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3 : Les roches et le cycle des roches - Géosciences

3 : Les roches et le cycle des roches - Géosciences


Dans cette section, nous allons en apprendre davantage sur le cycle de la roche. C'est ainsi que le sol se forme, par la décomposition des roches. Nous avons besoin de terre pour survivre, imaginez que vous essayez de faire pousser des légumes sans elle. Il s'agit d'un lien immédiat avec la chaîne alimentaire. Le cycle de la roche donne également aux scientifiques et aux ingénieurs une idée de l'emplacement des sources d'énergie (principalement des combustibles fossiles, que l'on ne trouve que dans les roches sédimentaires) et des matériaux de construction tels que le marbre ou le granit. Nous verrons tout au long du cours comment ce cycle intervient dans à peu près tous les aspects de la géologie.

Vignette : Le cycle de la roche. Légendaire : magma ; cristallisation (gel de la roche); roches ignées; érosion; sédimentation; sédiments et roches sédimentaires; enfouissement tectonique et métamorphisme ; roches métamorphiques; fusion. (Domaine public; ).


3.1 Le cycle de la roche

Les composants rocheux de la croûte changent lentement mais constamment d'une forme à une autre et les processus impliqués sont résumés dans le cycle des roches (Figure 3.2). Le cycle de la roche est entraîné par deux forces : (1) le moteur thermique interne de la Terre, qui déplace la matière dans le noyau et le manteau et entraîne des changements lents mais importants dans la croûte, et (2) le cycle hydrologique, qui est le mouvement d'eau, de glace et d'air à la surface, et est alimenté par le soleil.

Le cycle des roches est toujours actif sur Terre car notre noyau est suffisamment chaud pour maintenir le manteau en mouvement, notre atmosphère est relativement épaisse et nous avons de l'eau liquide. Sur certaines autres planètes ou leurs satellites, comme la Lune, le cycle de la roche est pratiquement mort car le noyau n'est plus assez chaud pour entraîner la convection du manteau et il n'y a pas d'atmosphère ni d'eau liquide.

Figure 3.2 Une vue schématique du cycle de la roche. [SE]

En décrivant le cycle de la roche, nous pouvons commencer n'importe où, bien qu'il soit pratique de commencer par le magma. Comme nous le verrons plus en détail ci-dessous, le magma est une roche qui est chaude au point d'être entièrement fondue. Cela se produit entre environ 800° et 1300°C, selon la composition et la pression, sur la surface et refroidit rapidement (en quelques secondes à quelques années) — formant roche ignée extrusive (Figure 3.3).

Figure 3.3 Magma formant du basalte pahoehoe au volcan Kilauea, Hawaii [SE]

Le magma peut soit se refroidir lentement dans la croûte (sur des siècles à des millions d'années) — formant intrusif roche ignée, ou éclater à la surface et refroidir rapidement (en quelques secondes à quelques années) — formant extrusive Roche ignée. La roche ignée intrusive cristallise généralement à des profondeurs de centaines de mètres à des dizaines de kilomètres sous la surface. Pour changer sa position dans le cycle rocheux, la roche ignée intrusive doit être soulevée et exposée par l'érosion des roches sus-jacentes.

Grâce aux divers processus de construction des montagnes liés à la tectonique des plaques, tous les types de roches sont soulevés et exposés à la surface. Une fois exposés, ils sont altérés, à la fois physiquement (par la rupture mécanique de la roche) et chimiquement (par l'altération des minéraux), et les produits d'altération - principalement de petits fragments de roche et de minéraux - sont érodés, transportés, puis déposés sous forme de sédiments. Le transport et le dépôt se produisent sous l'action des glaciers, des ruisseaux, des vagues, du vent et d'autres agents, et les sédiments se déposent dans les rivières, les lacs, les déserts et l'océan.

Exercice 3.1 Rock autour de l'horloge Rock-Cycle

En vous référant au cycle de la roche (Figure 3.2), énumérez les étapes nécessaires au cycle de certains matériaux géologiques en commençant par une roche sédimentaire, qui est ensuite convertie en une roche métamorphique, et éventuellement en une nouvelle roche sédimentaire.

UNE conservateur L'estimation est que chacune de ces étapes prendrait environ 20 millions d'années (certaines peuvent être moins, d'autres plus, et certaines pourraient être beaucoup plus). Combien de temps cela peut-il prendre pour que tout ce processus soit terminé ?

À moins qu'ils ne soient réérodés et déplacés, les sédiments finiront par être enfouis par d'autres sédiments. À des profondeurs de centaines de mètres ou plus, ils sont comprimés et cimentés en Roche sédimentaire. Encore une fois par divers moyens, résultant en grande partie des forces tectoniques des plaques, différents types de roches sont soit soulevés, soit ré-érodés, soit enfouis plus profondément dans la croûte où ils sont chauffés, comprimés et transformés en Roche métamorphique.

Figure 3.5 Calcaire du Trias métamorphisé et plissé, île Quadra, C.-B. [SE]


Le cycle de la roche

Le cycle des roches est une série de processus qui créent et transforment les types de roches dans la croûte terrestre.

Chimie, Sciences de la Terre, Géologie

Volcan de la Réunion

Des volcans actifs comme celui de la Réunion, à l'est de Madagascar, dans l'océan Indien, forment une sorte de roche ignée. Les roches ignées extrusives ou volcaniques se forment lorsque la matière chaude en fusion se refroidit et se solidifie.

Photographie de Steve Raymer

Il existe trois principaux types de roches : sédimentaires, ignées et métamorphiques. Chacune de ces roches est formée par des changements physiques, tels que la fusion, le refroidissement, l'érosion, le compactage ou la déformation, qui font partie du cycle de la roche.

Les roches sédimentaires sont formées à partir de morceaux d'autres roches ou matières organiques existantes. Il existe trois types différents de roches sédimentaires : clastiques, organiques (biologiques) et chimiques. Les roches sédimentaires clastiques, comme le grès, se forment à partir de clastes ou de morceaux d'autres roches. Les roches sédimentaires organiques, comme le charbon, se forment à partir de matériaux biologiques durs comme les plantes, les coquillages et les os qui sont comprimés dans la roche.

La formation de roches clastiques et organiques commence par l'altération ou la décomposition de la roche exposée en petits fragments. Grâce au processus d'érosion, ces fragments sont retirés de leur source et transportés par le vent, l'eau, la glace ou l'activité biologique vers un nouvel emplacement. Une fois que les sédiments se déposent quelque part et qu'ils s'accumulent en quantité suffisante, les couches les plus basses se compactent si étroitement qu'elles forment une roche solide.

Les roches sédimentaires chimiques, comme le calcaire, la halite et le silex, se forment à partir de précipitations chimiques. Un précipité chimique est un composé chimique, par exemple du carbonate de calcium, du sel et de la silice, qui se forme lorsque la solution dans laquelle il est dissous, généralement de l'eau, s'évapore et laisse le composé derrière lui. Cela se produit lorsque l'eau traverse la croûte terrestre, altérant la roche et dissolvant certains de ses minéraux, la transportant ailleurs. Ces minéraux dissous sont précipités lorsque l'eau s'évapore.

Les roches métamorphiques sont des roches qui ont été modifiées par rapport à leur forme originale par une chaleur ou une pression immense. Les roches métamorphiques ont deux classes : foliées et non foliées. Lorsqu'une roche contenant des minéraux plats ou allongés est soumise à une pression immense, les minéraux s'alignent en couches, créant une foliation. La foliation est l'alignement de minéraux allongés ou en plaques, comme la hornblende ou le mica, perpendiculairement à la direction de la pression appliquée. Un exemple de cette transformation peut être vu avec le granit, une roche ignée. Le granit contient des minéraux longs et plats qui ne sont pas initialement alignés, mais lorsqu'une pression suffisante est ajoutée, ces minéraux se déplacent vers tous les points dans la même direction tout en se pressant dans des feuilles plates. Lorsque le granite subit ce processus, comme à la limite d'une plaque tectonique, il se transforme en gneiss (prononcé &ldquonice&rdquo).

Les roches non foliées se forment de la même manière, mais elles ne contiennent pas les minéraux qui ont tendance à s'aligner sous la pression et n'ont donc pas l'apparence en couches des roches foliées. Les roches sédimentaires comme le charbon bitumineux, le calcaire et le grès, avec suffisamment de chaleur et de pression, peuvent se transformer en roches métamorphiques non foliées comme le charbon anthracite, le marbre et le quartzite. Les roches non foliées peuvent également se former par métamorphisme, qui se produit lorsque le magma entre en contact avec la roche environnante.

Les roches ignées (dérivé du mot latin pour feu) se forment lorsque la matière chaude en fusion se refroidit et se solidifie. Les roches ignées peuvent également être fabriquées de différentes manières. Lorsqu'elles se forment à l'intérieur de la terre, elles sont appelées roches ignées intrusives ou plutoniques. Si elles sont formées à l'extérieur ou au-dessus de la croûte terrestre, elles sont appelées roches ignées extrusives ou volcaniques.

Le granit et la diorite sont des exemples de roches intrusives courantes. Ils ont une texture grossière avec de gros grains minéraux, indiquant qu'ils ont passé des milliers ou des millions d'années à se refroidir à l'intérieur de la terre, un temps qui a permis à de gros cristaux minéraux de se développer.

Alternativement, les roches comme le basalte et l'obsidienne ont de très petits grains et une texture relativement fine. Cela se produit parce que lorsque le magma éclate en lave, il se refroidit plus rapidement que s'il restait à l'intérieur de la terre, ce qui donne aux cristaux moins de temps pour se former. L'obsidienne se refroidit si rapidement dans le verre volcanique lorsqu'elle est éjectée que les grains sont impossibles à voir à l'œil nu.

Les roches ignées extrusives peuvent également avoir une texture vésiculaire ou &ldquoholey&rdquo. Cela se produit lorsque le magma éjecté contient encore des gaz à l'intérieur. Ainsi, lorsqu'il se refroidit, les bulles de gaz sont piégées et finissent par donner à la roche une texture pétillante. Un exemple de ceci serait la pierre ponce.

Des volcans actifs comme celui-ci sur l'île de la Réunion et à l'est de Madagascar, dans l'océan Indien, forment un type de roche ignée. Les roches ignées extrusives ou volcaniques se forment lorsque la matière chaude en fusion se refroidit et se solidifie.


Le cycle de la roche

Le cycle des roches est un concept utilisé pour expliquer comment les trois types de roches de base sont liés et comment les processus terrestres, au cours du temps géologique, transforment une roche d'un type en un autre. L'activité tectonique des plaques, ainsi que les processus d'altération et d'érosion, sont responsables du recyclage continu des roches.

Les roches sont classées en trois types de base en fonction de leur formation.

  • Igné - Une roche formée par le refroidissement et la cristallisation du magma (roche en fusion) à ou sous la surface de la Terre.
  • Sédimentaire - Une roche formée à la suite du processus d'altération, soit par compactage et cimentation de fragments minéraux de roche, soit par précipitation de minéraux dissous.
  • Métamorphique - Ces roches se forment lorsque les roches existantes sont soumises à une chaleur et/ou une pression intenses, généralement sur de longues périodes de temps.

Les roches exposées sont destinées à être vues dans le sens des aiguilles d'une montre. Pendant que vous marchez, gardez à l'esprit que les roches existantes peuvent changer par des processus naturels au cours du temps géologique, ou fondre pour former de nouvelles roches.


Qu'est-ce que le cycle de la roche ?

Les roches peuvent être : (1) constituées de minéraux, dont chacun a une structure cristalline et une composition chimique spécifiques (2) constituées de morceaux d'autres roches (3) vitreuses (comme l'obsidienne) ou, (4) contenir des matériaux fabriqués par des organismes vivants (par exemple le charbon, qui contient du carbone végétal). Différents types de roches se forment dans les différents environnements de la Terre à la surface de la Terre ou en dessous. Par exemple, les roches ignées se forment lorsque la roche fondue du manteau ou de la croûte (voir tectonique des plaques) se refroidit et durcit lentement sous terre (par exemple, le granit), ou durcit rapidement s'il éclate d'un volcan (par exemple, basalte). Roches qui éprouvent suffisamment Chauffer et la pression à l'intérieur de la Terre, sans fondre, se transforme en roches métamorphiques. Roche exposée par construction de montagne voire modeste soulèvement temps et érode et le résultat sédiments peut former des roches sédimentaires. La formation et la transformation des différents types de roches peuvent emprunter de nombreux chemins à travers le cycle de la roche en fonction des conditions environnementales, comme le montre le schéma ci-dessous.

Un schéma simplifié du cycle de la roche mettant en évidence certains des concepts UGC liés à ce processus

La lave en fusion se refroidissant pour former des roches ignées se formant dans le parc national d'Hawai'i (à gauche) des roches métamorphiques dans le parc national de la Vallée de la mort (à droite). Source : Roches ignées NPS et roches métamorphiques NPS

Le cycle de la roche est affecté par diverses activités humaines et phénomènes environnementaux, notamment :

Roches sédimentaires le long de la côte californienne. Source : Explorez la carte de l'histoire des sédiments

  • Le La chaleur interne de la Terre et la pression, qui peuvent faire fondre complètement la roche ou la transformer en une roche métamorphique.
  • Le soulèvement de terre causé par processus tectoniques, qui expose la roche qui était souterraine à érosion et érosion.
  • Le taux de érosion, qui est affecté par les conditions climatiques telles que précipitation et Température. La vitesse à laquelle les réactions chimiques de l'altération décomposent les minéraux augmente souvent en présence d'eau et à des températures plus élevées. Croissance des plantes, en particulier les racines peuvent briser physiquement les roches et également modifier la chimie de l'environnement (par exemple, augmenter l'acidité), augmentant ainsi le taux d'altération chimique. À son tour, le type de roche qui est altérée détermine qualité du sol, niveaux de nutriments (surtout azote et phosphore niveaux) et local biodiversité.
  • Les taux de érosion causé par l'eau, vent, la glace, ou la gravité, qui sont entraînés par le cycle de l'eau, atmosphérique et circulation océanique les modèles et la topographie régionale (la structure du paysage).
  • La taille et la profondeur des corps de l'eau, comme les lacs, les rivières ou l'océan, où sédiment est déposé. Des débits d'eau plus lents entraînent le dépôt de sédiments à grains plus fins et des taux de dépôt plus lents.
  • Le extraction de rochers et combustibles fossiles, ce qui peut à son tour déstabiliser sols, augmenter érosion, et diminuer la qualité d'eau en augmentant sédiment et polluants dans les rivières et ruisseaux. , qui consiste à paver le terrain avec du béton, ce qui peut augmenter l'eau ruissellement, augmentation érosion et décroissant qualité du sol dans les environs.
  • La fracturation hydraulique pour éliminer le pétrole et le gaz, qui utilise de l'eau, du sable et des produits chimiques pour créer de nouvelles fissures ou élargir les fissures existantes dans les roches qui permettent au pétrole et au gaz de s'écouler dans des trous de forage pour extraction.
  • Terre humaine et utilisation de l'eau, comprenant la déforestation et activités agricoles. L'enlèvement des arbres et d'autres plantes, le labour des champs et le surpâturage par le bétail déstabilisent sols et peut augmenter les taux de érosion de 10 à 100 fois.
  • Barrage des rivières et extraire l'eau des écosystèmes d'eau douce à usage humain change où et combien sédimentation se produit, ce qui affecte qualité du sol et provoque des changements dans habitat.
  • Les plantes et autres organismes, tels que ceux qui construisent les récifs coralliens, peuvent piéger des sédiments qui, autrement, pourraient être déposés ailleurs. , ce qui peut entraîner des taux accélérés de érosion en raison des inondations ou de l'action des vagues.

Pourquoi le cycle du rock est-il important

  • Aider à la formation du sol, soutenant ainsi toutes les formes de vie sur terre
  • Former des minéraux essentiels à la vie tels que le sodium, le fer, le potassium et le calcium dans la biosphère
  • Former les réserves d'énergie de la terre comme les combustibles fossiles et les sources radioactives
  • Fournir les matériaux de construction utilisés pour construire des structures telles que le fer, le calcaire, le marbre, le granit et le basalte
  • Fourniture de matières premières pour la monnaie, les investissements et les ornements tels que l'or, les diamants, les rubis et les émeraudes

Rép. Les deux principales forces qui fournissent de l'énergie pour le cycle des roches terrestres sont le soleil et la chaleur interne de la terre. Alors que le soleil fournit de l'énergie pour l'altération, l'érosion et le transport, la chaleur interne de la terre contribue aux processus tels que la subduction, la fonte et le métamorphisme.

Rép. Le concept de cycle rocheux a été suggéré pour la première fois par James Hutton, le fondateur de la géologie moderne au XVIIIe siècle.

Rép. Le cycle de la roche étant un processus continu, le cycle ne s'arrête pas après la formation du quartzite. À terme, la roche quartzite pourrait se transformer en une roche sédimentaire ou ignée pour continuer le cycle.

Rép. Le compactage est le processus par lequel les sédiments sont comprimés pour réduire l'espace interstitiel entre les grains en raison du poids et de la pression des couches sus-jacentes. La cémentation est le processus par lequel les sédiments sont collés ensemble par des minéraux déposés par l'eau. Le compactage et la cimentation aident à la formation de roches sédimentaires.


Le cycle du rock n'est pas circulaire

Remarquez que tous ces changements ont laissé de côté l'essence d'un cycle, car il n'y a pas de direction globale au cercle. Avec le temps et la tectonique, le matériau de la surface de la Terre se déplace d'avant en arrière sans motif particulier. Le diagramme n'est plus un cercle, il n'est pas non plus limité aux rochers. C'est pourquoi le "cycle du rock" porte mal son nom, mais c'est celui qu'on nous enseigne tous.

Remarquez une autre chose à propos de ce diagramme : chacun des cinq matériaux du cycle de la roche est défini par le seul processus qui le forme. La fonte fait du magma. La solidification fait de la roche ignée. L'érosion fait des sédiments. La lithification fait de la roche sédimentaire. Le métamorphisme fait de la roche métamorphique. Mais la plupart de ces matériaux peuvent être détruit à plus d'un titre. Les trois types de roches peuvent être érodés et métamorphisés. Les roches ignées et métamorphiques peuvent également être fondues. Le magma ne peut que se solidifier et les sédiments ne peuvent que se lithifier.

Une façon de voir ce diagramme est que les roches sont des stations de passage dans le flux de matière entre les sédiments et le magma, entre l'enfouissement et le bouleversement. Ce que nous avons vraiment, c'est un schéma du cycle des matériaux de la tectonique des plaques. Si vous comprenez le cadre conceptuel de ce diagramme, vous pouvez le traduire en parties et processus de la tectonique des plaques et donner vie à cette grande théorie dans votre propre tête.


6.3 Le cycle de la roche

Maintenant que vous vous êtes entraîné à identifier les trois grandes catégories de roches, examinons comment ces roches changent lentement mais constamment d'une forme à une autre. Les processus impliqués dans le changement constant de ces composants de la croûte terrestre sont résumés dans le cycle des roches (Figure 6.3.1). Le cycle de la roche est entraîné par deux forces : (1) le moteur thermique interne de la Terre, qui déplace la matière dans le noyau et le manteau et entraîne des changements lents mais importants dans la croûte, et (2) le cycle hydrologique, qui est le mouvement d'eau, de glace et d'air à la surface, et est alimenté par le soleil.

Le cycle de la roche est toujours actif sur Terre car notre noyau est suffisamment chaud pour maintenir le manteau en mouvement, notre atmosphère est relativement épaisse et nous avons de l'eau liquide. Sur certaines autres planètes ou leurs satellites, comme la Lune, le cycle de la roche est pratiquement mort car le noyau n'est plus assez chaud pour entraîner la convection du manteau et il n'y a pas d'atmosphère ni d'eau liquide.

Figure 6.3.1 : Une vue schématique du cycle de la roche.

En décrivant le cycle de la roche, nous pouvons commencer n'importe où, bien qu'il soit pratique de commencer par le magma. Comme vous l'avez appris au Labo 4, le magma est une roche qui est chaude au point d'être entièrement fondue, avec une température comprise entre environ 800° et 1300°C, selon la composition et la pression.

Le magma peut soit refroidir lentement dans la croûte (sur des siècles à des millions d'années)—formant roches ignées intrusives , ou éclater à la surface et refroidir rapidement (en quelques secondes à quelques années)—formant roches ignées extrusives (roches volcaniques). Les roches ignées intrusives cristallisent généralement à des profondeurs de centaines de mètres à des dizaines de kilomètres sous la surface. Pour changer sa position dans le cycle rocheux, la roche ignée intrusive doit être soulevée puis exposée par l'érosion des roches sus-jacentes.

Grâce aux divers processus de construction des montagnes liés à la tectonique des plaques, tous les types de roches sont soulevés et exposés à la surface. Une fois exposés, ils sont altérés, à la fois physiquement (par rupture mécanique de la roche) et chimiquement (par altération des minéraux), et les produits d'altération - principalement de petits fragments de roche et de minéraux - sont érodés, transportés, puis déposés sous forme de sédiments . Le transport et le dépôt se produisent sous l'action des glaciers, des ruisseaux, des vagues, du vent et d'autres agents, et les sédiments se déposent dans les rivières, les lacs, les déserts et l'océan.

Exercice d'entraînement 6.4 Rock autour de l'horloge du cycle de rock

En vous référant au cycle de la roche (Figure 6.3.1), énumérez les étapes nécessaires au cycle de certains matériaux géologiques en commençant par une roche sédimentaire, qui se transforme ensuite en une roche métamorphique, et éventuellement en une nouvelle roche sédimentaire.

UNE conservateur L'estimation est que chacune de ces étapes prendrait environ 20 millions d'années (certaines peuvent être moins, d'autres plus, et certaines pourraient être beaucoup plus). Combien de temps cela peut-il prendre pour que tout ce processus soit terminé ?

À moins qu'ils ne soient réérodés et déplacés, les sédiments finiront par être enfouis par d'autres sédiments. À des profondeurs de centaines de mètres ou plus, ils sont comprimés et cimentés en roches sédimentaires . Encore une fois par divers moyens, résultant en grande partie des forces tectoniques des plaques, différents types de roches sont soit soulevés, soit ré-érodés, soit enfouis plus profondément dans la croûte où ils sont chauffés, comprimés et transformés en Roche métamorphique .

Attributions aux médias

la série de processus par lesquels les roches sont transformées d'un type à un autre

une roche ignée qui s'est refroidie lentement sous la surface

roche ignée qui s'est refroidie à la surface

particules non consolidées de minéraux ou de roches

roche formée par la lithification des sédiments

une roche formée par des processus métamorphiques qui modifient la composition, la texture ou les deux d'une roche mère préexistante (protolithe)


3 : Les roches et le cycle des roches - Géosciences

Dans cette section, nous allons en apprendre davantage sur le cycle de la roche et les différents types de roches. Veuillez regarder cette courte vidéo pour une introduction :


Comme vous pouvez le voir, le cycle de la roche est sans fin. La vidéo expliquait comment les roches changent d'un type de roche à un autre et, tout aussi important, elle montrait les processus à l'origine de ces changements.

Apprendre le cycle de la roche et comprendre les processus impliqués nous aide tous. Par exemple, vous avez vu dans la vidéo comment toutes les roches sont érodées en fines particules. C'est ainsi que le sol se forme, par la décomposition des roches. Nous avons besoin de sol pour survivre, imaginez essayer de faire pousser des légumes sans lui. Il s'agit d'un lien immédiat avec la chaîne alimentaire. Le cycle de la roche donne également aux scientifiques et aux ingénieurs une idée de l'emplacement des sources d'énergie (principalement des combustibles fossiles, que l'on ne trouve que dans les roches sédimentaires) et des matériaux de construction tels que le marbre ou le granit. Nous verrons tout au long du cours comment ce cycle intervient dans à peu près tous les aspects de la géologie.

Voici une représentation visuelle du cycle de la roche :

Au fur et à mesure que vous poursuivez le module, reportez-vous à cette image. N'oubliez pas que tous les processus du cycle de la roche sont interconnectés.


Voir la vidéo: Le cycle des roches: épisode 3, les roches magmatiques