Comme il est expliqué dans l'acte 1, la Terre ainsi que les planètes telluriques ont été formés par accrétion. Au cours de cette phase elles ont accumulé sous forme de chaleur une grande part de l'énergie cinétique des corps qui se percutaient, en plus de la chaleur naturelle due à la pression gravitationnelle. Une fois formées, ces planètes ont commencé à se refroidir, en libérant la chaleur et les composés volatils emprisonnés dans leur manteau par une activité volcanique. Deux choses importantes découlent de ce phénomène :
- L'activité volcanique n'est pas éternelle, et toutes les planètes sont amenées à se refroidir complètement pour devenir des planètes volcaniquement "mortes".
- La durée de l'activité dépend fortement de la taille de la planète, en effet plus elle est grosse et plus elle a accumulé d'énergie potentielle pendant sa formation.
Dans le système solaire seule la Terre et Vénus gardent encore une activité volcanique, les autres planètes telluriques témoignent seulement de leur activité passée.

La structure de la Terre en coupe :

1-Noyau, composé de fer et de nickel, solide, ~5 000°C.

2-Noyau externe, composé de fer, nickel, silicium, soufre et oxygène, liquide, de 3 500°C à 2 850°C. C'est le noyau liquide qui crée autour du noyau solide grâce à la rotation de la Terre le champ géomagnétique.

3-Manteau inférieur, composé de silicates et d'oxydes de fer et de magnésium, solide, de 2 800°C à 1 700°C.

4-Manteau supérieur, composé de silicates ferromagnésiens et de minéraux alumineux, solide, ~1 000°C.

5-Croûte terrestre, composée de granite et de granodiorite pour la partie continentale et de basalte pour la partie océanique.

La plaque dure qui constitue la croûte terrestre n'est pas uniforme, elle contient des lignes de moindre résistance qui délimitent les plaques tectoniques. Sous l'effet de la chaleur interne ses plaques bougent et entrent en collision. Dans le cas d'un contact, il y a trois possibilités :

-soit les deux plaques s'écartent et l'espace libéré est aussitôt comblé par du magna qui durci, c'est le cas des dorsales océaniques (les deux flèches rouges s'écartent).

-soit elles s'écrasent l'une contre l'autre, et créent des chaines de montagnes (les pointillés bleus).

-soit elles se chevauchent, et créent une chaine de montagne volcanique (pointillés bleus avec des flèches rouges très proches).

-enfin elles peuvent tout simplement glisser l'une contre l'autre (zones sans flèches).

Il existe aussi des "points chauds", des zones fragiles qui ne se situent pas sur le pourtour des plaques. Ces endroits donnent naissance à des archipels volcaniques alignés comme Hawaï (points rouges situés a l'intérieur des plaques)

Le volcanisme terrestre a plusieurs effets importants sur la surface de la planète :


-d'abord parce qu'il libère dans l'atmosphère de grandes quantités de gaz et de particules qui influent sur la densité et la composition générale de l'atmosphère ainsi que sur le climat.
-ensuite parce qu'il brasse les matériaux qui composent la croûte terrestre en créant une large gamme de matières différentes selon les températures et les pressions auquelles elles sont formées. Beaucoup de matériaux que nous considérons comme de simples ressources sont issus directement de l'activité volcanique (les gemmes et pierres précieuses, le soufre) ou indirectement avec le concours de l'érosion et des activités de la biosphère en général (depuis toujours les pentes des volcans sont exploitées en culture parce que leur richesse en minéraux les rend particulièrment fertiles).
-finalement parce qu'il remodèle en permanence l'aspect du globe et provoque des séismes d'ampleur variable.

Que se passerait-il sans volcanisme ? Voir les exemples avec les autres planètes telluriques du système solaire.

 

 

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Les minéraux paraissent de prime abord dénudés de toute vie, solides et immuables. Et pourtant rien n'est plus mouvant que le monde minéral, qui change et évolue en permanence, qui bâtit des cathédrales et les efface, sans cesse, depuis la nuit des temps même si son évolution semble à nos yeux infiniment lente.

Il existe globalement trois catégories de minéraux : les volcaniques, les sédimentaires et les métamorphiques.

Juste après la formation de la Terre, toute la matière était sous forme de magma, ensuite les éléments volatils ont formé l'atmosphère et les plus lourds une croûte rocheuse. Aujourd'hui le processus continue, le magma perce la croûte et créé de nouvelles roches en refroidissant après avoir laissé s'échapper les gaz qui l'ont issé jusque-là.

Au départ tout était magma mais la planète se refroidit et les roches ignées apparurent. Ensuite, l'érosion aidant, vinrent les roches sédimentaires et avec encore un peu de temps vinrent les roches métamorphiques. Nous allons voir par la suite comment est née la formidable diversité actuelle d'une soupe commune.

 

Les roches ignées :

Nous avons vu dans les chapitres précédents que la composition structurelle de la Terre n'est pas uniforme et que chaque matière a des températures de changement d'état différentes en fonction de sa composition. Il en va de même dans le magma de la couche immédiatement en dessous de la croûte terrestre. Cela amène deux processus qui gouvernent la production de roches ignées : la cristallisation fractionnée et la fusion partielle.

La cristallisation fractionnée :
Dans un magma dont la température est supérieure à 1200° C, comme au niveau du manteau supérieur par exemple, les minéraux sont tous sous leur phase liquide. Si ce magma est introduit dans la croûte terrestre, il subit un abaissement de pression et se refroidit progressivement. En supposant qu'on maintienne la pression constante, c'est-à-dire, à un niveau constant dans la croûte, les minéraux cristallisent lorsqu'ils atteignent la température correspondant à leur limite solide-liquide. Comme cette limite n'est pas la même pour tous les minéraux, ceux-ci ne cristallisent pas tous en même temps, mais à tour de rôle, à mesure que se refroidit le magma. C'est ce qu'exprime le diagramme de droite appelé suite de Bowen.

Avec un abaissement de la température du magma, les minéraux dont la température de cristallisation est la plus élevée sont les premiers à cristalliser. Le premier est l'olivine. Le second groupe à se former comprend les pyroxènes. A ce stade, le magma aura épuisé son bagage en olivine. Puis avec la cristallisation des amphiboles et de la biotite, le bagage en pyroxènes est épuisé. Avec l'abaissement progressif de la température suivent le quartz, les feldspaths potassiques et la muscovite. On a donc une suite de cristallisation bien définie, contrôlée par la température. On appelle cette suite une suite discontinue, parce qu'il s'agit dans chaque cas de minéraux distincts (composition et structure cristalline distinctes).

A mesure que les minéraux cristallisent dans la poche où s'est introduit le magma, les cristaux sédimentent parce qu'ils sont plus lourds que le magma encore liquide et s'accumulent à la base de la chambre. Il se produit donc une ségrégation, et les roches ignées auront des assemblages de minéraux différents selon qu'on est à la base, au milieu ou au sommet de la chambre magmatique. Ainsi, le premier assemblage à se former est un assemblage d'olivine et de pyroxènes : c'est l'assemblage ultramafique. Ensuite, il y a un assemblage de pyroxènes et d'amphiboles : c'est l'assemblage mafique. Un assemblage d'amphiboles, biotite et quartz est qualifié d'assemblage intermédiaire, tandis qu'un assemblage des minéraux les plus "froids", est qualifié de feldsique. On parle donc de roches ignées ultramafiques, mafiques, intermédiaires ou feldsiques.

Le nom des roches ignées :

EXTRUSIVE RHYOLITE ANDÉSITE BASALTE  
INTRUSIVE GRANITE DIORITE GABBRO PERIDOTITE

La différence entre basalte et gabbro, andésite et diorite, rhyolite et granite, ne se situe pas au niveau de la composition qui est la même pour chacune des paires, mais au niveau de la cristallinité, soit de la taille des cristaux. Un magma qui s'introduit dans la croûte terrestre peut se frayer un chemin jusqu'à la surface et donner lieu à des coulées de laves qui, en cristallisant, forment des corps extrusifs : volcans sous-marins ou volcans continentaux. Le magma peut aussi rester coincé dans la croûte et y cristalliser pour former des corps intrusifs. La cristallisation à la surface de la croûte est rapide, ce qui produit de très petits cristaux; la roche résultante sera une roche à fins cristaux qu'on ne distingue généralement pas à l'oeil nu. Par contre, lorsque le magma cristallise à l'intérieur de la croûte terrestre, l'abaissement de sa température est lent et, pour simplifier, plus la cristallisation sera lente, plus les cristaux seront gros, généralement bien visibles. On a donc deux grands groupes de roches ignées : les roches ignées extrusives, à fins cristaux, et les roches ignées intrusives, à cristaux grossiers. Les magmas ultramafiques sont ceux qui se forment en toute fin de fusion partielle et n'atteignent jamais la surface d'où le manque d'un équivalent extrusif à la péridotite.


Le processus de fusion partielle est l'inverse du processus de cristallisation fractionnée. Si on augmente progressivement la température d'un matériel solide composé d'un assemblage de minéraux silicatés, cet assemblage passe entièrement ou partiellement de la phase solide à la phase liquide. Comme dans le cas du refroidissement d'un magma où tous les minéraux ne cristallisent pas tous en même temps, ceux-ci ne fondent pas non plus tous en même temps lorsqu'ils sont chauffés. A une pression donnée, le point où un minéral passe de sa phase solide à sa phase liquide est sa température de fusion (ou de cristallisation, en fonction de l'état initial). Les premiers minéraux à fondre sont les minéraux de basse température, ceux qui se situent au bas de la suite de Bowen, c'est-à-dire, le quartz, les feldspaths potassiques et sodiques, et la muscovite. La fusion n'est alors que partielle, puisqu'on obtient un mélange de solide et de liquide. Avec une augmentation de la température, les plagioclases de calcicité intermédiaire, les biotites et les amphiboles seront à leur tour fondus et produiront un magma intermédiaire; et ainsi de suite pour les autres minéraux.

Les compositions variées des magmas et donc des roches qui en sont issues viennent des processus de cristallisation fractionnée et de fusion partielle, sachant que le magma en partie liquefié peut être explusé en surface et séparé des éléments les plus lourds. Ces différences entrainent des réactions différentes dans les lieux où le magma traverse la croûte terrestre : les dorsales, les zones de subduction et les points chauds.

Les dorsales
Dans les zones de dorsales, la lithosphère se regénère constamment. Il se fait une fusion partielle du manteau sous la dorsale à cause de la concentration de chaleur due à la convection. Deux plaques tectoniques s'écartent et le vide se trouve comblé par des épanchements de magma. Issues d'une fusion de périodite, les dorsales créent des filons de roches mafiques : gabbro et basaltes. Pour les dorsales non-océaniques, les matériaux sont différents puisque le magma doit traverser une épaisseur beaucoup plus importante de roches diverses.
Les zones de subduction
L'enfoncement d'une plaque sous l'autre entraîne des sédiments riches en minéraux de basses températures comme le quartz mais aussi les feldspaths et les argiles. En profondeur, il y a fusion partielle, et le matériel fondu est un mélange de trois choses : la péridotite de la lithosphère inférieure, la croûte basaltique-gabbroïque de la lithosphère supérieure, et les minéraux de basses températures des sédiments entraînés dans la subduction. Contrairement aux zones de dorsales où la fusion partielle de péridotite ne pouvait donner qu'un magma mafique, ici la fusion partielle de ces trois entités qui contiennent toute la palette des silicates pourra fournir des magmas de composition variée.
Les points chauds
Le magmatisme de point chaud est responsable de la formation des volcans intraplaques, particulièrement des volcans intraplaques océaniques, comme ceux qu'on retrouve nombreux dans le Pacifique.
Ce magmatisme provient de la fusion partielle de la péridotite du manteau. Le magma est donc un magma mafique qui produit des volcans basaltiques, comme ceux des îles Hawaii ou de la Polynésie.

 

Chaque fois que du magma perce la croûte terrestre naît un volcan, voyons les différents types :
Il existe plusieurs classifications plus ou moins détaillées des volcans, en simplifiant, disons qu'il y a deux extrêmes : les volcans qui crachent des laves très fluides et ceux qui ont toutes les peines du monde à cracher la moindre lave. Pour former des champs de laves, il faut que la lave puisse s'écouler aisément, qu'elle soit fluide. Un facteur très important qui contrôle la fluidité d'un magma est sa teneur en silice (SiO2). Une faible proportion de silice donne des magmas fluides, alors que l'inverse augmente de beaucoup la viscosité des magmas. Ils ont alors beaucoup de mal à s'écouler. Les magmas mafiques contiennent peu ou pas de silice, ils sont donc fluides et produisent des laves qui s'écoulent facilement. Un magma felsique, riche en silice, a beaucoup de difficulté à s'écouler et forme très difficilement des laves. Ceci a une grande importance sur le comportement des volcans. Il y a donc des volcans à laves pauvres en silice (volcans-boucliers) et des volcans à alimentation magmatique riche en silice (stratovolcans). Et, il y a évidemment des intermédiaires entre ces extrêmes.

Chez le volcan-bouclier (on dit aussi "Hawaïen"), l'alimentation magmatique est mafique, contenant peu ou pas de silice, produisant des laves basaltiques. Ce type de volcanisme se manifeste aux dorsales océaniques et aux points chauds.

A cause de la grande fluidité des laves, ces volcans sont des édifices composés surtout de laves cristallisées et dont les flancs ont des pentes peu prononcées, généralement inférieures à 15° au sommet. On y voit souvent des éruptions de flancs. Les volcans de l'Islande sur la dorsale médio-Atlantique ou ceux des îles Hawaii, des Marshalls, ou des Carolines sont de bons exemples.

Chez le stratovolcan (ou explosif), le magma est si riche en silice qu'il n'arrive pas à s'écouler hors du volcan. Ces volcans vont surtout cracher des gaz et du matériel pyroclastique. Ils sont très dangereux : puisque la lave ne parvient pas à s'écouler, les gaz qu'elle contient y construisent un pression qui va grandissante, jusqu'à l'explosion. Le matériel y est alors pulvérisé et, mélangé aux gaz, crée une nuée ardente (jusqu'à 800° C) qui s'écoule très rapidement sur les flancs du volcan, à des vitesses dépassant les 150 km/h. Il y a aussi des cendres qui sont éjectées dans la haute atmosphère, jusqu'à des altitudes d'une vingtaine de kilomètres et qui ensuite sont dispersées tout autour de la planète. Ce sont ces cendres qui causent des effets de voile importants et qui peuvent amener des abaissements de la température moyenne de la planète. Par exemple, 1816 a été l'année sans été en Amérique, à cause de l'éruption du Tambora en Indonésie. Les journeaux de l'époque nous disent qu'il a gelé en juin, juillet et août au Québec, et que toutes les récoltes furent perdues.

Le stratovolcan est stratifié de dépôts pyroclastiques successifs. Des petits volcans de cendres y sont souvent associés. Les stratovolcans ont des flancs à pentes plutôt abruptes. On retrouve souvent ces volcans associés aux zones de subduction, principalement dans les arcs volcaniques continentaux. Le mont St. Helens aux U.S.A. et la montagne pelée en Guadeloupe sont des exemples de stratovolcans.

L'activité magmatique et ses produits :

La cristallisation de magma à l'intérieur ou à la surface de la croûte terrestre produit des corps magmatiques. Les trois blocs-diagrammes qui suivent illustrent les principaux corps magmatiques hérités de l'activité magmatique dans une région, et leur mise à nu au fil de l'érosion.

Le bloc-diagramme A résume les principaux phénomènes géologiques susceptibles d'être retrouvés dans une région affectée par le magmatisme. L'expression en surface de ce magmatisme est généralement minime en volume par rapport au magma sous-jacent qui lui donne naissance et qui formera les grands corps intrusifs. En surface, le magmatisme se traduit par des volcans qui peuvent produire des champs de laves. Certains grands champs de laves sont aussi issus de longues fissures.

Le bloc-diagramme B résume la situation post-magmatisme, après que l'érosion ait commencé son modelage de la surface et enlevé une couche de matériaux. En surface, on trouvera divers corps extrusifs (on dit aussi volcaniques) : volcans ou plateaux de basaltes. Divers corps intrusifs (on dit aussi plutoniques) pourront avoir été mis à nu par l'érosion : laccolites, dykes, necks volcaniques. Les roches ignées étant plus résistantes à l'érosion que les roches sédimentaires encaissantes, les corps magmatiques auront tendance à former des reliefs positifs.

Le bloc-diagramme C présente la situation à un stade plus avancé d'érosion où ont été mis à nu les grands batholites, souvent granitiques.