Datation par la méthode du carbone 14

Datation par la méthode du carbone 14
DEUG STU/SM - Géophysique
Le carbone est un élément avec 2 principaux isotopes : le 12 C, majoritaire, et le 1 4C. Ce dernier est créé dans la haute atmosphère sous l’effet
des rayonnements cosmique. Il est instable et se désintètre en 14 N suivant
l’équation bilan :
14
14
0
(1)
6 C → 12 N + −1 e
La période de désintégration est de 5730 ans.
Lors des projets GEOSECS et WOCE, on a prélevé des échantillons
d’eau profonde océanique en plusieurs points du globe. Ces échantillons ont
été dosés et on a pu construire une carte de ”concentration” en carbone 14
des fonds marins [1]. Les mesures sont exprimées par le rapport isotopique
R =14 C/12 C relativement à un rapport de référence Rst :
δ 14 C[ 0/00 ] = 1000 ·
R − Rst
Rst
(2)
Fig. 1 – Distribution en δ 14 C ( 0/00 )dans l’océan profond (à 4000m). source
LODYC
Sachant que les teneurs naturelles de δ 14 C à la surface des océans est de
l’ordre de -50 0/00 , en déduire l’âge des fonds marins atlantiques. Comment
interprétez vous ces résultats?
1
Solution
La concentration de carbone 14 des masses océaniques en surface sont
contrôlées par des échanges avec l’atmosphère. Elle est donc constante (modulo les apports des années 50-60 provoquées par les essais nucléaires, c’est
pourquoi on a parlé de teneurs naturelles de surface).
Mais lorsque la masse d’eau s’enfonce, la concentration de carbone 14
n’est régie que par la désintégration du carbone 14
[14 C] = [14 C]0 · e−λ t
(3)
qui s’écrit aussi puisque la concentration de [12 C] reste constante
R = R0 · e−λ t
(4)
avec R0 = 1 + 10−3 δ 14 C0 = 0.95 et λ = ln(2)/T = 1.2 10−4 an−1 .
On en tire les âges :
ln
t = −
1+10−3 δ 14 C
R0
λ
(5)
Soit le tableau
δ 14 C
-70 -90 -110 -130 -150 -170 -190 -210 -230
Âge (ans) 186 360 540 727 920 1120 1320 1530 1770
En comparant avec ce graphe fourni par une source indépendante (http:
//nte-serveur.univ-lyon1.fr/nte/geosciences/geodyn_ext/Exercices/
ExosTT2oceanEtSedim.htm), on obtient des ordres de grandeurs comparables
Fig. 2 – Age des océans
Extensions/questions de cours possibles :
– Quelle est la différence entre un élément et un isotope ? [Elément=Z,
Isotope=Z,A]
– Quel est le nom de ce type de désintégration? β −
– Comment mesure-t-on le rapport R =14 C/12 C ? spectromètre de
masse
– Décrire le cycle du carbone.
– Pourquoi cette méthode ne convient-elle pas pour les datations de
roches? Période trop faible.
– Pourquoi a-t-on précisé ”naturel” pour les teneurs de surface.