Les roches ignées ou magmatiques Nées du feu Les roches ignées Nées d’un magma, une masse de roche fondue. ou magmatiques Volcans

L’origine des magmas atmosphère De l’eau à 90 °C ne bout pas au niveau du sol parce que le poids de l’air qui se trouve au-dessus, la pression, garde les molécules collées les unes sur les autres. Plus haut dans l’atmosphère cette eau bout. De même, la roche solide de l’asthénosphère fond partiellement (10 %) si elle est entraînée vers la surface et que le poids de la roche qui se trouve au-dessus diminue. La roche se refroidit très peu dans un tel courant ascendant. La roche de l’asthénosphère fond aussi partiellement quand une plaque en subduction lui amène de l’eau, ce qui abaisse sa température de fusion. 87° 4 000 m 87° asthénosphère 990° courant 1000°

La mise en place des magmas Comme l’huile dans l’eau, le magma a une masse volumique (nombre de g dans 1 cm3) plus petite que le manteau qui l’entoure et il cherche à monter. Il se force un chemin (= faire intrusion) en déformant et en fracturant la roche solide. Dans la croûte la différence de masse volumique disparaît, le magma cesse de monter et il forme un réservoir où il se solidifie généralement en donnant des roches ignées intrusives. Plus rarement, divers mécanismes mettent le réservoir sous pression et provoquent l’éruption du magma hors du réservoir et son effusion en surface donnant des roches ignées effusives. effusive intrusive réservoir croûte manteau Fusion partielle

La viscosité des magmas On décrit l’abondance du silicium Si, de l’aluminium Al, du fer Fe… dans un magma en imaginant ces éléments combinés à l’élément le plus abondant, l’oxygène O. On parle donc de concentration en silice SiO2, en oxyde de magnésium MgO, en oxyde de fer Fe2O3, etc. Dans la chimie des minéraux, SiO2 et Al2O3 servent de «granulats» et K, Ca, Na, Fe et Mg servent de «ciment». Un magma très riche en silice est toujours très pauvre en Fe et Mg. On qualifie un magma riche en silice de felsique (feldspath K – silice - ique). C’est un magma visqueux qui sort des volcans comme de la pâte à dents et qui donne des roches pâles. On appelle lave un magma qui s’écoule du sol. Dôme de lave visqueuse Photo de S.R. Brantley, USGS Rhyolite solidifiée, lave felsique pâle

rivière de lave fluide Un magma pauvre en silice, donc riche en fer et magnésium, est qualifié de mafique (magnésium – fer - ique). C’est un magma qui coule comme de l’eau et qui donne des roches foncées. Photo de J.D. Griggs, USGS Les photos du USGS : http://volcanoes.usgs.gov/Products/Pglossary/pglossary.html Les deux photos montrent une coulée de basalte, une lave mafique foncée. Photo USGS

Question Ces scories (= lambeaux de lave boursouflés projetés par un volcan) sont-elles riches ou pauvres en silice ? Réponse : Comme elles sont très foncées, elles sont pauvres en silice et riches en fer et magnésium.

Texture des roches ignées La taille et l’arrangement des minéraux d’une roche ignée, sa texture, nous dit comment le magma a refroidi. Le refroidissement brutal d’un magma, comme on le pratique dans la fabrication des vitres, donne des roches vitreuses. Les atomes n’ont pas le temps de se mettre en ordre et il n’y a pas de cristaux (et donc de minéraux) dans la roche. Le refroidissement rapide d’une lave felsique a donné un verre de type obsidienne. Si le magma avait eu le temps de cristalliser, il aurait donné un granite pâle. Le verre, lui, est noir à cause d’impuretés de magnétite ou d’oxydes de fer. C’est une exception à la règle felsique = pâle.

Photo Mineral Information Institute Verre de type pierre ponce. Verre de même composition que le granite, de couleur claire, ayant l’aspect de l’écume, très léger. Ce verre se forme à partir d’une lave felsique visqueuse riche en gaz : en s’échappant, le gaz laisse des vacuoles. Photo Mineral Information Institute http://www.mii.org/Minerals/photopumice.html Verre de type scorie. Si ce verre avait complètement cristallisé, il aurait donné un gabbro. Verre rougeâtre, boursouflé, plein de trous de dégazage, qu’on utilise pour l’empierrement des routes parce qu’il résiste bien aux intempéries. C’est l’équivalent mafique de la pierre ponce.

Texture (suite) Le refroidissement très lent d’un magma, dans son réservoir, donne des roches phanéritiques, c’est-à-dire totalement formées de cristaux visibles à l’œil nu (phaneros = visible, comme dans phénomène). Une roche phanéritique a un grain moyen ou grossier. Le grain désigne l’ensemble des parties qui forment une roche, telle qu’on la voit à l’œil. Un réservoir de la taille du mont Royal prend environ 100 000 ans à se solidifier complètement. Pyroxène Feldspath Gabbro semblable à celui du mont Royal. Une roche phanéritique ayant le même composition que les scories vitreuses et que la basalte à grain fin. Photo de C.E. Jones : http://www.pitt.edu/~cejones/GeoImages/2IgneousRocks.html

Texture (suite) Le refroidissement rapide d’une coulée de lave, qui prend quelques mois, donne une texture aphanitique (a- = non, non visible), à mi-chemin entre les texture vitreuse et phanéritique. Les cristaux sont invisibles ou à peine visibles à l’œil nu et on découvre au microscope un mélange de verre et de cristaux fins. Une roche aphanitique a un grain très fin. Photo de C.E. Jones Comparaison au microscope polarisant d’un gabbro phanéritique et d’un basalte aphanitique. Un basalte aphanitique Photos de K. Ratajeski : http://www.geolab.unc.edu/Petunia/IgMetAtlas/mainmenu.html

Question Roche ignée Ancien sol organique Coulée de lave basaltique La photographie montre un ancien sol rouge qui a été recouvert par une couche de roche ignée. Quelle est l’origine de cette roche ? Quelle est la texture probable au centre de la couche ? Réponse : Comme la roche a recouvert le sol, il s’agit d’une nouvelle coulée de lave solidifiée. La texture est donc probablement aphanitique parce que le refroidissement a été rapide, mais pas brutal.

Texture (suite) Quand les conditions de refroidissement du magma changent, on peut obtenir une roche dont certains des cristaux sont nettement plus gros que les autres. On parle alors de phénocristaux (pensez encore à phénomène) qui donnent à la roche une texture porphyrique. La photo montre un magma qui a d’abord refroidi lentement dans son réservoir, ce qui a donné les phénocristaux. Puis il a fait éruption et a fini son refroidissement rapidement, ce qui a donné la matrice aphanitique qui entoure les phénocristaux. Lave solidifiée de texture porphyrique. Matrice aphanitique Phénocristaux

Texture (fin) Mentionnons en terminant la texture vacuolaire, c’est-à-dire la présence de vacuoles, de trous laissés par un gaz qui s’est échappé du magma. La pierre ponce a une texture vitreuse et vacuolaire. La texture vacuolaire est courante à la surface des coulées de lave. Lave solidifiée de type basalte, aphanitique et vacuolaire, avec des phénocristaux d’olivine.

Texture et mise en place Le même magma peut refroidir au centre d’un réservoir ou près de la paroi, dans une fissure de la croûte, au cœur d’une coulée de lave ou à sa surface, au contact de l’eau de mer, dans une goutte projetée par un volcan, etc. Cela peut donner une roche compacte ou pleine de vacuoles, un verre ou un amas de cristaux, une roche faite d’éclats soudés, etc. En simplifiant, les roches intrusives ont des textures phanéritiques et parfois porphyriques, les roches effusives ont des textures aphanitiques, vitreuses, souvent vacuolaires et porphyriques. Roches effusives ou volcaniques (De Vulcain, le dieu du feu et des forges) Roches intrusives ou plutoniques (De Pluton, le dieu des enfers)

Classification des roches ignées Parmi toutes les roches ignées, nous en retiendrons trois avec leurs diverses textures : le granite, le basalte et la péridotite. Le granite est un composant important de la croûte continentale et il correspond à la composition chimique moyenne de cette croûte. Les diverses textures du basalte constituent la croûte océanique et la péridotite est la roche du manteau terrestre. Voir la prochaine diapositive.

Question Les roches des monts Rougemont et Saint-Bruno sont principalement des gabbros et des péridotites, des roches ignées phanéritiques. Qu’est-ce que cette texture nous dit sur l’origine de ces montagnes ? Réponse : La texture du gabbro et de la péridotite nous indique qu’il s’agit de roches intrusives (plutoniques) qui se sont solidifiées lentement dans la croûte. Leur présence en surface est le résultat de l’érosion. Il y a une montagne parce que ces roches ont mieux résisté à l’érosion que la roche encaissante. Péridotite Gabbro

Le dégagement des massifs intrusifs En cassant et en déformant la croûte, les mouvements des plaques de lithosphère (géodynamique interne) peuvent entraîner vers la surface des roches qui ont refroidi en profondeur et/ou l’érosion (géodynamique externe) peut enlever les terrains qui les recouvrent. Le terme «pluton» désigne tous les types de massifs rocheux intrusifs. Les plutons sont abondants au Québec. Certains types communs sont le sill, le dyke et le batholite. Dyke = lame de roche verticale ou oblique Dyke Sill Sill = lame de roche horizontale Batholithe = pluton de dimension régionale

La vallée de Yosemite dans le batholithe de la Sierra Nevada (100 % granite) en Californie. Ce muret (dans la neige) est un dyke lié à l’intrusion du mont Royal. Comme la montagne elle-même, il dépasse du calcaire qu’il a infiltré parce qu’il résiste mieux que lui à l’érosion.

Les laves Le liquide d’une bouteille peut s’écouler hors de la bouteille ou, s’il est très riche en gaz, mousser et se fragmenter. Le magma fait de même. La lave est un écoulement cohérent de magma sous forme d’un liquide. Selon sa viscosité, la forme du terrain et l’environnement, une coulée de lave prend diverses formes. Voyons l’exemple du basalte. On ne sait pas pourquoi, mais le basalte s’écoule de deux façons. Dans la première, dite pahoehoe, la coulée est mince (1 à 2 m) et elle a une surface lisse en forme de bulbes, de viscères ou de cordages.

Dans la seconde, dite aa, la coulée est épaisse (2 à 30 m) et sa surface est formée de scories de toutes tailles rugueuses et épineuses. Quand la lave basaltique s’épanche au fond de l’eau, comme cela arrive aux dorsales notamment, elle se couvre rapidement d’une couche de verre. Des bulles de lave successives vont percer cette couche et donner des accumulations de coussins de lave. Le parc d’Aiguebelle en Abitibi est fait de telles laves (qui ont été incorporées à la croûte continentale après leur formation). Lave Peau de verre

Question La photographie montre deux coulées de lave basaltique voisines. De quel type est chaque coulée ? Réponse : On voit que la surface de la coulée de gauche est couverte de scories de diverses tailles. C’est une coulée de type aa. La surface de la coulée de droite est lisse avec quelques cordages. C’est une coulée de type pahoehoe.

Exemple de brèche de coussins. Dans l’eau, les coussins ou la peau de verre peuvent se fragmenter. Les éclats donnent des roches qui appartiennent à la grande famille des brèches, les roches formées d’éléments anguleux cimentés les uns aux autres. Exemple de brèche de coussins. www.csun.edu/~hcgeo007/ s3conejopillows.html.

La fragmentation d’un magma Au lieu de faire éruption sous forme de lave, un magma riche en gaz peut être projeté (pensez à une bouteille de champagne ou à de la sauce à spaghetti qui chauffe). Ou encore, un dôme de lave visqueuse peut s’effondrer et dévaler une pente. Ces fragments de magma ou de roche brûlante ont des tailles qui vont de la poussière au bloc. On donne le nom général de tephras aux éléments d’un dépôt meuble (éléments libres) de tels fragments. Les ponces et les scories sont des exemples de tephras. Rappelons que les scories se forment aussi à la surface des coulées de lave aa.

Classification des tephras On classe généralement les tephras en fonction de leur taille (ou granulométrie) sans tenir compte de leur aspect : Cendre = jusqu’au grain de sable Lapilli = du grain de sable à la taille d’une clémentine Bloc (anguleux) et bombe (arrondie) = plus gros qu’une clémentine Lit de lapillis au pied du volcan Hekla. Il s’agit de billes de verre noires et de ponces jaunes.

Lits de cendres, de lapillis, de blocs et de bombes sur le volcan Kilauea (Hawaii). Les bombes et les blocs projetés par le volcan ont enfoncé les dépôts de cendres. Voir une question du devoir.

Les roches pyroclastiques On appelle roches pyroclastiques les fragments volcaniques collés à chaud ou les tephras cimentés par la circulation des eaux souterraines. Nous n’étudierons pas leur classification. Vue d’ensemble et gros plan d’un dépôt cimenté de cendres et de bombes.

Question Les blocs projetés lors d’une éruption ne sont pas toujours des fragments de magma. C’est le cas notamment de ces blocs, projetés en 1924, qui jonchent le sol à proximité d’un des cratères du volcan Kilauea. Proposez une autre façon de produire des blocs lors d’une éruption explosive. Réponse : L’éruption peut projeter des fragments de la montagne elle-même. Dans ce cas-ci, le magma a chauffé une poche d’eau souterraine et la pression créée par la vapeur d’eau a fragmenté la roche encaissante. cratère