Chronologie Uranium-Thorium
La datation U-Th est basée sur l’analyse des rapports d’activité isotopique mère (Uranium) et fille (Thorium). Ce rapport est utilisé pour approximer la désintégration de la mère et la production subséquente de la fille au fil du temps. Ceci est réalisé à l’aide de la spectrométrie de masse en mesurant à la fois les produits de désintégration mère (234U) et fille (230Th) dans un échantillon donné. Lorsque l’uranium se désintègre, il passe par une série d’étapes de désintégration (commençant à 238U) jusqu’à ce qu’il atteigne finalement un isotope stable (se terminant à 206Pb, voir ci-dessous).
La datation U-Th mesure les rapports d’activité des isotopes mère (Uranium) et produit (Thorium), en calculant la désintégration de la mère à la fille au fil du temps.
La datation U-Th des échantillons de carbonates peut être réalisée si les conditions suivantes sont réunies :
- Formation dans la fourchette datable de la systématique U-Th
(jusqu’à 500 000 ans), - Contient des concentrations suffisantes en isotopes
minoritaires 234U e230Th pour une analyse de dilution isotopique
de haute précision, - Incorporation de quantités négligeables ou connues de 230 initial
(en excès) au moment du dépôt, et - Echantillon fermé vis-à-vis des isotopes U et Th depuis
le dépôt primaire.
La perte d’uranium et le 230Th hérité dans les paramètres de système ouvert peuvent entraîner des conclusions erronées. Les échantillons avec une concentration initiale en U/Ca et en uranium relativement faibles ont tendance à absorber l’uranium après le dépôt et par des processus diagénétiques, ce qui donne des âges aberrants.
En savoir plus :
Qu’est-ce que la datation U-Th ?
Datation U-Th
La méthode U-Th est utilisée pour dater les matériaux carbonatés jusqu’à 500 000 ans. Les échantillons modernes ne produiront pas de dates U-Th fiables en raison de leurs faibles concentrations en 230Th et des limites de la méthode. Les types d’échantillons les plus courants incluent l’art rupestre, les spéléothèmes et les coulées stalagmitiques, le corail et les coquillages.
Art rupestre
L’ analyse Uranium-Thorium peut fournir des informations sur la date approximative des peintures d’art rupestre en datant les fines couches de calcite formées le long du sommet de l’œuvre. Ce faisant, cette analyse peut fournir un âge minimum, également appelé terminus ante quem. De plus, dans les cas où la couche de calcite de support sous-jacente à la peinture est accessible, un âge maximum (terminus post quem) peut également être établi (Pons-Branchu et al. 2014). Les résultats peuvent également être vérifiés en croisant les dates U-Th avec le C14 en complément de l’analyse de plusieurs couches le long de la surface de l’œuvre, en raison de la nature de système ouvert des croûtes carbonatées (Sauvet et al. 2015).
(Crédit photo : Arash Sharifi)
Dépôts troglodytiques : Spéléothèmes et coulées stalagmitiques
L’ analyse des isotopes stables dans les spéléothèmes peut fournir des informations sur les changements environnementaux au cours de la croissance des spéléothèmes. Les chronologies qui sous-tendent ces enregistrements paléoclimatiques reposent sur une datation précise par la méthode U-Th et/ou C14, qui fournit une relation entre la distance (croissance) et l’âge. Les stalagmites (spéléothème à croissance ascendante) sont souvent préférées aux stalactites (spéléothème à croissance descendante) en raison du plan de croissance plus régulier avec une structure interne plus définie (Spötl & Boch, 2019). Alors que les méthodes U-Th et C14 peuvent toutes deux être utilisées pour dater les spéléothèmes, l’effet réservoir du carbone et les impuretés chimiques du spéléothème peuvent introduire des incertitudes d’âge importantes (plusieurs milliers d’années) dans les séries datées au C14 par rapport aux séries U-Th (Goslar et al. 2000 ).
(Crédit photo : Arash Sharifi)
Coraux
Les coraux peuvent être datés à l’aide de l’analyse U-Th jusqu’à 500 000 ans avant le présent. Il a été démontré que les coraux gagnent et perdent du 234U, 230Th et 234Th, générant un biais vers des âges plus avancés (Andersen et al. 2009) ; pourtant, des corrections systématiques peuvent être appliquées à l’aide d’une approche de dépistage (p. ex. Thompson et al., 2003). La reconstruction des changements environnementaux à travers le temps nécessite une chronologie robuste. La datation U-Th des coraux fournit des âges fiables au-delà de la fourchette C14. Ces échantillons peuvent être analysés pour fournir de nombreuses reconstructions paléoenvironnementales, notamment : phases humides/sèches (Yehudai et al. 2017), mortalité/récupération des systèmes de récifs coralliens (Clark et al. 2017), température de l’eau de mer (DeCarlo et al. 2016) et pH (Stewart et al. 2016; Pauly et al. 2015).
Coquillages
La datation U-Th a été largement utilisée sur des échantillons de coquillages depuis des décennies. Cette méthode repose sur le fait que l’échantillon a incorporé de l’uranium pendant sa formation et a un apport limité de thorium provenant de sources externes (système fermé), ce qui fait que tout le thorium dans la structure est le produit de la désintégration U-Th. Tous les environnements de dépôt ne peuvent pas remplir ces conditions préalables, auquel cas la « datation isochrone » des coquilles peut être appliquée en datant plusieurs coquilles du même horizon temporel avec différents niveaux d’entrée Th détritique (Bischoff & Fitzpatrick, 1991) pour obtenir le niveau initial de U- Th pour la datation (par exemple Placzek et al. 2006). Alors que la nature de système ouvert des coquilles rend la datation difficile, l’analyse U-Th offre la possibilité de dater les coquilles au-delà de la période de datation au C14(environ 40 000 cal BP).
(Crédit photo : Arash Sharifi)
Références
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Image corail: https://www.pexels.com/photo/corals-920161/