L'objectif de cet exercice et de déterminer l'âge d'un ensemble de gneiss, et de retracer l'histoire de leurs minéraux.
Diffusion des atomes au sein d'une roche
Les roches sont composées de minéraux, qui sont des solides cristallins. À basse température, les atomes ne diffusent pas au sein du système cristallin et restent à leur place dans celui-ci : le minéral est un système fermé.
Au-dessus d'une température propre à chaque minéral, le système cristallin de celui-ci s'ouvre et les atomes peuvent diffuser librement. Les atomes peuvent ainsi voyager jusqu'à d'autres minéraux dont le système cristallin est également ouvert. Ces minéraux sont des systèmes ouverts car ils échangent de la matière avec leur environnement : leur composition atomique varie au cours du temps.
Remarque : la diffusion est un phénomène qui ne nécessite pas la fusion des minéraux, elle peut se réaliser à l'état solide.
Quelques atomes sont schématisés par des étoiles colorées. La diffusion de ces atomes est représentée par une flèche.
Datation absolue d'un ensemble de gneiss et de quelques minéraux
D'après G.W. Wetherill, 1968
Plusieurs datations absolues ont été réalisées en utilisant le couple Rb/Sr : une à partir d'échantillons de roches totales (noir), une à partir de différents minéraux provenant de la roche B (rouge) et une à partir de différents minéraux provenant de la roche D (bleu). L'âge obtenu par la méthode de la droite isochrone est indiqué à droite.
Quelle est la définition d'un système fermé ?
Un système fermé est un élément (dans notre cas une roche, un minéral, etc.) qui peut échanger de l'énergie avec son environnement (énergie thermique par exemple) mais pas de la matière (sous forme d'atomes dans notre cas). Au contraire, un système ouvert peut échanger de l'énergie et de la matière avec son environnement. Ces notions ne dépendent pas de l'état solide/liquide/gazeux des éléments étudiés (document 1).
Une roche peut-elle être un système fermé si certains de ses minéraux sont des systèmes ouverts ?
Une roche dont certains minéraux sont des systèmes ouverts peut être considérée comme un système fermé si elle n'échange pas de matière avec d'autres roches aux alentours.
Quel paramètre contrôle principalement l'état de fermeture d'une roche ou d'un minéral ?
La température contrôle principalement l'agitation thermique des atomes, donc leur mobilité au sein des réseaux cristallins (phénomène de diffusion), et par conséquent l'état fermé/ouvert des minéraux et des roches (document 1).
Quel est l'âge des gneiss ?
L'âge des gneiss correspond à l'âge donné par les roches totales, qui est de 1 Ga.
Quel est l'âge de la dernière fermeture des minéraux de ces roches ?
L'âge de la dernière fermeture des minéraux de ces roches correspond à l'âge donné par les minéraux eux-mêmes, soit 0,3 Ga.
Quelle hypothèse semble la plus pertinente d'après l'analyse de ces documents ?
Le scénario le plus probable est le suivant :
- formation des gneiss il y a 1 Ga suite au métamorphisme de granites plus anciens, marquant la dernière fermeture du système des roches intégrales (document 2) ;
- augmentation de température permettant l'ouverture du système pour certains minéraux (document 1). La diffusion du Rb et du Sr réinitialise progressivement le chronomètre. La roche intégrale reste cependant un système fermé, son « chronomètre » ne se réinitialise donc pas ;
- dernière fermeture des systèmes minéraux il y a 0,3 Ga par refroidissement des roches (document 2).