QCM : Datation des roches et du temps géologique (18 questions)

Question 1

1. Dans une série de couches non renversée, une strate A se trouve sous une strate B. Quelle relation d’âge le principe de superposition permet-il d’établir ?

La relation d’âge entre A et B est indéterminable

A est plus ancienne que B

A et B ont nécessairement le même âge

A est plus récente que B

Explication

Le principe de superposition indique que la strate inférieure est plus âgée que celle située au-dessus. Dire qu'A est plus récente inverse l’ordre; le recoupement et l’inclusion concernent d’autres relations géologiques.

Answer

A est plus ancienne que B

Question 2

2. Une faille traverse plusieurs couches sédimentaires déjà déposées. D’après le principe de recoupement, comment dater la faille par rapport à ces couches ?

Elle a le même âge que la couche la plus ancienne

Elle est antérieure aux couches traversées

Son âge ne peut être comparé à celui des couches

Elle est postérieure aux couches traversées

Explication

Une structure qui en recoupe une autre lui est postérieure. La considérer comme antérieure inverse le principe; la superposition ordonne des strates, tandis que l’inclusion compare un contenu à son contenant.

Answer

Elle est postérieure aux couches traversées

Question 3

3. Une roche contient des fragments d’une roche plus ancienne. Selon le principe d’inclusion, quelle conclusion s’applique aux fragments par rapport à la roche qui les englobe ?

Les fragments sont plus anciens que la roche qui les englobe

Les fragments sont plus récents que la roche qui les englobe

Les fragments ne permettent aucune comparaison d’âge

Les fragments et la roche qui les englobe ont le même âge

Explication

Selon le principe d’inclusion, le contenu est plus vieux que le contenant. Dire que les fragments sont plus récents inverse cette relation; le recoupement et la superposition décrivent d’autres rapports.

Answer

Les fragments sont plus anciens que la roche qui les englobe

Question 4

4. Pour choisir un fossile afin de corréler des strates éloignées, quel profil réunit les caractéristiques d’un bon fossile stratigraphique ?

Courte durée de vie, vaste répartition et rares représentants

Longue durée de vie, vaste répartition et nombreux représentants

Courte durée de vie, vaste répartition et nombreux représentants

Courte durée de vie, répartition locale et nombreux représentants

Explication

Un bon fossile stratigraphique combine une durée de vie courte, une grande extension géographique et de nombreux représentants. Une longue durée réduit la précision temporelle, une répartition locale limite les comparaisons, et la rareté rend le fossile moins utile.

Answer

Courte durée de vie, vaste répartition et nombreux représentants

Question 5

5. Deux régions éloignées présentent des strates contenant des fossiles identiques. Quelle utilisation de cette observation est justifiée ?

Conclure que les strates ont la même composition rocheuse

Établir une corrélation temporelle entre les strates

Déterminer l’âge absolu exact de chaque strate

Conclure que les régions ont connu les mêmes événements locaux

Explication

Des fossiles identiques dans des régions différentes permettent d’établir des corrélations temporelles entre les strates. Cela ne prouve pas une composition rocheuse identique ni ne fournit à lui seul un âge absolu exact.

Answer

Établir une corrélation temporelle entre les strates

Question 6

6. Quelle démarche permet d’estimer l’âge d’une roche en exploitant la désintégration radioactive de ses isotopes ?

La pétrographie

La biostratigraphie

La radiochronologie

La stratigraphie

Explication

La radiochronologie détermine un âge à partir de la désintégration radioactive des isotopes. La stratigraphie classe des événements, la biostratigraphie s’appuie sur les fossiles et la pétrographie décrit les roches.

Answer

La radiochronologie

Question 7

7. Dans un minéral, que deviennent naturellement les isotopes radioactifs au cours du temps ?

Ils deviennent des isotopes radioactifs d’un autre élément.

Ils se transforment en éléments fils déjà présents.

Ils se transforment en isotopes stables du même élément.

Ils se transforment en isotopes radiogéniques.

Explication

La désintégration radioactive transforme naturellement les isotopes radioactifs en isotopes radiogéniques. Les isotopes stables du même élément ne sont pas le produit défini ici, et les éléments fils déjà présents ne résultent pas de cette transformation.

Answer

Ils se transforment en isotopes radiogéniques.

Question 8

8. Un échantillon fermé contient initialement $P_0=800$ unités d’un isotope père et en contient aujourd’hui $P_t=200$ ; avec une constante de désintégration $\lambda=0{,}02\ \text{Ma}^{-1}$ , quel âge obtient-on avec la loi radiochronologique ?

Environ

0{,}5\ \text{Ma}

Environ

27{,}7\ \text{Ma}

Environ

13{,}9\ \text{Ma}

Environ

69{,}3\ \text{Ma}

Explication

La loi donne $t=\frac{\ln(P_0/P_t)}{\lambda}=\frac{\ln(800/200)}{0{,}02}=\frac{\ln 4}{0{,}02}\approx69{,}3\ \text{Ma}$ . Le rapport inversé donne un âge négatif, l’oubli du logarithme donne un rapport brut et la multiplication par $\lambda$ applique incorrectement la constante.

Answer

Environ $$69{,}3\ \text{Ma}$$

Question 9

9. Une roche a perdu une partie de ses isotopes pères et fils après sa formation; quelle condition n’est alors plus respectée pour dater sa cristallisation par radiochronologie ?

Les isotopes doivent être tous stables dans l’échantillon.

La demi-vie doit rester constante pendant la cristallisation.

Les isotopes doivent être piégés dans un système fermé.

L’échantillon doit être dépourvu d’éléments fils initiaux.

Explication

La datation exige que les isotopes restent piégés dans un système fermé afin que les quantités mesurées reflètent la désintégration depuis la fermeture. La stabilité des isotopes, la constance de la demi-vie et l’absence initiale d’éléments fils ne sont pas la condition visée.

Answer

Les isotopes doivent être piégés dans un système fermé.

Question 10

10. Les rapports isotopiques de plusieurs minéraux formés au même moment définissent une droite isochrone de pente $a=0{,}25$ ; quelle expression permet d’en déduire l’âge si la constante de désintégration est $\lambda$ ?

t=\frac{\ln(1{,}25)}{1/\lambda}

t=\frac{1{,}25}{\lambda}

t=\frac{\ln(0{,}25)}{\lambda}

t=\frac{\ln(1{,}25)}{\lambda}

Explication

La pente vérifie $a=e^{\lambda t}-1$ , donc $t=\frac{\ln(a+1)}{\lambda}=\frac{\ln(1{,}25)}{\lambda}$ . Employer $\ln(a)$ omet le terme ajouté, diviser par $1/\lambda$ inverse l’opération sur la constante, et utiliser directement la pente évite le logarithme.

Answer

$$t=\frac{\ln(1{,}25)}{\lambda}$$

Question 11

11. Une équipe veut dater une roche dont la formation remonte à plusieurs centaines de millions d’années. Quel échantillon convient le mieux à la méthode K/Ar ?

Un feldspath riche en potassium

Une roche formée il y a quelques milliers d’années

Un zircon riche en uranium

Un quartz pauvre en potassium

Explication

La méthode K/Ar s’applique aux minerais riches en potassium, comme le feldspath, et date des roches sur des durées de l’ordre de centaines de millions d’années. Le zircon riche en uranium renvoie à la méthode U/Pb, tandis que le quartz pauvre en potassium et l’âge de quelques milliers d’années ne correspondent pas aux caractéristiques indiquées.

Answer

Un feldspath riche en potassium

Question 12

12. Pour dater un échantillon par K/Ar, une géologue mesure la quantité initiale de potassium 40, $^{40}K_0$ , et sa quantité actuelle, $^{40}K_t$ . Quelle expression doit-elle utiliser pour calculer l’âge ?

t=\frac{^{40}K_0/^{40}K_t}{\lambda}

t=\frac{\ln(^{40}K_0/^{40}K_t)}{\lambda}

t=\lambda\ln(^{40}K_0/^{40}K_t)

t=\frac{\ln(^{40}K_t/^{40}K_0)}{\lambda}

Explication

La relation K/Ar pour l’âge est $t=\frac{\ln(^{40}K_0/^{40}K_t)}{\lambda}$ : elle prend le logarithme du rapport initial sur actuel, puis le divise par $\lambda$ . Le rapport inversé change le sens du quotient, l’absence de logarithme omet une opération et la multiplication par $\lambda$ modifie la formule.

Answer

$$t=\frac{\ln(^{40}K_0/^{40}K_t)}{\lambda}$$

Question 13

13. Une équipe souhaite dater un minéral de zircon dont l’âge estimé se situe entre 10 Ma et 4,56 Ga. Quelle méthode correspond à cette situation ?

La méthode uranium-plomb limitée à 0,704 Ga

La méthode potassium-argon

La méthode uranium-plomb

La méthode potassium-argon appliquée au zircon

Explication

La méthode U/Pb utilise le zircon et couvre une plage de 10 Ma à 4,56 Ga. La méthode K/Ar concerne les minerais riches en potassium, tandis que 0,704 Ga caractérise la durée associée au couple uranium 235-plomb 207, et non la plage complète de la méthode.

Answer

La méthode uranium-plomb

Question 14

14. Quelle durée de datation est associée au couple isotopique $^{238}U \rightarrow ^{206}Pb$ ?

0,704 Ga

4,56 Ga

10 Ma

4,56 Ma

Explication

Le couple $^{238}U \rightarrow ^{206}Pb$ correspond à une durée de datation de 4,56 Ga. La durée de 0,704 Ga appartient au couple uranium 235-plomb 207, 10 Ma est la borne basse de la plage générale, et 4,56 Ma confond milliards et millions d’années.

Answer

Calculer les âges des deux couples, puis reporter les mesures sur la concordia

Answer

Le couple $$^{235}U \rightarrow ^{207}Pb$$

Answer

Stratotype d’unité, puis stratotype de limite

Answer

Environ 89 % en calcium 40 et 11 % en argon 40

Question 15

15. Une géologue dispose des mesures des deux couples isotopiques d’un zircon. Quelle démarche suit-elle pour dater l’échantillon par U/Pb ?

Calculer les âges des deux couples, puis reporter les mesures sur la concordia

Calculer l’âge d’un seul couple, puis reporter les mesures sur la concordia

Calculer les âges des deux couples, puis tracer une droite isochrone

Reporter les mesures sur la concordia, puis calculer l’âge d’un seul couple

Explication

La démarche U/Pb consiste à calculer l’âge de chacun des deux couples, puis à reporter les mesures sur le graphique de la concordia. Se limiter à un couple omet une partie de la méthode, inverser les étapes ne respecte pas la démarche décrite, et la droite isochrone concerne une autre méthode.

Question 16

16. Deux couples U/Pb sont disponibles pour une roche, mais la durée recherchée est d’environ 0,7 Ga. Quel choix est le plus adapté ?

Le couple

^{238}U \rightarrow ^{206}Pb

Le couple

^{235}U \rightarrow ^{207}Pb

Les deux couples, car ils couvrent la même durée

Le zircon sans sélectionner de couple isotopique

Explication

Le choix du couple dépend de la durée recherchée : le couple $^{235}U \rightarrow ^{207}Pb$ correspond à 0,704 Ga, proche de 0,7 Ga. Le couple uranium 238-plomb 206 correspond à 4,56 Ga; les deux couples n’ont donc pas la même durée, et le zircon ne remplace pas le choix d’un couple.

Question 17

17. Une équipe décrit la composition d’un sous-étage dans une région, tandis qu’une autre fixe la frontière entre deux étages à l’échelle internationale. Quels stratotypes correspondent à ces deux objectifs, dans cet ordre ?

Stratotype de limite, puis stratotype d’unité

Stratotype d’unité pour les deux objectifs

Stratotype de limite pour les deux objectifs

Stratotype d’unité, puis stratotype de limite

Explication

Le stratotype d’unité décrit le contenu d’un étage ou sous-étage à l’échelle régionale, tandis que le stratotype de limite définit une frontière entre étages à l’échelle internationale. Inverser les fonctions confond ces deux rôles, et employer un seul type pour les deux objectifs néglige leur distinction.

Question 18

18. Dans la désintégration du potassium 40, quelle répartition approximative des produits correspond à la formation de calcium 40 et d’argon 40 ?

Environ 89 % en argon 40 et 11 % en calcium 40

Environ 11 % en calcium 40 et 89 % en argon 40

Environ 89 % en calcium 40 et 11 % en argon 40

Environ 88 % en calcium 40 et 12 % en argon 40

Explication

Le potassium 40 se désintègre approximativement à 89 % en calcium 40 et à 11 % en argon 40. La répartition 11/89 inverse les proportions, et l’estimation 88/12 reprend une valeur différente de celle visée ici.

QCM : Datation des roches et du temps géologique (18 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans une série de couches non renversée, une strate A se trouve sous une strate B. Quelle relation d’âge le principe de superposition permet-il d’établir ?

2. Une faille traverse plusieurs couches sédimentaires déjà déposées. D’après le principe de recoupement, comment dater la faille par rapport à ces couches ?

3. Une roche contient des fragments d’une roche plus ancienne. Selon le principe d’inclusion, quelle conclusion s’applique aux fragments par rapport à la roche qui les englobe ?

4. Pour choisir un fossile afin de corréler des strates éloignées, quel profil réunit les caractéristiques d’un bon fossile stratigraphique ?

5. Deux régions éloignées présentent des strates contenant des fossiles identiques. Quelle utilisation de cette observation est justifiée ?

6. Quelle démarche permet d’estimer l’âge d’une roche en exploitant la désintégration radioactive de ses isotopes ?

7. Dans un minéral, que deviennent naturellement les isotopes radioactifs au cours du temps ?

8. Un échantillon fermé contient initialement $P_0=800$ unités d’un isotope père et en contient aujourd’hui $P_t=200$ ; avec une constante de désintégration $\lambda=0{,}02\ \text{Ma}^{-1}$ , quel âge obtient-on avec la loi radiochronologique ?

9. Une roche a perdu une partie de ses isotopes pères et fils après sa formation; quelle condition n’est alors plus respectée pour dater sa cristallisation par radiochronologie ?

10. Les rapports isotopiques de plusieurs minéraux formés au même moment définissent une droite isochrone de pente $a=0{,}25$ ; quelle expression permet d’en déduire l’âge si la constante de désintégration est $\lambda$ ?

11. Une équipe veut dater une roche dont la formation remonte à plusieurs centaines de millions d’années. Quel échantillon convient le mieux à la méthode K/Ar ?

12. Pour dater un échantillon par K/Ar, une géologue mesure la quantité initiale de potassium 40, $^{40}K_0$ , et sa quantité actuelle, $^{40}K_t$ . Quelle expression doit-elle utiliser pour calculer l’âge ?

13. Une équipe souhaite dater un minéral de zircon dont l’âge estimé se situe entre 10 Ma et 4,56 Ga. Quelle méthode correspond à cette situation ?

14. Quelle durée de datation est associée au couple isotopique $^{238}U \rightarrow ^{206}Pb$ ?

15. Une géologue dispose des mesures des deux couples isotopiques d’un zircon. Quelle démarche suit-elle pour dater l’échantillon par U/Pb ?

16. Deux couples U/Pb sont disponibles pour une roche, mais la durée recherchée est d’environ 0,7 Ga. Quel choix est le plus adapté ?

17. Une équipe décrit la composition d’un sous-étage dans une région, tandis qu’une autre fixe la frontière entre deux étages à l’échelle internationale. Quels stratotypes correspondent à ces deux objectifs, dans cet ordre ?

18. Dans la désintégration du potassium 40, quelle répartition approximative des produits correspond à la formation de calcium 40 et d’argon 40 ?

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Questions et réponses du QCM

1. Dans une série de couches non renversée, une strate A se trouve sous une strate B. Quelle relation d’âge le principe de superposition permet-il d’établir ?

2. Une faille traverse plusieurs couches sédimentaires déjà déposées. D’après le principe de recoupement, comment dater la faille par rapport à ces couches ?

3. Une roche contient des fragments d’une roche plus ancienne. Selon le principe d’inclusion, quelle conclusion s’applique aux fragments par rapport à la roche qui les englobe ?

4. Pour choisir un fossile afin de corréler des strates éloignées, quel profil réunit les caractéristiques d’un bon fossile stratigraphique ?

5. Deux régions éloignées présentent des strates contenant des fossiles identiques. Quelle utilisation de cette observation est justifiée ?

6. Quelle démarche permet d’estimer l’âge d’une roche en exploitant la désintégration radioactive de ses isotopes ?

7. Dans un minéral, que deviennent naturellement les isotopes radioactifs au cours du temps ?

9. Une roche a perdu une partie de ses isotopes pères et fils après sa formation; quelle condition n’est alors plus respectée pour dater sa cristallisation par radiochronologie ?

10. Les rapports isotopiques de plusieurs minéraux formés au même moment définissent une droite isochrone de pente a=0,25a=0{,}25a=0,25; quelle expression permet d’en déduire l’âge si la constante de désintégration est λ\lambdaλ ?

11. Une équipe veut dater une roche dont la formation remonte à plusieurs centaines de millions d’années. Quel échantillon convient le mieux à la méthode K/Ar ?

12. Pour dater un échantillon par K/Ar, une géologue mesure la quantité initiale de potassium 40, 40K0^{40}K_040K0​, et sa quantité actuelle, 40Kt^{40}K_t40Kt​. Quelle expression doit-elle utiliser pour calculer l’âge ?

13. Une équipe souhaite dater un minéral de zircon dont l’âge estimé se situe entre 10 Ma et 4,56 Ga. Quelle méthode correspond à cette situation ?

14. Quelle durée de datation est associée au couple isotopique 238U→206Pb^{238}U \rightarrow ^{206}Pb238U→206Pb ?

15. Une géologue dispose des mesures des deux couples isotopiques d’un zircon. Quelle démarche suit-elle pour dater l’échantillon par U/Pb ?

16. Deux couples U/Pb sont disponibles pour une roche, mais la durée recherchée est d’environ 0,7 Ga. Quel choix est le plus adapté ?

17. Une équipe décrit la composition d’un sous-étage dans une région, tandis qu’une autre fixe la frontière entre deux étages à l’échelle internationale. Quels stratotypes correspondent à ces deux objectifs, dans cet ordre ?

18. Dans la désintégration du potassium 40, quelle répartition approximative des produits correspond à la formation de calcium 40 et d’argon 40 ?

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10. Les rapports isotopiques de plusieurs minéraux formés au même moment définissent une droite isochrone de pente $a=0{,}25$ ; quelle expression permet d’en déduire l’âge si la constante de désintégration est $\lambda$ ?

12. Pour dater un échantillon par K/Ar, une géologue mesure la quantité initiale de potassium 40, $^{40}K_0$ , et sa quantité actuelle, $^{40}K_t$ . Quelle expression doit-elle utiliser pour calculer l’âge ?

14. Quelle durée de datation est associée au couple isotopique $^{238}U \rightarrow ^{206}Pb$ ?