minéralogie de la croûte terrestre

La sismologie a permis de démontrée que le globe terrestre était constitué de 4 différentes couches. Toutefois, l'observateur averti aura tôt fait de remarquer que la croûte terrestre varie, elle aussi, dans sa composition.

Dans ce chapitre, nous allons étudier la composition des minéraux qui constituent la croûte terrestre, qu'elle soit océanique ou continentale. 

La croûte océanique

Lors de forage, les chercheurs trouvent régulièrement les différentes couches suivantes :

- 0 à 275 m : des sédiments

- 275 à 1100 m des basaltes en coussins fracturés

- 1100 à 2100 m des basaltes en filon

- 2100 m au MOHO des gabbros

- au delà du MOHO des péridotites.

Ces roches sont toutes des roches magmatiques. Elles sont donc constituées des mêmes éléments de base, mais si leurs proportions sont quasi identiques, leurs organisations ne sont pas les mêmes. Chacune de ces roches contient 50% de SiO₂ , 16% de Al₂O₃ , 14% de MgO et 2,5% de Na₂0 et K₂0, excepté les péridotites qui sont constitués de magma mantellique 45% de SiO₂ , 4% de Al₂O₃ , 40% de MgO et 0,5% de Na₂0 et K₂0. Ceci prouve l'origine commune des roches, mais comment expliquer des structures si différentes.

Important : Les péridotites sont des roches du manteau supérieur on ne les trouve qu'en inclusion dans les roches basaltiques. Elles ont été entraînées par une remontée rapide de basalte, ce qui explique leur composition différente.

On constate que macroscopiquement les roches sont très différentes. Le basalte présent un aspect vitreux, alors que le gabbro et la péridodite sont de structure grenue. Au microscope, le basalte présente peu de cristaux et de petites tailles, à l'inverse le gabbro et encore plus l'olivine présentent de nombreux et gros cristaux qui sont des arguments en faveur d'un refroidissement lent. On peut faire l'essai avec de la vaniline qu'on fait fondre puisqu'on refroidit brutalement ou qu'on laisse refroidir lentement. Dans le premier cas nous aurons peu de cristaux, alors que dans le second nous aurons beaucoup de cristaux de grandes tailles.

Critères \ Roche	Basaltes	Gabbros	péridotites
Types de roches	Magmatique	Magmatique	Magmatique
structure	vitreuse et microlithique	Grenue, holocristalline	Grenue, holocristalline
compositions en minéraux	Plagioclases Pyroxènes et olivines noyés dans une pâte non cristallisée, amorphe = verre	Plagioclases Pyroxènes	Olivine prédominante Pyroxènes
localisation	Croûte océanique	Croûte océanique	manteau
origine	refroidissement rapide Magma issu de la fusion partielle des péridotites	refroidissement lent  Magma issu de la fusion partielle des péridotites	Originelle ou secondaire mais toujours refroidissement lent

Tableau récapitulatif de la formation des roches de la croûte océanique.

Formation des Gabbros et basaltes, l'origine de la croûte océanique.

Comme son nom l'indique la croûte océanique se forme au fond des océans et plus précisément, dans les dorsales (ou rifts) océaniques. Dans la dorsale océanique existe une chambre magmatique. Cette chambre magmatique reçoit continuellement de la chaleur venue du bas, ce qui produit des courants de convection (voir chapitre expansion de la dorsale). Ces courants de convection provoque des mouvements du magma dans la chambre. Le magma en contact avec la paroie de la chambre va se refroidir lentement en formant des cristaux. Ce magma cristallisé, lourd, va s'accumuler dans la partie basse de la chambre magmatique ce qui va donner une roche stratifiée. Cette stratification forme la base des gabbros lités. Le magma cristallisé qui reste sur les parties latérales de la chambre magmatique va former   le gabbro constitué de minéraux bien cristallisés.

Une partie du magma monte directement jusqu'à la surface de la dorsale. Soit il se refroidit dans des failles et donne des basaltes en filon, soit il atteint la surface et il est refroidi brutalement et forme des basaltes en coussin (pillow Basalt)

 

Qu'est-ce qu'un cristal pour une roche?

définition : Un cristal est un solide minéral, naturel, homogène, ordonné a` l'échelle atomique et défini par une composition chimique précise. Ce cristal est limité par ses faces généralement planes, faisant entre elles des angles parfaitement définis. Les cristaux se forment a` partir de liquides fondus et de vapeurs.

Une roche, comme tout les éléments sont constitués d'atomes qui s'assemblent en molécules. Lorsqu'une roche est fondue, les molécules peuvent se mouvoir librement les unes par rapport aux autres. Elles ne sont pas liées entre elles, ont dit qu'elles sont agitées. Lorsque la température baisse, les molécules vont commencer à interagir entre elles. Si le refroidissement est brutal, les molécules restent "figées" dans la position où elles étaient avant que la température ne baisse. Dans ce cas là, on obtient une matière désordonnée (on parle de matière amorphe), qui va former une matière vitreuse. A l'inverse si la température baisse lentement, les molécules vont s'organiser pour prendre le moins de place possible et avoir la structure la plus solide possible. L'agencement en cristal est fonction de la température et de la pression. Plus la température va baisser diminuer régulièrement et plus la pression sera haute, plus le cristal sera parfait (comme le diamant). Ci-dessous quelques exemples de formation de cristaux.

 

croûte continentale

la croûte continentale a une composition différente de la croûte océanique. On pourra d'abord constaté que la croûte continentale mesure 35 à 70 km d'épaisseur alors que la croûte océanique fait de 5 à 15 km d'épaisseur. Lorsqu'on observe la croûte continentale, on retrouve des roches sédimentaires, des roches métamorphiques (roches qui ont été modifiées (métamorphosée) après leur formation par d'importants événements géologiques) et des roches d'origine magmatique. Si il est facile de comprendre l'origine des roches sédimentaires, elles se sont formées par l'accumulation de particules déposées au fond de l'eau. L'origine des roches métamorphiques et magmatiques est plus compliqué à comprendre. Pour comprendre l'origine de ces roches, il faut se poser la question de où se forme la croûte continentale ?

Les croûtes continentales contenant à la fois des roches magmatiques et des roches métamorphiques elles doivent donc se former dans des régions propices au métamorphisme (donc forte température et pression) et au volcanisme pour la présence de magma. Les régions du globe répondant à tout ces critères sont les zones de subduction. Donc les croûtes continentales se forment dans les zones de subduction. 

La formation du granite.

Le granite est le constituant de base de la croûte continentale. On en retrouve dans la partie inférieure de tous les continents. Le granite est une roche magmatique, plus légère et contenant plus de silicates (SiO₂ 74%), de sodium et potassium (9,5% de Na₂0 et K₂0) et moins d'aluminates (Al₂O₃ 14%) que les magmas de la croûte océanique respectivement SiO₂ 50%, Al₂O₃ 16% et et 2,5% de Na₂0 et K₂0. La formation du granite se fait par un refroidissement lent du magma. Lors d'une subduction, il y a échauffement, ce qui entraîne la fusion partielle de la croûte terrestre. Cette fusion partielle va laisser remonter le magma enrichi en sillicates, sodium et potassium et appauvrit en aluminates. Le refroidissement lent de ce magma va former une roche grenue contenant de gros cristaux le granite. Ces différences de compositions des magmas entraîne des différences dans les cristaux formés. On ne trouvera jamais de Quartz et de Mica dans un gabbro alors que ce sont les constituants principaux des granites.

Le granite peut varier d'aspect en fonction des cristaux qui le compose, mais aussi en fonction de la présence de quelques inclusions dans le minéraux. Le granite est composé de mica noir (ou biotite), de mica blanc (ou muscovite), de quartz, de feldspath potassique (à large cristaux, aussi appelé orthose) et de fledspath plagioclase. Les minéraux présents varient d'un granite à l'autre et sont fonction des conditions de formation du granite. 

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