Suite

8.3 : Composition des roches ignées - Géosciences


Aperçu

Les classifications des roches ignées ainsi que des exemples de noms de roches ignées qui dépendent entièrement des minéraux qu'elles contiennent sont souvent ajoutées au diagramme de la série de réactions de Bowen. Par exemple, vous pouvez vous attendre à trouver de l'olivine abondante, et peut-être un peu de pyroxène et un peu de plagioclase riche en Ca, dans un ultramafique roche appelée péridotite ou komatiite, ou que du pyroxène, du plagioclase et éventuellement de l'olivine ou de l'amphibole peuvent être présents dans une mafique roche comme le gabbro ou le basalte. Vous pouvez également vous attendre à voir du quartz, de la muscovite, du feldspath potassique et peut-être un peu de biotite et de plagioclase riche en Na dans un felsique (ou alors siliceux) des roches telles que le granit ou la rhyolite. La figure 8.1 démontre bien que la classification d'une roche ignée dépend en partie des minéraux qui peuvent être présents dans la roche, et puisque les minéraux ont certaines couleurs en raison de leur composition chimique, alors les roches doivent avoir certaines couleurs. Par exemple, une roche composée principalement d'olivine sera de couleur verte en raison de la couleur verte de l'olivine; une telle roche s'appellerait ultramafique. Une roche qui contient une grande quantité de minéraux ferromagnésiens sera une roche de couleur foncée car les minéraux ferromagnésiens (autres que l'olivine) ont tendance à être de couleur foncée; une roche ignée de couleur foncée est appelée une mafique rock (« ma- » vient du magnésium, et « fic » du fer ferrique). Une roche ignée avec une grande quantité de minéraux non ferromagnésiens sera de couleur claire, comme les roches siliciques ou felsiques (« fel » du feldspath et « sic » du quartz riche en silice). Ainsi, sur la seule base de la couleur, nous avons pu commencer à classer les roches ignées.

Dans la figure 8.2 sont des exemples de roches ignées qui représentent les compositions de roches mafiques et felsiques (figures 8.2A et 8.2C, respectivement), ainsi qu'un intermédiaire type de roche (figure 8.2B). Notez que les roches felsiques peuvent contenir une petite quantité de minéraux ferromagnésiens de couleur foncée, mais sont principalement composées de minéraux de couleur claire, alors que la roche mafique a un pourcentage plus élevé de minéraux ferromagnésiens de couleur foncée, ce qui donne une roche de couleur plus foncée. . Une roche considérée comme intermédiaire entre les roches mafiques et felsiques est vraiment un intermédiaire en termes de couleur et de composition minérale ; une telle roche aurait moins de minéraux ferromagnésiens que les roches mafiques, mais plus de minéraux ferromagnésiens que les roches felsiques.

Comme mentionné précédemment, la classification des roches dans l'une des compositions de roches ignées (ultramafique, mafique, intermédiaire et felsique) dépend des minéraux que chaque roche contient. L'identification des minéraux peut être difficile dans les roches comme dans la figure 8.2A, car la majorité des minéraux sont de couleur sombre et il peut être difficile de distinguer chaque minéral. Une méthode simple pour déterminer la composition de la roche ignée consiste à déterminer le pourcentage de minéraux de couleur foncée dans la roche, sans essayer d'identifier les minéraux réellement présents ; cette méthode de classification repose sur un indice de couleur mafique (MCI), où le terme mafique fait référence à tout minéral de couleur gris foncé, noir ou vert (figure 8.3). Les roches ignées avec 0-15% de minéraux de couleur foncée (ou 0-15% MCI) sont les roches felsiques (Figure 8.3A), les roches ignées avec 46-85% MCI sont les roches mafiques (Figure 8.3C) et les roches ignées avec plus de 85 % de MCI sont considérés comme ultramafiques (figure 8.3D). Cela signifie que toute roche avec une composition intermédiaire ou avec un MCI de 16 à 45 % est une roche ignée intermédiaire (Figure 8.3B).

L'estimation du pourcentage de minéraux de couleur foncée n'est possible que si les minéraux sont suffisamment gros pour être vus. Dans ce cas, une personne peut toujours reconnaître une roche mafique par son aspect de couleur sombre et une roche felsique par son aspect de couleur claire. Une roche intermédiaire sera un peu plus claire qu'une roche mafique, mais plus sombre qu'une roche felsique. Enfin, une roche ultramafique est généralement de couleur verte, en raison de la grande quantité d'olivine de couleur verte dans la roche. De telles roches qui contiennent des minéraux trop petits pour être visibles sont illustrées à la figure 8.4 ; notez que vous pouvez toujours distinguer entre mafique (Figure 8.4A), intermédiaire (Figure 8.4B) et felsique (Figure 8.4C) par la couleur globale de la roche. La roche ignée intermédiaire de la figure 8.4B a quelques phénocristaux visibles ; cette étrange texture sera abordée plus loin dans ce chapitre.


4.3 Classification des roches ignées

Les roches ignées sont classées en quatre catégories : felsiques, intermédiaires, mafiques et ultramafiques, en fonction de leur chimie ou de leur composition minérale. Le diagramme de la figure 4.3.1 peut être utilisé pour aider à classer les roches ignées selon leur composition minérale. Une caractéristique importante à noter sur ce diagramme est la ligne rouge séparant le non ferromagnésien silicates en bas à gauche (feldspath K, quartz et feldspath plagioclase) du ferromagnésien silicates en haut à droite (biotite, amphibole, pyroxène et olivine). En classant intrusif roches ignées, la première chose à considérer est le pourcentage de silicates ferromagnésiens. Dans la plupart des roches ignées, les minéraux silicatés ferromagnésiens sont nettement plus foncés que les autres, mais il est encore assez difficile d'estimer les proportions de minéraux dans une roche.

D'après la position de la ligne rouge sur la figure 4.3.1, il est évident que les roches felsiques peuvent contenir entre 1 % et 20 % de silicates ferromagnésiens (la ligne rouge coupe le côté gauche de la zone felsique à 1 % de la distance du sommet du diagramme, et il coupe le côté droit de la zone felsique 20% de la distance du haut). Les roches intermédiaires contiennent entre 20 % et 50 % de silicates ferromagnésiens et les roches mafiques contiennent 50 à 100 % de silicates ferromagnésiens. Pour être plus précis, les roches felsiques contiennent généralement de la biotite et/ou des amphiboles, les roches intermédiaires contiennent de l'amphibole et, dans certains cas, le pyroxène et les roches mafiques contiennent du pyroxène et, dans certains cas, de l'olivine.

Figure 4.3.1 : Un schéma de classification simplifié des roches ignées en fonction de leurs compositions minérales. [Description de l'image]

Si l'on se concentre sur les silicates non ferromagnésiens, il est évident que les roches felsiques peuvent avoir de 0% à 35% de K-feldspath, de 25% à 35% de quartz (l'épaisseur verticale du champ de quartz varie de 25% à 35% ), et de 25 % à 50 % de plagioclase (et ce plagioclase sera riche en sodium, ou albitique). Les roches intermédiaires peuvent contenir jusqu'à 25 % de quartz et 50 à 75 % de plagioclase. Les roches mafiques n'ont que du plagioclase (jusqu'à 50%), et ce plagioclase sera riche en calcium ou anorthitique.

Exercice pratique 4.3 Proportions minérales dans les roches ignées

Les lignes bleues en pointillés (marquées a, b, c, d) sur la figure 4.3.2 représentent quatre roches ignées. Complétez le tableau en estimant les proportions minérales (pourcentage) des quatre roches (à 10 % près).

Indice : Roches b et sont le début le plus facile avec ceux-ci.

Roche Biotite/amphibole Pyroxène Olivine plagioclase Quartz K-feldspath
une
b
c

La figure 4.3.3 fournit une représentation schématique des proportions de minéraux sombres dans les roches de couleur claire. Vous pouvez l'utiliser lorsque vous essayez d'estimer la teneur en minéraux ferromagnésiens de roches réelles, et vous pouvez vous entraîner à le faire en effectuant l'exercice pratique 4.4. Être averti! Les étudiants en géologie surestiment presque universellement la proportion de minéraux noirs.

/> Figure 4.3.3 : Un guide pour estimer les proportions de minéraux sombres dans les roches de couleur claire.

Exercice pratique 4.4 Proportions de silicates ferromagnésiens

Les quatre roches ignées présentées ci-dessous ont des proportions différentes de silicates ferromagnésiens. Estimez ces proportions à l'aide des diagrammes de la figure 4.3.3, puis utilisez la figure 4.3.1 pour déterminer le nom probable de la roche pour chacun.

___% ___% ___% ___%
__________ __________ __________ __________

Les roches ignées sont également classées selon leurs textures. Presque toutes intrusif les roches ignées sont phanéritique (du mot grec phanéros ce qui signifie visible), ce qui signifie qu'ils ont des cristaux suffisamment gros pour être vus à l'œil nu. Cela signifie généralement qu'ils sont plus grands qu'environ 0,5 millimètre (mm) - l'épaisseur d'une ligne forte faite avec un stylo à bille. Les roches intrusives illustrées à la figure 4.2.4 sont toutes phanéritiques, tout comme celles illustrées à l'exercice pratique 4.4. Si les cristaux sont trop petits pour être distingués, ce qui est typique de la plupart des extrusive roches (volcaniques), nous utilisons le terme aphanitique (du mot grec aphanos – invisible). Bien que les cristaux individuels d'une roche aphantique ne puissent pas être observés à l'œil nu, ils influencent toujours les propriétés physiques de la roche, en particulier sa couleur. Dans une roche aphanitique, la couleur de la masse fondamentale, telle qu'elle est vue sur une surface fraîche non altérée, peut fournir des indices sur sa composition minérale. Les roches mafiques (basalte) ont tendance à être de couleur noir foncé à grise, les roches intermédiaires (andésite) ont tendance à être d'un gris plus clair et les roches felsiques (rhyolite) ont tendance à être de couleur gris pâle, blanche, crème ou rose pâle.

En général, la taille des cristaux est proportionnelle à la vitesse de refroidissement. Plus le temps de refroidissement d'un corps de magma est long, plus les cristaux peuvent grossir. Comme déjà décrit, si une roche ignée subit un processus de refroidissement en deux étapes, sa texture sera porphyrique (Figure 4.2.5).

Les roches ignées qui se forment lorsque la lave se refroidit si rapidement que peu ou pas de cristaux se forment, sont souvent vitreuses. Deux roches vitreuses communes formées par refroidissement rapide (ou extinction) de lave sont pierre ponce et obsidienne . La pierre ponce est généralement de couleur claire en raison de sa composition felsique et se distingue par sa texture vitreuse mousseuse et sa faible densité. L'obsidienne se distingue par son éclat vitreux et sa fracture conchoïdale prononcée. Bien que l'obsidienne soit généralement de couleur noire à brun foncé, sa composition est en fait felsique.

Un dernier terme de texture pour les roches ignées est vésiculaire . Le vésicules dans les roches vésiculaires se forment lorsque des gaz s'échappent du magma à mesure qu'il s'élève vers la surface de la Terre. Lorsque le magma est profondément sous la surface et sous haute pression des roches environnantes, les gaz restent dissous dans le magma, un peu comme le CO dissous2 gaz dans une bouteille de boisson gazeuse non ouverte. À mesure que le magma s'approche de la surface, la pression exercée sur celui-ci diminue et des bulles de gaz commencent à se former, un peu comme une fois qu'une bouteille de boisson gazeuse a été ouverte. Plus il y a de gaz dans le magma, plus il y a de bulles. Si le magma est suffisamment liquide, les gaz monteront à travers lui et s'échapperont à la surface. Dans certains cas, cependant, les bulles de gaz sont "gelées" dans la lave lorsqu'elle se refroidit et forment des vésicules lorsqu'elle cristallise en roche solide à la surface.

Les noms des roches ignées, basés à la fois sur la composition et la texture comme décrit ci-dessus, peuvent être améliorés en ajoutant des termes comme vésiculaire ou porphyrique comme modificateurs. Par exemple, une andésite qui contient des phénocristaux de hornblende et de plagioclase serait décrite comme une andésite porphyrique de hornblende plagioclase. Un basalte qui contient des phénocristaux et des vésicules d'olivine serait appelé basalte vésiculaire porphyrique à olivine.


8.3 Datation des roches à l'aide de fossiles

Les géologues obtiennent un large éventail d'informations à partir des fossiles. Ils nous aident à comprendre l'évolution et la vie en général, ils fournissent des informations essentielles pour comprendre les environnements de dépôt et les changements du climat de la Terre et, bien sûr, ils peuvent être utilisés pour dater les roches.

Bien que la reconnaissance des fossiles remonte à des centaines d'années, le catalogage systématique et l'attribution d'âges relatifs à différents organismes du passé lointain – la paléontologie – ne remontent qu'à la première partie du 19e siècle. Les plus anciens fossiles incontestés proviennent de roches datées d'environ 3,5 Ga, et bien que les fossiles aussi anciens soient minuscules, généralement mal conservés et ne soient pas utiles pour dater les roches, ils peuvent toujours fournir des informations importantes sur les conditions à l'époque. Les plus anciens fossiles bien compris proviennent de roches datant d'environ 600 Ma, et les archives sédimentaires de cette époque sont riches en restes fossiles qui fournissent un enregistrement détaillé de l'histoire et de l'évolution de la vie sur Terre. Cependant, comme le savent tous ceux qui sont partis à la recherche de fossiles, cela ne signifie pas que toutes les roches sédimentaires ont des fossiles visibles, ou qu'ils sont faciles à trouver. Les fossiles seuls ne peuvent pas nous fournir des âges numériques des roches, mais au cours du siècle dernier, les géologues ont acquis suffisamment de dates isotopiques à partir de roches associées à des roches fossilifères (telles que des dykes ignés traversant des couches sédimentaires ou des couches volcaniques entre des couches sédimentaires) pour pouvoir de mettre des limites de temps spécifiques sur la plupart des fossiles.

Une histoire très sélective de la vie sur Terre au cours des 600 derniers millions d'années est présentée à la figure 8.3.1. Les grands groupes d'organismes que nous connaissons ont évolué entre la fin du Protérozoïque et le Cambrien (environ 600 à 520 Ma). Les plantes, qui ont évolué dans les océans sous forme d'algues vertes, sont arrivées sur terre au cours de l'Ordovicien (environ 450 Ma). Les insectes, qui ont évolué à partir des arthropodes marins, sont arrivés sur terre pendant le Dévonien (400 Ma) et les amphibiens (c'est-à-dire les vertébrés) sont arrivés sur terre environ 50 millions d'années plus tard. À la fin du Carbonifère, les arbres avaient évolué à partir de plantes antérieures et les reptiles avaient évolué à partir d'amphibiens. Au milieu du Trias, les dinosaures et les mammifères avaient évolué à partir de branches très différentes des reptiles. Les oiseaux ont évolué à partir des dinosaures au Jurassique. Les plantes à fleurs ont évolué à la fin du Jurassique ou au début du Crétacé. Les premiers primates ont évolué à partir d'autres mammifères au début du Paléogène, et le genre Homo évolué à la fin du Néogène (environ 2,8 Ma).

Figure 8.3.1 Un résumé de la vie sur Terre à la fin du Protérozoïque et au Phanérozoïque. La rangée du haut montre les ères géologiques et la rangée du bas les périodes. [Description de l'image]

Si nous comprenons la séquence d'évolution sur Terre, nous pouvons appliquer nos connaissances pour déterminer les âges relatifs des roches. C'est le principe de succession faunique de William Smith, bien qu'il ne s'applique pas seulement à la « faune » (animaux), il peut également s'appliquer aux fossiles de plantes et à ceux d'organismes simples.

Le Phanérozoïque a connu cinq extinctions majeures, comme l'indique la figure 8.3.1. Le plus important d'entre eux a eu lieu à la fin du Permien, qui a vu l'extinction de plus de 80% de toutes les espèces et de plus de 90% de toutes les espèces marines. La plupart des types d'organismes bien connus ont été décimés par cet événement, mais seuls quelques-uns ont complètement disparu, y compris les trilobites. La deuxième extinction la plus importante a eu lieu à la limite Crétacé-Paléogène (K-Pg, alias l'extinction K-T). À cette époque, environ 75 % des espèces marines ont disparu. Encore une fois, quelques types d'organismes bien connus ont complètement disparu, y compris les dinosaures (mais pas les oiseaux) et les ptérosaures. De nombreux autres types ont été gravement décimés par cet événement mais ont survécu, puis ont prospéré au Paléogène. On pense que l'extinction de K-Pg a été causée par l'impact d'un grand corps extraterrestre (10 à 15 kilomètres de diamètre), mais il est généralement admis que les quatre autres extinctions du Phanérozoïque avaient d'autres causes, bien que leur nature exacte ne soit pas clairement comprise. .

Comme nous l'avons déjà indiqué, ce n'est pas un hasard si les extinctions majeures coïncident toutes avec les limites des périodes géologiques et même des ères. Les géologues ont placé la plupart des divisions de l'échelle des temps géologiques à des points des archives fossiles où il y a des changements majeurs dans le type d'organismes observés, et la plupart d'entre eux correspondent à des extinctions mineures ou majeures.

Figure 8.3.2 Application du bracketing pour contraindre l'âge d'une roche à partir de plusieurs fossiles. Dans ce diagramme, les barres colorées représentent l'intervalle de temps pendant lequel chacune des quatre espèces (A, B, C, D) a existé sur Terre. Bien que chaque espèce ait vécu plusieurs millions d'années, nous pouvons réduire l'âge probable de la roche à seulement 700 000 ans au cours desquels les quatre espèces ont coexisté.

Si nous pouvons identifier un fossile au niveau de l'espèce, ou au moins au niveau du genre, et que nous connaissons la période de temps où l'organisme a vécu, nous pouvons attribuer une plage de temps à la roche. Cette plage pourrait être de plusieurs millions d'années parce que certains organismes ont survécu très longtemps. Si la roche que nous étudions contient plusieurs types de fossiles et que nous pouvons attribuer des plages de temps à plusieurs d'entre eux, nous pourrions être en mesure de réduire considérablement la plage de temps pour l'âge de la roche. Un exemple de ceci est donné dans la Figure 8.3.2.

Certains organismes ont survécu très longtemps et ne sont pas particulièrement utiles pour dater les roches. Les requins, par exemple, existent depuis plus de 400 millions d'années, et le grand requin blanc a survécu pendant 16 millions d'années, jusqu'à présent. Les organismes qui ont vécu pendant des périodes de temps relativement courtes sont particulièrement utiles pour dater les roches, surtout s'ils étaient répartis sur une vaste zone géographique et peuvent donc être utilisés pour comparer des roches de différentes régions. Ceux-ci sont connus comme index fossiles . Il n'y a pas de limite spécifique sur la durée nécessaire pour être considéré comme un fossile index. Certains ont vécu pendant des millions d'années, et d'autres pendant beaucoup moins d'un million d'années.

Certains groupes d'organismes bien étudiés sont qualifiés de biozone fossiles car, bien que les genres et les familles aient vécu longtemps, chaque espèce a vécu un temps relativement court et peut être facilement distinguée des autres sur la base de caractéristiques spécifiques. Par exemple, les ammonites ont une caractéristique distinctive connue sous le nom de suture ligne—où les couches de coque internes qui séparent les chambres individuelles ( septae ) rencontrent la paroi extérieure de l'enveloppe, comme illustré à la figure 8.3.3. Ces lignes de suture sont suffisamment variables pour identifier des espèces permettant d'estimer l'âge relatif ou absolu des roches dans lesquelles elles se trouvent.

Figure 8.3.3 Le septum d'une ammonite (partie blanche, à gauche) et les lignes de suture où les septae rencontrent l'enveloppe externe (à droite).

Les foraminifères (petits organismes marins à carapace carbonatée qui sont nés au Trias et qui existent encore aujourd'hui) sont également des fossiles utiles de la biozone. Comme le montre la figure 8.3.4, de nombreux foraminifères différents vivaient au Crétacé. Certains ont duré plus de 10 millions d'années, mais d'autres moins d'un million d'années. Si les foraminifères dans une roche peuvent être identifiés au niveau de l'espèce, nous pouvons avoir une bonne idée de son âge.

Figure 8.3.4 Intervalles de temps pour les foraminifères du Crétacé (à gauche). Foraminifères modernes de la région d'Ambergris au Belize (à droite).

Exercice 8.2 Datation des roches à l'aide de fossiles index

La figure 8.3.5 montre les tranches d'âge de certaines myes du Crétacé supérieur du genre Mytiloides :

La figure 8.3.5 montre les tranches d'âge pour certaines palourdes inocéramides du Crétacé supérieur du genre Mytiloïdes :

  • M. hattiru, 93,4 à 92,6 Ma
  • M. kossmati, 93,3 à 92,5 Ma
  • M. columbiarus, 93,2 à 92,5 Ma
  • M. subhercynius, 92,7 à 91,9 Ma
  • M. labiatus, 92,9 à 92,6 Ma

À l'aide de la méthode de mise entre parenthèses décrite ci-dessus, déterminez la tranche d'âge possible de la roche dans laquelle ces cinq organismes ont été trouvés.

Comment cela changerait-il si M. subhercynius n'était pas présent dans ces roches?

Description des images

Figure 8.3.1 description de l'image : La vie sur terre à la fin du Protérozoïque et au Phanérozoïque.
Éon Éro Point final La vie sur Terre
Protérozoïque Édiacaran Vers, méduses, coraux
Phanérozoïque Paléozoïque (540 à 251 Ma) Cambrien Brachiopodes, mollusques, trilobites, poissons primitifs
Phanérozoïque Paléozoïque (540 à 251 Ma) Ordovicien Plantes terrestres, la période se termine par une extinction majeure
Phanérozoïque Paléozoïque (540 à 251 Ma) silurien
Phanérozoïque Paléozoïque (540 à 251 Ma) dévonien Insectes, amphibiens, la période se termine par une extinction majeure
Phanérozoïque Paléozoïque (540 à 251 Ma) Carbonifère Arbres, reptiles
Phanérozoïque Paléozoïque (540 à 251 Ma) permien La période se termine par une extinction majeure
Phanérozoïque Mésozoïque (251 à 65 Ma) Trias Dinosaures, mammifères, la période se termine par une extinction majeure
Phanérozoïque Mésozoïque (251 à 65 Ma) Jurassique Oiseaux, plantes à fleurs
Phanérozoïque Mésozoïque (251 à 65 Ma) Crétacé La période se termine par une extinction majeure
Phanérozoïque Cénozoïque, (65 Ma à présent) Paléogène Primates
Phanérozoïque Cénozoïque, (65 Ma à présent) Néogène Homo
Phanérozoïque Cénozoïque, (65 Ma à présent) Quaternaire

Attributions aux médias

  • Figures 8.3.1, 8.3.2, 8.3.3, 8.3.4 (à droite) : © Steven Earle. CC PAR.
  • Figure 8.3.4 (gauche) : © Steven Earle. CC PAR. D'après les données de R. Scott, 2014, “A Cretaceous chronostratigraphic database: construction and applications,” Carnets de Géologie, Vol. 14.
  • Figure 8.3.5 : © Steven Earle. CC PAR. Sur la base des données obtenues à partir du Turonien inférieur Euramerican Inoceramidae: Un aperçu morphologique, taxonomique et biostratigraphique.

un fossile avec un aspect distinctif et une large gamme géographique mais d'une plage de temps relativement restreinte, ce qui le rend utile pour dater des roches corrélées de différentes régions (les fossiles index les plus utiles proviennent d'organismes qui ont vécu moins d'un million d'années)

un intervalle stratigraphique qui peut être défini à partir d'un fossile spécifique

la ligne à la surface d'un céphalopode qui marque la limite entre un septum et l'enveloppe externe

cloisons calcaires entre les chambres successives d'un céphalopode


19 3.4 Classification des roches ignées

Comme cela a déjà été décrit, les roches ignées sont classées en quatre catégories, en fonction de leur chimie ou de leur composition minérale : felsique, intermédiaire, mafique et ultramafique. Le diagramme de la figure 3.16 peut être utilisé pour aider à classer les roches ignées selon leur composition minérale. Une caractéristique importante à noter sur ce diagramme est la ligne rouge séparant les silicates non ferromagnésiens en bas à gauche (feldspath K, quartz et plagioclase feldspath) des silicates ferromagnésiens en haut à droite (biotite, amphibole, pyroxène et olivine ). Lors de la classification des roches ignées intrusives, la première chose à considérer est le pourcentage de silicates ferromagnésiens. C'est relativement facile dans la plupart des roches ignées car les minéraux ferromagnésiens sont clairement plus foncés que les autres. En même temps, il est assez difficile d'estimer les proportions de minéraux dans une roche.

D'après la position de la ligne rouge sur la figure 3.16, il est évident que les roches felsiques peuvent contenir environ 1 % à 20 % de silicates ferromagnésiens (la ligne rouge coupe le côté gauche de la zone felsique à 1 % de la distance du sommet de la diagramme, et il coupe le côté droit de la zone felsique à 20 % de la distance à partir du sommet). Les roches intermédiaires contiennent entre 20 % et 50 % de silicates ferromagnésiens et les roches mafiques contiennent 50 à 100 % de silicates ferromagnésiens. Pour être plus précis, les roches felsiques contiennent généralement de la biotite et/ou des amphiboles, les roches intermédiaires contiennent de l'amphibole et, dans certains cas, le pyroxène et les roches mafiques contiennent du pyroxène et, dans certains cas, de l'olivine.

Figure 3.16 Un schéma de classification simplifié des roches ignées en fonction de leurs compositions minérales [SE]

Si l'on se concentre sur les silicates non ferromagnésiens, il est évident que les roches felsiques peuvent avoir de 0% à 35% de K-feldspath, de 25% à 35% de quartz (l'épaisseur verticale du champ de quartz varie de 25% à 35% ), et de 25 % à 50 % de plagioclase (et ce plagioclase sera riche en sodium, ou albitique). Les roches intermédiaires peuvent contenir jusqu'à 25 % de quartz et 50 à 75 % de plagioclase. Les roches mafiques n'ont que du plagioclase (jusqu'à 50%), et ce plagioclase sera riche en calcium ou anorthitique.

Exercice 3.5 Proportions minérales dans les roches ignées

Les lignes noires en pointillés dans le diagramme représentent quatre roches ignées. Complétez le tableau en estimant les proportions minérales des quatre roches (à 10 % près).

Indice : Roches b et sont le début le plus facile avec ceux-ci.

La figure 3.17 fournit une représentation schématique des proportions de minéraux sombres dans les roches de couleur claire. Vous pouvez l'utiliser lorsque vous essayez d'estimer la teneur en minéraux ferromagnésiens de roches réelles, et vous pouvez vous entraîner à le faire en effectuant l'exercice 3.6.

/> Figure 3.17 Un guide pour estimer les proportions de minéraux sombres dans les roches de couleur claire

Exercice 3.6 Proportions de silicates ferromagnésiens

Les quatre roches ignées présentées ci-dessous ont des proportions différentes de silicates ferromagnésiens. Estimez ces proportions à l'aide des diagrammes de la figure 3.17, puis utilisez la figure 3.16 pour déterminer le nom probable de la roche pour chacun.

___% ___% ___% ___%
__________ __________ __________ __________

Les roches ignées sont également classées selon leurs textures. Les textures des roches volcaniques seront discutées au chapitre 4, nous n'examinerons donc ici que les différentes textures des roches ignées intrusives. Presque toutes les roches ignées intrusives ont des cristaux suffisamment gros pour être vus à l'œil nu, et nous utilisons le terme phanéritique (du mot grec phanéros sens visible) pour décrire cela. Cela signifie généralement qu'ils sont plus grands qu'environ 0,5 mm - l'épaisseur d'une ligne forte faite avec un stylo à bille. (Si les cristaux sont trop petits pour être distingués, ce qui est typique de la plupart des roches volcaniques, nous utilisons le terme aphanitique .) Les roches intrusives illustrées à la figure 3.13 sont toutes phanéritiques, tout comme celles illustrées à l'exercice 3.6.

En général, la taille des cristaux est proportionnelle à la vitesse de refroidissement. Plus le temps de refroidissement d'un corps de magma est long, plus les cristaux seront gros. Il n'est pas rare de voir une roche ignée intrusive avec des cristaux jusqu'à un centimètre de long. Dans certaines situations, en particulier vers la fin de la phase de refroidissement, le magma peut devenir riche en eau. La présence d'eau liquide (encore liquide à haute température car sous pression) favorise le mouvement relativement aisé des ions, ce qui permet aux cristaux de grossir, parfois jusqu'à plusieurs centimètres (figure 3.18). Comme déjà décrit, si une roche ignée subit un processus de refroidissement en deux étapes, sa texture sera porphyrique (figure 3.15).

Figure 3.18 Une pegmatite avec du mica, du quartz et de la tourmaline (noire) de la mine White Elephant, Dakota du Sud [de http://en.wikipedia.org/wiki/Pegmatite#mediaviewer/File:We-pegmatite.jpg]


50 8.3 Datation des roches à l'aide de fossiles

Les géologues obtiennent un large éventail d'informations à partir de fossiles. Ils nous aident à comprendre l'évolution et la vie en général, ils fournissent des informations essentielles pour comprendre les environnements de dépôt et les changements du climat de la Terre et, bien sûr, ils peuvent être utilisés pour dater les roches.

Bien que la reconnaissance des fossiles remonte à des centaines d'années, le catalogage systématique et l'attribution d'âges relatifs à différents organismes du passé lointain - la paléontologie - ne remontent qu'à la première partie du 19e siècle. Les plus anciens fossiles incontestés proviennent de roches datées d'environ 3,5 Ga, et bien que les fossiles aussi anciens soient généralement mal conservés et ne soient pas utiles pour dater les roches, ils peuvent toujours fournir des informations importantes sur les conditions à l'époque. Les plus anciens fossiles bien compris proviennent de roches datant d'environ 600 Ma, et les archives sédimentaires de cette époque sont riches en restes fossiles qui fournissent un enregistrement détaillé de l'histoire de la vie. Cependant, comme le savent tous ceux qui sont partis à la recherche de fossiles, cela ne signifie pas que toutes les roches sédimentaires ont des fossiles visibles ou qu'ils sont faciles à trouver. Les fossiles seuls ne peuvent pas nous fournir des âges numériques des roches, mais au cours du siècle dernier, les géologues ont acquis suffisamment de dates isotopiques à partir de roches associées à des roches fossilifères (telles que des dykes ignés traversant des couches sédimentaires) pour pouvoir imposer des limites de temps spécifiques à la plupart des fossiles.

Une histoire très sélective de la vie sur Terre au cours des 600 derniers millions d'années est présentée à la figure 8.10. Les principaux groupes d'organismes que nous connaissons ont évolué entre la fin du Protérozoïque et le Cambrien (

520 Ma). Les plantes, qui ont évolué dans les océans sous forme d'algues vertes, sont arrivées sur terre à l'Ordovicien (

450 Ma). Les insectes, qui ont évolué à partir des arthropodes marins, sont arrivés sur terre pendant le Dévonien (400 Ma) et les amphibiens (c'est-à-dire les vertébrés) sont arrivés sur terre environ 50 millions d'années plus tard. À la fin du Carbonifère, les arbres avaient évolué à partir de plantes antérieures et les reptiles avaient évolué à partir d'amphibiens. Au milieu du Trias, les dinosaures et les mammifères avaient évolué à partir de branches très différentes des reptiles. Les oiseaux ont évolué à partir des dinosaures au Jurassique. Les plantes à fleurs ont évolué à la fin du Jurassique ou au début du Crétacé. Les premiers primates ont évolué à partir d'autres mammifères au début du Paléogène, et le genre Homo évolué à la fin du Néogène (

Figure 8.10 Un résumé de la vie sur Terre à la fin du Protérozoïque et au Phanérozoïque. La rangée du haut montre les ères géologiques et la rangée du bas les périodes. [SE]

Si nous comprenons la séquence d'évolution sur Terre, nous pouvons appliquer nos connaissances pour déterminer les âges relatifs des roches. C'est le principe de succession faunique de William Smith, bien qu'il ne s'applique pas seulement à la « faune » (animaux), il peut également s'appliquer aux fossiles de plantes et à ceux d'organismes simples.

Le Phanérozoïque a connu cinq extinctions majeures, comme l'indique la figure 8.10. Le plus important d'entre eux a eu lieu à la fin du Permien, qui a vu l'extinction de plus de 80% de toutes les espèces et de plus de 90% de toutes les espèces marines. La plupart des types d'organismes bien connus ont été décimés par cet événement, mais seuls quelques-uns ont complètement disparu, y compris les trilobites. La deuxième extinction la plus importante a eu lieu à la limite Crétacé-Paléogène (K-Pg, alias l'extinction K-T). À cette époque, environ 75 % des espèces marines ont disparu. Encore une fois, quelques types d'organismes bien connus ont complètement disparu, notamment les dinosaures (mais pas les oiseaux) et les ptérosaures. D'autres types furent gravement décimés mais survécurent, puis prospérèrent au Paléogène. On pense que l'extinction de K-Pg a été causée par l'impact d'un grand corps extraterrestre (10 km à 15 km de diamètre), mais il est généralement admis que les quatre autres extinctions phanérozoïques avaient d'autres causes, bien que leur nature exacte ne soit pas clairement entendu.

Comme nous l'avons déjà indiqué, ce n'est pas un hasard si les extinctions majeures coïncident toutes avec les limites des périodes géologiques et même des ères. Les paléontologues ont placé la plupart des divisions de l'échelle des temps géologiques à des points des archives fossiles où il y a des changements majeurs dans le type d'organismes observés.

Si nous pouvons identifier un fossile au niveau de l'espèce, ou au moins au niveau du genre, et que nous connaissons la période de temps où l'organisme a vécu, nous pouvons attribuer une plage de temps à la roche. Cette plage pourrait être de plusieurs millions d'années parce que certains organismes ont survécu très longtemps. Si la roche que nous étudions contient plusieurs types de fossiles et que nous pouvons attribuer des plages de temps à ces fossiles, nous pourrions être en mesure de réduire considérablement la plage de temps pour l'âge de la roche. Un exemple de ceci est donné dans la Figure 8.11.

Figure 8.11 Application du bracketing pour contraindre l'âge d'une roche à partir de plusieurs fossiles. Dans ce diagramme, la barre colorée représente l'intervalle de temps pendant lequel chacune des quatre espèces (A – D) a existé sur Terre. Bien que chaque espèce ait vécu pendant plusieurs millions d'années, nous pouvons réduire l'âge probable de la roche à seulement 0,7 Ma au cours de laquelle les quatre espèces ont coexisté. [SE]

Certains organismes ont survécu très longtemps et ne sont pas particulièrement utiles pour dater les roches. Les requins, par exemple, existent depuis plus de 400 millions d'années, et le grand requin blanc a survécu pendant 16 millions d'années, jusqu'à présent. Les organismes qui ont vécu pendant des périodes de temps relativement courtes sont particulièrement utiles pour dater les roches, surtout s'ils étaient répartis sur une vaste zone géographique et peuvent donc être utilisés pour comparer des roches de différentes régions. Ceux-ci sont connus comme index fossiles. Il n'y a pas de limite spécifique sur la durée nécessaire pour être considéré comme un fossile index. Certains ont vécu pendant des millions d'années, et d'autres pendant beaucoup moins d'un million d'années.

Certains groupes d'organismes bien étudiés sont qualifiés de biozone fossils because, although the genera and families lived over a long time, each species lived for a relatively short time and can be easily distinguished from others on the basis of specific features. For example, ammonites have a distinctive feature known as the suture line — where the internal shell layers that separate the individual chambers (septae) meet the outer shell wall, as shown in Figure 8.12. These suture lines are sufficiently variable to identify species that can be used to estimate the relative or absolute ages of the rocks in which they are found.

Figure 8.12 The septum of an ammonite (white part, left), and the suture lines where the septae meet the outer shell (right). [SE]

Foraminifera (small, carbonate-shelled marine organisms that originated during the Triassic and are still around today) are also useful biozone fossils. As shown in Figure 8.13, numerous different foraminifera lived during the Cretaceous. Some lasted for over 10 million years, but others for less than 1 million years. If the foraminifera in a rock can be identified to the species level, we can get a good idea of its age.

Figure 8.13 Time ranges for Cretaceous foraminifera (left) and modern foraminifera from the Ambergris area of Belize (right) [left: SE, from data in Scott, R, 2014, A Cretaceous chronostratigraphic database: construction and applications, Carnets de Géologie, Vol. 14., right : SE]

Exercise 8.2 Dating Rocks Using Index Fossils

This diagram shows the age ranges for some late Cretaceous inoceramid clams in the genus Mytiloides. Using the bracketing method described above, determine the possible age range of the rock that these five organisms were found in.

How would that change if M. subhercynius was not present in these rocks?


Voir la vidéo: Tuulivoiman elinkaari- ja ympäristökysymykset (Octobre 2021).