La limite PT à Meishan (Chine)

Objectifs:

  Meishan est actuellement le stratotype de la limite Permo-Triasique. Les relevés fossilifères complète l'étude effectuée à Bulla et permettent de faire le lien entre la stratigraphie et la notion de limite.

Intégration aux programmes:

• En lycée, cette proposition de démarche pédagogique s'inscrit dans le programme actuel de Terminale sur la mesure du temps et sur les évènements biologiques et géologiques au cours du temps.Cette démarche permet également la validation de l'item  B2i (Voir les items)
• En collège, Le fichier peut être utiliser pour valider le b2i collège (option de tri d'une feuille de calcul). (Voir les items )

Déroulement:

  Les données de terrain  rassemblent les prélèvements effectuées sur 5 sections différentes proches de Meishan (Chine).

Télécharger un fichier situant quelques sites importants

de la limite Permien-Trias (fichier construction)

  Elles comportent 333 espèces réparties en 162 genres et 15 groupes. Ces données ont permis une publication  dans Science en juillet 2000. Le fichier numérique nous a été gracieusement fourni par Dr Shuzhong Shen du State Key Laboratory of Palaeobiology and Stratigraphy Nanjing Institute of Geology and Palaeontology

Le fichier de données a été formaté pour pouvoir être utilisé facilement par les élèves . Ce fichier présente :

* la liste de toutes les espèces, le niveau bas de présence dans la colonne stratigraphique et le niveau haut (occurrence basse et haute). Ces niveaux sont repérés en mètre par rapport à la base du banc n°1 ;

* Un certain nombre de datations isotopiques  de bancs de cendres ;

Télécharger le fichier Meishan.xls

1. Situer la crise  à partir des données.

•  Sur la feuille "Données tous groupes", sélectionner les valeurs pour construire un graphe boursier montrant la répartition des espèces en fonction de l'épaisseur.
     Aide méthodologique Open Office : Sélectionner les trois colonnes adjacentes: Occurrence basse, occurrence haute et la colonne vide (E). Construire le graphe  "cours" (boursier) et choisir la première option. Pour construire ce graphe, il faut impérativement trois séries de données, ce qui explique la nécessité de sélectionner une troisième colonne quasi vide. Renseigner les différentes fenêtres de l'assistant graphique pour obtenir un graphe correct. Une fois le graphe construit, le couper (Ctrl+X) et le coller (Ctrl+V) sur la feuille prévue à cette effet "Graphe tous groupes". Le redimensionner sur toute la largeur de l'écran.

• Repérer le niveau approximatif de la crise en traçant un trait horizontal rouge ou déplacer le trait rouge de la page "graphe tous groupes" vers ce niveau.

Aide méthodologique:  Avant de déplacer le trait rouge, le sélectionner puis par un clic droit, choisir disposition et envoyer vers l'avant, ensuite placer le trait au niveau convenable.

• De manière à mieux repérer la crise et le comportement des différents phyla, sans modifier le graphe, utiliser les options de tri  sur la page "données tous groupes".     

Aide méthodologique: Sélectionner les  données sur la page "données tous groupes", puis accéder à la fonction trier par Données / Trier puis choisir la colonne ou les colonnes à trier et l'ordre (croissant ou décroissant). Dans ce cas précis, il faut utiliser la colonne D des occurrences hautes (niveau des disparitions).

•  Corriger la position du trait marquant la crise. Noter l'épaisseur et interpréter.

 Eléments de réponse :

D'après les données brutes, on note facilement que le niveau où se situe les disparitions les plus nombreuses est situé entre 42 et 44 m d'épaisseur, le tri permet d'affiner cette limite.

  A Meishan, il y a bien une phase d'extinction massive touchant presque la totalité des groupes présents avant cette limite, cette phase d'extinction est progressive mais avec une accélération des disparitions autour de l'épaisseur 43 m. Nous pouvons également remarquer que toutes les espèces n'ont eu le même comportement face à cette crise.

2. Quels sont les phyla touchés par la crise ?

• Faire une analyse du comportement de chaque phylum. Deux solutions possibles :

*Construire le graphe à partir des données de la feuille "données par groupe" et en utilisant la colonne phyla du tableau (A) puis les colonnes de données chiffrées (C,D, E).

Aide méthodologique: Pour sélectionner des colonnes non adjacentes, commencer par sélectionner la première série de valeurs. Pour sélectionner la deuxième série de valeur, maintenez la touche Ctrl appuyée.

*Utiliser le graphe déjà construit de la feuille "graphe par groupe"

Eléments de réponse :

L'analyse du graphe confirme des comportements différents des phyla pendant cette période à Meihan. Parmi les groupes bien représentés, certains groupes disparaissent totalement  lors de la crise (Fusulines, ou Foraminifères). D'autres sont très fortement réduits avec quelques espèces qui passent la crises (Brachiopodes, Céphalopodes et Conodontes). Les ostracodes  disparaissent progressivement avant la crise alors que les bivalves, peu présents avant la crise semblent se diversifier.

ATTENTION: Disparition des espèces à Meishan ne peut être interprété comme un disparition globale sur toute la surface de la Terre. La vision géographique statistique est indispensable pour conclure à une crise majeure.

3.  Positionner la limite Permo-trias dans le temps.

   Parmi toutes les couches analysées, certaines sont des bancs de cendres volcaniques qui ont permis une datation isotopique.

• Observer ces données sur la feuille datation 98 du fichier Meishan.  A partir de ces données, peut-on dater la limite Permo-trias que vous avez définie graphiquement ci-dessus? Cette limite est encadrée par deux datations. On pourrait dater cette limite en admettant que l'épaisseur des roches est proportionnelle au temps :

• Pour vérifier cette proportionnalité, construire le graphe Datation des couches de cendres en fonction de l'épaisseur.

Aide méthodologique : Sélectionner les données de la "feuille datation 98" puis insertion diagramme choisir l'option XY dispersion (nuage de points).

Eléments de réponse :

Il est clair d'après ce graphe que l'âge n'est pas proportionnel à l'épaisseur. L'épaisseur de roches d'environ 30m entre les deux couches de cendres les plus profondes est  de  1,1 MA : soit pendant une période de sédimentation / compaction rapide alors que les couches juste au-dessus, d'une épaisseur de 6 m environ se sont formées pendant une période de temps comparable environ 1MA soit une période de sédimentation compaction lente.
Il faut également revenir sur les difficultés de la  datation. Il n'est  possible de dater ni les fossiles ni les roches sédimentaires (Systèmes ouverts).

La dernière échelle stratigraphique (2008) date la limite Permo-Trias à 251.0 +/-0,4. On peut avec ses données tentée de comprendre la façon dont les scientifiques ont réussi à dater cette limite.

Ont ils admis  une proportionnalité Epaisseur -Temps entre ces deux couches de cendres?

Pour vérifier ceci ,il est préalablement nécessaire de situer la limite précisement en épaisseur.

Eléments de réponse :

La limite ne correspond pas à un niveau précis masi on peut admettre que le plus gros évènement de disparition se situe entre 42,98 m et 43.03 m à partir de la base du lit 1. On peut alors tenter de dater cet intervalle sur le graphe de datation zoomé.

• Construire le graphe "zoomé" datation épaisseur.

Marquer les incertitudes de datation en déplaçant les deux traits bleus et positionner le rectangle bleu clair de manière à visualiser la période d'extinction. Définir les ages correspondants.

Aide méthodologique: Sélectionner seulement les valeurs qui encadrent la limite lignes 43 à 51 pour les colonnes C et D de la feuille "datation 98". Couper ce graphe et le coller dans la page graphe zoomé datation. Sélectionner le graphe  et par un clic droit sur les points, insérer une courbe de tendance rectiligne.
Sélectionner le trait bleu ainsi que le rectangle bleu clair et les positionner en premier plan (clic droit, ordre, premier plan) avant de la positionner sur le graphe)

Eléments de réponse :

L'encadrement de datation de cette limite serait donc 251,04 et 251,16 Ma ce qui n'a pas grande signification étant donné les intervalles d'incertitude des datations isotopiques. 

Il faut savoir que définir une limite revèle d'un consensus international où de nombreux arguments interviennent. Le stratotype pour la limite Permo-trias a été défini en 2004 à Meishan en Chine précisément au niveau de l'apparition d'un conodonte : Hindeodus parvus. 

• Rechercher sur la première feuille "Données tous groupes", l'épaisseur à laquelle apparait  Hindeodus parvus  et psoitionner sur la graphe cette apparition en déplaçant la ligne rouge . Déterminer d'après ces données sa date d'apparition et par définition la date de la limite Permo-Trias ?

Eléments de réponse :

 D'après les données du fichier et plus précisément ceux de la feuille "données par groupe" l'occurence basse d'Hindeodus parvus c'est à dire le premier lit où on a découvert ce conodonte est située à  l'épaisseur 43,08 m. La feuille datation permet de montrer que le lit 27c qui contient cette occurence basse d'Hindeodus parvus

 L'analyse du graphe de datation zoomée montre un âge de 250,9 ±0,3 Ma. Les chercheurs propose eux une datation  de l'apparition d' Hindeodus parvus  à 251.1 Ma. En réalié on ne sait pas dater avec précision.

  Une datation U/Pb fait état d'un âge de 253 Ma pour cette limite PT (Mundil & al 2001) ce qui est notablement plus ancien que  la datation du commencement de l'éruption du trapp de Tunguss qui est considéré comme synchrone à cette limite PT. Cette datation ⁴⁰Ar/³⁹Ar  est de 250.0 ±0.3 Ma (Renne et al. 1995).

L'âge accepté aujourd'hui est de 251.0± 0.4 Ma

 Voir le fichier corrigé

Bibliographie :

• Y.G.Jin. Y.Wang & all, Pattern of marine Mass Extinction Near the Permian-Triassic Boundary in South China,  Science,289,432,2000
• Yin.Hongfu et al.,The Global Stratotype Section and Point (GSSP) of the Permian-Triassic Boundary, International Commission on Stratigraphy

Items  B2i Collège:

• C.1.2 : Je sais accéder aux logiciels et aux documents disponibles à partir de mon espace de travail.
• C.2.4 : Je m’interroge sur les résultats des traitements informatiques (calcul, représentation graphique, correcteur…).
• C.3.4 : Je sais créer, modifier une feuille de calcul, insérer une formule.
• C.3.5 : Je sais réaliser un graphique de type donné.

Items B2i Lycée

• 3.4) Je sais utiliser ou créer des formules pour traiter les données.
• 3.5) Je sais produire une représentation graphique à partir d’un traitement de données numériques.

 Licence creative commons version 3.0 :

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.fr

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