Solubilité des minéraux siliceux
La solubilité des minéraux siliceux dans les solutions naturelles et les gaz est d’une grande importance. La solubilité de tous les minéraux de silice augmente régulièrement avec l’augmentation de la température et de la pression, sauf dans la région de 340-550 °C et de 0-600 bars, où une solubilité rétrograde se produit en raison de changements dans l’état physique de l’eau. La solubilité de la silice augmente en présence d’anions tels que OH- et CO2-/3, qui forment avec elle des complexes chimiques.
Le quartz est la moins soluble des formes de silice à température ambiante. Dans l’eau pure, sa solubilité à 25 °C est d’environ 6 parties par million, celle de la silice vitreuse étant au moins 10 fois supérieure. L’eau d’une rivière typique d’un climat tempéré contient 14 parties par million de silice, et d’énormes tonnages de silice sont transportés en solution chaque année à partir des roches et des sols altérés. La quantité ainsi retirée peut être équivalente à celle transportée mécaniquement dans de nombreux climats. La silice dissoute dans les eaux souterraines en mouvement peut remplir partiellement des sphéroïdes creux et précipiter des cristaux pour former des géodes, ou elle peut cimenter des grains de sable lâches pour former des concrétions et des nodules, voire des lits sédimentaires entiers en grès, qui, lorsque tout l’espace poreux est éliminé par la solution sélective et le dépôt à proximité pendant le métamorphisme, forment du quartzite résistant et sans pores.
Les gaz ou les solutions s’échappant de roches ignées en cours de refroidissement ou de fractures profondes sont couramment saturés de silice et d’autres composés qui, en se refroidissant, précipitent le quartz le long de leurs chenaux pour former des veines. Il peut se présenter sous forme de grains fins (comme la calcédoine), de granulés massifs ou de cristaux grossiers pouvant atteindre des dizaines de tonnes. La plupart des cristaux de quartz incolores naturels, le « cristal de roche », se sont formés de cette manière.
L’émergence en surface de solutions siliceuses chauffées entraîne un refroidissement rapide et la perte des anions complexants. La précipitation rapide de la silice à grain fin entraîne la formation d’un frittage siliceux ou d’une geysérite, comme à Mammoth Hot Springs dans le parc national de Yellowstone, dans l’ouest des États-Unis.
Le quartz est mécaniquement résistant et relativement inerte chimiquement pendant l’altération des roches dans les climats tempérés et froids. Ainsi, il s’enrichit dans les sédiments des rivières, des lacs et des plages, qui contiennent généralement plus de la moitié de quartz en poids. Certaines strates sont presque entièrement constituées de quartz sur de grandes distances latérales et sur des dizaines ou des centaines de mètres d’épaisseur. Connues sous le nom de sables de verre, ces strates sont des sources économiques importantes de silice pour les industries du verre et de la chimie. Les strates quartzifères sont abondantes dans les terrains métamorphiques. La réincorporation de la silice libre en silicates complexes et la dissolution et redéposition de la silice en filons sont caractéristiques de ces terrains.