Cours 2 Géologie PDF

Roche Magmatique 1 - Définitions Le magmatisme = liquide Proto = avant ; lithe = roche => protolithe (roche initiale) Eau et co2 dans la plupart des magmas Froid dur = roche Roche magmatique a été fondu à un moment de son histoire Exogène = roches formées près de la surface => Roches sédimentaires E...

Roche Magmatique 1 - Définitions Le magmatisme = liquide Proto = avant ; lithe = roche => protolithe (roche initiale) Eau et co2 dans la plupart des magmas Froid dur = roche Roche magmatique a été fondu à un moment de son histoire Exogène = roches formées près de la surface => Roches sédimentaires Endogène = roches formées sous la surface => Roches magmatiques et roches métamorphiques Pétrologie = science des roches Pétrographie = description des roches Le magmatisme concerne les roches qui sont passées au moins partiellement à l’état liquide. Le magma est issu de la fusion d’une roche initiale (protolithe). La roche initiale peut être : - une roche du manteau (ou mantellique) - une roche de la croûte continentale (crustale). La plupart du temps, un magma est constitué d’une phase solide (cristaux), d’une phase liquide et d’une phase gazeuse. En refroidissant, le magma suit des phénomènes de cristallisation (dans un ordre précis). On obtient une roche magmatique. Le magmatisme fait donc intervenir un phénomène de fusion suivit d’un phénomène de cristallisation. Deux types de réorganisations qui caractérisent une roche métamorphique : la recristallisation et le changement de structure/texture Les roches métamorphiques ne conservent qu’une partie de leur histoire car elle va se transformer tout le long de son trajet prograde et rétrograde. Elle va subir des variations de conditions physico-chimiques. Des variations de température, avec l’entrevue. Des variations de pression qui font qu’un minéral peu dense avec un grand volume peut être remplacée par un minéral dense avec un petit volume ou inversement en fonction du trajet. On peut aussi penser à une roche qui était hydratée et qui dans son trajet prograde se voit déshydratée. Dans son trajet rétrograde cette roche ne sera surement pas réhydratée car l’eau s’est évaporée. Les roches métamorphiques que les géologues observent à la surface ont souvent atteint des conditions maximales et ne sont témoins que d’une partie du retour. Les transformations sont en cours mais prennent du temps (à l’échelle géologique) 2 – Les différentes expressions du magmatisme 2.1 Le volcanisme Magma qui arrive à traverser la surface = volcan Toute la croute terrestre est constituée de magma qui n’a jamais atteint la surface = pas de volcan  Magma rouge = volcanisme effusif = magmas fluides  Magma visqueux épais = volcanisme extrusif = pate Extrusif car sort de force de la surface Magma souvent plein de gaz  Volcanisme mixte = cône Hawaïen et Trombien = rouge  Le volcanisme effusif : magmas fluides. Ex. Mauna Loa, Hawaï, Chaîne sous-marine  Les volcanismes extrusifs : laves visqueuses accompagnées de projections massives de cendres et de gaz en altitude. Ex. Puy de Dôme Ex. L’aiguille de la Montagne Pelée (Martinique)  Les volcanismes mixtes : coulées de laves assez fluides et de projections. Ex. Stromboli L’étude des laves arrivant en surface montre qu’un magma est :  - Un bain silicaté qui présente une phase solide faite de microlithes et/ou phénocristaux et qui comprend une phase gazeuse La teneur en silice (en % SiO2) des magmas est comprise entre - 45% (magmas pauvres en silice et fluides) => volcan rouge - 65% (magmas riches en silices et visqueux) => volcan gris La productivité magmatique annuelle (actuelle) des volcans : 1) Est de l’ordre de 3-4 km cube par an 2) Est concentrée aux niveaux des dorsales océaniques 3) A été bien plus élevée à certaines périodes géologiques - Quand les dorsales furent ou seront jeunes - Lors de fortes activités de points chauds (Grands plateaux océaniques et épanchements basaltiques de types trapps) Dorsale jaune = production plus importante TRIAS, il y a 200 millions d’années Trapps = grand épanchements basaltiques Production plus importante 2.2 – Le plutonisme Les roches plutoniques correspondent à un magma qui refroidit en profondeur Les roches arrivent en surface des millions d’années après, par érosion Elles n’ont pas toutes la forme d’un pluton ! 20-30 km cube par an Accrétion de la croûte continentale Accrétion = ajout de matière (magma qui s’ajoute à du magma, ajout de masse) 3 – Les processus magmatiques 3.1 – La fusion partielle (important) La roche-mère des magmas est le manteau supérieur asthénosphérique (voir les différentes couches de la Terre en rappel sur la diapo suivante) Remarque : le magma peut aussi provenir de la fusion de la croûte terrestre par enfouissement des roches granitiques au cœur des chaînes de montagne épaissie = anatexies crustale (=fusion de la croute terrestre) (voir plus loin + métamorphisme) Apprendre ces schémas Lithosphère (environ 70 km) = plaque tectonique = se déplace en même temps que la plaque Apprendre ces schémas Le manteau supérieur est constitué de péridotite, une roche solide à haute pression riche en fer et en magnésium et pauvre en silice et en alcalins (Na et K) La croûte océanique est composée de basalte et de gabbro Le premier magma issu de la fusion de la péridotite est un basalte Or, les basaltes n’ont pas la même composition chimique que la péridotite : La fusion est incomplète : - Certains éléments restent dans les cristaux de la roche initiale, ils sont dits « compatibles » (avec le réseau cristallin, donc la phase solide) ex : Fe, Mg, le plus solide - Certains éléments passent dans la phase liquide, ils sont dits « incompatibles » (avec le réseau cristallin) ou encore « magmatophiles » (= avoir de l’affinité pour le magma) ex : Na, K Fer et magnésium = compatible = le manteau Sodium et potassium = incompatible = la croûte Aluminium ? Il va dans la croûte (8%) Sa très faible densité explique sa concentration dans la croûte terrestre Visiblement, densité et rayon ionique ne sont pas systématiquement liés En laboratoire, pour comparer avec la composition chimique des basaltes rencontrés sur le terrain : - On peut faire fondre une péridotite à différentes températures - Ces températures correspondent à différents taux de fusion Exercice : observez ce tableau et donnez le taux de fusion d’une ́ un basalte de dorsale océanique. péridotite ayant donné  Fusion à 15% (taux de fusion fort) Il reste un problème à résoudre : dans des conditions « normales » de T/P, une péridotite ne peut pas entrer en fusion ! Comment expliquer l’existence des basaltes ? Il y a trois phénomènes géologiques qui peuvent faire fondre la péridotite, sinon elle ne peut pas fondre : - Par augmentation de la température dans le manteau = cas des points chauds (= montée de chaleur) (diapir) - Par diminution du solidus = hydratation du manteau = cas de subduction - Par une décompression du manteau sans perte de température = remontée adiabatique (= baisse de pression sans baisse de température) sous les dorsales (remontée vite le manteau plusieurs années sans changement de température) Bilan Pour produire du magma d’une péridotite il faut donc : - Soit une surchauffe de manteau (diapir chaud lié à la remontée d’un point chaud)  - Soit une hydratation du manteau (ce qui baisse le point de fusion) = subduction - Soit une remontée rapide du manteau (qui est alors décompressé sans pouvoir refroidir = adiabatique) ; c’est le cas des dorsales océaniques 3.2 – La cristallisation factionnée La cristallisation fractionnée est le processus inverse de la fusion partielle. La fusion partielle génère des magmas. Ces magmas sont extraits du résidu solide car ils sont moins denses Le magma migre donc vers le haut : - Soit en s’échappant jusqu’à la surface (éruption volcanique) - Soit en se stabilisant dans une chambre magmatique au sein de la croûte Dans les deux cas, le magma subit un refroidissement au cours de sa remontée et il commence à se cristalliser. Or, les silicates ne cristallisent pas tous en même temps Leur apparition s’échelonne dans un intervalle de température compris entre 1900 et 650°C Les silicates riches en ferromagnésiens cristallisent en premier (à haute T°), alors que le quartz (silice pure) cristallise en dernier (à basse T°) C’est la cristallisation fractionnée https://www.maxicours.com/se/cours/la-cristallisation-fractionnee-du-magma-a-l-origine- de-la-diversite-des-granitoides/ 3.3 – Les suites réactionnelles de Bowen (1928) Le premier minéral à cristalliser est l’olivine. A plus basse T°, l’olivine est instable dans un magma riche en silice. Elle se déstabilise et participe à la cristallisation du minéral suivant le pyroxène et ainsi de suite : Olivine + SiO2 (silice) => pyroxène Et ainsi de suite : Pyroxène + SiO2 => amphibole Amphibole + SiO2 => biotite C’est la suite réactionnelle (discontinue) des minéraux ferromagnésiens Olivine = 1200°C Parallèlement à cette suite discontinue des ferromagnésiens se développe une suite continue, la suite des feldspath plagioclases Cette suite est continue parce que la proportion de calcium par rapport au sodium varie de façon continue : - A l’extrémité « chaude » : plagioclase calcique (CaAl2SiO8, anorthite) - A l’extrémité « froide » : plagioclase sodique (NaAlSiO8, albite) Apprendre ce schéma par cœur ROCHE INTRUSIVE = MAGMATIQUE ROCHE EXTRUSIVE = VOLCANIQUE Les feldspaths potassiques (alcalins) cristallisent séparément. Tous les feldspaths représentent une solution solide entre trois pôles chimiques (K, Na, Ca) Les feldspaths potassiques (orthose) et les feldspaths sodiques (l’albite) forment les feldspaths alcalins Les feldspaths sodiques (l’albite) et les feldspaths calcique (anorthite) forment les feldspaths plagioclases Feldspaths potassiques (orthose) + feldspaths sodiques (albite) = feldspaths alcalins Feldspaths sodiques (albite) + feldspaths calciques (anorthite) = feldspaths plagioclases L’albite (sodique) est à la fois un feldspath alcalin et un feldspath plagioclase Le quartz est le dernier minéral à cristalliser (à basse température : 700°C). Il représente l’excédent de silice du magma Si la silice n’est pas en excès : pas de quartz C’est grâce à ce phénomène de cristallisation fractionnée que l’on peut reconnaitre 4 grandes familles de roches : - Roches ultramafiques (très pauvres en silice) - Roches mafiques (pauvres en silice mais riches en Mg, Fe, Ca) - Roches intermédiaires - Roches felsiques (riches en silices et en Al, K, Na, donc en feldspaths alcalins) L’ensemble de ces phénomènes peut se résumer à une expression : (à connaitre et à savoir expliquer) La différentiation magmatique par cristallisation fractionnée