Altération et Érosion Interface entre climat et tectonique Par Lorraine Ruzié Introduction Définition de l’altération: Ensemble des modifications chimiques et physiques qui affectent les sédiments et les roches exposés à l’atmosphère, à l’hydrosphère et à la biosphère Elle est contrôlée par: la solubilité des minéraux la structure de la roche le climat (température et précipitations) la présence de sol et de végétation la durée d’exposition Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 1. Introduction Introduction L’altération produit toutes les argiles du monde, tous les sols et les substances dissoutes que les rivières amènent aux océans. L’altération physique et l’altération chimique. Ne change pas la composition chimique Modifie la composition chimique Une fois les roches réduites en particules elles sont déplacées par l’érosion. Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 1. Introduction Cycle des roches L’altération et l’érosion sont des phénomènes clés dans le cycle des roches Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 1. Introduction Altération Physique L’altération mécanique modifie les rapports surface/volume La fragmentation facilite l’altération. L’altération augmente la surface. Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 2. Altération Physique Altération Physique 1. Gel 2. Végétaux Les alternances de gel-dégel, en climat suffisamment humide, fragmentent les roches (cryoclastie). L'eau en gelant augmente son volume de 9-10% et élargit progressivement les fractures. Éclatement de la roche par les racines Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 2. Altération Physique Altération Physique 3. Tectonique Æ microfractures L’altération dans ce cas progresse le long de plans de fracture (diaclases) d’origine vraisemblablement tectonique, géométriquement ordonnés, plus ou moins horizontaux et verticaux. Cela donne un débit en boules avec une disposition plus "géométrique" Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 2. Altération Physique Altération Physique 4. Dilatation thermique dans les régions désertiques 5. Abrasion (vent, sable, rivière turbulente…) Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 2. Altération Physique Altération chimique L’eau = agent majeur de l’altération - + L’eau est une molécule singulière La liaison O-H est polarisée La molécule d’eau se comporte comme un dipôle dont la force d’attraction vis-à-vis d’un ion détermine sa solubilité. Charge e La force d’attraction dépend PI= du potentiel ionique (PI). r Rayon ionique Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération chimique PI=3 PI=1 PI=10 Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération chimique PI=1 Le domaine des cations solubles Faible charge attire les dipôles d’eau • Na (principal constituant de l’eau de mer) • Ca, Mg (calcaire) Rem: PI<1 Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération chimique 3<PI<10 Le domaine des précipitations d’hydroxydes (hydrolysats) Xn+ +H2O XOH + H+ Hydroxydes sont insolubles Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération chimique PI<10 Le domaine des oxyanions solubles Xn+ +H2O XO- + 2H+ Exemples: carbonates, sulfates, phospates. Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération chimique Deux types d’altération: • phénomène de dissolution = décomposition totale du minéral • phénomène d’hydrolyse = formation d’une phase insoluble Mx primaires + Eaux d’infiltration Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié Mx résiduels + Eaux secondaires d’altération 3. Altération Chimique Températures et précipitations Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Minéraux primaires Mx primaires + Eaux d’infiltration Mx résiduels + Eaux secondaires d’altération Olivine Pyroxène Amphibole Biotite Albite Orthose Muscovite Quartz Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié Résistance à l’altération Anorthite 3. Altération Chimique Minéraux primaires Mx primaires + Minéral Eaux d’infiltration Durée de vie (ans) Anorthite 112 Diopside 6 800 Enstatite 8 800 Albite 80 000 Feldspath K 520 000 Forstérite 600 000 Muscovite 2 700 000 Quartz Mx résiduels + Eaux secondaires d’altération 34 000 000 Durée de vie d’un minéral de 1mm3 (pH 5 et 25°C) Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Minéraux secondaires et résiduels Mx primaires + Eaux d’infiltration En minéraux résiduels: Quartz Feldspath K Micas Mx résiduels + Eaux secondaires d’altération En minéraux secondaires: Phyllosilicates Oxydes et Hydroxydes (Fe, Al, Mn) Carbonates Sulfates Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Les trois degrés d’altération chimique .. NaAlSi3O8 + .. H2O +.. H+ albite 0,3 + .. H4SiO4 +.. Na+ A smectite .. NaAlSi3O8 + .. H2O +.. H+ albite .. Si2Al2O5(OH)4+ .. H4SiO4 + .. Na+ B kaolinite .. NaAlSi3O8 + .. H2O +.. H+ albite .. (Si3,7Al0,3)Al2O10(OH)2Na .. Al(OH)3+ .. H4SiO4 + .. Na+ C gibbsite Taux de lessivage d’un élément: (ni solution/ni albite) x 100 Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Les trois degrés d’altération chimique Départs en solutions A B C % bases (Na) % Si % Al Pourquoi Na est-il plus lessivé que Si, qui est lui même plus lessivé que l’Al ? Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération chimique Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Les trois degrés d’altération chimique Départs en solutions A B C % bases 87 100 100 % Si 46 66 100 % Al 0 0 0 Processus d’altération Bi Mono siallitisation allitisation Bisiallitisation Monosiallisation Allitisation Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 3. Altération Chimique Altération et climats Latérite En fonction de la pluviométrie on retrouve les 3 degrés d’altération Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Altération et climats Précipitations (runoff) Températures (augmentent les taux d’altérations) Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Himalaya: pompe à CO2? l'Himalaya est le résultat de la collision de la plaque indienne et de la plaque eurasienne. Cette collision a commencé au crétacé supérieur (il y a environ 70 millions d'années) Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Himalaya: pompe à CO2? CaAl2Si2O8 + 3H2O + 2 CO2 Æ Al2Si2O5(OH)4 +Ca2+ + 2 HCO3 Ca2+ +2 HCO3 - Æ CO2 + H2O + CaCO3 L’altération d’une mole d’anorthite a pompé une mole de CO2 Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Himalaya: pompe à CO2? 1 mole de CaO = 56g 1 mole de CO2 = 44g 1 mole de CaCO3= 100g On considère que l’Himalaya a été érodé sur 10 km d’épaisseur depuis sa formation et ce sur ces 2000 km de long et ces 100 km de large La masse de CO2 consommé correspond donc à ………% de la masse de CaO altéré. Quelle quantité de masse at-on altéré? ……………………………………… ……………………………………… ……………………………………… Densité=……………………………………… 3000 kg/m ……………………………………… 3 Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Himalaya: pompe à CO2? La croûte continentale normale contient 5,5% de CaO, dont 2% dans les silicates et le reste dans les calcaires. Combien de kg de CO2 l’altération a-t-elle consommée? …………………………………………… …………………………………………… L’atmosphère actuelle contient 2 750 Gt de CO2… Calculer le rapport entre le CO2 consommé et le CO2 atmosphérique?……………………… …………………………………………… …………………………………………….. Rem: Correction détaillée sur le polycopié distribué. Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Altération et climat Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 4. Altération et climats Conclusion L’altération des roches est un processus géologique majeur. L’altération forme les sols. L’altération est un mécanisme de tri géochimique. L’altération est un des mécanismes régulateurs de la composition de l’atmosphère et de la terre. Altération et érosion: interface climat/tectonique par Lorraine Ruzié 5. Conclusion