Différentes méthodes de datation au service de la géologie

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Annales corrigées
Classe(s) : 1re Générale | Thème(s) : L’histoire de la Terre
Type : Exercice | Année : 2020 | Académie : Inédit

La Terre, un astre singulier

Différentes méthodes de datation au service de la géologie

1 heure

10 points

Intérêt du sujet • Certains phénomènes lents tels que l’évolution de la vie ou les évènements géologiques ne peuvent être conçus que dans un cadre temporel long. Comment l’expérimentation et l’évolution des techniques ont-elles permis de dater avec précision l’âge de la Terre ?

 

La datation est une belle illustration de la coopération entre plusieurs champs disciplinaires : la paléontologie, la biologie, les sciences physiques notamment à travers les connaissances sur la désintégration radioactive et l’archéologie qui utilise ces savoirs scientifiques et ces techniques pour étudier le mode de vie passé des êtres humains.

Partie 1 • L’histoire de la détermination de l’âge de la Terre

Document 1L’âge de la Terre

Au Moyen Âge et à la Renaissance, les experts religieux et astronomes définissent un âge de la Terre de 6 000 ans. Cet âge se base sur la création divine : la Terre et les espèces, puis l’Homme, ont été créés en une semaine il suffit donc d’additionner les générations, de descendant en descendant jusqu’à Adam.

En 1778, Buffon pense que la Terre et les planètes, animées d’un même mouvement anti-horaire, sont des morceaux de Soleil arrachés par sa collision avec une comète. Il estime l’âge de la Terre en mesurant le temps de refroidissement de boulets métalliques, chauffés au rouge. Par analogie, en considérant le diamètre de la Terre, il propose un âge de 96 670 ans et prédit qu’elle sera encore habitable pendant quelques dizaines de milliers d’années.

Document 2Les apports de la radioactivité

La découverte de la radioactivité à la fin du xixe siècle permet de comprendre­ que le flux d’énergie thermique rayonné par la Terre n’est pas seulement dû à l’énergie thermique initiale, mais aussi à la désintégration de certains noyaux radioactifs contenus dans les roches, principalement celles du manteau terrestre.

La radioactivité est aussi utilisée comme méthode de datation. En 1902 Ernest Rutherford montre que le rapport isotopes radioactifs/isotopes radiogéniques ne dépend que du temps et constitue donc une horloge fiable.

Source : Enseignement scientifique 1re, Doc. 2 p. 156, Hatier, 2019

Document 3L’apport des météorites

En 1950, Clair Patterson utilise des météorites pour proposer un âge de la Terre réaliste. Considérées comme des restes non agrégés en planète du système solaire, les météorites sont donc les témoins de sa formation. Les nouvelles technologies dont Patterson dispose lui permettent de proposer un âge absolu pour la Terre : 4,57 milliards d’années.

À partir de vos connaissances et des informations apportées par les documents 1 à 3, répondre aux questions suivantes.

1. a) Citez, à partir de vos connaissances, un fait d’observation géologique ou biologique qui permette d’invalider l’estimation de l’âge de la Terre proposée par Buffon.

b) Selon Buffon, la Terre devrait cesser d’être habitable après un certain temps. À partir du document 1, expliquer ce qui, dans ses hypothèses, a pu l’amener à cette conclusion.

c) Montrer en quoi la découverte de la radioactivité a remis en cause l’hypothèse initiale de Buffon, et d’autres après lui qui cherchaient à estimer le temps de refroidissement de la Terre depuis sa formation.

2. Expliquer l’intérêt des météorites par rapport aux roches de la croûte terrestre pour estimer l’âge de la Terre.

Partie 2 • Datation de la fresque de Çatalhöyük

Document 4Rapport 14C/12C de la matière vivante et du CO2 atmosphérique

La méthode de datation par le carbone 14 a permis d’estimer l’âge de nombreuses peintures rupestres à base de matières organiques. Elle est basée sur la mesure dans les échantillons testés du rapport 14C/12C, le 12C étant un isotope stable du C. Le rapport 14C/12C est stable au cours du temps.

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Document 5La peinture murale de Çatalhöyük

Les vestiges de Çatalhöyük (Turquie), vieux de plusieurs milliers d’années, constituent l’une des plus anciennes villes connues. On y a découvert une peinture murale, reproduite ci-dessus. L’interprétation de cette peinture fait l’objet d’une controverse. Selon certains chercheurs, elle représenterait une peau de léopard au-dessus de motifs géométriques. Pour d’autres, il s’agirait d’un volcan en éruption explosive surplombant un plan de la ville.

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D’après A. K Schmitt et al., PLOS ONE, 2014

Les volcans les plus proches, les sommets jumeaux du Hasan Dagi, sont situés à 130 km du site. Ils sont constitués de roches typiques des volcans explosifs. Trois cristaux de zircon extraits d’une roche d’un des deux sommets ont été datés par une méthode radiochronologique, et le schéma ci-dessous montre les résultats.

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Les charbons de bois associés à la peinture murale de Çatalhöyük ont été datés par la méthode du carbone 14. Le nombre de désintégrations d’atomes de carbone 14 dans ces échantillons de charbon de bois est compris entre 4,2 et 4,8 U.A.

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Les réponses aux questions suivantes s’appuieront sur vos connaissances et sur les informations apportées par les documents 4 et 5.

3. Décrire la méthode de datation au carbone 14. Expliquer pourquoi elle ne permet pas de dater des échantillons au-delà de 50 000 ans.

4. Estimer par un encadrement graphique sur la courbe du document 5 ci-avant, l’ancienneté de la peinture de Çatalhöyük et expliquer en quoi l’ensemble des données obtenues par radiochronologie, laisse penser que les peintres de Çatalhöyük, ont représenté l’éruption d’un volcan proche.

 

Les clés du sujet

Comprendre les documents

Tableau de 5 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 5 lignes ;Ligne 1 : Document 1 •L’âge de la Terre; Il décrit une première démarche scientifique basée sur l’analogie pour déterminer l’âge de la Terre.Repérez l’argument sur lequel repose la démarche expérimentale de Buffon.; Ligne 2 : Document 2 •Les apports de la radioactivité; Ce document présente dans son contexte historique la découverte de la radioactivité.Il est à mettre en relation avec le précédent.; Ligne 3 : Document 3 •L’apport des météorites; Il présente la dernière étape ayant permis d’estimer l’âge de la Terre, validé par la communauté scientifique.Identifiez l’argument démontrant que les météorites sont des témoins plus fiables des origines de la Terre que les roches terrestres elles-mêmes.; Ligne 4 : Document 4 •Rapport 14C/12C de la matière vivante et du CO2 atmosphérique; Les principes de la méthode de datation au carbone 14 sont présentés ici.Identifiez les mécanismes biologiques sur lesquels repose cette technique. Montrez qu’ils sont à l’origine d’un échange permanent de carbone entre atmosphère et êtres vivants.; Ligne 5 : Document 5 •La peinture murale de Çatalhöyük; Il présente une peinture murale humaine, au temps de l’âge de pierre.Trouvez des arguments pour montrer que les peintres ont pu assister à une éruption volcanique (explosive).;

Répondre aux questions

Coup de pouce

2. Appuyez-vous sur le texte du document 3 et sur vos connaissances sur l’érosion des roches terrestres.

Aide à la résolution de la question 4

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