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Tout au long de l'histoire de la planète, des espèces animales et végétales sont apparus et en ont remplacé d'autres, elles se sont développées, ont accru leur extension géographique, se sont diversifiées en évoluant, puis elles ont fini par décliner avant de disparaître, étant à leur tour remplacées par de nouvelles espèces. La présence d'une espèce dans un gisement permet dés lors de le situer chronologiquement, en fonction de la durée de vie de l'espèce considérée, ou tout du moins de lui attribuer un âge maximal qui est celui de l'apparition de cette même espèce. On peut définir une limite chronologique à partir de l'apparition d'une espèce, mais il ne faut jamais se fonder sur l'absence d'un ou plusieurs taxons et encore moins sur leur disparition. En effet, la disparition d'une espèce est un phénomène lent à l'échelle géologique et ne traduit dans de nombreux cas qu'un phénomène très local. Parmi les méthodes de datation, les fossiles sont donc de première importance et apportent des éléments décisifs pour des reconstitutions paléoécologiques et paléoenvironnementales. Ces méthodes se fondent sur la liste faunistique et floristique des gisements, c'est-à-dire la liste la plus complète possible des espèces recueillies dans chacun des gisements considérés. Il n'est conservé à l'état fossile qu'une partie des associations d'organismes qui vivaient en un endroit déterminé. Le rapport entre la biocénose originelle et celle des populations renfermées dans les sédiments (thanatocénose) dépend de nombreux facteurs tels que la représentation des organismes à corps mou, les propriétés physico-chimiques des sédiments, l'hydrodynamisme, la présence de nécrophages, le pH, etc? Cette liste est établie niveau par niveau et l'observation sur une même verticale des variations du milieu dans le temps. La finalité des résultats obtenus est bien évidemment fonction de l'exactitude de cette liste. Certaines espèces ont, en effet, eu une durée de vie considérable, ce qui limite l'intérêt de la méthode si on ne se concentre pas uniquement sur les espèces ayant une courte durée de vie à l'échelle géologique. Pour dater une formation par rapport à une autre il est donc utile de considérer l'association des fossiles qu'elle contient.

Les méthodes paléoenvironnementales les plus classiquement employées sont la dendrochronologie, la palynologie, l'anthracologie, l'archéozoologie et la malacologie. Mise à part la dendrochronologie et la lichénométrie, toutes ces méthodes reposent sur le même principe ; pour chaque période de l'histoire correspond un cortège floristique et faunistique. La découverte sur un site archéologique de vestiges biologiques anciens, après un traitement statistique des données recueillies, peut permettre de donner un âge approchant.