La croûte est la couche rocheuse la plus externe de la Terre dont la composition est distincte. De quoi est faite la croûte ? La réponse à cette question varie selon que l’on veut savoir de quels éléments chimiques, minéraux ou types de roches elle est constituée. Cela peut paraître surprenant, mais il suffit d’une douzaine d’éléments chimiques, de minéraux ou de types de roches pour décrire environ 99 % de la croûte. Cet article porte sur ces éléments constitutifs vraiment communs et peut-être certains un peu moins communs mais dignes d’intérêt du sol sous nos pieds.
Roches communes de la croûte. Les roches ignées dans la première rangée : granite, gabbro, basalte. Roches métamorphiques de la deuxième rangée : gneiss, schiste, amphibolite. Roches sédimentaires de la troisième rangée : grès, schiste, calcaire.
Ces chiffres varient selon les différentes études car nous n’avons vraiment aucun moyen de le savoir avec certitude.
C’est une estimation de la composition chimique de la croûte basée sur notre compréhension des proportions relatives des différents types de roches dans la croûte et leur composition moyenne.
Notre compréhension est limitée à coup sûr car la croûte continentale moyenne fait plus de 40 km d’épaisseur mais nous n’avons aucun moyen de l’échantillonner directement. Les mines les plus profondes n’atteignent que 4 kilomètres et le forage le plus profond est à 12 km de profondeur.
| Elément | Pourcentage de masse | Minéraux communs | Rochettes communes |
|---|---|---|---|
| Oxygène | 46,6 | Silicates, oxydes, etc. L’oxygène est extrêmement répandu dans la croûte et très réactif également. Une partie volumétriquement insignifiante de tous les minéraux ne contient pas d’oxygène. | Presque tous les types de roches communes contiennent de l’oxygène. Seuls les corps minéralisés sulfurés et les lits d’évaporites sont presque exempts d’oxygène, mais ils sont volumétriquement relativement insignifiants. |
| Silicium | 27,7 | Le silicium possède son propre grand groupe de minéraux appelés silicates. Plus de 90% de la croûte terrestre est composée de minéraux silicatés. Le silicium et l’oxygène sont les deux éléments chimiques les plus courants de la croûte terrestre, qui s’aiment aussi beaucoup l’un l’autre. L’oxyde de silicium pur est connu sous le nom de quartz minéral, qui représente 12 % de la croûte. Il n’existe pas un seul minéral commun non silicaté qui contienne du silicium – le silicium se combine toujours avec l’oxygène. | Les minéraux silicatés sont les éléments constitutifs des types de roches les plus courants (basalte, granit, schiste, gneiss, grès, etc.). Les roches carbonatées (calcaire, roche dolomitique) et les évaporites (roche gypseuse, sel gemme) sont des exceptions notables. Elles ne contiennent pas de silicium si elles sont pures. Les minerais opaques (oxydes et sulfures) sont des composants mineurs fréquents de la plupart des types de roches. Ils sont également exempts de silicium. |
| Aluminium | 8,1 | Très répandu dans les minéraux silicatés (feldspath, minéraux argileux, mica). Les hydroxydes d’aluminium (boehmite, diaspore, gibbsite) sont économiquement importants comme minéraux de minerai d’aluminium. | Les feldspaths sont des minéraux très communs dans la croûte, plus de la moitié (51%) de la croûte est constituée de ce groupe minéral. Le mica et les minéraux argileux sont également communs, tous deux représentent environ 5% de la croûte. L’aluminium est donc lui aussi extrêmement répandu. Cependant, il n’est généralement pas très concentré dans les minéraux silicatés. L’aluminium a très rarement été extrait de roches silicatées. La bauxite, une latérite riche en aluminium formée dans les régions chaudes et humides, contient des hydroxydes d’aluminium et est principalement exploitée pour l’aluminium. L’aluminium dans la bauxite est un résidu de l’altération chimique des roches silicatées. |
| Fer | 5,0 | Le fer est un élément répandu dans les minéraux. Les minéraux silicatés riches en fer notables sont les pyroxènes, les amphiboles, l’olivine, le mica noir biotite, le grenat, etc. Le fer est également un élément important dans les roches sédimentaires. Tout comme l’aluminium, il est difficile à dissoudre et à emporter avec l’eau. Le fer est commun dans les sols latéritiques et forme l’hématite, un minéral d’oxyde de fer de couleur rouille. L’hématite est responsable de la coloration rouge de nombreux minéraux et types de roches. La magnétite, oxyde de fer, est un minéral accessoire courant dans les roches métamorphiques et ignées. Le sulfure de fer pyrite est le minéral sulfuré le plus courant. Le fer est également présent dans les carbonates (sidérite, ankérite), les minéraux argileux (glauconite, chlorite). Le fer est un élément chromophore puissant, il donne une coloration sombre à ses minéraux hôtes. C’est pourquoi la plupart des pyroxènes et des amphiboles sont noirs. | Le fer est en fait l’élément chimique le plus abondant de toute la Terre, mais la plupart se trouve dans le noyau. Le basalte, le gabbro, l’amphibolite, le greenschiste, etc. sont les roches crustales les plus notables qui contiennent beaucoup de fer. Il existe un grand nombre de types de roches qui contiennent une quantité importante de fer, mais la plupart du fer extrait provient de roches sédimentaires métamorphisées connues sous le nom de BIF (banded iron formation). |
| Calcium | 3,6 | Le calcium est également très répandu. Il est toujours présent dans les feldspaths plagioclases (39% de la croûte), mais la quantité de calcium y varie. Les pyroxènes et les amphiboles les plus importants (augite et hornblende) contiennent du calcium. Le calcium est présent dans de nombreux autres minéraux silicatés comme le grenat, l’épidote, la wollastonite, la titanite, etc. Le calcium est un constituant de la calcite qui est un minéral très important, principalement dans les environnements sédimentaires. L’apatite, un phosphate de calcium, est également un minéral commun. Le gypse est un minéral évaporitique majeur qui est un sulfate de calcium chimiquement hydraté. Le fluorure de calcium est connu sous le nom de fluorine minérale. | Est présent avec autant de succès dans les roches ignées, sédimentaires et métamorphiques. Le type de roche calcique particulièrement connu est le calcaire. Son équivalent métamorphosé est le marbre. Le marbre est composé de calcite tout comme le calcaire. La calcite est un minéral remarquable. Il existe même une roche ignée composée de calcite pure. Elle est connue sous le nom de carbonatite, mais elle est très rare par rapport au calcaire et au marbre. Dans les roches ignées, le calcium tend à faire partie de minéraux comme le plagioclase, les pyroxènes et les amphiboles. La principale roche métamorphique contenant du calcium est l’amphibolite (basalte métamorphisé, le calcium est contenu dans la hornblende et le plagioclase). La phosphorite est une autre roche sédimentaire importante contenant du calcium (le calcium est hébergé par le minéral phosphate apatite). Le calcium est également présent dans les évaporites sous forme de gypse minéral. |
| Sodium | 2,8 | Le sodium est répandu dans les minéraux silicatés. Il est un constituant important des feldspaths alcalins et des plagioclases. Les pyroxènes contenant du sodium sont relativement rares. Le sodium est un peu plus répandu dans les amphiboles, mais pas autant que le calcium. La tourmaline est un minéral silicaté sodique bien connu. Le sodium est un composant important des feldspathoïdes, mais tant les feldspathoïdes que les minéraux du groupe de la tourmaline sont relativement rares. Le principal minéral contenant du sodium dans les environnements sédimentaires est l’halite (NaCl). | Riches ignées et métamorphiques qui contiennent du feldspath. Une grande partie du sodium provenant des roches ignées et métamorphiques altérées est dissoute dans l’eau de mer. Le sel gemme est la roche sédimentaire contenant du sodium la plus importante. |
| Potassium | 2,6 | Le potassium et le sodium sont des éléments chimiques similaires tant sur le plan chimique que géologique. Le potassium est un constituant important des feldspaths alcalins. La plupart des feldspaths alcalins contiennent beaucoup plus de potassium que de sodium et sont donc fréquemment appelés feldspaths K. Les minéraux silicatés importants contenant du potassium sont les micas (5 % de la croûte). La biotite et la muscovite sont les micas les plus importants et ils contiennent tous deux du potassium. Le plus important minéral sédimentaire contenant du potassium est la sylvite (KCl). | Les feldspaths alcalins et les micas sont des roches communes dans les roches ignées et métamorphiques silicatées (granite, gneiss, schiste, etc.). Une grande partie du potassium des roches ignées et métamorphiques altérées est dissoute dans l’eau de mer. La sylvite n’est pas une évaporite aussi courante que l’halite (sel gemme) car il faut un taux d’évaporation beaucoup plus élevé pour précipiter la sylvite. |
| Magnésium | 2.1 | Le magnésium est très répandu dans le manteau sous la croûte. L’olivine et le pyroxène y sont les plus importants minéraux porteurs de Mg et ces minéraux sont également constitutifs de certaines roches de la croûte, notamment les roches ignées de couleur sombre. Les amphiboles contiennent également du magnésium mais moins que les pyroxènes. L’ion magnésium a une taille similaire à celle du fer et peut donc facilement remplacer le fer dans le réseau des minéraux. C’est le cas dans l’olivine, les pyroxènes, les amphiboles et même les micas (la phlogopite est une variété de biotite riche en Mg). Les minéraux importants riches en Mg dans les roches métamorphiques sont le talc et la serpentine. Dans l’environnement sédimentaire, le magnésium se trouve principalement dans les carbonates, la dolomite et la magnésite. Une grande quantité de magnésium est dissoute dans l’eau de mer. Le magnésium est extrait de l’eau de mer. | Les roches ignées importantes contenant du magnésium sont des roches ultramafiques (péridotite, pyroxénite). Les roches qui contiennent beaucoup de pyroxènes comme le basalte et le gabbro contiennent aussi du Mg mais dans une moindre mesure. Les roches métamorphiques riches en Mg sont la serpentinite et le schiste talqueux. La roche sédimentaire la plus importante contenant du Mg est la roche dolomitique qui est un ancien calcaire converti en dolomite par l’eau météorique riche en Mg qui percole le calcaire. |
| Autres | 1,5 | Les autres éléments communs dans la croûte sont le titane, l’hydrogène, le phosphore, le manganèse, le fluor, etc. Leur occurrence est un peu plus restreinte, mais ce sont tous des éléments importants dans les minéraux et les roches. L’hydrogène est en fait un constituant extrêmement répandu d’un large éventail de minéraux, mais c’est l’élément chimique le plus léger et il ne forme donc pas une partie significative de la croûte en masse. | |
Les minéraux les plus abondants de la croûte
Si ces minéraux sont vraiment si communs, nous devrions tous être plus que familiers avec eux. Oui, je crois que nous le sommes. Même si nous ne savons pas comment les nommer, nous les avons sûrement vus. Pour la plupart des gens, les silicates mentionnés ci-dessus sont tellement ternes et banals que nous ne les remarquons probablement pas et n’y prêtons pas attention. Vous trouverez ci-dessous une sélection de photos montrant ces minéraux dans leur environnement naturel (affleurements et échantillons manuels). Je montre intentionnellement des minéraux à l’intérieur de roches, car c’est ainsi qu’ils se produisent dans la croûte terrestre. De beaux échantillons avec des faces cristallines parfaites peuvent être agréables à regarder, mais ils sont rares dans la croûte. Je n’accorde pas de valeur à de tels cristaux en tant que matériel d’enseignement. Il est extrêmement improbable de les trouver par soi-même et ils ne nous apprennent donc pas grand-chose.
Le plagioclase est le minéral le plus important de la croûte. Il est commun dans les roches ignées mafiques comme l’échantillon de diabase ci-dessus. Les phénocristaux blancs allongés dans la masse basaltique plus fine sont des cristaux de plagioclase. Les cristaux noirs appartiennent au pyroxène (minéral augite). L’augite et le plagioclase sont également présents dans la masse souterraine à grain fin. Les grands cristaux se sont formés lentement avant l’éruption du magma et le reste s’est solidifié rapidement. Si le plagioclase est si commun, c’est parce que les roches basaltiques et leurs équivalents métamorphiques sont très répandus. La plupart de la croûte océanique est composée de roches basaltiques. L’échantillon provient de Ténériffe, dans les îles Canaries. Largeur de l’échantillon 14 cm.
Un autre échantillon de roche basaltique mais cette fois avec beaucoup d’olivine. L’olivine (en vert) est plus dense que le plagioclase et le pyroxène (tous deux présents dans la masse de fond) et descend donc au fond des coulées de lave où se forment des roches cumulées d’olivine. Cet échantillon de basalte à olivine provient d’Oahu, Hawaii. La largeur de l’échantillon est de 6 cm. 
Les minéraux argileux sont trop petits pour être montrés individuellement. Même avec un microscope optique, vous ne verrez que de la boue ou de la poussière selon que ces minéraux sont humides ou secs. Les minéraux argileux sont des silicates qui sont les produits de l’altération d’autres minéraux silicatés, principalement des feldspaths. La photo a été prise dans une carrière d’argile en Estonie.
La biotite est l’un des deux principaux minéraux de mica. L’autre est la muscovite de couleur claire. L’échantillon provient d’Evje, en Norvège. Largeur de l’échantillon 11 cm.
Les types de roches les plus abondants dans la croûte
Les roches sont divisées en trois grands groupes : les roches ignées, métamorphiques et sédimentaires. La croûte océanique est largement composée de roches ignées basaltiques qui sont recouvertes d’un mince placage de sédiments dont l’épaisseur est maximale près des marges des masses continentales. La croûte continentale est beaucoup plus épaisse et plus ancienne. La croûte continentale est également beaucoup plus variable et structurellement très complexe. Pratiquement tous les types de roches connus de l’homme sont présents dans la croûte continentale. Même les météorites, les xénolites du manteau et les ophiolites (fragment d’ancienne croûte océanique) sont des constituants de la croûte continentale car c’est là qu’on les a trouvés.
En gros, les trois quarts de la croûte continentale sont recouverts de roches sédimentaires et la quasi-totalité est recouverte de sédiments meubles (sol, sable, terre, etc.). Nous sommes les plus susceptibles de rencontrer ces matériaux, mais il est important de comprendre que malgré leur omniprésence à la surface, ils ne représentent qu’environ 8 % de la masse totale de la croûte. Les sédiments se consolident en roches sédimentaires après leur enfouissement. Le sable se transforme en grès, la boue calcaire en calcaire, l’argile en argilite. Les roches sédimentaires ne sont stables que dans les parties supérieures de la croûte. Une pression et une température élevées dans les parties plus profondes les métamorphosent (les minéraux recristallisent) en diverses roches métamorphiques. La majeure partie de la croûte continentale est constituée de roches métamorphiques. Les roches ignées sont également fréquentes en surface dans les régions volcaniques actives, mais on les trouve aussi plus profondément dans la croûte sous forme d’intrusions granitiques (le plus souvent).
Les sédiments importants sont le sable, l’argile, la boue (mélange humide d’argile et de sable fin) et la boue calcaire. Les roches sédimentaires les plus répandues sont le calcaire (2% de la croûte en volume), le grès (1,7%), l’argile (4,2%) qui sont des versions lithifiées des sédiments meubles mentionnés précédemment. Les sédiments chimiques comme l’halite et le gypse sont également importants, mais leur volume global est nettement inférieur à 1 % de la croûte. Les principales roches ignées sont le granite, la granodiorite, le gabbro, le basalte, la diorite, l’andésite, etc. Il est très difficile de dire quel est le pourcentage de ces roches. Les roches métamorphiques importantes sont des équivalents métamorphisés de roches sédimentaires et ignées répandues. Les roches métamorphiques courantes sont l’ardoise (argile métamorphisée), le schiste (argile métamorphisée, de qualité supérieure à l’ardoise), le quartzite (grès métamorphisé), le marbre (calcaire métamorphisé), le gneiss (roche ignée métamorphisée ou roches sédimentaires), l’amphibolite (roches basaltiques métamorphisées).
Sédiments et roches sédimentaires
La majorité des roches carbonatées étaient autrefois de la boue carbonatée au fond de la mer. Cette boue est constituée de minuscules coquilles carbonatées de foraminifères, de coccolithophores, de gastéropodes, etc. Cet échantillon est un sable corallien des Bermudes qui est composé de morceaux de récifs coralliens et de tests de foram. Largeur de vue 32 mm.
Le grès est un sable lithifié. Cet échantillon de sable est un sable de dune provenant du désert de Gobi, en Mongolie. Largeur de vue 10 mm.
Le calcaire est généralement composé de restes calcaires de formes vivantes marines. Parfois, ils sont suffisamment grands pour être vus à l’œil nu. Voici un calcaire fossilifère d’Estonie (Ordovicien) avec des fossiles de trilobites, brachiopodes, bryozoaires, etc. Largeur de l’échantillon 16 cm.
Le gypse est un minéral évaporite. Les évaporites sont des sédiments chimiques solubles dans l’eau qui cristallisent à partir de l’eau de mer concentrée (haute salinité) dans les lagons. Photo prise à Chypre.
Le grès est un sable lithifié. La couleur rougeâtre est due à une fine poudre d’hématite (oxyde de fer) qui recouvre les grains de quartz formant la majorité du sédiment. Un affleurement de grès dévonien en Estonie.
Le calcaire est une boue calcaire lithifiée dans la plupart des cas. Un affleurement de calcaire silurien à Saaremaa, en Estonie.
La mudstone (les noms alternatifs sont shale, claystone et argillite) est une boue lithifiée. Un affleurement en Ecosse. Marteau pour l’échelle. Les mudstones sont les roches sédimentaires les plus courantes.
Les mudstones se forment dans la plupart des cas lors d’une avalanche subaquatique d’eau boueuse se déplaçant rapidement le long de la pente continentale. Un tel flux de sédiments est connu sous le nom de courant de turbidité. La séquence de turbidité est généralement composée de nombreuses couches alternées de siltstone (grès très fin) et de boue. Le limon se dépose plus rapidement que les minéraux argileux et, par conséquent, chaque courant est composé de deux couches distinctes (il peut y en avoir encore plus). Voici une image de mudstone de couleur sombre et de siltstone de couleur claire en dessous. Ces échantillons proviennent d’un courant de turbidité d’Espagne. Les échantillons proviennent d’un seul affleurement, mais ils n’y étaient pas côte à côte. La largeur des échantillons est d’environ 20 cm.
Un affleurement de turbidite au Maroc. Les séquences sédimentaires de ce type étaient auparavant connues sous le nom de flysch. Ce terme est aujourd’hui rarement utilisé car l’explication de la formation du flysch est clairement dépassée maintenant. Il faisait autrefois partie intégrante de la théorie géosynclinale qui tentait d’expliquer le processus de construction des montagnes avant que l’on comprenne qu’il existe une bien meilleure explication connue sous le nom de tectonique des plaques.
Les roches ignées
Les roches ignées sont classées en fonction de leur teneur en silice. Les roches qui contiennent beaucoup de silice sont généralement de couleur claire. Les minéraux les plus importants sont les feldspaths et le quartz. Ces roches sont appelées roches felsiques (feldspath + silice). Les roches felsiques les plus courantes sont le granite et la rhyolite. Les roches mafiques sont pauvres en silice mais relativement riches en magnésium et en fer. Elles sont de couleur sombre et sont appelées roches mafiques (magnésium + fer). Cependant, qu’elles soient felsiques ou mafiques, ces roches contiennent toujours beaucoup plus de silicium que de magnésium ou de fer. Les minéraux importants des roches mafiques sont le pyroxène, le plagioclase et parfois aussi l’olivine ou l’amphibole. Il existe aussi des roches de composition intermédiaire (diorite et andésite).
Les roches ignées sont encore classées en roches intrusives (plutoniques) et extrusives (volcaniques). Les roches intrusives sont à gros grains et les roches extrusives à grains fins. Le granite, la diorite et le gabbro sont des roches intrusives. La rhyolite, l’andésite et le basalte sont des roches volcaniques. Les roches felsiques sont beaucoup plus visqueuses et font donc relativement rarement irruption à la surface. Elles se solidifient généralement sous forme de roches intrusives. Ainsi, le granite est un type de roche très commun, tandis que la rhyolite n’est pas rare mais pas aussi répandue que le granite. Il en va autrement pour les roches mafiques. Le magma basaltique est moins visqueux et s’écoule relativement facilement vers la surface. Le basalte est un type de roche très courant, surtout dans la partie supérieure de la croûte océanique. L’andésite se situe quelque part au milieu. C’est un type de roche assez commun associé au volcanisme de la zone de subduction, mais pas aussi répandu que le basalte.
A propos, la composition moyenne de la croûte continentale est celle de l’andésite. Par conséquent, nous pensons que cela nous donne un indice sur la façon dont la croûte continentale s’est formée. C’est le volcanisme de zone de subduction qui crée des laves de composition intermédiaire, moins denses que les roches basaltiques de la croûte océanique et qui ne peuvent donc pas replonger dans le manteau. Ainsi, la croûte continentale n’est pas recyclée par le tapis roulant de la croûte océanique et ne peut que grossir au fil du temps.
La rhyolite est un équivalent volcanique du granite. L’échantillon provenant d’Écosse mesure 8 cm de large.
Le gabbro est une roche intrusive mafique. L’échantillon provenant de Chypre (de l’ophiolite de Troodos qui représente l’ancienne croûte océanique) a une largeur de 7 cm.
Le basalte est un équivalent volcanique du gabbro. L’échantillon d’Irlande du Nord mesure 8 cm de largeur.
L’andésite est une roche volcanique commune dont la composition est intermédiaire entre les roches mafiques et felsiques. Le minéral blanc est le plagioclase. La largeur de l’échantillon provenant de Santorin est de 7 cm.
Riches métamorphiques
Ce type de roche était autrefois du grès, mais il a été enterré si profondément que les grains de quartz ont fusionné pour former une roche métamorphique résistante appelée quartzite. L’échantillon provient d’Irlande.
Le marbre est un calcaire métamorphosé. Il est composé de calcite. L’affleurement est situé en Carélie, en Russie.
Le schiste est une roche métamorphique fortement foliacée, très probablement du mudstone métamorphisé. Photo prise en Ecosse.
Un échantillon manuel de schiste d’Espagne. Largeur de l’échantillon 9 cm.
Le schiste à chlorite est une roche ignée mafique métamorphosée riche en chlorite, un minéral silicate en feuille verte contenant du fer, qui donne un clivage en lamelles à la roche. Largeur de l’échantillon 13 cm.
Le gneiss est une roche métamorphique très commune. Peut-être jusqu’à un cinquième de la croûte terrestre est composé de roches gneissiques. Carélie, Russie. Ce spécimen a la composition d’un granite ordinaire : feldspath K rose, quartz gris et biotite noire. Largeur de l’échantillon 11 cm.
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