Certains matériaux internes de la Terre sont directement accessibles pour les géologues : roches peu profondes, matériaux remontés à la surface à la faveur d’événements géologiques. Pour étudier la composition des roches profondes, les géologues ont donc recours à des méthodes indirectes.
I. Composition des matériaux accessibles directement :
Les enveloppes de la Terre, accessibles par échantillonnage, ont des compositions chimiques différentes que l'on détermine à partir de l'étude de roches représentatives. Ces roches sont formées de minéraux et/ou de verre.
Quelques définitions pour commencer :
Texture : disposition et dimension relatives des éléments d’une roche.
Minéral : composé naturel non organique de composition chimique bien définie (compose les roches).
Cristal : minéral possédant une structure atomique parfaitement ordonnée (tous les minéraux sont des cristaux).
Verre : substance minérale naturelle non cristallisé.
Phénocristaux : cristaux de grande taille et géométriques.
Microlites : cristaux de très petite taille, souvent en aiguille.
Texture grenue : roche entièrement formée de cristaux issue d’un refroidissement lent.
Texture microlitique : cristaux inclus dans du verre, phénocristaux visibles à l’œil nu et microlites au microscope.
1. Les trois principaux types de roche de la surface terrestre :
- Les granites et granitoïdes :
Ils sont les principaux représentants de la croûte continentale.
Ces roches présentent une structure grenue, c’est-à-dire que tous les cristaux qui les constituent sont jointifs.
Les principaux minéraux constitutifs des granitoïdes sont :
- le quartz,
- les micas noirs et blancs,
- l’orthose (feldspaths potassiques),
- les plagioclases.
La structure grenue des granitoïdes témoigne d’une formation due à un refroidissement lent du magma d’origine.
- Les basaltes :
Les basaltes sont en général de teinte sombre et peuvent présenter des cristaux sombres.
Ils ont une structure microlitique, c’est-à-dire que des cristaux de différentes tailles sont « noyés » dans une pâte de verre amorphe.
Les plus gros cristaux sont des cristaux de pyroxène et d’olivine alors que les petits cristaux (microlites) sont des plagioclases.
Les Gabbros présentent la même composition chimique que les basaltes car ils proviennent d’un même magma injecté au niveau de l’axe de la dorsale. La structure des gabbros est grenue car leur mise en place et donc leur refroidissement ayant été plus lent. Le magma d’origine de ces roches est constitué à partir des matériaux du manteau supérieur.
- Les péridotites :
Leur structure est grenue, prouvant que leur cristallisation a été lente. Les cristaux constitutifs sont des cristaux de pyroxène et d’olivine.
2. La composition chimique de ces roches :
Les analyses chimiques ont montré que seuls quelques éléments constituent la majeure partie de ces roches.
Dans la croûte terrestre : Si, O, Al, K, Na, Ca, Mg et Fe.
Dans le manteau supérieur : Si, O, Mg et Fe.
Coupe de lithosphère océanique
II. Composition des matériaux inaccessibles
Les matériaux du manteau profond et du noyau sont inaccessibles. On peut néanmoins, par des modèles et des raisonnements qui tiennent compte de la formation de la Terre à partir des chondrites, préciser leurs compositions.
L’analyse des météorites donne des informations sur la composition de la Terre.
En effet, la Terre s’est formée par accrétion (croissance d’un objet géologique par apports successifs de matière) d’astéroïdes s’attirant par gravitation et formant des cailloux de plus en plus gros, puis des embryons de planètes.
En étudiant la composition des météorites, on peut donc avoir une idée de la composition des matériaux d’origine de la Terre et par extension se faire une idée de la composition interne actuelle de la Terre.
On étudie deux types de météorites :
- Les chondrites, météorites non différenciées, composées de chondres (sortes de gouttes de silicates (olivine, pyroxène,...) prises dans une matrice finement grenue de silicates et de fer-nickel. Les chondrites nous donnent des informations sur la composition globale de la Terre avant la différentiation des différentes couches (Terre dite primitive magmatique).
- Les achondrites, météorites pierreuses différenciées. Il en existe de nombreux types. Ils sont issus des couches externes des planétoïdes), et ils nous informent sur la composition des couches superficielles terrestres.
