Les minéraux sont les éléments constitutifs des roches, mais chaque cristal minéral raconte aussi une histoire.
Un cristal de quartz qui se forme à partir d'eau chaude dans une fracture résulte de conditions totalement différentes de celles qui régissent la formation d'un cristal d'olivine au sein d'un magma en refroidissement. Le gypse déposé dans un bassin salin en évaporation n'a que peu de points communs avec le grenat qui se forme à plusieurs kilomètres sous terre lors du métamorphisme.
Pourtant, tous ces processus ont un point commun fondamental.
Les minéraux se forment lorsque des éléments chimiques sont réunis dans des conditions physiques et chimiques qui permettent le développement d'une structure minérale stable.
La température, la pression, la composition chimique, l'eau, les gaz, l'état d'oxydation, l'espace disponible et le temps peuvent tous influencer la formation des minéraux et leur aspect final.
Il n'existe pas de classification universelle unique qui divise la formation des minéraux en sept processus précis. Les environnements de formation des minéraux se chevauchent, et un système géologique peut impliquer plusieurs processus simultanément.
Cependant, la plupart des formations minérales peuvent être comprises à travers plusieurs voies géologiques communes :
- Cristallisation magmatique
- Formation minérale hydrothermale
- Évaporation et précipitation de l'eau
- Recristallisation métamorphique et réactions minérales
- Altération et formation de minéraux secondaires
- Minéralisation par gaz volcaniques et fumerolliens
- Biominéralisation
Comprendre ces processus explique non seulement comment les cristaux se développent, mais aussi pourquoi certains minéraux se trouvent ensemble et ce qu'ils peuvent révéler sur l'histoire géologique de la Terre.
Que doit-il se passer pour qu'un minéral se forme ?
Un minéral ne peut pas se former simplement parce que ses éléments chimiques sont présents.
Ces éléments doivent également être exposés aux conditions environnementales adéquates.
Le quartz, par exemple, est composé de silicium et d'oxygène. Mais le silicium et l'oxygène sont présents dans d'innombrables roches et magmas sans pour autant donner lieu à de grands cristaux de quartz.
Ce qui se passe est déterminé par les conditions environnantes.
Les contrôles importants comprennent :
- Température
- Pression
- Composition chimique
- Eau et autres liquides
- Conditions d'oxydoréduction
- vitesse de refroidissement ou de chauffage
- Degré de saturation
- Disponibilité d'espaces ouverts
- Mouvement des composants chimiques
- Présence de surfaces cristallines existantes
Lorsque les conditions sont favorables à un minéral particulier, les atomes ou les ions peuvent commencer à s'organiser selon sa structure atomique caractéristique.
Une fois qu'un noyau cristallin stable s'est formé, des matériaux supplémentaires peuvent s'y fixer et le cristal peut croître.
Mais ce processus n'est pas identique dans tous les environnements géologiques.
Certains minéraux cristallisent à partir de roche en fusion.
D'autres précipitent à partir de l'eau.
Certaines se développent par des réactions chimiques entre des minéraux préexistants, tandis que la roche reste solide.
D'autres sont produits ou contrôlés par des organismes vivants.
C’est cette diversité qui rend la minéralogie si étroitement liée à presque toutes les branches de la géologie.
1. Cristallisation magmatique
L'un des processus de formation minérale les plus importants commence par le magma.
Le magma est de la roche en fusion ou partiellement en fusion située sous la surface de la Terre. Lorsque le magma atteint la surface et entre en éruption, la matière en fusion est appelée lave.
Un magma contient de nombreux composants chimiques, notamment :
- Silicone
- Oxygène
- Aluminium
- Fer
- Magnésium
- Calcium
- Sodium
- Potassium
À très haute température, ces composants existent principalement dans la phase fondue plutôt que sous forme de cristaux minéraux pleinement développés.
Mais à mesure que le magma refroidit, les conditions changent.
Certaines phases minérales se stabilisent et commencent à cristalliser.
Différents minéraux cristallisent dans des conditions différentes
Tous les minéraux ne cristallisent pas à la même température.
Dans de nombreux magmas mafiques, des minéraux tels que l'olivine et le pyroxène peuvent commencer à cristalliser à des températures relativement élevées.
À mesure que la cristallisation se poursuit, la composition du magma restant change car certains éléments chimiques ont déjà été incorporés dans des minéraux antérieurs.
D'autres minéraux peuvent alors devenir stables.
En fonction de la composition du magma, de la pression, de la teneur en eau et de la température, ces éléments peuvent inclure :
- Plagioclase
- Amphibole
- Biotite
- Feldspath potassique
- Moscovite
- Quartz
Cette relation générale est illustrée par la série de réactions de Bowen , bien que les systèmes magmatiques réels puissent être considérablement plus complexes qu'une simple séquence de cristallisation idéalisée.
Le mélange des magmas, les variations de pression, l'ajout ou la perte d'eau et l'interaction avec les roches environnantes peuvent tous modifier les minéraux qui se forment finalement.
Pourquoi certaines roches ignées présentent-elles de gros cristaux ?
La taille des cristaux est généralement liée à l'historique de refroidissement, mais la vitesse de refroidissement n'est pas le seul facteur déterminant.
Le refroidissement du magma sous terre offre généralement des conditions plus favorables à la croissance de cristaux visibles que le refroidissement rapide de la lave à la surface de la Terre.
C’est pourquoi les roches intrusives comme le granite contiennent généralement des cristaux facilement visibles.
Les roches volcaniques comme le basalte contiennent généralement des cristaux beaucoup plus fins.
Et si la lave refroidit si vite qu'une structure cristalline ordonnée ne peut se développer, elle peut se solidifier sous forme de verre volcanique.
L'obsidienne en est l'exemple le plus connu.
Mais la taille des cristaux dépend aussi de :
- Taux de nucléation
- Degré de sous-refroidissement
- diffusion chimique
- teneur en eau et en composés volatils
- Viscosité fondue
- Disponibilité des composants chimiques
- Espace de croissance
Ainsi, la règle simple selon laquelle « un refroidissement lent produit toujours de gros cristaux » est utile comme introduction, mais la croissance naturelle des minéraux est plus complexe.
Pegmatites : Croissance cristalline extrême dans les systèmes magmatiques
Les pegmatites méritent une attention particulière car elles peuvent contenir certains des plus grands cristaux minéraux que l'on trouve sur Terre.
Ce sont généralement des roches ignées à grains extrêmement grossiers, particulièrement fréquentes en association avec les systèmes granitiques.
Une idée fausse courante est que les cristaux de pegmatite deviennent énormes simplement parce que le magma s'est refroidi extrêmement lentement.
La véritable explication est plus intéressante.
Au cours de l'évolution de certains magmas granitiques, les magmas de stade tardif peuvent s'enrichir en substances qui n'étaient pas facilement incorporées dans les minéraux formés plus tôt.
Ceux-ci peuvent inclure:
- Eau
- Bore
- Fluor
- Lithium
- Béryllium
- Césium
- Tantale
- Niobium
L'eau et d'autres composants volatils peuvent considérablement augmenter la mobilité des espèces chimiques.
Dans certains systèmes pegmatitiques, la phase fondue et le fluide aqueux peuvent coexister, permettant aux éléments de se déplacer rapidement vers les cristaux en croissance.
La surfusion, l'exsolution de fluides, le transport chimique rapide et les taux relativement faibles de nucléation cristalline peuvent tous contribuer à une croissance cristalline extrêmement grossière.
De ce fait, les pegmatites peuvent produire des cristaux spectaculaires de :
- Quartz
- Feldspath
- Moscovite
- Tourmaline
- Béryl
- Spodumène
- Topaz
Certaines pegmatites sont également des sources économiquement importantes de lithium, de tantale, de césium, de béryllium et d'autres éléments rares.
Il est donc préférable de comprendre les pegmatites comme des environnements ignés spécialisés , et non comme un mécanisme fondamental de formation minérale totalement distinct.
2. Formation minérale hydrothermale
Certaines des veines minérales les plus impressionnantes de la Terre se forment à partir de fluides aqueux chauds circulant à travers la croûte terrestre.
Ces systèmes sont appelés systèmes hydrothermaux.
Les fluides hydrothermaux peuvent transporter des composants chimiques dissous à travers :
- Fractures
- Défauts
- Les pores
- Cavités
- Couches rocheuses perméables
De nombreux systèmes hydrothermaux sont associés au magma, mais l'eau hydrothermale ne provient pas toujours directement du magma.
Les fluides peuvent inclure :
- Eau magmatique
- Les eaux souterraines
- l'eau de mer
- Fluides métamorphiques
- saumures des bassins sédimentaires
Ces fluides peuvent circuler à travers les roches chaudes et interagir chimiquement avec elles.
Comment se forment les veines hydrothermales ?
À des températures élevées, les fluides peuvent transporter des quantités importantes de matières dissoutes.
Selon le système, cela peut inclure :
- Silica
- Calcium
- Soufre
- Fer
- Copper
- Zinc
- Diriger
- un Prix d'argent
- Prix d'or
Lorsque le fluide se déplace à travers la croûte terrestre, son environnement physique et chimique se modifie.
Des minéraux peuvent précipiter lorsque le fluide :
- Cools
- Bouillis
- Subit une chute de pression
- Se mélange avec un autre fluide
- Réagit avec les roches environnantes
- Modifications de l'acidité
- Changements d'état d'oxydation
Une fracture peut donc commencer par une fissure vide et se remplir progressivement de minéraux.
Le mouvement répété des fluides peut produire d'épaisses veines hydrothermales.
Le quartz est l'un des minéraux filoniens les plus courants, mais les systèmes hydrothermaux peuvent également produire :
- Calcite
- Fluorite
- Barite
- Pyrite
- Chalcopyrite
- Galena
- Sphalérite
De nombreux gisements de minerais économiquement importants sont d'origine hydrothermale.
L'or, l'argent, le cuivre, le plomb, le zinc, l'étain et d'autres métaux peuvent se concentrer lorsque des fluides hydrothermaux les transportent à travers la croûte terrestre et les déposent ensuite.
Une veine de quartz est donc plus qu'une simple fissure remplie de quartz.
Il peut représenter le tracé fossilisé d'un ancien système de fluides souterrains.
3. Évaporation et précipitation de l'eau
Les minéraux n'ont pas besoin de magma ni de températures extrêmes pour se former.
Beaucoup cristallisent directement à partir de l'eau.
L'eau naturelle contient des ions dissous provenant de l'altération, de la circulation des eaux souterraines, de l'activité volcanique et de l'interaction avec les roches.
Si les conditions changent, ces composants dissous peuvent précipiter sous forme de minéraux.
L'un des exemples les plus simples est l'évaporation.
Minéraux d'évaporite
Imaginez un lac salé peu profond dans un climat aride.
L'eau pénètre dans le bassin en transportant des matières dissoutes.
Mais si le bassin ne dispose que d'un drainage externe faible ou inexistant et que l'évaporation est intense, l'eau disparaît progressivement tandis que les ions dissous restent sur place.
Leur concentration augmente.
Finalement, l'eau devient saturée en certains minéraux.
La cristallisation commence.
Les minéraux évaporitiques courants comprennent :
- Gypse
- Halite
- Anhydrite
- Sylvite
Différents minéraux commencent à précipiter dans des conditions chimiques différentes.
À mesure que l'évaporation progresse, la composition de l'eau restante change.
Cela peut produire des séquences de différents minéraux évaporitiques.
Sur des échelles de temps géologiques, les inondations et l'évaporation répétées peuvent créer des dépôts extrêmement épais.
Certaines formations évaporitiques anciennes contiennent d'énormes quantités de sel gemme et de gypse.
La précipitation minérale ne nécessite pas toujours d'évaporation.
Un minéral peut précipiter à partir de l'eau même lorsque l'eau elle-même ne disparaît pas.
Un bon exemple en est la formation de calcite à l'intérieur des grottes.
Les eaux souterraines qui traversent le calcaire peuvent transporter du calcium et du bicarbonate dissous.
Lorsque cette eau pénètre dans une grotte, la pression et la concentration en dioxyde de carbone changent.
Du dioxyde de carbone peut s'échapper de la solution.
Cela modifie l'équilibre chimique et provoque la précipitation du carbonate de calcium sous forme de calcite.
Couche par couche, la croissance de la calcite peut produire :
- Stalactites
- Stalagmites
- Flux stalagmitique
- Colonnes
Des processus de précipitation similaires peuvent également produire des ciments minéraux à l'intérieur des roches sédimentaires au cours de la diagenèse.
Des minéraux tels que la calcite, le quartz, la dolomite et la pyrite peuvent se former entre les grains de sédiments longtemps après le dépôt des sédiments d'origine.
4. Recristallisation métamorphique et réactions minérales
Des minéraux peuvent également se former alors qu'une roche reste essentiellement solide.
Cela se produit lors du métamorphisme.
Une roche enfouie profondément dans la croûte terrestre peut être soumise à des températures, des pressions, des déformations et des conditions de fluides très différentes de celles dans lesquelles elle s'est formée à l'origine.
Les minéraux stables dans leurs conditions initiales peuvent devenir instables.
Des réactions chimiques se produisent.
Les atomes sont redistribués.
De nouveaux minéraux se forment.
La roche n'a pas besoin de fondre.
Nouveaux minéraux issus de vieilles roches
Prenons l'exemple d'une roche sédimentaire riche en argile, enfouie lors de la formation des montagnes.
Lorsque la pression et la température augmentent, les minéraux d'origine commencent à se transformer.
Avec l'intensification des conditions métamorphiques, de nouveaux minéraux peuvent apparaître.
Ceux-ci peuvent inclure:
- Mica
- Grenat
- Staurolite
- Kyanite
- sillimanite
Ces minéraux peuvent fournir des informations importantes sur les conditions auxquelles la roche a été soumise.
Pour cette raison, certains minéraux métamorphiques sont utilisés comme minéraux indicateurs.
Leur présence peut aider les géologues à estimer l'histoire pression-température des roches métamorphiques.
Contacter Métamorphisme
Le métamorphisme de contact se produit lorsque du magma chaud s'infiltre dans des roches environnantes plus froides.
La chaleur dégagée par l'intrusion modifie la minéralogie et la texture des roches environnantes.
Le calcaire, par exemple, peut se recristalliser en marbre.
Dans des conditions chimiquement favorables, les fluides libérés par une intrusion peuvent également réagir avec les roches carbonatées et former des systèmes de skarn riches en minéraux.
Les skarns peuvent contenir des minéraux tels que :
- Grenat
- Pyroxène
- Epidote
- Vésuvianite
- Wollastonite
Certains skarns contiennent également d'importants gisements de cuivre, de fer, de tungstène, de zinc et d'autres métaux.
Métamorphisme régional
Le métamorphisme régional affecte des zones beaucoup plus vastes.
Cela se produit généralement pendant :
- Collision continentale
- Bâtiment de montagne
- enterrement profond
- Épaississement de la croûte
La croissance minérale peut se produire pendant que les roches subissent une déformation intense.
Les minéraux lamellaires tels que le mica peuvent s'aligner, produisant la foliation caractéristique observée dans des roches telles que :
- Slate
- Phyllite
- Schiste
- gneiss
Les minéraux métamorphiques conservent donc la trace de conditions qui ont pu exister à plusieurs kilomètres sous d'anciennes chaînes de montagnes.
5. Altération et formation de minéraux secondaires
La surface de la Terre est un environnement hostile pour de nombreux minéraux qui se sont formés profondément sous terre.
Un cristal stable à l'intérieur du magma à des centaines de degrés Celsius peut finir par atteindre la surface et rencontrer :
- Oxygène
- Eau de pluie
- Gaz carbonique
- Acides organiques
- Les micro-organismes
- Humidification et séchage répétés
Dans ces nouvelles conditions, le minéral risque de ne plus être stable.
L'altération chimique commence.
Mais l'altération ne se contente pas de détruire les minéraux.
Cela en crée aussi de nouveaux.
Du feldspath à l'argile
Le feldspath est l'un des groupes minéraux les plus abondants de la croûte terrestre.
Mais les feldspaths ne sont pas toujours stables dans les conditions de surface.
Le contact avec de l'eau légèrement acide peut les modifier progressivement.
Des éléments sont éliminés ou redistribués, et de nouveaux minéraux argileux peuvent se former.
Sur des périodes de temps extrêmement longues, ces réactions contribuent à la formation des sols et des sédiments.
Oxydation du fer
Les minéraux contenant du fer subissent une autre transformation bien connue.
Au contact d'une eau riche en oxygène, le fer peut s'oxyder.
De nouveaux oxydes et oxyhydroxydes de fer peuvent se former.
Ces minéraux sont responsables de nombreux phénomènes :
- Rouge
- Orange
- Jaune
- Marron
couleurs observées dans les roches et les sols altérés.
L'hématite et la goethite en sont des exemples courants.
Minéraux secondaires dans les gisements de minerai
L'altération peut modifier considérablement les dépôts minéraux proches de la surface de la Terre.
Les minéraux sulfurés peuvent réagir avec l'oxygène et les eaux souterraines.
Certains composants chimiques se dissolvent et sont entraînés vers le bas.
D'autres restent près de la surface ou se reprécipitent sous forme de nouveaux minéraux.
Des chapeaux de fer altérés, appelés chapeaux de fer, peuvent se former au-dessus des dépôts de sulfures.
Des minéraux de cuivre secondaires tels que la malachite et l'azurite peuvent également se développer dans les zones oxydées de certains gisements de cuivre.
L'altération crée donc des assemblages minéraux entièrement nouveaux à partir de matériaux géologiques plus anciens.
6. Gaz volcaniques et minéralisation fumerollienne
La lave n'est pas la seule substance rejetée par les volcans.
Les systèmes volcaniques émettent également des gaz contenant des composés de :
- Soufre
- Chlore
- Fluor
- Carbon
- Hydrogène
- Eau
Ces gaz peuvent s'échapper par des fissures et des évents appelés fumerolles.
Autour des fumerolles, la température et la composition chimique peuvent changer extrêmement rapidement.
Cela crée des environnements de formation minérale inhabituels.
Comment se forment les minéraux fumaroliques ?
Certains minéraux peuvent se former lorsque des gaz volcaniques chauds se refroidissent.
Mais le refroidissement direct n'est qu'un mécanisme parmi d'autres.
La formation de minéraux autour des fumerolles peut également impliquer :
- Mélange de gaz avec l'air
- Réactions d'oxydation
- Condensation des fluides acides
- réactions gaz-roche
- Précipitations issues de fluides volcaniques condensés
L'un des produits les plus reconnaissables est le soufre natif.
Des dépôts de soufre jaune vif peuvent s'accumuler autour des évents volcaniques lorsque des gaz contenant du soufre subissent des réactions chimiques près de la surface.
D'autres environnements fumerolliens peuvent contenir :
- sulfates
- Chlorures
- Sulfures
- Fluorides
- Minéraux oxydés
Comme les fumerolles peuvent évoluer rapidement, ces gisements minéraux peuvent également avoir une durée de vie éphémère comparée à celle des minéraux emprisonnés dans des roches plus profondes.
Les volcans continuent donc de créer et de modifier les minéraux même lorsque la lave n'est pas en éruption.
7. Biominéralisation
Tous les processus de formation minérale ne sont pas purement géologiques.
Les organismes vivants peuvent également contrôler ou fortement influencer la formation des minéraux.
Ce processus est connu sous le nom de biominéralisation.
Les organismes utilisent les composants chimiques dissous de leur environnement et créent des structures minéralisées dures.
Coquillages et squelettes
De nombreux organismes marins construisent des coquilles ou des squelettes à partir de carbonate de calcium.
Selon l'organisme et les conditions environnementales, cette matière peut se présenter principalement sous forme de :
- Calcite
- Aragonite
Les mollusques, les coraux, les foraminifères et de nombreux autres organismes produisent des structures minéralisées.
Après la mort, ces restes peuvent s'accumuler au fond de la mer.
Sur des échelles de temps géologiques, d'énormes quantités de carbonate biologique peuvent contribuer à la formation du calcaire.
La vie peut donc influencer la formation des minéraux à l'échelle planétaire.
Autres minéraux biologiques
La biominéralisation ne se limite pas au carbonate de calcium.
Différents organismes peuvent produire ou contrôler la formation d'autres matériaux.
Voici quelques exemples:
Apatite
Les phases minérales de phosphate de calcium sont des composants majeurs des os et des dents des vertébrés.
Silica
Les diatomées et certains autres organismes construisent des structures complexes riches en silice.
Magnétite
Les bactéries magnétotactiques peuvent produire de minuscules particules minérales magnétiques qui les aident à s'orienter par rapport au champ magnétique terrestre.
Les organismes vivants participent donc directement au cycle minéral de la Terre.
La biologie et la géologie sont bien plus étroitement liées qu'il n'y paraît au premier abord.
Pourquoi les cristaux ont-ils des tailles différentes ?
La taille d'un cristal minéral dépend de bien plus que de sa durée de vie.
La croissance cristalline est contrôlée par la compétition entre la nucléation et la croissance.
Si un grand nombre de noyaux cristallins se forment simultanément, la matière chimique disponible est répartie entre de nombreux cristaux.
Le résultat peut être une roche à grain fin.
Si relativement peu de noyaux se forment mais que les composants chimiques peuvent les atteindre efficacement, les cristaux individuels peuvent devenir beaucoup plus gros.
Les contrôles importants comprennent :
- Température
- Pression
- Degré de sous-refroidissement
- Composition du fluide
- Composition de la fusion
- diffusion chimique
- Contenu volatile
- Sursaturation
- Espace disponible
- Nombre de cristaux concurrents
Cela explique pourquoi certaines cavités géologiques contiennent des cristaux individuels magnifiquement formés, tandis que d'autres roches sont constituées d'innombrables grains minéraux microscopiques étroitement agglomérés.
Pourquoi les cristaux ont-ils des formes géométriques ?
Les cristaux minéraux ne développent pas de formes géométriques par hasard.
Leur forme extérieure est liée à leur structure atomique interne.
Les atomes à l'intérieur d'un minéral cristallin sont disposés selon des motifs répétitifs ordonnés.
À mesure que le cristal se développe, ces arrangements internes influencent les orientations selon lesquelles les faces du cristal peuvent se former.
Le quartz forme généralement des prismes à six faces en raison de sa symétrie cristalline sous-jacente.
L'halite se présente généralement sous forme de cubes.
Les grenats développent fréquemment des formes dodécaédriques ou trapézoédriques distinctives.
Mais un minéral ne présente pas toujours des faces cristallines parfaites.
Si les cristaux se développent en étant très serrés les uns contre les autres, il se peut tout simplement qu'il n'y ait pas assez de place pour que des formes cristallines externes complètes se développent.
Une forme cristalline parfaite nécessite donc généralement à la fois une structure interne correcte et un espace de croissance suffisant.
Un même minéral peut-il se former de différentes manières ?
Oui.
Il s'agit là d'un des concepts les plus importants en minéralogie.
Les mêmes espèces minérales peuvent se former dans des environnements géologiques complètement différents.
Quartz
Le quartz peut cristalliser :
- Du magma
- Dans les pegmatites
- À partir de fluides hydrothermaux
- À l'intérieur des cavités volcaniques
- Durant la métamorphose
- Au cours de la diagenèse sédimentaire
Un cristal de quartz, à lui seul, ne révèle donc pas toute son histoire.
Calcite
La calcite peut se former :
- Dans les sédiments marins
- Dans les grottes
- Dans les veines hydrothermales
- Par le biais des processus biologiques
- Au cours de la diagenèse
- Au cours des réactions d'altération et de métamorphisme
Là encore, le nom du minéral seul ne suffit pas.
Le contexte compte.
Comment les géologues déterminent-ils la formation d'un minéral ?
Les géologues interprètent rarement un minéral isolément.
Ils examinent son contexte géologique.
Parmi les indices importants, on peut citer :
- Rock hôte
- Minéraux associés
- Forme de cristal
- Joints de grains
- Relations transversales
- zonage minéral
- Composition chimique
- Oligo-éléments
- Composition isotopique
- Inclusions fluides
- Relations pression-température
Une minuscule inclusion fluide piégée à l'intérieur du quartz, par exemple, peut préserver un échantillon microscopique du fluide à partir duquel le cristal s'est développé.
La zonation minérale peut enregistrer les changements de composition chimique du magma ou des fluides au cours de la croissance.
Une veine minérale recoupant une autre veine peut révéler quel événement de minéralisation s'est produit en premier.
Les assemblages minéraux métamorphiques peuvent révéler des conditions approximatives de pression et de température.
Les minéraux ne sont donc pas seulement des composants des roches.
Ce sont des archives géologiques.
Sept processus courants de formation des minéraux
| Processus | Comment se forment les minéraux | Exemples |
|---|---|---|
| Cristallisation magmatique | Les minéraux cristallisent lorsque la roche en fusion refroidit et évolue. | Olivine, pyroxène, feldspath, quartz |
| Formation hydrothermale | Les fluides chauds transportent les composants dissous et précipitent ensuite les minéraux. | Quartz, calcite, fluorite, sulfures, minéraux aurifères |
| Évaporation et précipitation | Les ions dissous cristallisent lorsque la composition chimique de l'eau change ou que l'évaporation augmente leur concentration. | Halite, gypse, calcite |
| Réactions métamorphiques | Les minéraux existants réagissent ou se recristallisent sous l'effet des variations de température et de pression. | Grenat, cyanite, staurolite, mica |
| Altération et formation secondaire | Les réactions de surface modifient les minéraux primaires et en forment de nouveaux. | Minéraux argileux, hématite, goethite, malachite |
| Minéralisation fumarolique | Les gaz volcaniques, les fluides condensés et les réactions gaz-roche produisent des minéraux. | Soufre, sulfates, chlorures |
| Biominéralisation | Les organismes contrôlent ou influencent la formation minérale | Calcite, aragonite, apatite, magnétite |
Ces catégories se chevauchent.
Un seul système géologique peut en impliquer plusieurs à différentes étapes de son histoire.
Une chambre magmatique, par exemple, peut d'abord produire des minéraux par cristallisation magmatique, puis générer une pegmatite, libérer des fluides hydrothermaux et finalement alimenter l'activité fumerollienne près de la surface.
La nature suit rarement des catégories parfaitement séparées.
Pourquoi la formation des minéraux est importante
Comprendre la formation des minéraux aide les géologues à reconstituer des processus qui ont pu disparaître il y a des millions, voire des milliards d'années.
Les minéraux peuvent révéler :
- Comment un magma s'est refroidi
- La question de savoir si des fluides hydrothermaux ont circulé à travers une roche
- À quelle profondeur une roche a-t-elle été enfouie ?
- Quelles étaient les températures durant le métamorphisme ?
- Si un bassin ancien a connu une évaporation intense
- Comment un gisement de minerai s'est développé
- Comment l'altération de surface a transformé un paysage
- L’activité biologique a-t-elle contribué à la formation des sédiments ?
Les minéraux sont également essentiels à la société moderne.
Les minerais de cuivre témoignent d'anciens systèmes hydrothermaux.
Les pegmatites lithifères préservent les stades finaux des magmas évolués.
Les oxydes de fer peuvent enregistrer l'oxydation et l'altération.
Les évaporites contiennent des ressources en sel, en gypse et en potasse.
Les minéraux carbonatés enregistrent les interactions entre l'atmosphère, les océans, les roches et la vie.
Comprendre comment se forment les minéraux permet donc de relier la géologie fondamentale à l'exploitation minière, aux sciences de l'environnement, à l'histoire du climat, aux sciences planétaires et aux matériaux dont dépendent les sociétés modernes.
Conclusion
Les minéraux se forment grâce à une remarquable variété de processus naturels.
Certains cristallisent directement à partir du magma qui se refroidit.
D'autres se forment à partir de fluides hydrothermaux chauds circulant à travers des fractures profondément enfouies sous terre.
Certains se forment par précipitation lors de l'évaporation des lacs et des mers, tandis que d'autres apparaissent lorsque des roches existantes sont transformées par la chaleur, la pression, la déformation et des fluides chimiquement actifs.
Près de la surface de la Terre, l'altération détruit les minéraux anciens et en crée de nouveaux.
Autour des volcans, les gaz et les fluides condensés forment des minéraux fumerolliens inhabituels.
Et les organismes vivants construisent des coquilles minéralisées, des squelettes, des dents et des structures microscopiques par biominéralisation.
Même les pegmatites spectaculaires s'inscrivent dans cette histoire plus vaste : elles représentent des environnements ignés spécialisés où des systèmes riches en substances volatiles et chimiquement évolués peuvent produire des cristaux extraordinairement grands et des minéraux inhabituels.
Malgré ces différentes approches, le principe fondamental reste le même :
Un minéral se forme lorsque les composants chimiques et les conditions physiques d'un environnement permettent le développement et la croissance d'une structure minérale stable.
Le magma refroidit.
Les fluides circulent.
L'eau s'évapore.
Les roches sont enfouies et transformées.
Les montagnes s'élèvent et les intempéries s'estompent.
Les volcans libèrent des gaz.
Les organismes vivants extraient des éléments de leur environnement.
À travers tous ces processus, les composants chimiques de la Terre sont continuellement réorganisés en minéraux.
C’est pourquoi un cristal est bien plus qu’un bel objet géométrique.
Il s'agit d'un témoignage physique de l'environnement dans lequel il s'est formé — un petit fragment de l'histoire géologique de la Terre préservé dans la pierre.
Sources et lectures complémentaires
- Musée américain d'histoire naturelle — Comment se forment les minéraux ? Milieux de formation des minéraux
- Musée australien — Comment se forment les minéraux ?
- Service géologique des États-Unis — Recherches sur la formation et la cristallisation des pegmatites granitiques
- Le Journal de l'ISME — Recherche sur la biominéralisation du carbonate de calcium et de la magnétite
