#2 Porzh Kregwenn : géodes et cristaux de quartz EarthCache

La presqu’île de Crozon offre un rivage découpé dans un mille-feuilles de roches sédimentaires, d’âge paléozoïque.

C’est en effet à partir de -475 millions d’années que s’est formé l’essentiel du sous-sol. À cette époque, la Bretagne était située sous la mer, près du pôle Sud, en bordure d’un méga-continent appelé Gondwana.

Les particules de sable et de vase transportées du continent vers la mer s’y sont déposées en couches successives. Compactées au fil du temps, elles se sont transformées en grès et en argilites. Quelques animaux marins, ainsi que les traces de leurs activités, ont en même temps été fossilisés.

Cette sédimentation marine, perturbée en presqu’île de Crozon par une activité volcanique (-448 millions d'années), s’est poursuivie sur près de 150 millions d'années, pendant la lente dérive du Gondwana vers le Nord. Près de 3 500 mètres d’épaisseur de sédiments se sont ainsi accumulés, en enregistrant des environnements marins périglaciaires (-444 millions d'année) puis tropicaux (-385 millions d'années).

Vers -320 millions d'années, la collision entre les plaques Gondwana et Laurussia, lors de la constitution de la Pangée, a entraîné la formation d’une immense chaîne de montagnes (la chaîne varisque ou hercynienne) dont les sommets pouvaient atteindre 4 000 mètres d’altitude en Bretagne.

Soumises à d’énormes pressions tectoniques, les roches de la future presqu’île se sont plissées et facturées. Tout en perdant leur horizontalité initiale, les couches sédimentaires se sont transformées : les grès ont évolué en quartzites et les argiles en schistes.

Depuis lors émergée, cette imposante chaîne de montagnes a été érodée, puis à nouveau fracturée lors de l’ouverture de l’océan Atlantique (-180 millions d'années)

Les fluctuations du niveau marin, dues à l’alternance d’épisodes glaciaires et tempérés au Quaternaire (de -2.6 millions d'années à nos jours) ont enfin dessiné le trait de côte de cet ancien massif (le Massif armoricain), dont les plus hautes collines avoisinent aujourd’hui les 400 mètres d’altitude.

👉 Histoire géologique de la presqu'île de Crozon en dessins.

Sources : https://www.reservepresquiledecrozon.bzh

Crozon Peninsula boasts a shoreline carved out of many strata of sedimentary rock dating back to the Paleozoic Era.

In fact, most of its subsoil was formed some 475 million years ago (mya). At that time, Brittany was under water, close to the South Pole, at the edge of a supercontinent called Gondwana.

Particles of sand and mud carried from the continent out to the sea were deposited there in successive layers. Compacted over time, they gradually transformed into sandstone and mudstone. Some sea animals along with traces of their activities, were fossilized at the same time.

This marine sedimentation, that was disrupted by volcanic activity on Crozon Peninsula (448 mya), continued over the course of nearly 150 million years (myr), during Gondwana’s slow drift northwards. Nearly 3,500 meters of sediments accumulated in depth, where both periglacial and then tropical marine environments were recorded (444 and 385 mya, respectively).

Around 320 mya, the collision of the Gondwana and Laurussia plates, during the assembly of Pangea, led to the formation of an immense mountain range (the Variscan or Hercynian orogeny) whose peaks stood as high as elevation of 4,000 meters in Brittany.

Subjected to tremendous tectonic pressure, the rocks of the future peninsula folded and farctured. Whilst losing their initial horizontality, the sedimentary layers were transformed : the sandstone evolved into quartzite and the mudstone into shale.

After emerging, the imposing mountain range eroded and then fractured again at the time of opening of the Atlantic Ocean (180 mya).

Fluctuations in the sea level, caused by the alternating glacial and tempered episodes of the Quaternary period (from 2.6 mya to the present day), finally drawing the coastline of the ancient Armorican mountain range, whose tallest hillsides now rise to altitudes of around 400 meters.

👉 Geologic timeline illustrations of Crozon peninsula (only in french).

Sources : https://www.reservepresquiledecrozon.bzh

 Porzh Kregwenn est constitué de hautes falaises principalement formées de grès armoricain au pied desquelles figure une petite crique dont l’estran, battu par les vagues, est composé de blocs, de galets bien arrondis et de gravier essentiellement en grès armoricain.

Malgré leur aspect austère et sauvage, ces lieux regorgent pourtant de trésors géologiques que vous pourrez découvrir au travers de cette cache.

 Porzh Kregwenn is made up of high cliffs mainly formed of Armorican sandstone at the foot of which is a small cove whose foreshore, beaten by the waves, is made up of blocks, well rounded pebbles and gravel essentially of Armorican sandstone.

Despite their austere and wild atmosphere, these places are full of geological treasures that you can discover through this cache.

 Roches
Trois types de roches forment principalement l’écorce terrestre : les roches sédimentaires constituées de sédiments meubles qui se sont transformés (consolidés) au cours de l’évolution géologique ; les roches ignées (ou magmatiques) qui résultent de la solidification du magma, roche fondue sous l'action de la chaleur et de la pression dans les couches profondes de l'écorce terrestre ou dans la couche supérieure du manteau ; les roches métamorphiques issues d’une une transformation à l'état solide de roches sédimentaires, ignées ou… métamorphiques et provoquée par une modification de pression, de température…

 Rocks
There are three main types of rocks which constitute the earth's crust: sedimentary rocks made up of loose unconsolidated sediment that have been transformed into rock during geological history; igneous (or magmatic) rocks, the product of the solidification of magma, which is molten rock generated by partial melting caused by heat and pressure in the deeper part of the Earth's crust or in the upper mantle; metamorphic rocks resulting from a transformation to a solid state of sedimentary, igneous or... metamorphic rocks and caused by a change of pressure, temperature...

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 Altération et érosion
L’altération, aussi appelée météorisation, correspond à la décomposition des roches et des minéraux à la surface et sous la surface de la Terre par l'action de processus physiques et chimiques. Il s'agit essentiellement de la réponse des matériaux terrestres aux faibles pressions, aux basses températures et à la présence d'air et d'eau qui caractérisent l'environnement proche de la surface, mais qui n'étaient pas typiques de l'environnement de formation. L’érosion correspond l’ensemble des phénomènes externes qui, à la surface du sol ou à faible profondeur, enlèvent tout ou partie des terrains existants et modifient ainsi le relief. Altération et érosion sont « intimement » liées.

 Weathering and erosion
Weathering is the breakdown of rocks and minerals at and below the Earth’s surface by the action of physical and chemical processes. Essentially it is the response of Earth materials to the low pressures, low temperatures, and presence of air and water that characterize the near-surface environment, but which were not typical of the environment of formation. Erosion is the whole of external phenomena which, at the surface of the ground or at shallow depth, remove all or part of the existing terrain and thus modify the relief. Weathering and erosion are "closely" linked.

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 Polyèdre et polyédrique
Un polyèdre est une forme géométrique à trois dimensions ayant des faces planes qui se rencontrent le long d'arêtes droites. Dit autrement, un polyèdre est un solide qui ne possède aucune surface courbe. Polyédrique : qui est en forme de polyèdre, relatif à un polyèdre.

 Polyhedron and polyhedral
A polyhedron is a three-dimensional geometric shape with flat faces that converge along straight edges. In other words, a polyhedron is a solid that has no curved surfaces. Polyhedral: which is shaped like a polyhedron, relative to a polyhedron.

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 Cristal
Solide dont les divers atomes sont arrangés de manière régulière selon une disposition fondamentale (la maille élémentaire) dont la répétition dans l’espace dessine le réseau cristallin. Du fait de cet arrangement, les propriétés physiques d’un cristal varient selon les orientations.

Lorsqu’un cristal peut se développer sans entraves, il prend naturellement une forme polyédrique limitée par des faces planes, des arêtes et des sommets ; le cristal est dit automorphe, et dans le cas contraire il est dit xénomorphe (sa forme extérieure est alors quelconque, ce qui ne modifie en rien ses autres propriétés liées à l’état cristallin).

L’étude des cristaux montre qu’ils possèdent en nombre plus ou moins grand des plans, des axes, et des centres de symétrie. Ainsi, pour un cristal automorphe d’un minéral déterminé, les angles entre les faces sont constants, quels que soient la taille du cristal et le développement relatif des diverses faces.

L’étude de ces propriétés de symétrie a permis de définir 14 types de réseaux cristallins eux-mêmes liés à sept types fondamentaux de symétrie d’orientation. Ce sont les sept systèmes cristallins (ou polyèdres fondamentaux).

 Crystal
A substance whose various atoms are organized in a regular manner according to a fundamental arrangement (the primitive lattice) whose repetition in space draws the crystal lattice. Because of this arrangement, the physical properties of a crystal vary according to its orientation.

When a crystal can grow freely, it naturally takes a polyhedral form limited by plane faces, edges and vertices; the crystal is said to be an euhendral (also know as automorphic) crystal, and in the opposite case it’s said to be an anhedral (aka xenomorphic) crystal (its external shape is then unspecified, which does not modify its other properties related to the crystalline state).

The study of crystals shows that they have a greater or lesser number of planes, axes, and centers of symmetry. So, for an euhendral (automorphic) crystal of a given mineral, the angles between the faces are constant, whatever the size of the crystal and the relative development of the various faces.

The study of these properties of symmetry has allowed to define 14 types of crystal lattices themselves related to seven fundamental types of orientation symmetry. These are the seven crystal systems (or fundamental polyhedra).

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 Fluide hydrothermal et minéraux/minerais
Un fluide hydrothermal est défini comme une solution aqueuse chaude (environ 50 à 500°C), contenant du sodium (Na), potassium (K), calcium (Ca), chlore (Cl) comme composants principaux, ainsi que de nombreux autres éléments (ex : Mg, B, S, Sr, CO₂, H₂S, NH₄, Cu, Pb, Zn, Sn, Mo, Ag, Au etc.) comme composants mineurs. L'eau des solutions hydrothermales peut provenir des sources suivantes : météorique, eau de mer, connée (piégée dans les roches sédimentaires au moment de leur formation), métamorphique, juvénile (directement des profondeurs du manteau terrestre) ou magmatique. La plupart des solutions hydrothermales ont une origine mixte dans laquelle une ou plusieurs des sources ci-dessus peuvent prédominer. Les eaux météoriques comprennent les eaux de pluie, les eaux des lacs et des rivières, et les eaux souterraines. Ces eaux peuvent pénétrer profondément dans la croûte et peuvent être chauffées et minéralisées, acquérant ainsi les propriétés des solutions hydrothermales.

La précipitation (formation, dans une solution, d'un composé solide) des constituants dissous dans le fluide hydrothermal peut se produire à la suite de : variations de température, changements de pression et ébullition, réactions entre les parois des roches et les solutions, changements chimiques dus au mélange de fluides.

 Hydrothermal fluid and minerals/ores
A hydrothermal fluid is defined as a hot (ca. 50 to 500°C), aqueous, containing Na (sodium), K (potassium), Ca (calcium), Cl (chlorine)as major components, as well as many other elements (e.g. Mg, B, S, Sr, CO₂, H₂S, NH₄, Cu, Pb, Zn, Sn, Mo, Ag, Au etc.) as minor constituents.The water of hydrothermal solutions can be derived from the following sources: meteoric, sea water, connate (entrapped in the interstices of a sedimentary rock at the time of its deposition), metamorphic, juvenile (comes directly from the depths of the earth's mantle) or magmatic. Most hydrothermal solutions are of mixed origin in which one or more of the above sources can predominate. Meteoric waters include rain water, lake and river waters, and groundwaters. These waters can penetrate deep into the crust and may become heated and mineralised, thereby acquiring the properties of hydrothermal solutions.

Precipitation (formation of a separable solid substance from a solution) of the dissolved constituents in hydrothermal fluid can occur as a result of: temperature variations, pressure changes and boiling, reactions between wall rocks and solutions, chemical changes due to mixing of fluids.

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 Géode et druse
Une géode est une cavité de quelques millimètres ou décimètres (plus de 10 m à South Bass Island, Put-in-Bay, Ohio), à parois tapissées de cristaux dont les sommets automorphes sont dirigés vers le centre. Elles existent dans les roches magmatiques et dans les filons, où elles dérivent souvent de bulles de gaz, mais aussi dans les roches métamorphiques et sédimentaires où elles se forment dans des fractures (principalement sous l’action de fluides d’origine hydrothermale). 

Druse est synonyme de géode, mais pour certains, une géode correspond à une cavité plus ou moins arrondi, tandis qu’une druse est une cavité assez bien aplatie.

 Geode and druse
A geode is a cavity of a few millimeters or decimeters (more than 10 m at South Bass Island, Put-in-Bay, Ohio), with sides lined with crystals whose euhendral (automorphic) vertexes are oriented towards the center. Geodes exist in magmatic rocks and in veins, where they often result from gas bubbles, but also in metamorphic and sedimentary rocks where they form in fractures (mainly under the action of fluids of hydrothermal origin). 

Druse is synonymous with geode, but for some, a geode is a more or less rounded cavity, while a druse is a fairly flattened cavity.

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 Polymorphe et Polymorphisme
Le polymorphisme est la faculté que possède une substance chimique de cristalliser dans des structures différentes selon les conditions de température et de pression. Il s’agit donc d’un arrangement différent des mêmes atomes. Généralement, chaque structure existe dans une région précise de température et de pression : son champ de stabilité. Le même composé chimique peut donc avoir deux, trois, ou plusieurs autres polymorphes.

 Polymorph and Polymorphism
Polymorphism is the ability of a chemical substance to crystallize in different structures depending on the temperature and pressure conditions. This means a different arrangement of the same atoms. Generally, each structure exists in a precise range of temperature and pressure: its range of stability. The same chemical compound can therefore have two, three or more other polymorphs.

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 Quartz
Le quartz est un minéral qui fait partie du groupe de silicates. Il est un polymorphe de la silice dont la formule chimique est SiO_2, soit Si pour le silicium et O₂ pour le dioxygène, la silice étant synonyme de dioxyde de silicium. Il est associé à des oxydes métalliques tels que le fer, le lithium, l’aluminium, le magnésium, le titane et encore d’autres métaux qui pourront déterminer certains critères comme sa couleur ou sa variété.

Le quartz est un élément essentiel du granite, une roche ignée (ou magmatique) résultant du lent refroidissement d’un magma resté confiné dans les profondeurs de la terre. Lors du refroidissement du magma, le quartz remplit les interstices entre les autres minéraux déjà formés. Après sa formation, ses cristaux xénomorphes sont alors visibles sous forme granuleuse d’une couleur grisâtre plus ou moins translucide

L’altération et l’érosion du granite produira un certains nombre d’éléments : principalement de l’argile, du fer et du sable. Et c’est le quartz, minéral quasiment inaltérable, qui produira la majorité des sables issues de cette décomposition (arénisation plus précisément). À son tour, le sable pourra alors servir de constituants pour d’autres roches, comme les grès (roches sédimentaires). Le quartz est aussi présent dans les roches métamorphiques comme les gneiss ou les schistes.

Cependant, on peut trouver du quartz avec une apparence beaucoup plus massive sous forme de veines ou de filons dont l’épaisseur peut être millimétrique à décamétrique. Les veines ou filons correspondent à des fissures ou fractures dans la roche qui auront été parcourues par des fluides hydrothermaux. Les eaux de circulation présentes dans les roches en profondeur subissent des températures très élevées de par la pression et la présence de magma. Les molécules de silicium présentes dans ces roches sont alors dissoutes par ces eaux très chaudes. Ces eaux, alors chargées en silicium, en remontant par les fissures près de la surface, refroidissent. Le silicium, qui ne peut plus être contenu par ces eaux, se combine et cristallise, donnant naissance au quartz. Habituellement, le quartz formé ainsi sera d’un aspect vitreux ou voire gras et d’une couleur blanche en raison de présence inclusions microscopiques de fluides, de gaz, ou les deux, piégés au cours de la formation des cristaux. Il est communément appelé « quartz laiteux ».

Enfin, dans de très rares cas, le quartz peut être trouvé sous forme de cristaux automorphes dans des géodes ou des druses. Il peut s’agir alors soit de dépôts et cristallisation de silice consécutifs à la circulation de fluides hydrothermaux dans les fractures ou les fissures de la roche ou alors de remplissage tardif de vacuoles (anciennes bulles de gaz) dans certaines coulées de basalte issues d’une activité volcanique. 

Dans ce dernier cas, ce sont également des fluides hydrothermaux qui auront été à l’origine de la formation des cristaux dans des coulées de lave déjà solide.

D’une manière générale, il faut que la température des solutions soit assez élevée pour que le quartz cristallise en beaux cristaux transparents. Lorsque la température est plus basse, il y a dépôt de quartz blanc laiteux, rarement bien cristallisé, mais qui, le plus souvent, remplit uniformément les fissures, marquant les roches de longues zébrures blanches.

En fonction des micro-inclusions présentes (ou non) dans une solution hydrothermale, le quartz et ses cristaux pourront alors être plus ou moins transparents et colorés. Transparent comme du verre, la variété est appelée « cristal de roche ». Violet ou mauve, la variété est appelée « améthyste ». Jaune, la variété est appelée « citrine » et jaune-violet, « amétrine ». Fumé ou noir, elle est appelée « morion » et « quartz laiteux » pour du blanc. Rouge, la variété est appelée « quartz hématoïde ».

Indépendamment de sa couleur, mais en fonction de sa température de formation, le quartz ou plutôt ses cristaux, peuvent appartenir à deux systèmes cristallins différents : le système hexagonal (température < 870° C) et le système rhomboédrique (temp. < 573° C), mais ses cristaux seront toujours d’une forme hexagonale.

 Quartz
Quartz is a mineral that belongs to the group of silicates. It is a polymorph of silica whose chemical formula is SiO2, Si for silicon and O2 for oxygen, silica being synonymous with silicon dioxide. It is associated with metal oxides such as iron, lithium, aluminum, magnesium, titanium and other metals that may determine certain criteria such as its color or variety.

Quartz is an essential element of granite, an igneous (or magmatic) rock resulting from the slow cooling of a magma confined in the depths of the Earth. During cooling of the magma, quartz fills the spaces between the other minerals already formed. After its formation, its anhedral (xenomorphic) crystals are then visible in granular form of a more or less translucent grayish color

Alteration and erosion of granite will produce a number of elements: mainly clay, iron and sand. And it is quartz, an almost unalterable mineral, which will produce the majority of the sand resulting from this decomposition (arenization more precisely). In turn, sand can then be used as a constituent for other rocks, such as sandstone (sedimentary rocks). Quartz is also present in metamorphic rocks such as gneiss or schist.

However, quartz can be found with a much more massive aspect in the form of veins whose thickness can be millimetric to decametric. The veins correspond to cracks or fractures in the rock that have been crossed by hydrothermal fluids. The circulating water present in the rocks at depth is subjected to very high temperatures due to the pressure and the presence of magma. The silicon molecules present in these rocks are then dissolved by these very hot waters. These waters, then rich in silicon, while going up by the cracks close to the surface, cool down. The silicon, which can no longer be contained by these waters, combines and crystallizes, giving rise to quartz. Usually, the quartz formed in this way will have a vitreous or even greasy appearance and a white color due to the presence of microscopic inclusions of fluids, gases, or both, trapped during the formation of the crystals. It is commonly called "milky quartz".

Finally, in very rare cases, quartz can be found as euhendral (automorphic) crystals in geodes or druses. It can be either deposits and crystallization of silica consecutive to the circulation of hydrothermal fluids in the fractures or cracks of the rock or late filling of vacuoles (former gas bubbles) in some basalt flows resulting from volcanic activity. In this last case, it is also hydrothermal fluids that have been at the origin of the formation of crystals in already consolidated lava flows.

Usually, the temperature of the solutions must be high enough for the quartz to crystallize into beautiful transparent crystals. When the temperature is lower, there is deposition of milky white quartz, rarely well crystallized, but usually fills uniformly the cracks, marking the rocks with long white stripes.

Depending on the micro-inclusions present (or not) in a hydrothermal solution, quartz and its crystals can then be more or less transparent and colored. Transparent as glass, the variety is called "rock crystal". Purple or mauve, the variety is called "amethyst". Yellow, the variety is called "citrine" and yellow-violet, "ametrine". Smoky or black, it is called "morion" and "milky quartz" for white. Red, the variety is called "hematoid quartz".

Independently of its color, but depending on its formation temperature, quartz or rather its crystals, can belong to two different crystal systems: the hexagonal system (temperature < 870° C) and the rhombohedral system (temp. < 573° C), but its crystals will always be hexagonal.

Références – References

Franco Pirajno - Hydrothermal Mineral Deposits - Springer Verlag
Dictionnaire de Géologie - 8e éd. (Foucault)
LES MINÉRAUX BRIQUES ÉLÉMENTAIRES DES ROCHES
Presque tout sur le quartz

 Aux coordonnées de l’étape 1, vous trouverez un bloc rocheux posé sur d’autres blocs ainsi que sur des gros galets. Observez la zone A comme indiquée sur la photo. Aux coordonnées de l’étape 2, vous trouverez un gros bloc qui dépasse de la grève de galets. Observez la zone B comme indiquée sur la photo ci-dessous.

 At coordinates for stage 1, you will find a boulder set on top of other boulders as well as large pebbles. Look at area A as shown in the picture below. At the coordinates for stage 2, you will find a large boulder rising above the pebble beach. Look at area B as shown in the picture below.

 Travail à effectuer

1. À l’étape 1 et en A, selon vous, s’agit-il d’une druse ou d’une géode et quelle est la variété du quartz dont les cristaux tapissent sa/ses paroi/s ?
2. À l’étape 2 et en B (sous l'hexagone, selon vous, s’agit-il d’une druse ou d’une géode et quelle est la variété du quartz dont les cristaux de quartz tapissent sa/ses paroi/s ?
3. Dans les deux cas, qu’est ce qui vous permet d’affirmer qu’il s’agit de cristaux et de cristaux de quartz plus précisément ?
4. À l’étape 2, en observant attentivement l'ensemble du gros bloc devant vous, de quoi pourrait-il s’agir ? Expliquez brièvement comment cela a pu se former
5. Une photo de vous, ou d’un objet caractéristique vous appartenant, prise dans les environs immédiats (pas de photo « d’archive » svp) est à joindre soit en commentaire, soit avec vos réponses. Conformément aux directives mises à jour par GC HQ et publiées en juin 2019, des photos peuvent être exigées pour la validation d'une earthcache.

Marquez cette cache « Trouvée » et envoyez-nous vos propositions de réponses en précisant bien le nom de la cache, soit via notre profil, soit via la messagerie geocaching.com (centre de messagerie) et nous vous répondrons en cas de problème. « Trouvée » sans réponses sera supprimée.

Il est strictement interdit de ramasser tout minéral, roche, fossile, galet, plante… sur tout le littoral. Merci de respecter cette consigne.

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 Homework

1. At stage 1 under A, according to you, is it a druse or a geode and what is the variety of quartz whose crystals are found on the wall(s)?
2. At stage B under B (the hegaxone), in your opinion, is it a druse or a geode and what is the variety of quartz whose crystals are found on the wall(s)?
3. In both cases, what allows you to affirm that it is a crystal and quartz crystals more precisely?
4. In step 2, looking closely at the large block in front of you, what might it be? Briefly explain how it could have formed
5. A picture of you, your GPS/cellphone or something else personal taken in the immediate aera (no "stock" photos please) is to be attached either as a comment or with your answers. In accordance with updated GC HQ guidelines published in June 2019, photos may be required for validation of an earthcache.

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