Les minéraux qui vivent à la surface de la Terre

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 qu’elles sont victimes de l’altération, il n’en reste qu’une poignée. Ils sont les ingrédients des sédiments qui, au fil du temps géologique, retournent à la roche sédimentaire.

Lorsque les montagnes s’effondrent sur la mer, toutes leurs roches, qu’elles soient ignées, sédimentaires ou métamorphiques, se désagrègent. L’altération physique ou mécanique réduit les roches en petites particules. Celles-ci se décomposent davantage par l’altération chimique dans l’eau et l’oxygène. Seuls quelques minéraux peuvent résister indéfiniment à l’altération : le zircon en est un et l’or natif en est un autre. Le quartz résiste très longtemps, c’est pourquoi le sable, étant du quartz presque pur, est si persistant. Avec le temps, même le quartz se dissout dans l’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 minéraux goethite et hématite. Ce sont des ingrédients importants dans les sols, mais ils sont moins courants sous forme de minéraux solides. Ils ajoutent également des couleurs brunes et rouges aux roches sédimentaires.

Le feldspath, le groupe de minéraux silicatés le plus courant et le principal foyer de l’aluminium dans les minéraux, réagit également avec l’eau. L’eau extrait le silicium et d’autres cations (« CAT-eye-ons »), ou ions de charge positive, sauf pour l’aluminium. Les minéraux de feldspath se transforment ainsi en aluminosilicates hydratés qui sont des argiles.

Des argiles étonnantes

Les minéraux argileux ne sont pas très intéressants, mais la vie sur Terre en dépend. Au niveau microscopique, les argiles sont de minuscules flocons, comme le mica mais infiniment plus petits. 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 constituent un véritable sandwich à trois couches, une couche de Mg/Al entre deux couches de silice, tandis que d’autres sont des sandwichs à face ouverte de deux couches.

Ce qui rend les argiles si précieuses pour la vie, c’est qu’avec leur taille de particule minuscule et leur construction à face ouverte, elles ont une très grande surface 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 d’usinage remplis d’outils et de branchements électriques. En effet, même les éléments constitutifs de la vie sont animés par l’environnement énergétique et catalytique des argiles.

La fabrication des roches élastiques

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 qui est un mélange de particules dont la taille varie de celle du sable (visible) à celle de l’argile (invisible). Les rivières du monde entier apportent régulièrement de la boue à la mer, aux grands lacs et aux bassins intérieurs. C’est là que naissent les roches sédimentaires clastiques, grès et argiles et schistes argileux dans toute leur variété.

Les précipités chimiques

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

Le calcium est un cation important dans les minéraux des roches ignées, mais il ne joue qu’un rôle limité dans le cycle de l’argile. Au contraire, le calcium reste dans l’eau, où il s’associe à l’ion carbonate (CO3). Lorsqu’il se concentre suffisamment 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 comme le gypse minéral. Dans d’autres cas, le soufre capture le fer dissous et précipite sous forme de pyrite.

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

Et qu’en est-il de l’acide silicique dissous ? Celui-ci est également extrait par les organismes vivants pour former leurs squelettes de silice microscopiques. Ces squelettes tombent sur le fond marin et deviennent progressivement du chert. Ainsi, chaque partie des montagnes trouve une nouvelle place sur la Terre.