LES SILEX DE BRIMEUX
1) CARACTERISTIQUES DES SILEX
Les silex sont des accidents siliceux qui apparaissent dans des roches calcaires, en particulier de la craie. Ils apparaissent en fines couches ou en rangées de nodules dispersés. Ils sont de forme irrégulière : en rognons, en tubercules, en colonnes, en couches, en réseau, en filons. Une terminologie descriptive n’a jamais vraiment été proposée. Les silex sont dégagés par l’érosion, fragmentés par le gel, roulés par les courants ou la houle et se retrouvent sous forme de galets arrondis sur la plage.
On distingue généralement deux parties : un cœur ou noyau ou nucleus, plus sombre, gris ou noir, et un cortex plus clair.
Distinction d’un cortex et d’un nucléus
Différentes formes de la silice composent le silex :
-
la silice hydratée ou opale C-T partiellement cristallisée, rare,
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la calcédonite fibreuse [la calcédoine est constituée par un assemblage de « fibres », elles-mêmes procédant de l’empilement de cristallites de quartz de quelques dizaines de nanomètres]
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le quartz en agrégats cryptocristallins, parfois appelé quartzine.
Le passage du cortex siliceux à la craie est brutal pour le silex, c’est ce qui le différencie du chert pour lequel le passage est graduel. L’opale est peu abondante et présente à la périphérie du cortex.
Le cortex est fait essentiellement de calcédonite microporeuse dispersant la lumière, ce qui donne sa teinte blanche. Au microscope polarisant, le réseau est opacifié par réflexion totale de la lumière sur les parois des cavités. Au MEB (Fröhlich, 2006), on distingue un réseau très dense de cavités plus ou moins sphériques, dans lesquelles les cristallites de quartz sont gros et bien organisés, parfois en sphérolites.
Sa densité est de l’ordre de 2,44.
Le cœur, ou noyau, est constitué d’une matrice compacte, au sein de laquelle les « fibres » de calcédoine sont très mal exprimées, en lumière polarisée. Au MEB, les cristallites de quartz sont disposés sans ordre clair, laissant entre eux une nanoporosité. Les silex bien formés, comme ceux du Santonien, ont un cœur noir : les radiations de toutes longueurs d’onde pénètrent les fibres de calcédoine et sont absorbées dans leur parcours, sans ressortir.
2) FORMATION DES SILEX
Actuellement moins de 3% de la silice biogénique est préservée dans le sédiment. La reprécipitation de la silice conduit à sa préservation. Dans le cas d’une forte productivité, une boue riche en calcite et silice se dépose sur le fond. La boue crayeuse est riche en matière organique. Sous la surface, les bactéries aérobiques dégradent la matière organique et appauvrissent le sédiment en oxygène. Privé de cet oxygène, ce type de bactéries décline vers le bas. En profondeur, dans la boue organique, prolifèrent alors les bactéries sulfato-réductrices produisant de l’hydrogène sulfuré. Du fait de la pauvreté en Fe (pas ou peu de minéraux argileux), l’H2S ne peut réagir avec cet élément et précipiter de la pyrite. À la frontière redox, c’est-à-dire entre la boue bactérienne anoxique inférieure et la boue riche en oxygène supérieure (à une profondeur d’environ 30 cm dans les sédiments actuels, ne dépassant pas le mètre), ce gaz se dissocie, s’oxyde en sulfate et produit des protons qui diminuent donc le pH, selon la réaction :
La calcite réagit et tend à disparaître ce qui entraîne une forte concentration en ions carbonate.
La calcite est substituée par la silice si la concentration de cette dernière atteint un certain seuil. Des discontinuités dans la boue (restes organiques, terriers tapissés de mucus, fissures ou fractures, zones à faible porosité) servent souvent de germes sur la paroi desquels la silice se met à cristalliser et à les pseudomorphoser. En particulier, les animaux fouisseurs pompent l’eau de mer et en irriguent le sédiment, provoquant une diffusion de l’oxygène et une dégradation de la matière organique. L’oxydation du carbone organique conduit à la suite de réactions suivante :
À la suite, la silice secondaire formée, une variété d’opale dite opale C-T car elle est constituée d’une interstratification de cristobalite (C) et de tridymite (T) de basse température, se propage dans le sédiment sous forme de petits cristaux lamellaires ou de microsphérules d’environ 10 μm appelées lépisphères.
Lépisphère d’opale C-T à structure lamellaire
L’opale C-T, métastable, va évoluer au cours de la diagénèse et de l’enfouissement. Elle se transforme en quartz alpha, en passant d’un état microcristallin à un état cristallin fibreux, la calcédoine. Cette transformation ne s’opère que sous une charge de 50 à 100 mètres de sédiment. C’est l’opinion générale, mais certains pensent que les deux silicifications (opale CT et calcédoine) se réalisent indépendamment. La calcédoine remplace point par point la calcite de la craie. Le protosilex va ainsi grossir et par dilatations successives former un banc complet.
Les réactions chimiques qui initient la formation du silex s’opèrent à la frontière des boues dominées par H2S et de celles dominées par O2. L’hétérogénéité du sédiment peut beaucoup affecter la géométrie du front redox. En particulier, les galeries des animaux fouisseurs sont remplies d’une boue plus fraîche, plus perméable aux fluides contenant les gaz dissous. C’est donc au niveau des parois de ces anciennes galeries que s’amorce la primo-silicification. Le squelette du silex reflète donc, au moins en partie, la géométrie du terrier primitif
Etapes de formation des silex
3) QUESTIONS
Question 1: qu'est ce qu'un silex ?
Question 2: De quelles parties est il composé ?
Question 3: Comment se nomme la zone de formation des silex ? Cette zone est le siege d'une "frontiere" entre deux types d'elements, lesquels ?
Question 4: Quelle hypothese pourrait expliquer l'absence de silex dans ce type de carriere de craie ?
Question 5: Examinez au pied de la carriere un des nombreux silex présents.
Decrivez son aspect exterieur et interieur (sur une des parties cassées).
Sur ces differentes parties caracterisez les roches au toucher, sont elles tendres ou dures ? Lisses ou rugeuses ?
Concernant la partie interieure la couleur est elle uniforme ?
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ANGLAIS
CHARACTERISTICS OF SILEX
Flints are siliceous accidents that occur in limestone rocks, especially chalk. They appear in thin layers or in rows of scattered nodules. They are irregular in shape: kidneys, tubers, columns, layers, network, veins. Descriptive terminology has never really been proposed. Flints are released by erosion, fragmented by frost, rolled by currents or swell and are found as rounded pebbles on the beach.
There are usually two parts: a heart or nucleus or nucleus, darker, gray or black, and a lighter cortex.
Distinction of a cortex and a nucleus
Different forms of silica make up flint:
partially crystallized silica hydrate or opal C-T, rare,
fibrous chalcedonite [chalcedony is constituted by an assembly of "fibers", themselves proceeding from the stacking of quartz crystallites of a few tens of nanometers]
quartz cryptocrystalline aggregates, sometimes called quartz.
The passage from siliceous cortex to chalk is brutal for flint, which is what differentiates it from the chert for which the passage is gradual. The opal is scanty and present on the periphery of the cortex.
The cortex is made primarily of microporous light scattering chalcedonite, which gives it its white hue. Under a polarizing microscope, the grating is opacified by total reflection of the light on the walls of the cavities. In SEM (Fröhlich, 2006), we can distinguish a very dense network of more or less spherical cavities, in which quartz crystallites are large and well organized, sometimes in spherulites.
Its density is of the order of 2.44.
The heart, or nucleus, consists of a compact matrix, in which the "fibers" of chalcedony are very poorly expressed, in polarized light. In SEM, the quartz crystallites are arranged without clear order, leaving between them a nanoporosity. Well-formed flints, like those of Santonian, have a black heart: radiations of all wavelengths penetrate the chalcedony fibers and are absorbed in their course, without coming out.
SILEX TRAINING
Currently less than 3% of the biogenic silica is preserved in the sediment. The reprecipitation of silica leads to its preservation. In the case of high productivity, a mud rich in calcite and silica is deposited on the bottom. Chalky mud is rich in organic matter. Under the surface, aerobic bacteria degrade organic matter and deplete oxygen in the sediment. Deprived of this oxygen, this type of bacteria declines to the bottom. Deep down, in the organic mud, sulphate-reducing bacteria producing hydrogen sulphide proliferate. Because of the poverty in Fe (no or few clay minerals), H2S can not react with this element and precipitate pyrite. At the redox boundary, that is, between the lower anoxic bacterial sludge and the higher oxygen-rich sludge (at a depth of about 30 cm in the current sediments, not exceeding one meter), this gas dissociates , oxidizes to sulphate and produces protons which therefore decrease the pH, according to the reaction:
H2S + 2O2 → SO42- + 2H +
Calcite reacts and tends to disappear, resulting in a high concentration of carbonate ions.
H + + CaCO3 → Ca2 + + HCO3 -
Calcite is substituted by silica if the concentration of the latter reaches a certain threshold. Discontinuities in the mud (organic remains, mucous-lined burrows, cracks or fractures, areas with low porosity) often serve as seeds on the wall from which silica crystallizes and pseudomorphose. In particular, the burrowing animals pump the seawater and irrigate the sediment, causing oxygen diffusion and degradation of the organic matter. The oxidation of organic carbon leads to the following reactions:
CH2O + O2 → CO2 + H2O → HCO3- + H +
Subsequently, the secondary silica formed, a variety of opal known as opal CT because it consists of an interstratification of cristobalite (C) and tridymite (T) of low temperature, propagates in the sediment in the form of small crystals lamellar or microspherules of about 10 microns called the epispheres.
Opal C-T, metastable, will evolve during the diagenesis and burial. It is transformed into alpha quartz, passing from a microcrystalline state to a crystalline crystalline state, chalcedony. This transformation takes place only under a load of 50 to 100 meters of sediment. This is the general opinion, but some believe that both silicifications (CT opal and chalcedony) are performed independently. Chalcedony replaces point by point the calcite of chalk. The protosilex will thus grow and by successive dilations to form a complete bench.The chemical reactions that initiate flint formation take place at the boundary of H2S-dominated and O2-dominated sludge. The heterogeneity of the sediment can greatly affect the geometry of the redox front. In particular, the burrowing animals' galleries are filled with a cooler mud, more permeable to the fluids containing the dissolved gases. It is therefore at the level of the walls of these old galleries that the primo-silicification begins. The flint skeleton therefore reflects, at least in part, the geometry of the primitive burrow Flint formation steps
QUESTIONS
Question 1: What is a flint?
Question 2: Which parts is it composed of?
Question 3: What is the name of the flint formation area? This zone is the seat of a "frontier" between two types of elements, which ones?
Question 4: What hypothesis could explain the absence of flint in this type of chalk quarry?
Question 5: Examine at the foot of the quarry one of the many flints present.Describe its exterior and interior appearance (on one of the broken parts).On these different parts characterize the rocks to the touch, are they soft or hard? Smooth or rough?Concerning the interior part the color is it uniform?
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