#2 Parc géologique : mais d’où provient l’or ? EarthCache

Le parc géologique de l’école des Semailles de Blainville a été créé en 2006 pour sensibiliser les jeunes aux ressources naturelles, à la géologie et aux emplois qu’offre ce domaine.

Un ensemble de bloc rocheux est exposé sur une distance d’une vingtaine de mètres. Ces blocs rocheux proviennent d’exploitations minières du Québec et ont été offerts par diverses compagnie. On y trouve de l’or, de l’argent, du cuivre, du zinc, du fer et divers minéraux. Voilà de quoi attiser votre curiosité.

Au travers de cette cache, nous vous proposons d’observer un bloc rocheux d’assez près pour, éventuellement, y déceler des traces d’or.

The geological park at the École des Semailles in Blainville was created in 2006 to raise young people's awareness of natural resources, geology and the jobs available in this field.

A set of boulders are displayed over a distance of some twenty meters. The boulders come from Quebec mining operations and have been donated by various companies. You'll find gold, silver, copper, zinc, iron and other minerals. Here's something to pique your curiosity.

With this cache, we invite you to take a closer look at a boulder to see if you can find any traces of gold.

Repérez le bloc de roche comme sur la photo ci-dessous, un panneau indique qu’il contient du cuivre, du zinc, de l’argent et de l’or.

Find the rock boulder shown in the picture below, a sign indicates that it contains copper, zinc, silver and gold.

 Travail à effectuer

1. Hormis le panneau d’information qui indique que la roche contient de l’or, qu’est-ce qui vous fait penser qu’il pourrait en contenir ?
2. Une photo de vous, ou d’un objet caractéristique vous appartenant, prise dans les environs immédiats (pas de photo « d’archive » svp) est à joindre soit en commentaire, soit avec vos réponses. Conformément aux directives mises à jour par GC HQ et publiées en juin 2019, des photos peuvent être exigées pour la validation d'une earthcache.

Marquez cette cache « Trouvée » et envoyez-nous vos propositions de réponse. Nous vous répondrons.

 Homework

1. Apart from the information panel indicating that the rock contains gold, what makes you think it could?
2. A picture of you or something else personnal taken in the immediate aera (no "stock" photos please) is to be attached either as a comment or with your answers. In accordance with updated GC HQ guidelines published in June 2019, photos may be required for validation of an earthcache.

Log this cache "Found it", and send us your answers. We will answer you.

Les éléments chimiques et la Terre
L'or, tout comme l'argent, le cuivre, le fer, le carbone, l'oxygène ainsi que tous les éléments chimiques sont produits par les étoiles ou lors de la collision d'anciennes étoiles très massives (l'or en est un exemple). Ce processus s'appelle la nucléosynthèse.

Le Soleil, la Terre ainsi que toutes les planètes et objets de notre système solaire ont été formés par accrétion (rassemblement) de matériaux stellaires résultants de processus de nucléosynthèses passées. Un nuage de gaz et de poussières appelé « nébuleuse solaire » et animé d’une faible vitesse de rotation s’est contracté sous l’effet de sa propre gravité. À un certain stade de la contraction, la nébuleuse prend la forme d’un disque aplati. Dans la zone centrale se forme un noyau qui concentre l’essentiel de la masse du système. Une augmentation de la pression et de la température dans cette région permet aux réactions de fusion nucléaire de démarrer marquant ainsi la naissance du Soleil.

Les planètes se sont formées à partir du disque protoplanétaire de gaz et de poussières en rotation autour du jeune soleil : 98 % d’hydrogène et d’hélium et 2 % d’éléments lourds (carbone, oxygène, silicium, fer, … cuivre, … or, … et uranium).

The Earth
Gold, like silver, copper, iron, carbon, oxygen and all chemical elements, are produced by stars or by the collision of very massive former stars (gold is one example). This process is called nucleosynthesis.

The Sun, the Earth and all the planets and objects in our solar system were formed by the accretion (gathering) of stellar material resulting from past nucleosynthesis processes. A cloud of gas and dust called "solar nebula" and animated by a low speed of rotation contracted under the effect of its own gravity. At a specific stage of the contraction, the nebula takes the shape of a flattened disk. In the central zone a core is formed which concentrates most of the mass of the system. An increase in pressure and temperature in this region allows nuclear fusion reactions to start, marking the birth of the Sun.

The planets were formed from the protoplanetary disk of gas and dust rotating around the young sun: 98% hydrogen and helium and 2% heavy elements (carbon, oxygen, silicon, iron, ... copper, ... gold, ... and uranium).

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La Terre et l’or
Le phénomène d’accrétion de la Terre dégage une grande quantité de chaleur qui fait fondre la roche. À cela, s’ajoute la chaleur dégagée par la désintégration des éléments radioactifs. Lors de la fusion, les matériaux les plus lourds dominés par le fer vont se concentrer vers le centre de l’objet pour former un noyau métallique, tandis que les plus légers vont rester en surface formant une croûte. Entre les deux couches demeurent les éléments intermédiaires qui forment le manteau silicaté (c.-à.-d. de la silice et de l’oxygène alliés à d’autres éléments) riche en fer. Ce phénomène de séparation des éléments est appelée différenciation.

L’or n’a pas échappé à ce processus, mais d’après de savants calculs en géochimie, les quantités présentes dans la croûte terrestre ne cadrent pas avec les résultats de ces calculs, car il devrait y en avoir bien moins. D’où provient donc tout cet or ?

500 à 600 millions d’années après l’accrétion de la planète (t₀ = -4.54 milliards d’années) suivie par sa différenciation, une période appelée « grand bombardement tardif », d’une durée estimée entre 50 et 150 millions d’années, a vu les planètes telluriques (Mercure, Mars, Venus, la Lune et la Terre) être le théâtre d’une augmentation notable des impacts de météorites et de comètes : 20 000 fois plus que les temps présents avec un objet de 1 km de diamètre tous les 20 ans. Cette chute d’objets stellaires aurait amené une énorme quantité d’eau sur la Terre ainsi que des métaux lourds et rares : or, platine, iridium, … Bien que sidérophiles (qui ont tendance à être associés au fer dans les minéraux), ces matériaux n’auraient pas pu rejoindre le noyau d’une Terre déjà différenciée et seraient donc restés dans la croûte terrestre.

Avec la circulation de fluides hydrothermaux (chauds et sous pression), l’or, présent en faible quantité dans les roches, est extrait, transporté et déposé dans des endroits donnés qui deviendront des gisements. Ce processus paraissait encore très récemment (2015) bien mystérieux, car l’or, un métal inerte (il n’interagit que très peu avec son milieu), est difficilement transportable par des fluides géologiques. Cependant, la présence d’une forme particulière de soufre en faible quantité dans ces fluides, favorise efficacement son transport et son dépôt pour former ces gisements.

Avec l’altération et l’érosion des roches ainsi que le transport (par l’eau) du produit de ces processus, il n’est pas impossible de trouver de l’or alluvionnaire dans les ruisseaux, les rivières, et même parmi le sable des plages !

Un doute a été émis très récemment (2020) à propos du grand bombardement tardif : il n’aurait peut-être pas eu lieu pendant la période indiquée. Par ailleurs, sans réfuter l’apport extra-terrestre d'or (par les météorites), des études toujours récentes (2017) montrent que la remontée d’un panache (colonne de magma issue du manteau) en provenance de la limite noyau-manteau (séparation de l’Afrique de l’Amérique il y a 200 millions d’années) combinée à la plongée d’une plaque tectonique sous une autre va remobiliser l’or pour lui faire atteindre la croûte terrestre et former des gisements, grâce à la circulation de fluides hydrothermaux bien sûr. Des gisements bien antérieurs à ces événements existent bien sûr également.

The Earth and gold
The Earth's accretion releases a large quantity of heat that melts rock. Added to this is the heat released by the decay of radioactive elements. During melting, the heavier materials, mostly iron, concentrate towards the center of the object to form a metallic core, while the lighter ones remain on the surface to form a crust. Between the two layers remain the intermediate elements that form the iron-rich silicate mantle (i.e. silica and oxygen combined with other elements). This separation of elements is called differentiation.

Gold has not escaped this process, but according to geochemical calculations, the quantities present in the earth's crust do not match the results of these calculations, as there should be much less. So where does all this gold come from?

500 to 600 million years after the accretion of the planet (t₀ = 4.54 billion years ago) followed by its differentiation, a period called the " late heavy bombardment ", of an estimated duration between 50 and 150 million years, saw the telluric planets (Mercury, Mars, Venus, the Moon and the Earth) being the scene of a notable increase in meteorite and comet impacts: 20,000 times more than in the present times with an object of 1 km in diameter every 20 years. This fall of stellar objects would have brought an huge quantity of water on the Earth as well as heavy and rare metals: gold, platinum, iridium, ... Despite being siderophilic (tend to be associated with iron in minerals), these materials would not have been able to reach the core of an already differentiated Earth and would have consequently remained in the crust.

With circulation of hydrothermal fluids (hot and under pressure), gold, present in small quantities in the rocks, is extracted, transported and deposited in specific places that will become deposits. This process seemed to be quite mysterious until recently (2015) because gold, an inert metal (it interacts very rarely with its environment), is difficult to transport by geological fluids. However, the presence of a particular form of sulphur (well, well!) in small quantities in these fluids effectively helps its transport and deposition to become these deposits.

With weathering and erosion of rocks as well as the transport (by water) of the product of these processes, it's not impossible to find alluvial gold in streams, rivers and even among the sand of beaches!

A doubt has been raised very recently (2020) about the late Heavy Bombardment: it might not have taken place during the given period. Moreover, without denying extraterrestrial gold supply (by meteorites), still recent studies (2017) show that the rise of a hot plume (column of magma coming from the mantle) from the core-mantle boundary (separation of Africa from America 200 million years ago) combined with the plunging of a tectonic plate under another will remobilize gold to make it reach the earth's crust and form deposits, resulting of course from the circulation of hydrothermal fluids. There are also deposits that predate these phenomena.

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Mais c'est quoi ces fluides hydrothermaux ?
Tout fluide aqueux chaud (50° à 700° C et souvent sous pression) est appelé fluide hydrothermal, indépendamment de son origine. Un fluide hydrothermal est composé d’eau, de soufre, de métaux souvent dissous et de silice, la plupart du temps dissoute également.

Certains fluides hydrothermaux sont particulièrement minéralisateurs (c.-à-d. permettant le dépôt de minéraux). Sans faire la liste de tous les type de fluides hydrothermaux minéralisateurs, sachez que les plus importants fluides hydrothermaux minéralisateurs sont les fluides hydrothermaux magmatiques car ce sont eux qui sont souvent à l’origine de gisements de métaux.

Un certain nombre de mécanismes permettent le dépôt des minéraux et métaux transportés dont : la diminution de la température, le mélange avec d’autres fluides, la rencontre avec des roches encaissantes, le changement de pH (acidité/basicité), l’oxydation, la saturation ou sursaturation et bien d’autres mécanismes.

So what are hydrothermal fluids?
Any hot aqueous fluid (50° to 700° C and often under pressure) is called a hydrothermal fluid, regardless of its origin. A hydrothermal fluid is made up of water, sulfur, metals often dissolved, and silica, which is also usually dissolved.

Some hydrothermal fluids are particularly mineralizing (i.e. allow the deposition of minerals). Without listing all types of mineralizing hydrothermal fluids, the most important are magmatic hydrothermal fluids, which are often the source of metal deposits.

Several mechanisms are involved in the deposition of transported minerals and metals, including temperature reduction, mixing with other fluids, encounters with surrounding rocks, pH changes (acidity/base), oxidation, saturation or supersaturation, and many others.

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Les gisements d’or
Les gisements d’or sont souvent classés en fonction de leur association à d’autres minéraux. Le premier (type de gisement) d’entre eux fait intervenir le quartz, c’est à dire de la silice, ou plus exactement du dioxyde de silicium (SiO₂). Il n’est pas rare que le quartz contienne des quantités variables de pyrite, un sulfure de fer (du fer combiné à du soufre - FeS₂), ainsi que de la chalcopyrite (du fer combiné à du cuivre ainsi qu’à du soufre - FeCuS₂). Ces gisements sont majoritairement le fruit de systèmes hydrothermaux.

Le quartz, lorsqu’il est pur apparaît transparent, mais le plus souvent, en raison d’impuretés, il est gris clair ou blanc laiteux. Dans ce cas il est d’ailleurs appelé « quartz laiteux » et apparaît comme gras ou humide (1), (3) et (4).

La pyrite apparaîtra d’un éclat métallique brillant, doré ou jaune pâle et parfois/souvent (ça dépend !) sous une forme cubique (2) et (3). La chalcopyrite apparaîtra également d’un éclat métallique brillant, doré ou cuivré un peu moins pâle et avec parfois/souvent des reflets irisés (rouge, vert, bleu, rosé, etc.) (3) et (4).

L’or (5) de couleur jaune intense a des reflets métalliques moins prononcés que la pyrite et la chalcopyrite. Ces deux minéraux, souvent confondus par les chercheurs d’or, ont aussi été appelés « l’or des fous ».

L’or pourra être disséminé dans le quartz (tout comme la pyrite et la chalcopyrite) ou encore disséminé au sein de la pyrite et/ou de la chalcopyrite, ce qui ne facilite pas son observation !

Gold deposits
Gold deposits are often classified according to their association with other minerals. The first (type of deposit) involves quartz, i.e. silica, or more precisely silicon dioxide (SiO₂). Quartz often contains varying amounts of pyrite, an iron sulfide (iron combined with sulfur - FeS₂), and chalcopyrite (iron combined with copper and sulfur - FeCuS₂). Most of these deposits are the result of hydrothermal systems.

Quartz, when pure, appears transparent, but more often, due to impurities, it looks light grey or milky white. In this case, it is also known as “milky quartz” and appears greasy or moist (1), (3) and (4).

Pyrite will appear with a bright metallic sheen, with a pale golden/yellow color and sometimes/often (it depends!) in a cubic form (2) and (3). Chalcopyrite will also appear with a bright, golden or coppery metallic sheen, slightly less pale and sometimes/often with iridescent reflections (red, green, blue, pinkish, etc.) (3) and (4).

Gold (5), with its intense yellow color, has less pronounced metallic sheen than pyrite and chalcopyrite. These two minerals, often confused by gold seekers, have also been called “fool's gold.”

Gold can be disseminated in quartz (like pyrite and chalcopyrite), or it can be disseminated within pyrite and/or chalcopyrite, which doesn't make it easy to spot!

Références – References

Les étapes de la formation de la terre
Géodynamique et ressources minérales
Plume-subduction interaction forms large auriferous provinces
Midjourney pour la génération d’une image