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Orgues volcaniques de Saint-Pierre-Eynac

A cache by BlackHoot Send Message to Owner Message this owner
Hidden : 10/03/2020
Difficulty:
2.5 out of 5
Terrain:
2 out of 5

Size: Size:   other (other)

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Geocache Description:


La formation des orgues volcaniques


Les orgues (ou prismes) volcaniques est un phénomène qui se manifeste aussi bien dans les basaltes que dans les phonolites, les trachytes, les andésites...

Les orgues volcaniques résultent d'une contraction thermique par refroidissement :

Les orgues se forment par rétraction de la lave en fin de refroidissement. Il y a alors diminution de volume liée à la solidification totale de la coulée. La prismation qui se forme s'effectue perpendiculairement aux surfaces de refroidissement. Il en résulte des orgues verticales pour une coulée horizontale.

Idéalement, on observe trois systèmes de prismation superposés :

  • au sommet de la coulée : la fausse colonnade ;
  • au cœur de la coulée : l'entablement ;
  • à la base de la coulée : la vraie colonnade

La présence et l'importance relative des divers systèmes varie considérablement d'une coulée à l'autre. Ainsi l'entablement peut manquer totalement ou se développer sur les deux tiers de l'épaisseur totale. En général, plus le refroidissement est lent et plus les prismes seront réguliers.

Pourquoi une géométrie naturelle hexagonale ?

L'hexagone correspond à l'expression géométrique traduisant au mieux la répartition des déformations et le relâchement des contraintes de retrait. C'est pourquoi les prismes volcaniques sont hexagonaux.

Pour comprendre ces phénomènes, les 2 mots clés sont homogénéité et hétérogénéité.

  • Hétérogénéité du refroidissement (effets sur les bords de la coulée) pour les laves et hétérogénéité de l'évaporation pour les argiles (existence de gradient d'humidité dans l'épaisseur de la couche d'argile).
  • Homogénéité du milieu (aussi bien pour les argiles que pour les laves).

L'hétérogénéité va entraîner la fissuration. Par exemple pour les argiles la teneur en eau dans la partie inférieure de la couche est supérieure à celle de la partie supérieure, ce qui va provoquer un effet de "tuilage" (concavité) par retrait différentiel. De plus, il faut noter que la partie supérieure en contact avec l'atmosphère présente un retrait libre alors qu'il y a accrochage de la partie inférieure à son support, d'où là encore retrait différentiel.

L'homogénéité du milieu va faire que les contraintes vont se répartir aussi d'une façon homogène dans le plan (pour les argiles) ou dans l'épaisseur (pour les laves). La forme "iso-contrainte" idéale dans le plan est un cercle avec un inconvénient toutefois qui réside dans le non remplissage intégral de la surface. Le meilleur compromis géométrique est l'hexagone qui résout à la fois l'isotropie et le problème d'empilement. Évidemment, dans la nature, cet "idéal hexagonal" n'est pas toujours vérifié et ce sont alors des motifs polyédriques qui se réalisent.

(D'après https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/orgues-volcaniques.xml)


Classification des roches volcaniques


Les magmas existent tous dans le manteau, sous l'écorce terrestre. Les roches magmatiques sont issues de la cristallisation de ces magmas.

Leur classification passe par la synthèses de 3 caractéristiques formant le diagramme de Streckeisen :
- La taille des cristaux
- La composition minérale
- La couleur de la roche


- Caractérisation par la taille des cristaux :


Il existe deux familles de roches magmatiques, qui vont dépendre de la façon et de l'endroit ou elles se sont cristallisées :

Les roches volcaniques, ou roches extrusives :

Elles sont issues d'un magma qui s'introduit dans la croûte terrestre puis se fraie un chemin jusqu'à la surface et donner lieu à des coulées de laves qui, en cristallisant, forment des corps extrusifs : volcans sous-marins ou volcans continentaux.
Du fait de cette remontée, la cristallisation est très rapide, ce qui produit de très petits cristaux; la roche résultante sera une roche à fins cristaux qu'on ne distingue généralement pas à l'oeil nu, même à l'aide d'une loupe.

- Les roches plutoniques, ou roches intrusives :

Elles sont issues d'un magma qui est resté coincé dans la croûte et y a cristallisé. Lorsque le magma cristallise à l'intérieur de la croûte terrestre, l'abaissement de sa température est lent et plus la cristallisation sera lente, plus les cristaux seront gros, généralement bien visibles.

Quand le refroidissement est suffisamment lent, les cristaux peuvent être de taille centimétrique, et sont alors appelés phénocristaux. La roche plutonique sera alors qualifiée de porphyroïde.

- Caractérisation par la composition minéralogique :


Les roches magmatiques sont majoritairement constituées de minéraux appartenant aux Silicates :
- Le quartz, minéral translucide et très dur, quasi-exclusivement constitué de silice (SiO2).
- Les feldspaths alcalins : minéraux opaques de couleur blanchâtre ou rose
- Les feldspaths plagioclases, souvent en association avec des minéraux ferromagnésiens de couleur sombre (pyroxène, amphibole et d'olivine).

Plus une roche est riche en silice, plus elle va se rapprocher du pôle Quartz et plus elle sera dite "acide" ; ainsi un granite est une roche magmatique acide alors que le gabbro ou le basalte sont des roches basiques (roches riches en plagioclases).

- Caractérisation par la coloration :


Il est possible de caractériser une roche magmatique par sa coloration, en lien directe avec la proportion en minéraux ferromagnésiens qu'elle contient :

- une roche hololeucocrate ne contient que des minéraux blancs.
- une roche leucocrate de couleur claire est riches en feldspaths et en quartz.
- une roche mésocrate de couleur grise a des proportions équivalentes en minéraux blans (ou felsiques) et en minéraux colorés (ou mafiques).
- une roche mélanocrate de couleur sombre est riche en ferromagnésiens (entre 62,5 et 87,5%).
- une roche holomélanocrate de couleur est ultramafique (plus de 87,5% de ferromagnésiens).


Carte géologique de Saint-Pierre-Eynac


Questions :

1. Au pied de quelle partie du système de prismation vous trouvez-vous (colonnade, entablement, fausse colonnade) ? En déduire la partie du système de prismation visible au-dessus.

2. Quelle est la forme des orgues ainsi que leur largeur moyenne ?

3. En fonction de la couleur interne des orgues ainsi que de leur composition minéralogique et de la taille des cristaux présents, déduisez la nature de la roche magmatique en utilisant le Diagramme de Streckeisen et en vous aidant de la carte géologique de Saint-Pierre-Eynac ?

4. Prenez une photo de vous ou de votre GPS sur le site sans montrer les orgues volcaniques.


Pour valider votre visite, envoyez-moi vos propositions de réponses soit via mon profil, soit via la messagerie geocaching.com (Message Center), et je vous contacterai en cas de problème.
Merci de ne pas publier les réponses dans vos logs.


The formation of volcanic organs


Volcanic organs (or prisms) are a phenomenon that manifests itself as well in basalts as in phonolites, trachytes, andesites ...

Volcanic organs result from thermal contraction by cooling :

The organs are formed by retraction of the lava at the end of cooling. There is then a reduction in volume linked to the total solidification of the casting. The prismation that forms occurs perpendicular to the cooling surfaces. This results in vertical organs for horizontal casting.

Ideally, we observe three superimposed prismation systems :

  • at the top of the flow: the false colonnade ;
  • at the heart of the casting: the entablature ;
  • at the base of the flow: the real colonnade

The presence and relative importance of the various systems varies considerably from one casting to another. Thus the entablature may be completely missing or develop over two thirds of the total thickness. In general, the slower the cooling, the smoother the prisms.

Why a hexagonal natural geometry ?

The hexagon corresponds to the geometric expression best translating the distribution of the strains and the relaxation of the shrinkage stresses. This is why the volcanic prisms are hexagonal.

To understand these phenomena, the 2 key words are homogeneity and heterogeneity.

  • Heterogeneity of cooling (effects on the edges of the flow) for lavas and heterogeneity of evaporation for clays (existence of humidity gradient in the thickness of the clay layer).
  • Homogeneity of the medium (both for clays and lavas).

The heterogeneity will lead to cracking. For example, for clays, the water content in the lower part of the layer is greater than that of the upper part, which will cause a "curling" (concavity) effect by differential shrinkage. In addition, it should be noted that the upper part in contact with the atmosphere has free shrinkage while the lower part is hooked to its support, hence again differential shrinkage.

The homogeneity of the medium will mean that the stresses will also be distributed in a homogeneous way in the plane (for the clays) or in the thickness (for the lavas). The ideal "iso-constrained" shape in the plane is a circle with one drawback, however, which resides in the non-complete filling of the surface. The best geometric compromise is the hexagon which solves both the isotropy and the stacking problem. Obviously, in nature, this "hexagonal ideal" is not always verified and it is then polyhedral patterns that are realized.

(From https://planet-terre.ens-lyon.fr/article/orgues-volcaniques.xml)


Classification of volcanic rocks


The magmas all exist in the mantle, under the earth's crust. Magmatic rocks come from the crystallization of these magmas.

Their classification involves the synthesis of 3 characteristics forming the Streckeisen diagram:
- Crystal size
- The mineral composition
- The color of the rock


- Characterization by crystal size :


There are two families of magmatic rocks, which will depend on the way and the place where they crystallized :

Volcanic rocks, or extrusive rocks :

They come from a magma that enters the earth's crust then makes its way to the surface and gives rise to lava flows which, by crystallizing, form extrusive bodies: submarine volcanoes or continental volcanoes .
Due to this rise, crystallization is very rapid, which produces very small crystals; the resulting rock will be a rock with fine crystals that cannot generally be seen with the naked eye, even with a magnifying glass.

- Plutonic rocks, or intrusive rocks:

They come from a magma that got stuck in the crust and crystallized there. When magma crystallizes inside the earth's crust, its temperature is slowly lowered and the slower the crystallization, the larger the crystals, which are usually clearly visible.

When the cooling is slow enough, the crystals can be centimeters in size, and are then called phenocrysts. The plutonic rock will then be qualified as a porphyroid.

- Characterization by mineralogical composition :


Magmatic rocks are mainly made up of minerals belonging to Silicates:
- Quartz, a translucent and very hard mineral, almost exclusively made of silica (SiO2).
- Alkaline feldspars: opaque minerals of a whitish or pink color
- Plagioclase feldspars, often in combination with dark colored ferromagnesian minerals (pyroxene, amphibole and olivine).

The richer a rock is in silica, the more it will approach the Quartz pole and the more it will be said to be "acid"; thus a granite is an acidic magmatic rock whereas the gabbro or the basalt are basic rocks (rocks rich in plagioclases).

- Characterization by staining :


It is possible to characterize a magmatic rock by its coloring, directly related to the proportion of ferromagnesian minerals it contains:

- a hololeucocratic rock contains only white minerals.
- a light colored leucocratic rock is rich in feldspars and quartz.
- a gray mesocratic rock has equivalent proportions of white (or felsic) minerals and colored (or mafic) minerals.
- a dark melanocratic rock is rich in ferromagnesium (between 62.5 and 87.5%).
- a colored holomelanocratic rock is ultramafic (more than 87.5% ferromagnesians).


Geological map of Saint-Pierre-Eynac


Questions :

1. At the foot of which part of the prismation system are you (colonnade, entablature, false colonnade) ? Deduce the part of the prismation system visible above.

2. What is the shape of the organs and their average width ?

3. Depending on the internal color of the organs as well as their mineralogical composition and the size of the crystals present, deduce the nature of the magmatic rock using the Streckeisen diagram and using the geological map of Saint-Pierre-Eynac ?

4. Take a picture of yourself or your GPS on the site without showing the volcanic organs.


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