Formation des roches

Cet article traite de la formation des roches. Il contient également des articles sur les formations rocheuses physiques, les strates rocheuses et la dénomination formelle des formations géologiques .

Les roches terrestres sont formées par trois mécanismes principaux :

• Les roches sédimentaires se forment par l'accumulation progressive de sédiments : par exemple, du sable sur une plage ou de la boue sur le lit d'une rivière. Au fur et à mesure que les sédiments sont enfouis, ils se compactent et de plus en plus de matériaux se déposent à leur surface. Les sédiments finissent par devenir si denses qu'ils forment une roche . Ce processus est connu sous le nom de lithification .
• Les roches ignées se cristallisent à partir d'une fonte ou d' un magma . La fonte est composée de divers composants de roches préexistantes qui ont été soumises à la fusion soit dans des zones de subduction , soit dans le manteau terrestre . La fonte est chaude et passe donc vers le haut à travers des roches environnantes plus froides . Au fur et à mesure de son déplacement, elle se refroidit et divers types de roches se forment par un processus connu sous le nom de cristallisation fractionnée . Les roches ignées peuvent être observées sur les dorsales médio-océaniques , dans les zones de volcanisme d'arc insulaire ou dans les points chauds intra-plaques .
• Les roches métamorphiques existaient autrefois sous forme de roches ignées ou sédimentaires, mais elles ont été soumises à divers degrés de pression et de chaleur au sein de la croûte terrestre. Les processus impliqués modifient la composition et la structure de la roche et leur nature d'origine est souvent difficile à distinguer. Les roches métamorphiques se trouvent généralement dans les zones de formation de montagnes .

Les roches peuvent également se former en l'absence d'un gradient de pression important sous forme de matériaux condensés à partir d'un disque protoplanétaire , sans jamais subir de transformations à l'intérieur d'un grand objet tel qu'une planète ou une lune . Les astrophysiciens classent cela comme un quatrième type de roche : la roche primitive . Ce type est courant dans les astéroïdes et les météorites .

L' étude synthétique des roches se fait par des travaux expérimentaux qui tentent de reproduire différents types de roches et d'élucider leurs origines et leurs structures. Dans de nombreux cas, aucune expérience n'est nécessaire. Chaque étape de l'origine des argiles, des sables et des graviers peut être observée autour de nous, mais là où ces derniers ont été transformés en schistes, grès et conglomérats cohérents, et plus encore là où ils ont subi un certain degré de métamorphisme, il existe de nombreux points obscurs de leur histoire sur lesquels l'expérience peut encore jeter de la lumière. Des tentatives ont été faites pour reproduire des roches ignées, par fusion de mélanges de minéraux broyés ou de produits chimiques dans des fours spécialement conçus. Les premières recherches de ce genre sont celles de Faujas St Fond et de de Saussure , mais Sir James Hall a réellement posé les bases de cette branche de la pétrologie. Il a montré (1798) que les whinstones ( diabases ) d'Edimbourg étaient fusibles et que si elles étaient rapidement refroidies, elles produisaient des masses vitreuses noires ressemblant beaucoup aux poix et aux obsidiennes naturelles . Si elles étaient refroidies plus lentement, elles se consolidaient en roches cristallines semblables aux whinstones elles-mêmes et contenant de l'olivine , de l'augite et du feldspath (les minéraux essentiels de ces roches).

Bien des années plus tard, Daubrée , Delesse et d'autres poursuivirent des expériences similaires, mais le premier progrès notable fut réalisé en 1878, lorsque Fouqué et Lévy commencèrent leurs recherches. Ils réussirent à produire des roches telles que la porphyrite, la leucite - téphrite , le basalte et la dolérite, et obtinrent aussi diverses modifications structurales bien connues des roches ignées, par exemple les porphyriques et les ophitiques . Incidemment, ils montrèrent que si de nombreuses roches basiques (basaltes, etc.) pouvaient être parfaitement imitées en laboratoire, les roches acides ne le pouvaient pas, et avancèrent l'explication que pour la cristallisation de ces dernières, les gaz qui ne manquent jamais dans les magmas rocheux naturels étaient des agents minéralisateurs indispensables. Il a été prouvé par la suite que la vapeur d'eau, ou des substances volatiles telles que certains borates, molybdates, chlorures, fluorures, aident à la formation de l'orthose , du quartz et du mica (les minéraux du granite ). Sir James Hall a également apporté la première contribution à l'étude expérimentale des roches métamorphiques en transformant la craie en marbre en la chauffant dans un canon de fusil fermé, ce qui empêchait la fuite de l' acide carbonique à haute température. En 1901, Adams et Nicholson ont poussé cette démarche plus loin en soumettant le marbre à de fortes pressions dans des presses hydrauliques et ont montré comment les structures feuilletées, fréquentes dans le marbre naturel, peuvent être produites artificiellement.

En dehors de la Terre , la roche peut également se former en l'absence d'un gradient de pression important sous forme de matériau condensé à partir d'un disque protoplanétaire , sans jamais subir de transformations à l'intérieur d'un grand objet tel que les planètes et les lunes . Les astrophysiciens classent cela comme un quatrième type de roche : la roche primitive .

Les roches primitives « n'ont jamais été beaucoup chauffées, bien que certains de leurs constituants aient pu être assez chauds au début de l'histoire de notre système solaire . Les roches primitives sont courantes à la surface de nombreux astéroïdes, et la majorité des météorites sont des roches primitives. »

Un exemple de roche primitive est le minéral octaédrite achondritique de fer-nickel observé dans le modèle de Widmanstätten que l'on trouve dans un certain nombre de météorites riches en fer . Composé de kamacite et de taénite et formé dans des conditions de refroidissement extrêmement lentes (environ 100 à 10 000 °C/Myr, avec des temps de refroidissement totaux de 10 Myr ou moins), il précipitera la kamacite et fera croître des plaques de kamacite le long de certains plans cristallographiques dans le réseau cristallin de la taénite .