Quel type de roche est formé à partir de lave ?
igné
La roche ignée (dérivé du mot latin ignis signifiant feu) est l'un des trois principaux types de roches, les autres étant sédimentaires et métamorphiques. La roche ignée se forme par refroidissement et solidification du magma ou de la lave. Les roches ignées peuvent se former avec ou sans cristallisation, soit sous la surface sous forme de roches intrusives (plutoniques), soit à la surface sous forme de roches extrusives (volcaniques). Ce magma peut provenir de la fusion partielle de roches existantes dans le manteau ou la croûte d'une planète. Généralement, la fusion est provoquée par un ou plusieurs des trois processus suivants : une augmentation de la température, une diminution de la pression ou un changement de composition. Les roches ignées et métamorphiques représentent 90 à 95 % des 16 km supérieurs de la croûte terrestre en volume. Les roches ignées sont géologiquement importantes car : * leurs minéraux et leur chimie globale renseignent sur la composition du manteau, dont sont extraites certaines roches ignées, et les conditions de température et de pression qui ont permis cette extraction, et/ou d'autres roches préexistantes ayant fondu ; En termes de modes d'occurrence, les roches ignées peuvent être soit intrusives (plutoniques), extrusives (volcaniques) ou hypabyssales. Les roches ignées intrusives se forment à partir de magma qui refroidit et se solidifie dans la croûte d'une planète, entouré de roches préexistantes (appelées country rock) ; le magma se refroidit lentement et, par conséquent, ces roches sont à gros grains. Les grains minéraux contenus dans ces roches peuvent généralement être identifiés à l’œil nu. Les roches intrusives peuvent également être classées selon la forme et la taille du corps intrusif et sa relation avec les autres formations dans lesquelles il s'introduit. Les formations intrusives typiques sont les batholites, les stocks, les laccolithes, les seuils et les dykes. Lorsque le magma se solidifie dans la croûte terrestre, il refroidit lentement pour former des roches à texture grossière, comme le granit, le gabbro ou la diorite. Les noyaux centraux des principales chaînes de montagnes sont constitués de roches ignées intrusives, généralement du granite. Lorsqu'ils sont exposés à l'érosion, ces noyaux (appelés batholites) peuvent occuper de vastes zones de la surface terrestre. Les roches ignées intrusives à gros grains qui se forment en profondeur dans la croûte sont qualifiées d'abyssales ; Les roches ignées intrusives qui se forment près de la surface sont appelées hypabyssales. Les roches ignées extrusives, également appelées roches volcaniques, se forment à la surface de la croûte à la suite de la fusion partielle des roches du manteau et de la croûte. Les roches ignées extrusives refroidissent et se solidifient plus rapidement que les roches ignées intrusives. Ils sont formés par le refroidissement du magma en fusion à la surface de la Terre. Le magma, qui remonte à la surface par des fissures ou des éruptions volcaniques, se solidifie plus rapidement. Ces roches sont donc lisses, cristallines et à grains fins. Le basalte est une roche ignée extrusive commune et forme des coulées de lave, des nappes de lave et des plateaux de lave. Certains types de basalte se solidifient pour former de longues colonnes polygonales. La Chaussée des Géants à Antrim, en Irlande du Nord, en est un exemple. Étant donné que les minéraux sont pour la plupart à grains fins, il est beaucoup plus difficile de distinguer les différents types de roches ignées extrusives qu'entre les différents types de roches ignées intrusives. Généralement, les constituants minéraux des roches ignées extrusives à grains fins ne peuvent être déterminés que par l'examen de fines sections de la roche au microscope, de sorte que seule une classification approximative peut généralement être effectuée sur le terrain. Les roches ignées hypabyssales se forment à une profondeur intermédiaire entre les roches plutoniques et volcaniques. Ceux-ci se forment en raison du refroidissement et de la solidification qui en résulte du magma montant juste sous la surface de la terre. Les roches hypabyssales sont moins courantes que les roches plutoniques ou volcaniques et forment souvent des dykes, des seuils, des laccolithes, des lopolites ou des phacolithes. Les roches ignées sont classées selon leur mode d'occurrence, leur texture, leur minéralogie, leur composition chimique et la géométrie du corps igné. La classification des nombreux types de roches ignées peut nous fournir des informations importantes sur les conditions dans lesquelles elles se sont formées. Deux variables importantes utilisées pour la classification des roches ignées sont la taille des particules, qui dépend largement de l'historique de refroidissement, et la composition minérale de la roche. Les feldspaths, le quartz ou feldspathoïdes, les olivines, les pyroxènes, les amphiboles et les micas sont tous des minéraux importants dans la formation de presque toutes les roches ignées et constituent la base de la classification de ces roches. Tous les autres minéraux présents sont considérés comme non essentiels dans presque toutes les roches ignées et sont appelés minéraux accessoires. Les types de roches ignées contenant d’autres minéraux essentiels sont très rares, et ces roches rares incluent celles contenant des carbonates essentiels. Dans une classification simplifiée, les types de roches ignées sont séparés en fonction du type de feldspath présent, de la présence ou de l'absence de quartz, et dans les roches sans feldspath ni quartz, du type de minéraux de fer ou de magnésium présents. Les roches contenant du quartz (composition de silice) sont sursaturées en silice. Les roches contenant des feldspathoïdes sont sous-saturées en silice, car les feldspathoïdes ne peuvent pas coexister en association stable avec le quartz. Les roches ignées qui contiennent des cristaux suffisamment gros pour être vus à l'œil nu sont appelées phanéritiques ; ceux dont les cristaux sont trop petits pour être vus sont appelés aphanitiques. D'une manière générale, le phanéritique implique une origine intrusive ; aphanitique et extrusif. Une roche ignée avec des cristaux plus gros et clairement discernables noyés dans une matrice à grains plus fins est appelée porphyre. La texture porphyrique se développe lorsque certains cristaux atteignent une taille considérable avant que la masse principale du magma ne cristallise sous forme de matériau uniforme à grains plus fins. Les roches ignées sont classées en fonction de leur texture et de leur composition. La texture fait référence à la taille, à la forme et à la disposition des grains ou cristaux minéraux qui composent la roche. * voir aussi Liste des textures rocheuses et Textures ignées Les roches ignées peuvent être classées selon des paramètres chimiques ou minéralogiques. * roches ignées felsiques contenant une forte teneur en silice, supérieure à 63% SiO2 (exemples granite et rhyolite) * roches ignées intermédiaires contenant entre 52 et 63 % de SiO2 (exemple andésite et dacite) * Les roches ignées mafiques ont une faible teneur en silice (45 à 52 %) et une teneur généralement élevée en fer et magnésium (exemple gabbro et basalte). * roches ignées ultramafiques contenant moins de 45 % de silice. (exemples picrite, komatiite et péridotite) * roches ignées alcalines avec une teneur en alcali de 5 à 15 % (K2O + Na2O) ou avec un rapport molaire alcali/silice supérieur à 1:6. (exemples phonolite et trachyte) En 1902, un groupe de pétrographes américains proposa que toutes les classifications existantes des roches ignées soient abandonnées et remplacées par une classification « quantitative » basée sur l'analyse chimique. Ils ont montré à quel point une grande partie de la terminologie existante était vague et souvent non scientifique et ont soutenu que, la composition chimique d'une roche ignée étant sa caractéristique la plus fondamentale, elle devrait être élevée au premier rang. Pour les roches ignées intrusives, plutoniques et généralement phanéritiques (où tous les minéraux sont visibles au moins au microscope), la minéralogie est utilisée pour classer la roche. Cela se produit généralement sur les diagrammes ternaires, où les proportions relatives de trois minéraux sont utilisées pour classer la roche. Le tableau suivant est une subdivision simple des roches ignées selon leur composition et leur mode d'occurrence. Le granite est une roche ignée intrusive (cristallisée en profondeur), de composition felsique (riche en silice et principalement en quartz, feldspath riche en potassium et plagioclase riche en sodium) et de texture phanéritique et subeuédrique (les minéraux sont visibles à l'œil nu et généralement certains des ils conservent des formes cristallographiques originales). La croûte terrestre a une épaisseur moyenne d'environ 35 kilomètres sous les continents, mais en moyenne seulement entre 7 et 10 kilomètres sous les océans. La croûte continentale est composée principalement de roches sédimentaires reposant sur un socle cristallin formé d'une grande variété de roches métamorphiques et ignées, dont la granulite et le granite. La croûte océanique est composée principalement de basalte et de gabbro. Les croûtes continentale et océanique reposent sur la péridotite du manteau. D'autres mécanismes, tels que la fonte due à l'impact d'une météorite, sont moins importants aujourd'hui, mais les impacts lors de l'accrétion de la Terre ont conduit à une fonte importante, et les plusieurs centaines de kilomètres extérieurs de notre Terre primitive étaient probablement un océan de magma. Les impacts de grosses météorites au cours des dernières centaines de millions d'années ont été proposés comme l'un des mécanismes responsables du magmatisme basaltique étendu de plusieurs grandes provinces ignées. L’augmentation de la température est le mécanisme le plus typique de formation de magma au sein de la croûte continentale. De telles augmentations de température peuvent se produire en raison de l’intrusion vers le haut du magma du manteau. Les températures peuvent également dépasser le solidus d'une roche crustale dans la croûte continentale épaissie par compression à la limite d'une plaque. La frontière des plaques entre les masses continentales indienne et asiatique fournit un exemple bien étudié, car le plateau tibétain juste au nord de la frontière a une croûte d'environ 80 kilomètres d'épaisseur, soit environ deux fois l'épaisseur de la croûte continentale normale. Des études de résistivité électrique déduites des données magnétotelluriques ont détecté une couche qui semble contenir des silicates fondus et qui s'étend sur au moins 1 000 kilomètres dans la croûte moyenne le long de la marge sud du plateau tibétain. Le granite et la rhyolite sont des types de roches ignées communément interprétées comme des produits de la fonte de la croûte continentale en raison de l'augmentation de la température. Les augmentations de température peuvent également contribuer à la fonte de la lithosphère entraînée vers le bas dans une zone de subduction. Il existe relativement peu de minéraux importants dans la formation des roches ignées communes, car le magma à partir duquel les minéraux cristallisent n'est riche que de certains éléments : silicium, oxygène, aluminium, sodium, potassium, calcium, fer et magnésium. Ce sont les éléments qui se combinent pour former les minéraux silicatés, qui représentent plus de quatre-vingt-dix pour cent de toutes les roches ignées. La chimie des roches ignées s'exprime différemment pour les éléments majeurs et mineurs et pour les éléments traces. Les teneurs en éléments majeurs et mineurs sont classiquement exprimées en pourcentage en poids d'oxydes (par exemple, 51 % de SiO2 et 1,50 % de TiO2). Les abondances d'oligo-éléments sont classiquement exprimées en parties par million en poids (par exemple 420 ppm Ni et 5,1 ppm Sm). Le terme « élément trace » est généralement utilisé pour désigner les éléments présents dans la plupart des roches à des abondances inférieures à 100 ppm environ, mais certains éléments traces peuvent être présents dans certaines roches à des abondances supérieures à 1 000 ppm. La diversité des compositions rocheuses a été définie par une énorme masse de données analytiques : plus de 230 000 analyses de roches sont accessibles sur le Web via un site sponsorisé par la National Science Foundation des États-Unis (voir le lien externe vers EarthChem). Le mot « igné » est dérivé du latin ignis, qui signifie « du feu ». Les roches volcaniques portent le nom de Vulcain, le nom romain du dieu du feu. Les roches intrusives sont également appelées roches « plutoniques », du nom de Pluton, le dieu romain des enfers.
La roche ignée (dérivé du mot latin ignis signifiant feu) est l'un des trois principaux types de roches, les autres étant sédimentaires et métamorphiques. La roche ignée se forme par refroidissement et solidification du magma ou de la lave. Les roches ignées peuvent se former avec ou sans cristallisation, soit sous la surface sous forme de roches intrusives (plutoniques), soit à la surface sous forme de roches extrusives (volcaniques). Ce magma peut provenir de la fusion partielle de roches existantes dans le manteau ou la croûte d'une planète. Généralement, la fusion est provoquée par un ou plusieurs des trois processus suivants : une augmentation de la température, une diminution de la pression ou un changement de composition.
Importance géologique
Les roches ignées et métamorphiques représentent 90 à 95 % des 16 km supérieurs de la croûte terrestre en volume.
Les roches ignées sont géologiquement importantes car :
* leurs minéraux et leur chimie globale renseignent sur la composition du manteau, dont sont extraites certaines roches ignées, et les conditions de température et de pression qui ont permis cette extraction, et/ou d'autres roches préexistantes ayant fondu ;
* leurs âges absolus peuvent être obtenus à partir de diverses formes de datation radiométrique et peuvent ainsi être comparés aux strates géologiques adjacentes, permettant une séquence temporelle des événements ;
* leurs caractéristiques sont généralement caractéristiques d'un environnement tectonique spécifique, permettant des reconstitutions tectoniques (voir tectonique des plaques) ;
* dans certaines circonstances particulières, ils abritent d'importants gisements minéraux (minerais) : par exemple, le tungstène, l'étain et l'uranium sont généralement associés aux granites et aux diorites, tandis que les minerais de chrome et de platine sont généralement associés aux gabbros.
Morphologie et décor
En termes de modes d'occurrence, les roches ignées peuvent être soit intrusives (plutoniques), extrusives (volcaniques) ou hypabyssales.
Intrusif
Les roches ignées intrusives se forment à partir de magma qui refroidit et se solidifie dans la croûte d'une planète, entouré de roches préexistantes (appelées country rock) ; le magma se refroidit lentement et, par conséquent, ces roches sont à gros grains. Les grains minéraux contenus dans ces roches peuvent généralement être identifiés à l’œil nu. Les roches intrusives peuvent également être classées selon la forme et la taille du corps intrusif et sa relation avec les autres formations dans lesquelles il s'introduit. Les formations intrusives typiques sont les batholites, les stocks, les laccolithes, les seuils et les dykes. Lorsque le magma se solidifie dans la croûte terrestre, il refroidit lentement pour former des roches à texture grossière, comme le granit, le gabbro ou la diorite.
Les noyaux centraux des principales chaînes de montagnes sont constitués de roches ignées intrusives, généralement du granite. Lorsqu'ils sont exposés à l'érosion, ces noyaux (appelés batholites) peuvent occuper de vastes zones de la surface terrestre.
Les roches ignées intrusives à gros grains qui se forment en profondeur dans la croûte sont qualifiées d'abyssales ; Les roches ignées intrusives qui se forment près de la surface sont appelées hypabyssales.
Extrusif
Les roches ignées extrusives, également appelées roches volcaniques, se forment à la surface de la croûte à la suite de la fusion partielle des roches du manteau et de la croûte. Les roches ignées extrusives refroidissent et se solidifient plus rapidement que les roches ignées intrusives. Ils sont formés par le refroidissement du magma en fusion à la surface de la Terre. Le magma, qui remonte à la surface par des fissures ou des éruptions volcaniques, se solidifie plus rapidement. Ces roches sont donc lisses, cristallines et à grains fins. Le basalte est une roche ignée extrusive commune et forme des coulées de lave, des nappes de lave et des plateaux de lave. Certains types de basalte se solidifient pour former de longues colonnes polygonales. La Chaussée des Géants à Antrim, en Irlande du Nord, en est un exemple.
La roche en fusion, avec ou sans cristaux en suspension et bulles de gaz, est appelée magma. Il s'élève parce qu'il est moins dense que la roche à partir de laquelle il a été créé. Lorsque le magma atteint la surface depuis le dessous de l’eau ou de l’air, on l’appelle lave. Les éruptions volcaniques dans l’air sont dites subaériennes, tandis que celles qui se produisent sous l’océan sont dites sous-marines. Les fumoirs noirs et le basalte des crêtes médio-océaniques sont des exemples d'activité volcanique sous-marine.
Le volume de roches extrusives émises chaque année par les volcans varie en fonction du contexte tectonique des plaques. La roche extrusive est produite dans les proportions suivantes :
*limite divergente : 73 %
*limite convergente (zone de subduction) : 15 %
*point chaud : 12 %.
Le magma qui sort d'un volcan se comporte en fonction de sa viscosité, déterminée par la température, la composition et la teneur en cristaux. Le magma à haute température, dont la majeure partie est de composition basaltique, se comporte d'une manière similaire à l'huile épaisse et, en refroidissant, à la mélasse. Des coulées de basalte longues et minces avec des surfaces en pahoehoe sont courantes. Les magmas de composition intermédiaire, tels que l'andésite, ont tendance à former des cônes de cendres mêlés de cendres, de tuf et de lave, et peuvent avoir une viscosité similaire à celle d'une mélasse épaisse et froide ou même à du caoutchouc lorsqu'ils entrent en éruption. Le magma felsique, tel que la rhyolite, éclate généralement à basse température et est jusqu'à 10 000 fois plus visqueux que le basalte. Les volcans contenant du magma rhyolitique entrent généralement en éruption de manière explosive, et les coulées de lave rhyolitique sont généralement d'étendue limitée et ont des marges abruptes, car le magma est très visqueux.
Les magmas felsiques et intermédiaires qui éclatent le font souvent violemment, avec des explosions provoquées par la libération de gaz dissous, généralement de la vapeur d'eau, mais aussi du dioxyde de carbone. Le matériau pyroclastique en éruption explosive est appelé tephra et comprend du tuf, des agglomérats et de l'ignimbrite. De fines cendres volcaniques entrent également en éruption et forment des dépôts de tuf de cendres, qui peuvent souvent couvrir de vastes zones.
Parce que la lave refroidit et cristallise rapidement, elle a un grain fin. Si le refroidissement a été si rapide qu'il empêche la formation de cristaux, même petits, après l'extrusion, la roche résultante peut être principalement constituée de verre (comme l'obsidienne rocheuse). Si le refroidissement de la lave se produisait plus lentement, les roches seraient à gros grains.
Étant donné que les minéraux sont pour la plupart à grains fins, il est beaucoup plus difficile de distinguer les différents types de roches ignées extrusives qu'entre les différents types de roches ignées intrusives. Généralement, les constituants minéraux des roches ignées extrusives à grains fins ne peuvent être déterminés que par l'examen de fines sections de la roche au microscope, de sorte que seule une classification approximative peut généralement être effectuée sur le terrain.
Hypabyssal
Les roches ignées hypabyssales se forment à une profondeur intermédiaire entre les roches plutoniques et volcaniques. Ceux-ci se forment en raison du refroidissement et de la solidification qui en résulte du magma montant juste sous la surface de la terre. Les roches hypabyssales sont moins courantes que les roches plutoniques ou volcaniques et forment souvent des dykes, des seuils, des laccolithes, des lopolites ou des phacolithes.
Classification
Les roches ignées sont classées selon leur mode d'occurrence, leur texture, leur minéralogie, leur composition chimique et la géométrie du corps igné.
La classification des nombreux types de roches ignées peut nous fournir des informations importantes sur les conditions dans lesquelles elles se sont formées. Deux variables importantes utilisées pour la classification des roches ignées sont la taille des particules, qui dépend largement de l'historique de refroidissement, et la composition minérale de la roche. Les feldspaths, le quartz ou feldspathoïdes, les olivines, les pyroxènes, les amphiboles et les micas sont tous des minéraux importants dans la formation de presque toutes les roches ignées et constituent la base de la classification de ces roches. Tous les autres minéraux présents sont considérés comme non essentiels dans presque toutes les roches ignées et sont appelés minéraux accessoires. Les types de roches ignées contenant d’autres minéraux essentiels sont très rares, et ces roches rares incluent celles contenant des carbonates essentiels.
Dans une classification simplifiée, les types de roches ignées sont séparés en fonction du type de feldspath présent, de la présence ou de l'absence de quartz, et dans les roches sans feldspath ni quartz, du type de minéraux de fer ou de magnésium présents. Les roches contenant du quartz (composition de silice) sont sursaturées en silice. Les roches contenant des feldspathoïdes sont sous-saturées en silice, car les feldspathoïdes ne peuvent pas coexister en association stable avec le quartz.
Les roches ignées qui contiennent des cristaux suffisamment gros pour être vus à l'œil nu sont appelées phanéritiques ; ceux dont les cristaux sont trop petits pour être vus sont appelés aphanitiques. D'une manière générale, le phanéritique implique une origine intrusive ; aphanitique et extrusif.
Une roche ignée avec des cristaux plus gros et clairement discernables noyés dans une matrice à grains plus fins est appelée porphyre. La texture porphyrique se développe lorsque certains cristaux atteignent une taille considérable avant que la masse principale du magma ne cristallise sous forme de matériau uniforme à grains plus fins.
Les roches ignées sont classées en fonction de leur texture et de leur composition. La texture fait référence à la taille, à la forme et à la disposition des grains ou cristaux minéraux qui composent la roche.
Texture
La texture est un critère important pour la dénomination des roches volcaniques. La texture des roches volcaniques, y compris la taille, la forme, l'orientation et la distribution des grains minéraux ainsi que les relations entre les grains, déterminera si la roche est appelée tuf, lave pyroclastique ou lave simple.
Cependant, la texture n'est qu'une partie secondaire de la classification des roches volcaniques, car le plus souvent, des informations chimiques doivent être glanées à partir de roches à grain extrêmement fin ou de tufs de chute d'air, qui peuvent être formés à partir de cendres volcaniques.
Les critères texturaux sont moins critiques pour classer les roches intrusives où la majorité des minéraux seront visibles à l'œil nu ou au moins à l'aide d'une loupe, d'une loupe ou d'un microscope. Les roches plutoniques ont également tendance à avoir une texture moins variée et moins enclines à gagner des tissus structurels. Les termes texturaux peuvent être utilisés pour différencier les différentes phases intrusives des grands plutons, par exemple les marges porphyriques des grands corps intrusifs, les stocks de porphyre et les dykes subvolcaniques (apophyses). La classification minéralogique est le plus souvent utilisée pour classer les roches plutoniques. Les classifications chimiques sont préférées pour classer les roches volcaniques, avec les espèces de phénocristaux utilisées comme préfixe, par ex. "picrite à olivine" ou "rhyolite orthoclase-phyrique".
* voir aussi Liste des textures rocheuses et Textures ignées
Classification chimique et pétrologie
Les roches ignées peuvent être classées selon des paramètres chimiques ou minéralogiques.
Chimique : teneur totale en alcalis-silice (diagramme TAS) pour la classification des roches volcaniques utilisée lorsque les données modales ou minéralogiques ne sont pas disponibles :
* roches ignées felsiques contenant une forte teneur en silice, supérieure à 63% SiO2 (exemples granite et rhyolite)
* roches ignées intermédiaires contenant entre 52 et 63 % de SiO2 (exemple andésite et dacite)
* Les roches ignées mafiques ont une faible teneur en silice (45 à 52 %) et une teneur généralement élevée en fer et magnésium (exemple gabbro et basalte).
* roches ignées ultramafiques contenant moins de 45 % de silice. (exemples picrite, komatiite et péridotite)
* roches ignées alcalines avec une teneur en alcali de 5 à 15 % (K2O + Na2O) ou avec un rapport molaire alcali/silice supérieur à 1:6. (exemples phonolite et trachyte)
La classification chimique s'étend également à la différenciation des roches chimiquement similaires selon le diagramme TAS, par exemple ;
*Ultrapotassique ; roches contenant du K2O/Na2O molaire >3
*Peralcalin ; roches contenant des molaires (K2O + Na2O)/Al2O3 >1
*Péralumineux ; les roches contenant des molaires (K2O + Na2O)/Al2O3 2 étaient supérieures à 66% et le terme familial quartzolite a été appliqué aux plus siliciques. Un feldspathoïde normatif classe une roche comme sous-saturée en silice ; un exemple est la néphélinite.
Histoire du classement
En 1902, un groupe de pétrographes américains proposa que toutes les classifications existantes des roches ignées soient abandonnées et remplacées par une classification « quantitative » basée sur l'analyse chimique. Ils ont montré à quel point une grande partie de la terminologie existante était vague et souvent non scientifique et ont soutenu que, la composition chimique d'une roche ignée étant sa caractéristique la plus fondamentale, elle devrait être élevée au premier rang.
L'occurrence géologique, la structure, la constitution minéralogique - les critères jusqu'ici acceptés pour la distinction des espèces de roches - ont été reléguées au second plan. L'analyse des roches terminée doit d'abord être interprétée en termes de minéraux formant des roches susceptibles de se former lorsque le magma cristallise, par exemple, feldspaths quartzeux, olivine, akermannite, feldspathoïdes, magnétite, corindon, etc., et les les roches sont divisées en groupes strictement en fonction de la proportion relative de ces minéraux les uns par rapport aux autres.
Classification minéralogique
Pour les roches volcaniques, la minéralogie est importante pour classer et nommer les laves. Le critère le plus important est l’espèce phénocristaux, suivi de la minéralogie de la masse fondamentale. Souvent, lorsque la masse fondamentale est aphanitique, une classification chimique doit être utilisée pour identifier correctement une roche volcanique.
Contenu minéralogique – felsique versus mafique
* roche felsique, à plus forte teneur en silicium, avec prédominance de quartz, de feldspath alcalin et/ou de feldspathoïdes : les minéraux felsiques ; ces roches (p. ex. granite, rhyolite) sont généralement de couleur claire et ont une faible densité.
* roche mafique, moindre teneur en silicium par rapport aux roches felsiques, avec prédominance de minéraux mafiques pyroxènes, olivines et plagioclase calcique ; ces roches (exemple, basalte, gabbro) sont généralement de couleur foncée et ont une densité plus élevée que les roches felsiques.
* roche ultramafique, la plus faible teneur en silicium, avec plus de 90 % de minéraux mafiques (ex. dunite).
Pour les roches ignées intrusives, plutoniques et généralement phanéritiques (où tous les minéraux sont visibles au moins au microscope), la minéralogie est utilisée pour classer la roche. Cela se produit généralement sur les diagrammes ternaires, où les proportions relatives de trois minéraux sont utilisées pour classer la roche.
Le tableau suivant est une subdivision simple des roches ignées selon leur composition et leur mode d'occurrence.
Pour une classification plus détaillée, voir le diagramme QAPF.
Exemple de classement
Le granite est une roche ignée intrusive (cristallisée en profondeur), de composition felsique (riche en silice et principalement en quartz, feldspath riche en potassium et plagioclase riche en sodium) et de texture phanéritique et subeuédrique (les minéraux sont visibles à l'œil nu et généralement certains des ils conservent des formes cristallographiques originales).
Origine du magma
La croûte terrestre a une épaisseur moyenne d'environ 35 kilomètres sous les continents, mais en moyenne seulement entre 7 et 10 kilomètres sous les océans. La croûte continentale est composée principalement de roches sédimentaires reposant sur un socle cristallin formé d'une grande variété de roches métamorphiques et ignées, dont la granulite et le granite. La croûte océanique est composée principalement de basalte et de gabbro. Les croûtes continentale et océanique reposent sur la péridotite du manteau.
Les roches peuvent fondre en réponse à une diminution de pression, à un changement de composition (comme un ajout d’eau), à une augmentation de température ou à une combinaison de ces processus.
D'autres mécanismes, tels que la fonte due à l'impact d'une météorite, sont moins importants aujourd'hui, mais les impacts lors de l'accrétion de la Terre ont conduit à une fonte importante, et les plusieurs centaines de kilomètres extérieurs de notre Terre primitive étaient probablement un océan de magma. Les impacts de grosses météorites au cours des dernières centaines de millions d'années ont été proposés comme l'un des mécanismes responsables du magmatisme basaltique étendu de plusieurs grandes provinces ignées.
Décompression
La fusion par décompression se produit en raison d’une diminution de la pression.
Les températures de solidus de la plupart des roches (les températures en dessous desquelles elles sont complètement solides) augmentent avec l'augmentation de la pression en l'absence d'eau. La péridotite en profondeur dans le manteau terrestre peut être plus chaude que sa température de solidus à un niveau moins profond. Si une telle roche s'élève pendant la convection du manteau solide, elle se refroidira légèrement au fur et à mesure de son expansion dans un processus adiabatique, mais le refroidissement n'est que d'environ 0,3 °C par kilomètre. Des études expérimentales sur des échantillons de péridotite appropriés documentent que les températures du solidus augmentent de 3 °C à 4 °C par kilomètre. Si la roche s’élève suffisamment, elle commencera à fondre. Les gouttelettes de matière fondue peuvent fusionner en volumes plus importants et pénétrer vers le haut. Ce processus de fusion dû au mouvement ascendant du manteau solide est essentiel à l’évolution de la Terre.
La fonte par décompression crée la croûte océanique au niveau des dorsales médio-océaniques. Cela provoque également du volcanisme dans les régions intraplaques, telles que l’Europe, l’Afrique et le fond marin du Pacifique. Là, elle est diversement attribuée soit à la montée des panaches du manteau (l'« hypothèse du Plume »), soit à l'extension intraplaque (l'« hypothèse de la Plaque »).
Effets de l'eau et du dioxyde de carbone
Le changement de composition des roches le plus responsable de la création de magma est l’ajout d’eau. L'eau abaisse la température du solidus des roches à une pression donnée. Par exemple, à une profondeur d'environ 100 kilomètres, la péridotite commence à fondre à près de 800 ° C en présence d'un excès d'eau, mais à proximité ou au-dessus d'environ 1 500 ° C en l'absence d'eau. L. Grove, N. Chatterjee, S. W. Parman et E. Medard, (2006) L'influence de H2O sur la fonte des coins du manteau. Lettres scientifiques de la Terre et des planètes, v. 249, p. 74-89 L'eau est chassée de la lithosphère océanique dans les zones de subduction et provoque la fonte du manteau sus-jacent. Les magmas hydratés composés de basalte et d'andésite sont produits directement et indirectement à la suite de la déshydratation au cours du processus de subduction. Ces magmas, et ceux qui en dérivent, forment des arcs insulaires tels que ceux de la ceinture de feu du Pacifique. Ces magmas forment des roches de la série calco-alcaline, partie importante de la croûte continentale.
L'ajout de dioxyde de carbone est une cause relativement beaucoup moins importante de la formation de magma que l'ajout d'eau, mais la genèse de certains magmas sous-saturés en silice a été attribuée à la dominance du dioxyde de carbone sur l'eau dans leurs régions sources du manteau. En présence de dioxyde de carbone, les expériences montrent que la température du solidus de la péridotite diminue d'environ 200 °C dans un intervalle de pression étroit à des pressions correspondant à une profondeur d'environ 70 km. À de plus grandes profondeurs, le dioxyde de carbone peut avoir plus d'effet : à des profondeurs allant jusqu'à environ 200 km, les températures de fusion initiale d'une composition de péridotite carbonatée ont été déterminées comme étant inférieures de 450 °C à 600 °C à celles de la même composition sans dioxyde de carbone. Les magmas de types de roches tels que la néphélinite, la carbonatite et la kimberlite font partie de ceux qui peuvent être générés à la suite d'un afflux de dioxyde de carbone dans le manteau à des profondeurs supérieures à environ 70 km.
Augmentation de la température
L’augmentation de la température est le mécanisme le plus typique de formation de magma au sein de la croûte continentale. De telles augmentations de température peuvent se produire en raison de l’intrusion vers le haut du magma du manteau. Les températures peuvent également dépasser le solidus d'une roche crustale dans la croûte continentale épaissie par compression à la limite d'une plaque. La frontière des plaques entre les masses continentales indienne et asiatique fournit un exemple bien étudié, car le plateau tibétain juste au nord de la frontière a une croûte d'environ 80 kilomètres d'épaisseur, soit environ deux fois l'épaisseur de la croûte continentale normale. Des études de résistivité électrique déduites des données magnétotelluriques ont détecté une couche qui semble contenir des silicates fondus et qui s'étend sur au moins 1 000 kilomètres dans la croûte moyenne le long de la marge sud du plateau tibétain. Le granite et la rhyolite sont des types de roches ignées communément interprétées comme des produits de la fonte de la croûte continentale en raison de l'augmentation de la température. Les augmentations de température peuvent également contribuer à la fonte de la lithosphère entraînée vers le bas dans une zone de subduction.
Évolution du magma
La plupart des magmas ne fondent entièrement que pendant une petite partie de leur histoire. Plus généralement, ce sont des mélanges de matière fondue et de cristaux, et parfois aussi de bulles de gaz. La fonte, les cristaux et les bulles ont généralement des densités différentes et peuvent donc se séparer à mesure que les magmas évoluent.
À mesure que le magma refroidit, les minéraux cristallisent généralement à partir de la fusion à différentes températures (cristallisation fractionnée). À mesure que les minéraux cristallisent, la composition de la masse fondue résiduelle change généralement. Si les cristaux se séparent de la masse fondue, la composition de la masse fondue résiduelle sera différente de celle du magma parent. Par exemple, un magma de composition gabbroïque peut produire une fonte résiduelle de composition granitique si les premiers cristaux formés sont séparés du magma. Le gabbro peut avoir une température de liquidus proche de 1 200 °C, et la masse fondue de composition granitique dérivée peut avoir une température de liquidus aussi basse qu'environ 700 °C. Les éléments incompatibles sont concentrés dans les derniers résidus du magma lors de la cristallisation fractionnée et dans les premières fusions produites lors de la fusion partielle : l'un ou l'autre processus peut former le magma qui cristallise en pegmatite, un type de roche généralement enrichi en éléments incompatibles. La série de réactions de Bowen est importante pour comprendre la séquence idéalisée de cristallisation fractionnée d'un magma.
La composition du magma peut être déterminée par des processus autres que la fusion partielle et la cristallisation fractionnée. Par exemple, les magmas interagissent généralement avec les roches dans lesquelles ils pénètrent, à la fois en faisant fondre ces roches et en réagissant avec elles. Des magmas de compositions différentes peuvent se mélanger. Dans de rares cas, les fusions peuvent se séparer en deux fusions non miscibles de compositions contrastées.
Il existe relativement peu de minéraux importants dans la formation des roches ignées communes, car le magma à partir duquel les minéraux cristallisent n'est riche que de certains éléments : silicium, oxygène, aluminium, sodium, potassium, calcium, fer et magnésium. Ce sont les éléments qui se combinent pour former les minéraux silicatés, qui représentent plus de quatre-vingt-dix pour cent de toutes les roches ignées. La chimie des roches ignées s'exprime différemment pour les éléments majeurs et mineurs et pour les éléments traces. Les teneurs en éléments majeurs et mineurs sont classiquement exprimées en pourcentage en poids d'oxydes (par exemple, 51 % de SiO2 et 1,50 % de TiO2). Les abondances d'oligo-éléments sont classiquement exprimées en parties par million en poids (par exemple 420 ppm Ni et 5,1 ppm Sm). Le terme « élément trace » est généralement utilisé pour désigner les éléments présents dans la plupart des roches à des abondances inférieures à 100 ppm environ, mais certains éléments traces peuvent être présents dans certaines roches à des abondances supérieures à 1 000 ppm. La diversité des compositions rocheuses a été définie par une énorme masse de données analytiques : plus de 230 000 analyses de roches sont accessibles sur le Web via un site sponsorisé par la National Science Foundation des États-Unis (voir le lien externe vers EarthChem).
Étymologie
Le mot « igné » est dérivé du latin ignis, qui signifie « du feu ». Les roches volcaniques portent le nom de Vulcain, le nom romain du dieu du feu. Les roches intrusives sont également appelées roches « plutoniques », du nom de Pluton, le dieu romain des enfers.