Séquence 3 : Quelles sont les informations que nous apportent les roches volcaniques ?

 Le basalte à olivine, une roche formée en deux temps et quelques mouvements.

La Réunion est formée essentiellement de basalte contenant souvent des cristaux verts d'olivine.

Comment une roche liquide de profondeur peut-elle donner une roche grise avec des inclusions « verre bouteille » ?

 

Doc 1 : Le basalte à olivine, de l'affleurement à l'échantillon

doc 1a : Coulées de lave dans les Grandes Pentes

doc 1b : Coupe d'une coulée basaltique de 1961 (type pahoehoe)

doc 1c : Une cassure fraîche dans un basalte à olivine

 

Questions :

1) Repère le Grand Brûlé et les Grandes Pentes sur une carte en relief de La Réunion. La grande coulée, à droite de l'image 1a, a traversé la route nationale en août 2004.

2) La coulée présentée en 1b est de type « pahoehoe » parce qu'elle ne comporte pas de gratons, qu'elle est formée par des couches grises et que sa surface (on ne la voit pas ici) peut être cordée, boudinée, drapée …

La feuille de fougère encadrée sur la photo 1b mesure 12 cm de long ; quelle est l'épaisseur de la coulée à cet endroit ?

3) Sur un échantillon de basalte à olivine, repère la pâte grise, les cristaux d'olivine et les bulles. Retrouve ces éléments sur le document 1c.

 

Doc 2 : Coupe d'un basalte à olivine (décembre 2005) observée au microscope polarisant.

Ce microscope donne des « fausses couleurs » aux cristaux ; les parties non cristallisées et les bulles sont noires.

Ici, les cristaux d'olivine sont de couleurs variées.

Les petits cristaux blancs ou gris de la masse sombre (la
"pâte") sont des feldspaths (bien visibles dans les « roches pintades »).

Questions :

4) Le grand cristal coloré en rose mesure en réalité 4,5 mm. Calcule le grossissement de ce document

5) Repère les grands cristaux d'olivine (= phénocristaux »), les petits cristaux (les « microlites ») dans la pâte et les bulles. Identifie ces derniers ?

Représente le quart NE de la photo 2 par un dessin (la légende se fera plus tard).

 

Doc 3 : Modélisation de la cristallisation d'un liquide.

Pour comprendre le fait que deux familles de cristaux se développent dans un basalte, une modélisation s'impose. Elle peut se faire avec du soufre mais les vapeurs peuvent être nocives et il est donc déconseillé d'en faire fondre devant les collégiens.

Voir par exemple le Bordas 4 ème (géologie) 1998, p 107 ou le Nathan 4 ème (géologie) 1998, p 103.

Une autre approche, plus chère, se fait avec de la vanilline ( bulletin de l'APBG n°3 de 1998 )

 

Questions :

6) Découvre la relation entre taille des cristaux et temps de solidification.

 

Doc 4 : Les lieux de solidification du basalte à olivine.

doc 4a : Les chambres magmatiques supérieures du Piton de la Fournaise

Du magma jeune, très chaud, envahit parfois des chambres magmatiques (voir fiche « Eruption volcanique »). En ces lieux, il va séjourner longtemps, plusieurs dizaines d'années, et se refroidir très lentement.

Quand la température de solidification d'un minéral est atteinte, des cristaux de celui-ci naissent et se développent. Comme cela se fait dans le temps long, ils ont le temps de grandir ; leur taille les rendra observables à l'œil nu : ce sont les « phénocristaux » du basalte.

Remarque : Quand le cristal d'un minéral croît, des atomes et des molécules du magma se rangent régulièrement selon un « motif » géométrique particulier.

doc 4b : Coupe d'une éruption effusive.

Quand le magma arrive en surface (éruption), il perd ses gaz. Le liquide restant est projeté autour de la bouche éruptive ou bien coule sur les pentes du Volcan.

Au contact de l'air et du sol, il se refroidit très vite et se solidifie (quelques secondes pour les projections, quelques heures à quelques semaines pour les coulées). Beaucoup de cristaux apparaissent mais ils n'ont pas le temps de grandir : ce sont les « microlites ».

Le reste de la lave ne cristallise pas car la
solidification est trop brève ; les molécules ne sont pas rangées, cela donne un « verre ».

La pâte grise du basalte est un mélange de verre (noir sur le doc 2) et de microcristaux (clairs).

 

Doc 5 : Du verre volcanique

Lors de l'éruption d'août-septembre 2004 la lave, qui ne contenait pas de phénocristaux, arrivait directement en mer ; le refroidissement brutal de la surface par l'eau a provoqué sa solidification quasi-instantanée et les microlites n'ont pas eu le temps de naître ; la lave est vitrifiée sur quelques centimètres d'épaisseur.

La houle a ensuite cassé le verre pour en faire du sable présenté sur le document ci-contre.

  photo 5

 

Questions :

7) Retrouve, sur la carte en relief, la coupe du document 4a.

8) Observe quelques cristaux de la collection du collège ; que peux-tu dire de leur forme individuelle et de la forme générale de tous ?

9) Sur la photo 5, deux grains de sable ne sont pas vitrifiés, cherche-les.

Bilan

10) Le magma qui arrive en surface ne contient-il que du liquide ?

11) Reprends ton dessin de la question 5 et ajoute une légende présentant les éléments du basalte à olivine en précisant pour chacun où et quand ils se sont formés.

 

Activité proposée par Philippe Mairine
Crédits photo : Philippe mairine, Alain Barrére, LSTU

Matériel à prévoir : carte en relief de La Réunion, film montrant une éruption effusive, 12 échantillons de basaltes à olivine, cristaux divers (quartz, fluorine, pyrite …), une roche pintade, du sable noir et des loupes.

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