Toute couche sédimentaire est une représentation du temps qui a été nécessaire pour qu’elle se dépose. Par conséquent une formation sédimentaire, avec ses caractères lithosphériques (pétrographique et paléontologique), est à la fois une mesure de temps et une représentation de l’ordre de succession des événements géologiques dont elle porte la marque. La science qui permet de dater en géologie est appelée la géochronologie.

I. Comment dater en géologie ?

Il existe deux types de datation en Géologie :

  • la datation relative (qui consiste à donner un âge approximatif à un phénomène ou un événement géologique par rapport à un autre)
  • et la datation absolue (qui consiste à donner à un événement un âge plus précis exprimé en années).

Datation relative

Elle regroupe l’ensemble des méthodes de datation permettant d’ordonner chronologiquement des événements géologiques et/ou biologiques, les uns par rapport aux autres. Elle repose sur plusieurs principes :

  • Principe de recoupement : Un corps rocheux qui en recoupe un autre est nécessairement plus jeune que celui qu’il recoupe.
    Tout élément recoupé est plus ancien que l'élément recoupant. Ce principe permet de dater des plis, des failles et des coulées volcaniques.  Exemple : une faille normale touchant des terrains sédimentaires est postérieure à la formation de ces terrains. Les terrains se sont déposés, puis la faille les a modifiés.
  • Principe d’inclusion : Tout élément inclus, comme un galet provenant d'une roche préexistante, est obligatoirement plus âgé que ce qui l'entoure.

  • Principe d'identité paléontologique : Deux couches, éloignées l’une de l’autre et contenant les mêmes fossiles stratigraphiques, ont le même âge. Ce principe utilise les fossiles stratigraphiques, caractéristiques d’une époque géologique limitée dans le temps. Un fossile stratigraphique doit avoir une répartition mondiale, mais aussi une faible durée de vie. Dans la majorité des cas, ce sont des espèces marines ayant eu une durée de vie très courte aux alentours de 250 000 ans, comme les ammonites.

  • Principe de continuité latérale : l’âge d'une strate est le même sur toute son étendue. Le principe de continuité latérale permet de lier des terrains se trouvant à distance et ayant des caractéristiques semblables. Ce principe permet d'avancer que si deux terrains proches ont les mêmes caractéristiques, ils se sont formés au même moment. 

Datation absolue

C’est la méthode qui permet de dater un élément de manière absolue avec un âge exacte. Pour cela, elle fait appel à la radioactivité de certains éléments de la nature qui ne sont pas stables et qui ont tendance à se transformer pour donner un corps plus stable. 

La réaction de désintégration peut se résumer ainsi : un élément parent se transforme progressivement en un élément rejeton. Cette désintégration met un certain temps à se faire ; c'est ce paramètre temps qui nous intéresse.

Ici, le temps est la durée totale pour que tout l'élément parent soit transformé en élément rejeton. 

À chaque fois qu'il est question de datation de roches ou d'autres matériaux anciens, on invoque inévitablement l'incontournable Carbone-14 $\rm (^{14}C)$. Le $\rm ^{14}C$ est en effet une méthode très utile pour la datation de certains matériaux géologiques, et particulièrement de matériaux archéologiques. 

La méthode utilise la réaction de désintégration du carbone-14 en azote-14. Il faut savoir que le carbone commun dans la nature a une masse atomique de 12 $\rm (^{12}C)$.

La désintégration du carbone 14 se fait selon le schéma ci-dessous. La demi-vie correspond au temps qu’il faut pour qu’une masse d’un élément X se transforme de moitié. Pour le carbone 14, ce temps est de 5730 ans.

II. Événements géologiques et biologiques

Au cours des temps géologiques, il y a eu une disparition massive de certains groupes d'animaux et de végétaux qui sont remplacés par de nouvelles espèces mieux adaptées au contexte. Ces disparitions et apparitions d'espèces constituent des événements biologiques.  

Il y a également des événements géologiques tels que la formation des chaînes de montagnes, les phénomènes de transgression et régression marines, le volcanisme et les séismes qui modifient l'aspect des paysages. 

III. Découpage des temps géologiques (calendrier géologique)

C'est grâce aux méthodes de datation relative, que les géologues et surtout les paléontologues ont construit, au siècle passé, une échelle relative des temps géologiques. Les limites entre les principales unités ont été établies principalement sur des changements fauniques importants. Ainsi, la limite entre le Paléozoïque (littéralement, la vie ancienne) et le Mésozoïque (littéralement, le milieu de la vie) correspond à la grande extinction de la fin du Permien où 95% des espèces sont disparues de la surface du Globe, alors que la limite entre le Mésozoïque et le Cénozoïque (littéralement, la vie récente) correspond à la disparition de plusieurs groupes dont les dinosaures.