Les altérations géologiques
En géologie, l’altération, plus précisément l’altération des minéraux, est l'ensemble des modifications des propriétés physico-chimiques des minéraux, et donc des roches, par des réactions abiotiques, induites par les agents atmosphériques à l'origine de l'altération météorique (ou météorisation), les eaux souterraines, responsables de l'altération de subsurface (cryptoaltération), et les eaux thermales, à l'origine de l'altération hydrothermale. L'altération peut également être provoquée par des réactions biotiques induites par les racines des plantes participant à la microdivision ou encore les communautés microbiennes telluriques spécifiques — cyanobactéries, microchampignons4, archéobactéries — qui ont colonisé les roches et les minéraux sur Terre depuis des milliards d'années). Elle dépend en particulier du climat, de la température des eaux, de la nature des roches et de leur degré de fracturation, ainsi que de l'interaction entre plantes, champignons mycorhiziens et communautés bactériennes (rhizosphère, minéralosphère, hydrosphère... une « mélodie des sphères » qui accompagne l'altération). On parle aussi d'altération pour les transformations des roches de la surface des astéroïdes et d'autres corps célestes comme la Lune, dues principalement aux impacts météoritiques et conduisant à la formation d'un régolithe.
Ce processus de transformations a lieu in situ, ce qui le distingue du remaniement qui implique des transformations avec déplacement des matériaux qui restent proches du lieu d'origine, et de l'érosion qui correspond à des transformations avec évacuation vers l'extérieur des matériaux.
Dans certains contextes, les différences avec le métamorphisme de basses pression et température peuvent être floues, notamment dans le cas de l'hydrothermalisme.
Les roches granito-gneissiques sont les principales roches présentes à la surface des continents. Leur composition est celle d'un granite au sens large : quartz, micas, feldspaths, éventuellement amphiboles, pyroxènes, grenats.
Leur friabilité plus ou moins grande, combinée à l'altération et l'arénisation qui progresse vers le bas à une vitesse variant de 1 à 300 mm pour 1 000 ans, expliquent la différence de profil des paysages. L'altération de granites tendres donne des reliefs anguleux. La desquamation des granites alcalins, plus résistants, forme de larges plaques (dites « pelures d'oignons »).
L'altération de ces roches dépend en grande partie de la présence d'eau. Elle est donc directement liée à la hauteur des précipitations. L'altération est quasiment nulle dans les déserts secs, comme le désert du Sahara, où l'érosion est purement mécanique. Elle est également très limitée dans les milieux où l'eau liquide est rare, comme c'est le cas en haute montagne ou dans les régions situées au hautes latitudes (climats polaires). D'autres facteurs physiques entrent en jeu : l'air (vent sur les roches de surface, bulles d'air sur les roches sous terre), la température (cryoclastie, thermoclastie), l'impact des activités humaines sur le climat (augmentation des gaz à effet de serre, acidification des eaux de pluie, consommation des énergies fossiles…).
Dans les zones où les précipitations ne sont pas négligeables, l'altération est importante. On distinguera deux cas majoritaires : l'altération en climat tempéré (moyennes latitudes) et l'altération en climat équatorial.
Les phénomènes d’altération des roches
L’altération se définit comme l’ensemble des processus physiques et chimiques qui provoquent la dégradation des roches situées à la surface du sol.
Elle est à l’origine de la création d’ions solubes et de morceaux solides de roches de tailles variées. En fonction des climats, l’altération sur une même roche peut être plus ou moins importante.
Les facteurs d’altération physique des roches
1. Le rôle des variations de température et de l’eau dans l’altération physique
Les variations de température en climat froid et sec (gel/dégel) peuvent affecter la structure physique de la roche.
L’eau, contenue dans les diaclases (fractures) des roches, peut geler et augmenter de volume (10 % de volume en plus). Cela peut provoquer l’élargissement des diaclases et l’éclatement de la roche. L’eau participe donc à l’altération physique.
Schéma illustrant le phénomène de gel/dégel à l'origine de l'altération physique des roches
L’altération physique existe aussi en climat chaud et sec.
Sous l’effet des variations de température dans le Sahara par exemple (40-50 °C d’amplitude journalière), les roches se fragilisent et des fissures apparaissent.
Sol argileux fissuré sous climat chaud et sec
2. Le rôle des végétaux dans l’altération physique des roches
Les racines des végétaux leur permettent de puiser l’eau et les sels minéraux indispensables à leur développement.
En se développant, elles sont capables de fissurer les roches du sous-sol. Leur croissance provoque l’agrandissement de ces fissures et la désagrégation progressive de la roche.
Bloc granitique érodé en partie par les végétaux
3. Le rôle du vent dans l’altération physique des roche.
Les forts vents peuvent également provoquer la fracturation des roches et leur désagrégation.
L’altération physique, dite aussi mécanique, provoque donc la fragmentation et la désagrégation de la roche. L’altération physique facilite l’altération chimique, en augmentant la surface de contact entre la roche et l’eau de pluie.
Les climats plutôt secs sont davantage propices à l’altération physique.
L’altération chimique des roches
L’altération chimique affecte la composition minéralogique et chimique de la roche. C’est l’eau de pluie qui en est le principal agent. Celle-ci est enrichie en dioxyde de carbone (qui provient de l’atmosphère). Elle peut être responsable de la dissolution de certains minéraux de la roche par des phénomènes chimiques comme l’hydrolyse, par exemple.
En fonction de la composition minéralogique de la roche, celle-ci sera plus ou moins affectée par l’altération chimique. De plus, en fonction de la roche initiale, les produits d’altération formés sont différents.
Prenons l’exemple de l’altération chimique du calcaire :
Le calcaire est essentiellement constitué de carbonate de calcium de formule chimique CaCO3.
Une expérience permet de vérifier la solubilité du carbonate de calcium en présence d’eau distillée (sans dioxyde de carbone) ou en présence d’eau enrichie en dioxyde de carbone(qui représente l’eau de pluie).
La craie sera utilisée pour représenter le carbonate de calcium.On dispose dans 2 tubes à essai de la poudre de craie et de l’eau distillée ou de l’eau enrichie en dioxyde de carbone. On agite.Au début de l’expérience, dans les 2 tubes à essai, l’eau a une couleur blanchâtre.
Résultats de l'expérience après quelques heures : l’eau enrichie en dioxyde de carbone a dissout la poudre de craie.
L’équation chimique suivante explique ce phénomène :
| CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3- |
avec :
- CO2 : dioxyde de carbone
- H2O : eau
- Ca2+ : ion calcium
- HCO3- : ion hydrogénocarbonate
|
L’eau riche en CO2 a donc altéré chimiquement le carbonate de calcium. Il s’agit d’un phénomène de dissolution.
Cela a entraîné la création de deux ions dissous :
- Ca2+ (ion calcium) ;
- HCO3- (ion hydrogénocarbonate).
Sur le terrain, l’eau de pluie, enrichie en dioxyde de carbone, ronge donc progressivement le calcaire par une action de dissolution du carbonate de calcium.
Ce phénomène fait partie de l’altération chimique.
Les climats chauds et humides sont davantage propices à l’altération chimique.
L'altération des roches induit la formation de paysages particuliers, avec des plateaux calcaires et des gorges. Ces paysages sont qualifiés de paysages karstique, on y retrouve des structures spécifiques, les lapiaz.
Source : Wikipedia
La EarthCache :
Avec cette EarthCache, vous allez découvrir les différentes altérations que peuvent subir les rochers.
Pour répondre aux questions, il vous faudra bien lire le descriptif de la cache et observer le rocher au niveau des coordonnées
Rappel concernant les « Earthcaches »: Il n'y a pas de conteneur à rechercher ni de logbook à renseigner. Il suffit de se rendre sur les lieux et d'exécuter les requêtes du propriétaire de la cache avec l'envoi des réponses par mail via mon profil ou par le centre de messagerie de geocaching.com pour validation. Bon Earthcaching!
Partie du rocher à observer et étudier
Question 1 - Quels sont les deux types d'altérations ?
Question 2 - Sur place, observez le rocher, que voyez vous sous la partie bleue ? Décrivez ce que vous voyez ( couleur, aspect, etc...)
Question 3 - A votre avis, quelle altération peut-on observer ici ?
Question 4 - Prenez vous en photo avec votre pseudo ou votre gps aux coordonnées avec le phare en arrière plan.
In geology, weathering, more precisely mineral weathering, is the set of modifications of the physicochemical properties of minerals, and therefore of rocks, by abiotic reactions, induced by atmospheric agents causing meteoric weathering (or weathering), groundwater, responsible for subsurface weathering (cryptoweathering), and thermal waters, causing hydrothermal weathering. Weathering can also be caused by biotic reactions induced by plant roots participating in microdivision or by specific telluric microbial communities—cyanobacteria, microfungi4, archaea—that have colonized rocks and minerals on Earth for billions of years. It depends in particular on the climate, the temperature of the water, the nature of the rocks and their degree of fracturing, as well as the interaction between plants, mycorrhizal fungi and bacterial communities (rhizosphere, mineralosphere, hydrosphere... a "melody of the spheres" that accompanies the alteration). We also speak of alteration for the transformations of the rocks of the surface of asteroids and other celestial bodies such as the Moon, mainly due to meteorite impacts and leading to the formation of a regolith.
This process of transformations takes place in situ, which distinguishes it from reworking which involves transformations with displacement of materials that remain close to the place of origin, and from erosion which corresponds to transformations with evacuation of materials to the outside.
In some contexts, the differences with low-pressure and low-temperature metamorphism can be blurred, particularly in the case of hydrothermalism.
Granito-gneissic rocks are the main rocks present on the surface of continents. Their composition is that of a granite in the broad sense: quartz, micas, feldspars, possibly amphiboles, pyroxenes, garnets.
Their more or less great friability, combined with the alteration and arenisation which progresses downwards at a speed varying from 1 to 300 mm per 1,000 years, explain the difference in landscape profiles. The alteration of soft granites gives angular reliefs. The desquamation of alkaline granites, which are more resistant, forms large plates (called "onion skins").
The alteration of these rocks depends largely on the presence of water. It is therefore directly linked to the amount of precipitation. Alteration is almost non-existent in dry deserts, such as the Sahara Desert, where erosion is purely mechanical. It is also very limited in environments where liquid water is rare, as is the case in high mountains or in regions located at high latitudes (polar climates). Other physical factors come into play: air (wind on surface rocks, air bubbles on underground rocks), temperature (cryoclasty, thermoclasm), the impact of human activities on the climate (increase in greenhouse gases, acidification of rainwater, consumption of fossil fuels, etc.).
In areas where precipitation is not negligible, alteration is significant. We will distinguish two main cases: alteration in temperate climates (mid-latitudes) and alteration in equatorial climates.
Rock weathering phenomena
Weathering is defined as the set of physical and chemical processes that cause the degradation of rocks located on the ground surface.
It is at the origin of the creation of soluble ions and solid pieces of rock of various sizes. Depending on the climate, the weathering on the same rock can be more or less significant.
Factors of physical weathering of rocks
1. The role of temperature variations and water in physical weathering
Temperature variations in cold and dry climates (freezing/thawing) can affect the physical structure of the rock.
Water, contained in the joints (fractures) of rocks, can freeze and increase in volume (10% more volume). This can cause the joints to widen and the rock to burst. Water therefore participates in physical weathering.
Diagram illustrating the freeze/thaw phenomenon at the origin of the physical alteration of rocks
Physical alteration also exists in hot and dry climates.
Under the effect of temperature variations in the Sahara for example (40-50 °C daily amplitude), the rocks become fragile and cracks appear.
Cracked clay soil in a hot and dry climate
2. The role of plants in the physical alteration of rocks
Plant roots allow them to draw water and mineral salts essential for their development.
As they grow, they are able to crack the rocks of the subsoil. Their growth causes these cracks to widen and the rock to gradually disintegrate.
Granite block partly eroded by plants
3. The role of wind in the physical alteration of rocks.
Strong winds can also cause rocks to fracture and disintegrate.
Physical alteration, also called mechanical, therefore causes the fragmentation and disintegration of the rock. Physical alteration facilitates chemical alteration by increasing the contact surface between the rock and rainwater.
Rather dry climates are more conducive to physical alteration.
Chemical alteration of rocks
Chemical alteration affects the mineralogical and chemical composition of the rock. Rainwater is the main agent. This is enriched with carbon dioxide (which comes from the atmosphere). It can be responsible for the dissolution of certain minerals in the rock through chemical phenomena such as hydrolysis, for example.
Depending on the mineralogical composition of the rock, it will be more or less affected by chemical alteration. In addition, depending on the initial rock, the weathering products formed are different.
Let's take the example of the chemical weathering of limestone:
Limestone is essentially made up of calcium carbonate with the chemical formula CaCO3.
An experiment is used to check the solubility of calcium carbonate in the presence of distilled water (without carbon dioxide) or in the presence of water enriched with carbon dioxide (which represents rainwater).
Chalk will be used to represent calcium carbonate. Chalk powder and distilled water or water enriched with carbon dioxide are placed in 2 test tubes. Shake. At the beginning of the experiment, the water in both test tubes has a whitish color.
Results of the experiment after a few hours: the water enriched with carbon dioxide dissolved the chalk powder.
The following chemical equation explains this phenomenon:
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3- with:
CO2: carbon dioxide
H2O: water
Ca2+: calcium ion
HCO3-: hydrogen carbonate ion
The water rich in CO2 has therefore chemically altered the calcium carbonate. This is a dissolution phenomenon.
This led to the creation of two dissolved ions:
Ca2+ (calcium ion);
HCO3- (hydrogen carbonate ion).
In the field, rainwater, enriched with carbon dioxide, therefore gradually eats away at the limestone by dissolving the calcium carbonate.
This phenomenon is part of chemical weathering.
Warm and humid climates are more conducive to chemical weathering.
The alteration of the rocks induces the formation of particular landscapes, with limestone plateaus and gorges. These landscapes are called karst landscapes, and contain specific structures, the lapiaz.
Source: Wikipedia
The EarthCache:
With this EarthCache, you will discover the different alterations that rocks can undergo.
To answer the questions, you will have to read the description of the cache and observe the rock at the coordinates
Reminder concerning the "Earthcaches": There is no container to search for or logbook to fill in. All you have to do is go to the location and execute the requests of the owner of the cache with the sending of the answers by email via my profile or by the geocaching.com messaging center for validation. Happy Earthcaching!
Part of the rock to observe and study
Question 1 - What are the two types of alterations?
Question 2 - On site, observe the rock, what do you see under the blue part? Describe what you see (color, appearance, etc.)
Question 3 - In your opinion, what alteration can be observed here?
Question 4 - Take a picture of yourself with your pseudo or your GPS at the coordinates with the lighthouse in the background.