Chalcopyrite
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
Postolonnec
Les falaises de Postolonnec offrent une coupe dans des archives sédimentaires marines. Les fossiles d’animaux marins et les structures sédimentaires qui s’y trouvent ont permis aux géologues de mettre en évidence plusieurs cycles de variation du niveau marin, survenus sur 20 millions d’années. Les schistes sombres témoignent d’une période où le niveau marin était haut (dépôt de vases fines en milieu calme et profond) tandis que les grès clairs traduisent un épisode de bas niveau marin (dépôt de sable en milieu agité et peu profond).
En raison de la qualité des affleurements, cette coupe géologique a été choisie comme localité type pour définir la « Formation de Postolonnec » (-470 à -453 Ma).
Au travers de cette cache, nous vous proposons de découvrir de la chalcopyrite concentrée dans un filon de quartz. Pour effectuer les observations nécessaires, vous devrez vous munir d'une loupe (x10 de préférence).
The cliffs of Postolonnec provide a cross-section of marine sedimentary archives. The fossils of marine animals and the sedimentary structures found there have allowed geologists to highlight several cycles of sea level variation that occurred over 20 million years. The dark shales show a period when the sea level was high (deposition of fine mud in a calm and deep environment) while the light sandstones indicate an episode of low sea level (deposition of sand in an agitated and shallow environment).
Due to the quality of the outcrops, this geological section was chosen as a typical locality to define the "Postolonnec Formation" (470 to 453 mya).
Through this cache, we propose to discover chalcopyrite concentrated in a quartz vein. To make the required observations, you'll need to be equipped with a magnifying glass (x10 is recommended).
La formation de Postolonnec est encadrée à l’Ouest par des grès armoricains d’âge floien, cette zone est difficilement accessible, et à l’Est par les grès de Kermeur d’âge katien. Si, depuis le stationnement, vous vous dirigez vers l’Ouest de la plage et au-delà, vous allez remonter le temps de 20 Ma et de 17 Ma pour la formation de Postolonnec. Cette formation est divisée en six membres qui prennent des appellations locales :
• membre du Veryac’h ;
• membre de Kerarmor ;
• membre de Morgat ;
• membre de Kerarvail ;
• membre de Corréjou ;
• membre de Kerloc’h.
The Postolonnec formation is bordered to the west by Armorican sandstones of Floian age, this zone is difficult to access, and to the east by Kermeur sandstones of Katian age. If, from the parking, you walk towards the West of the beach and beyond, you will go back in time 20 myr and 17 myr for the Postolonnec formation. This formation is divided into six members who take local names:
• Veryac'h Member;
• Kerarmor Member;
• Morgat Member;
• Kerarvail Member;
• Corréjou Member;
• Kerloc'h Member.
Quelques concepts / Few concepts
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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Percolation, lessivage, lixiviation et biolixiviation
La percolation désigne une lente traversée d’un milieu, comme des sédiments, par un liquide ou plus rarement par un gaz. Elle se fait majoritairement sous l’effet de la pesanteur.
Le lessivage désigne l’entraînement par l’eau de particules solides comme de l’argile.
La lixiviation désigne une lente percolation à travers un milieu permettant la dissolution de matières solide qui y sont contenues.
La biolixiviation désigne le processus dans lequel la lixiviation est assistée par des micro-organismes (des bactéries le plus souvent), qui jouent le rôle de catalyseurs. Le biolixiviation est une technique utilisée pour la récupération de métaux tels que le cuivre, l'argent et l'or, entre autres. Cette technique est aussi employée pour traiter des sols pollués par certains métaux ou métalloïdes (plomb, cadmium, arsenic, zinc, cuivre, …)
Percolation, lessivage, leaching and bioleaching
Percolation refers to the slow flow of a liquid or, more rarely, a gas through a substrate, such as sediments. It is mostly done under the effect of gravity.
Lessivage refers to the washing away by water of solid particles such as clay.
Leaching refers to a slow percolation through a medium allowing the dissolution of solid matter contained therein.
Bioleaching refers to the process in which leaching is facilitated by microorganisms (usually bacteria), which act as catalysts. Bioleaching is a technique used for the recovery of metals such as copper, silver and gold, among others. This technique is also used to treat soils polluted by some metals or metalloids (lead, cadmium, arsenic, zinc, copper, ...)
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Oxydation, réduction et corrosion
L'oxydation est un phénomène courant ; une pomme brunie ou un clou rouillé sont deux exemples courants de réactions d'oxydation. L'oxydation ne signifie pas qu'un atome d'oxygène est ajouté au composé. Il s'agit plutôt d'une réaction chimique qui implique la perte d'électrons.
Cet électron perdu ne se promène pas sans but dans l'univers ; il est pris en charge par un autre atome. Lorsqu'un atome accepte un électron, il s'agit d'une réaction de réduction. L'oxydation et la réduction vont de pair et sont appelées conjointement des réactions d'oxydoréduction (souvent appelées redox).
Lorsque cette oxydation « modifie » les propriétés d’un métal ou d’un alliage, on emploie le terme général de corrosion.
Bien que les agents oxydants soient assez nombreux, le plus commun et connu reste l’oxygène (O2, dioxygène) contenu dans l’air ou dans l’eau.
Oxidation, reduction and corrosion
Oxidation is a common phenomenon; a browned apple or a rusty nail are both common examples of oxidation reactions. Oxidation does not mean that an oxygen atom is added to the compound. Instead, it is a chemical reaction that involves the loss of electrons.
This lost electron does not wander around in the universe aimlessly; it is taken up by another atom. When one atom accepts an electron, it is called a reduction reaction. Oxidation and reduction go hand-in-hand and are jointly referred to as redox reactions.
When this oxidation "modifies" the properties of a metal or an alloy, the general term corrosion is used.
Although there are many oxidizing agents, the most common and well known is oxygen (O2, dioxygen) contained in air or water.
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Chalcopyrite
La chalcopyrite (du grec chalcos : cuivre) est une espèce minérale dont la formule chimique est CuFeS2. Elle contient donc du cuivre (Cu), du fer (Fe) ainsi que du soufre (S). Elle a une couleur cuivrée à jaune doré d’un aspect métallique. Du point de vue de son système cristallin, elle appartient au système cristallin tétragonal ou quadratique. Si vous avez de la chance, beaucoup de chance, vraiment beaucoup beaucoup de chance, alors vous pourriez la trouver sous formes de belles structures basées sur ce système cristallin.
La majorité des gisements de cuivre dans le monde sont constitués de chalcopyrite et ils sont bien souvent la conséquence d’une circulation de fluides hydrothermaux (fluides très chauds – de 50 à 500° C – et sous pression). Leur exploitation, après extraction du minerai, s’effectue par pyrométallurgie (procédé métallurgique thermique utilisé pour séparer et récupérer des métaux) et/ou par hydrométallurgie (par lixiviation) dont la biolixiviation à l’aide d’une solution bactérienne.
Chalcopyrite
Chalcopyrite (from Greek chalcos: copper) is a mineral species whose chemical formula is CuFeS2. It contains copper (Cu), iron (Fe) and sulfur (S). It has a coppery to golden yellow color with a metallic appearance. From the point of view of its crystal system, it belongs to the tetragonal or quadratic crystal system. If you are lucky, very lucky, very very lucky, then you may find it in beautiful structures based on this crystal system.
The majority of copper deposits in the world are made up of chalcopyrite and they are very often the consequence of a circulation of hydrothermal fluids (very hot fluids - from 50 to 500° C - and under pressure). Their exploitation, after extraction of the ore, is carried out by pyrometallurgy (thermal metallurgical process used to separate and recover metals) and/or by hydrometallurgy (leaching) including bioleaching using a bacterial solution.
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L’oxydation du fer et du cuivre
La plupart des métaux ont la propriété d’être oxydés en raison de leur composition chimique. Au contact de l’air et de l’eau, cette oxydation peut se dérouler de manière complètement différente.
Une des propriétés du fer métallique (càd issu de procédés sidérurgiques) et des aciers ferreux est de réagir à la présente de dioxygène (O2) contenu dans l’air ou dans l’eau. Au cours du processus d’oxydation, le dioxygène décompose lentement le métal de l’extérieur vers l’intérieur en oxyde de fer, largement plus connu sous le nom de rouille. Pour éviter cette réaction d’oxydation, la méthode la plus élémentaire consiste à isoler le fer et les aciers ferreux de l’oxydant (le dioxygène) par l’application d’une peinture ou d’un vernis. D’autres procédés d’isolation existent : galvanisation, passivation, protection anodique/cathodique.
Il arrive à certains métaux, lorsqu’ils sont oxydés, qu’une couche d’oxyde ne se forme qu’uniquement à leur surface. Cette couche d’oxyde isole le métal de l’élément oxydant et le protège de toute corrosion supplémentaire. Ce processus « naturel » est appelé passivation.
Le cuivre, lorsqu’il n’a pas été oxydé, revêt une couleur brun clair avec des reflets brillants. La réaction d’oxydation du cuivre par le dioxygène, contenu dans l’air ou dans l’eau, va recouvrir sa surface par une couche d’oxyde de couleur brun sombre, complètement terne, et protéger le matériau sous-jacent. Cette couche, communément appelée « patine », est une forme de passivation. Elle est créée en deux temps : oxydation du cuivre par le dioxygène qui donne de la cuprite (teinte rosée à rougeâtre) et oxydation de la cuprite par le dioxygène encore, qui donne de la ténorite (teinte brun foncé à noire).
Cependant, la patine du cuivre (ou du bronze car constitué de plus 65 % de cuivre) peut virer du brun foncé vers différentes teintes vertes pour plusieurs raisons et qui peuvent se combiner.
Le soufre émis lors de la combustion de combustibles fossiles est oxydé par le dioxygène de l’air pour constituer du dioxyde de soufre (SO2) qui peut se déposer sur le cuivre oxydé ou non. Le dioxyde de soufre en contact avec l’eau (de pluie) ou l’humidité va former de l’acide sulfurique qui réagira avec le cuivre. La teinte va virer au vert ou bleu-vert. Si du dioxyde de carbone (CO2), présent dans l’environnement, dépasse un certain seuil, alors une réaction d’oxydation pourra alors se produire pour nuancer la teinte verte de la patine. Enfin, c’est sans compter sur le chlorure de sodium (NaCl) présent dans un environnement salin humide (marin, épandage, sueur), qui va s’en mêler et y glisser son grain de sel pour encore une fois nuancer la patine verte et obtenir du carbonate de cuivre. À cela s’ajoute l’ozone (O3, un puissant agent oxydant), des particules diverses et variées, etc. C’est tellement le bazar, qu’il est parfois difficile de savoir ce qu’il se passe réellement !
Oxidation of iron and copper
Most metals have the property of being oxidized because of their chemical composition. In contact with air and water, this oxidation can take place in a completely different way.
One of the properties of metallic iron (i.e. from iron and steel processes) and ferrous steels is to react to the presence of dioxygen (O2) contained in air or water. During the oxidation process, the oxygen slowly decomposes the metal from the outside in to iron oxide, which is widely known as rust. To prevent this oxidation reaction, the most basic method is to isolate the iron and ferrous steels from the oxidant (oxygen) by applying a paint or varnish. Other isolation processes exist: galvanization, passivation, anodic/cathodic protection.
When some metals are oxidized, an oxide layer may form only on their surface. This oxide layer isolates the metal from the oxidizing element and protects it from further corrosion. This "natural" process is called passivation.
Copper, when not oxidized, has a light brown color with a bright sheen. The oxidation reaction of copper by dioxygen, contained in the air or water, will cover its surface with a completely dull dark brown oxide layer and protect the underlying material. This layer, commonly called "patina", is a kind of passivation. It's created in two steps: oxidation of copper by dioxygen which gives cuprite (pinkish to reddish shade) and oxidation of cuprite by dioxygen again, which gives tenorite (dark brown to black shade).
However, the patina of copper (or bronze because it’is more than 65% copper) can turn from dark brown to different green shades for several reasons that can combine.
Sulfur released during the combustion of fossil fuels is oxidized by dioxgen in the air to form sulfur dioxide (SO2), which can be deposited on oxidized or unoxidized copper. Sulfur dioxide in contact with water (rain) or moisture will form sulfuric acid which will react with copper. The color will turn green or blue-green. If carbon dioxide (CO2) present in the environment exceeds a certain value, then an oxidation reaction can occur to shade the green color of the patina. Finally, the sodium chloride (NaCl) present in a wet saline environment (marine, landfill, sand), which will get involved and add its own to once again shade the green patina and get copper carbonate. In addition, there is ozone (O3, a powerful oxidizing agent), various particles, etc. It's such a mess that it's sometimes difficult to know what's really going on!
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Oxydation de la chalcopyrite
L’oxydation de la chalcopyrite est un phénomène complexe qui n’est pas encore complètement élucidé. Les processus engendrés lors de ce phénomène peuvent varier en fonction de différents paramètres : nature du milieu (aqueux, atmosphérique) et sa concentration en dioxygène, concentration de ses éléments constituants (Cu, Fe et S), acidité du milieu, température, présence ou non de micro-organismes (bactéries), etc.
Cependant en milieu atmosphérique et dans des conditions « normales » (sans/peu de bactéries, milieu neutre, température modérée), la chalcopyrite est l’objet d’une passivation (donc une protection contre l’oxydation). En effet, la formation (par redox) à sa surface d’une très mince couche d’un minéral proche d’un autre minéral appelé jarosite, inhibe la poursuite de sa dégradation. La couleur de la jarosite peut varier : jaune pâle, brun jaune, ocre.
Chalcopyrite oxidation
The oxidation of chalcopyrite is a complex phenomenon which is not yet completely clarified. The processes generated during this phenomenon can vary according to various parameters: type of ambient (aqueous, atmospheric) and its oxygen concentration, concentration of its components (Cu, Fe and S), acidity of the environment, temperature, involvement of micro-organisms (bacteria), etc.
However, in an atmospheric environment and under "normal" conditions (no/few bacteria, neutral environment, moderate temperature), chalcopyrite is subject to passivation (thus a protection against oxidation). Indeed, the formation (by redox) on its surface of a very thin layer of a mineral similar to another mineral called jarosite, inhibits its further degradation. Jarosite color can be variable: pale yellow, yellow-brown, ochre.
Références – References
Dictionnaire de Géologie - 8e éd. (Foucault)
Le Paléozoïque de la presqu’île de Crozon, Massif Armorican
A review of the structure, and fundamental mechanisms and kinetics of the leaching of chalcopyrite
Surface oxidation of chalcopyrite (CuFeS2) under ambient atmospheric and aqueous (pH 2-10) conditions
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Pour valider la cache - Logging requirements
Rendez-vous aux coordonnées indiquées. Il est préférable de contourner certains gros blocs rocheux pour vous rendre au point final (zone A) en passant par la gauche comme sur la première photo ci-dessous.
Arrivé en zone A, observez le flanc du filon de quartz et repérez la zone B, comme sur la deuxième photo ci-dessous. Progressez vers cette zone. Vous y découvrirez la zone C, qui est minuscule. C’est pour cette raison qu’il faudra vous munir d’une loupe.
Go to the specified coordinates. It's best to bypass some large boulders to get to the end point (zone A), passing to the left as in the first picture below.
Once there, look at the side of the quartz vein and identify zone B, as shown in the second picture below. Continue towards this zone. You'll discover zone C, which is tiny (third picture). A magnifying glass is therefore essential.
Travail à effectuer
- En observant le filon de quartz à une distance assez proche de la zone B, quelle particularité vous permet d’affirmer que la chalcopyrite serait présente au sein de ce filon et comment, d’après vous, cette particularité se serait-elle formée ?
- Muni de votre loupe, observez attentivement la zone C. Y voyez-vous de la chalcopyrite sous formes de cristaux ?
- Dans l’affirmative, quel est l’aspect de ces cristaux (automorphes/xénomorphes, couleur, oxydés/non oxydés) ? Comment expliqueriez-vous l’indice en B et l’aspect paradoxal des cristaux en C ?
- Dans la négative, comment expliqueriez-vous l’indice en B et l’absence de chalcopyrite ?
- 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.
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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
- Looking at the quartz vein fairly close to zone B, what feature would lead you to believe that chalcopyrite would be present in this vein, and how do you think this feature would have formed?
- Using your magnifying glass, take a close look at zone C. Can you see any chalcopyrite crystals?
- If so, what is the appearance of these crystals (automorphic/xenomorphic, color, oxidized/unoxidized)? How would you explain the clue in B and the paradoxical appearance of the crystals in C?
- If not, how would you explain the clue in B and the absence of chalcopyrite?
- 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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