 1). Lucy étant un Australopithecus afarensis, on s'attend à ce que son âge soit compris entre –3,9 et –3,0 Ma (doc. 4). Ce squelette présentant peut-être des traces de matière organique, on aurait pu proposer une datation au carbone 14 (doc. 3), mais cette méthode ne peut être utilisée pour dater des objets de plus de 57 300 ans, c'est-à-dire dix fois la demi-vie du carbone 14.

Par ailleurs, il est impossible de faire une datation au 40K/40Ar directement sur le squelette de Lucy, celui-ci ne contenant pas plus de potassium.

On peut en revanche appliquer la méthode 40K/40Ar aux feldspaths des roches magmatiques (doc. 2 et 3), ceux-ci étant des systèmes fermés n'échangeant plus d'atomes avec l'environnement depuis leur cristallisation.

Le squelette de Lucy s'est donc déposé entre la formation des basaltes il y a 3,6 Ma et les dépôts de cendres volcaniques il y a 2,9 Ma.

On en déduit que Lucy aurait entre 3,0 et 3,6 Ma.

à noter

On ne peut aller plus loin dans l'encadrement. En effet, le fait que Lucy se retrouve à peu près à mi-distance entre les basaltes et les cendres ne peut signifier que celle-ci aurait précisément 3,3 Ma.

II. Les Australopithèques peuvent-ils constituer de bons fossiles stratigraphiques ?

Un bon fossile stratigraphique doit remplir trois critères :

critère d'abondance : il doit être présent en grand nombre ;

critère d'extension géographique : on doit le retrouver dans de nombreuses formations éloignées géographiquement ;

critère de chronologie : il ne doit être présent que sur une période relativement restreinte.

En utilisant le document 4, on remarque que les Australopithèques remplissent bien le critère de chronologie, les espèces Australopithecus afarensis et africanus n'ayant jamais existé pendant plus de 1 Ma.

Cependant, les deux autres critères ne sont pas remplis : le nombre de fossiles découverts est très faible et ces espèces sont limitées à un secteur géographique restreint (Afrique de l'Est, Afrique du Sud, Tchad).

L'évolution des Australopithèques ne peut donc raisonnablement servir de repère stratigraphique fiable.

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