Les minéraux de la surface de la Terre

Publié par Laurent Mogard, le 3 avril 2022   160

Les géologues connaissent des milliers de minéraux différents enfermés dans les roches, mais lorsque les roches sont exposées à la surface de la Terre et sont victimes des intempéries, seule une poignée de minéraux subsiste. Ce sont les ingrédients des sédiments, qui, au fil des temps géologiques, se transforment en roches sédimentaires.

Où vont les minéraux ?

Lorsque les montagnes s'effondrent dans la mer, toutes leurs roches, qu'elles soient ignées, sédimentaires ou métamorphiques, se décomposent. L'altération physique ou mécanique réduit les roches en petites particules. Celles-ci se désagrègent encore par altération chimique dans l'eau et l'oxygène. Seuls quelques minéraux peuvent résister indéfiniment aux intempéries : le zircon en est un et l'or natif en est un autre. Le quartz résiste très longtemps, c'est pourquoi le sable, qui est un quartz presque pur, est si persistant. Avec le temps, même le quartz se dissout en acide silicique, H4SiO4. Mais la plupart des minéraux silicatés qui composent les roches se transforment en résidus solides après l'altération chimique. Ce sont ces résidus de silicate qui constituent les minéraux de la surface terrestre.
 


 L'olivine, les pyroxènes et les amphiboles des roches ignées ou métamorphiques réagissent avec l'eau et laissent derrière eux des oxydes de fer rouillés, principalement les minérales goethites et hématite. Ce sont des ingrédients importants dans les sols, mais ils sont moins courants en tant que minéraux solides. Ils ajoutent également des couleurs brunes et rouges aux roches sédimentaires.

Le feldspath, le groupe minéral silicate le plus courant et le principal foyer de l'aluminium dans les minéraux, réagit également avec l'eau. L'eau arrache le silicium et les autres cations, ou ions de charge positive, à l'exception de l'aluminium. Les minéraux feldspathiques se transforment ainsi en aluminosilicates hydratés, c'est-à-dire en argiles.

Des argiles étonnantes

Les minéraux argileux ne sont pas très beaux à voir, mais la vie sur Terre en dépend. Au niveau microscopique, les argiles sont de minuscules paillettes, comme le mica mais infiniment plus petites. Au niveau moléculaire, l'argile est un sandwich composé de feuilles de tétraèdres de silice (SiO4) et de feuilles d'hydroxyde de magnésium ou d'aluminium (Mg(OH)2 et Al(OH)3). Certaines argiles sont un véritable sandwich à trois couches, une couche de Mg/Al entre deux couches de silice, tandis que d'autres sont des sandwichs ouverts à deux couches.

Ce qui rend les argiles si précieuses pour la vie, c'est qu'avec leur minuscule taille de particule et leur construction ouverte, elles ont de très grandes surfaces et peuvent facilement accepter de nombreux cations de substitution pour leurs atomes de Si, Al et Mg. L'oxygène et l'hydrogène sont disponibles en abondance. Du point de vue des cellules vivantes, les minéraux argileux sont comme des ateliers remplis d'outils et de raccordements électriques. En effet, même les éléments constitutifs de la vie - acides aminés et autres molécules organiques - sont animés par l'environnement énergétique et catalytique des argiles.

La fabrication des roches clastiques

Mais revenons aux sédiments. L'écrasante majorité des minéraux de surface étant constituée de quartz, d'oxydes de fer et de minéraux argileux, nous avons les ingrédients de la boue. La boue est le nom géologique d'un sédiment constitué d'un mélange de particules allant de la taille d'un sable (visible) à celle d'une argile (invisible). C'est là que naissent les roches sédimentaires clastiques, grès, mudstone et shale dans toute leur variété. (Voir Les roches sédimentaires en bref).

Les précipitations chimiques

Lorsque les montagnes s'effritent, une grande partie de leur contenu minéral se dissout. Cette matière réintègre le cycle de la roche autrement que par l'argile, en précipitant de la solution pour former d'autres minéraux de surface.

Le calcium est un cation important dans les minéraux des roches ignées, mais il joue peu de rôle dans le cycle de l'argile. Le calcium reste plutôt dans l'eau, où il s'affilie avec l'ion carbonate (CO3). Lorsqu'il est suffisamment concentré dans l'eau de mer, le carbonate de calcium sort de la solution sous forme de calcite. Les organismes vivants peuvent l'extraire pour construire leurs coquilles de calcite, qui deviennent également des sédiments.

Là où le soufre est abondant, le calcium se combine avec lui pour former le gypse. Dans d'autres endroits, le soufre capture le fer dissous et se précipite sous forme de pyrite.

Il reste également du sodium issu de la décomposition des minéraux silicatés. Il reste dans la mer jusqu'à ce que les circonstances assèchent la saumure jusqu'à une concentration élevée, lorsque le sodium se joint au chlorure pour donner du sel solide, ou halite.

Et qu'en est-il de l'acide silicique dissous ? Lui aussi est extrait par les organismes vivants pour former leurs squelettes microscopiques de silice. Ceux-ci tombent en pluie sur le plancher océanique et deviennent progressivement du chert. Ainsi, chaque partie des montagnes trouve une nouvelle place dans la Terre.