360, rue Saint-Jacques : du marbre rouge ? EarthCache

Le 360, rue Saint-Jacques à Montréal fut autrefois le siège de la banque Royale du Canada. À son ouverture en 1928, cette bâtisse de 22 étages et 121 mètres de haut devient le plus haut édifice de l’Empire britannique.

Pour inspirer opulence et prospérité, l’édifice fut accommodé d’une entrée majestueuse ornée d’éléments décoratifs et symboliques en bronze doré. Avec sa belle couleur rouge et ses veines blanches on pourrait croire qu’il s’agit de marbre, mais il n’en est rien.

Au travers de cette cache, nous vous proposons de voir d’un peu plus près ce qui se cache derrière cette splendide roche appelée Rosso Levanto (Levanto rouge) dans les catalogues de l’industrie marbrière.

360 Saint-Jacques Street in Montreal was once the headquarters of the Royal Bank of Canada. When it opened in 1928, this 22-floor, 121-m-high building became the tallest in the British Empire.

To suggest opulence and prosperity, the building was fitted with a majestic entrance adorned with decorative and symbolic elements in gilded bronze. With its beautiful red color and white veins, it looks like marble, but it's nothing like that.

This cache gives you a closer look at what lies behind this splendid rock, known in marble industry catalogs as Rosso Levanto (Red Levanto).

Approchez de l'entrée et observez attentivement la surface de la pierre, vous y apercevrez des clastes ainsi que des veines de calcite.

Move up to the entrance and look closely at the surface of the stone, where you'll see clasts and veins of calcite.

 Travail à effectuer

1. Parmi les brèches, quelle est la couleur des clastes les plus remarquables ? À quelle famille de minéraux pourraient-ils appartenir ?
2. Toujours parmi les brèches, quelle est la couleur des clastes les moins remarquables ?
3. En vous aidant du diagramme à propos de la disposition des clastes, de quel(s) genre(s) de brèches est constituée cette ophicalcite ?
4. En observant les veines de calcite serpenter entre tous ces clastes, tentez d’expliquer cette différence et déduisez-en la raison du classement de l’ophicalcite dans les brèches tectono-sédimentaires et par conséquent sa classification dans les roches sédimentaires détritiques.
5. 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. What is the color of the most notable clasts in the breccia? Which mineral family might they belong to?
2. Still among the breccia, what is the color of the least remarkable clasts?
3. Using the clast arrangement diagram as a guide, what type(s) of breccia does this ophicalcite consist of?
4. By examining the calcite veins snaking between all these clasts, try to explain this difference and deduce the reason for the categorization of ophicalcite in tectonic-sedimentary breccias and consequently its classification in detrital sedimentary rocks.
5. 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.

 Roches et types de roches
En géologie, une roche est une masse solide naturelle ou un agrégat de minéraux et qui comporte parfois des fossiles. Elle est classée en fonction des minéraux qu'elle contient, de sa composition chimique et de la manière dont elle s'est formée.

3 types de roches peuvent être trouvées à la surface de la Terre : sédimentaires, métamorphiques et magmatiques (encore appelées roches ignées).

Les roches sédimentaires résultent d’une accumulation de sédiments (du sable, de la boue, des restes d’animaux marins morts, de la végétation, des restes de roches, …) sous l’eau la plupart du temps.

Les roches magmatiques résultent du refroidissement de magma remonté des entrailles de la Terre et qui n’a pas forcément subi l’éruption.

Les roches métamorphiques sont d’anciennes roches sédimentaires, magmatiques ou mêmes métamorphiques qui, en raison d’un changement de la température et/ou de la pression au sein de leur environnement, ont subi une modification de leur structure initiale. Ce processus, appelé « métamorphisme », peut avoir des origines diverses.

 Rock and rock types
In geology, a rock is a natural solid mass or aggregate of minerals, sometimes containing fossils. It is classified according to the minerals it contains, its chemical composition and the way it was formed.

3 types of rock can be found on the Earth's surface: sedimentary, metamorphic and magmatic (also known as igneous rocks).

Sedimentary rocks result from the accumulation of sediments (sand, mud, remains of dead marine animals, vegetation, remains of rocks, etc.) mostly underwater.

Magmatic rocks result from the cooling of magma brought up from the bowels of the Earth, and which has not necessarily undergone an eruption.

Metamorphic rocks are ancient sedimentary, magmatic or even metamorphic rocks which, due to a change in temperature and/or pressure within their environment, have undergone a modification of their initial structure. This process, known as metamorphism, can have a variety of origins.

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 Marbre
Ce qui est appelé marbre peut avoir plusieurs sens.

Dans le domaine de la géologie, il s’agit d’une roche sédimentaire carbonatée qui a subi un métamorphisme. Une roche sédimentaire carbonatée contient du carbonate de calcium et/ou de magnésium en quantité variable mais importante. L’origine du carbonate peut être chimique car en sursaturation dans l’eau ou mécanique : des restes « compactés et durcis » d’animaux marins morts ou de végétaux marins. En clair, à l’origine il s’agit souvent d’une roche calcaire.

Le marbre correspond donc à une roche sédimentaire carbonatée qui a été chauffée et mise sous pression parce qu’elle se serait « enfoncée » loin sous terre par exemple. Dans ces conditions, le carbonate de calcium et/ou de magnésium se transforment : ils cristallisent ou recristallisent en calcite ou dolomite. Certains géologues considèrent que l’appellation « marbre » ne concerne qu’uniquement les roches constituées d’au moins 75 % de carbonates (re)cristallisés. Sous ce seuil, il s’agit d’une roche carbonatée qui a subi un métamorphisme aussi appelée pierre marbrière.

En dehors du domaine de la géologie, on ne s’embête pas vraiment avec toutes ces considérations. Tout ce qui est suffisamment dur pour être poli et qui brille est qualifié de marbre. C’est simple, mais pas forcément juste.

 Marble
Marble can have several meanings.

In geological terms, it refers to a carbonate sedimentary rock that has undergone metamorphism. A carbonate sedimentary rock contains calcium and/or magnesium carbonate in variable but significant quantities. The origin of the carbonate may be chemical, as it is supersaturated in water, or mechanical: the “compacted and hardened” remains of dead marine animals or plants. In short, it is often originally a calcareous rock.

Marble is therefore a carbonate sedimentary rock that has been heated and pressurized, for example, because it has “sunk” deep underground. Under these conditions, the calcium and/or magnesium carbonate undergo transformations: they crystallize or recrystallize into calcite or dolomite. Some geologists consider that the term “marble” applies only to rocks made up of at least 75% (re)crystallized carbonates. Below this point, it's a carbonate rock that has undergone metamorphism.

Outside the field of geology, we don't really bother with all these considerations. Anything hard enough to be polished and that shines is called marble. Simple, but not necessarily accurate.

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 C’est quoi alors cette roche rouge veinée de blanc ?

- Il s’agit d’une ophicalcite.

- Une ophiquoi ?

- Une ophicalcite, une roche dont une partie des constituants provient du manteau lithosphérique de la Terre.

- Ah, mais comment est-elle arrivée là ?

- Ben des carriers italiens l’ont découpée et taillée dans un morceau de montagne avant d’être expédiée ici.

- Oh la bonne blague, t’avais pas dit qu’elle venait de l’habit lithotruc là, dans la Terre ?

- Si, mais c’est assez compliqué.

- Vas-y raconte.

 So what's this red rock with white veins?

- It's ophicalcite.

- Ophiwhat?

- Ophicalcite is a rock whose constituents are partly derived from the Earth’s lithospheric mantle.

- Oh, but how did it get there?

- Well, Italian quarrymen cut it out of a piece of mountain before shipping it here.

- Good joke, didn't you say it came from the Earth’s lithothingy outfit?

- Yes, but it's rather tricky.

- Tell me about it.

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Brèche
Toute roche formée pour 50 % au moins d’éléments anguleux de roches de dimension > 2 mm pris dans un ciment (microbrèche pour des éléments de 1/16 mm à 2 mm). La brèche est monogénique si tous les éléments sont de même nature, polygénique dans le cas contraire.

On connait les brèches sédimentaires : accumulation d’éléments ayant subi un transport faible et qui, de ce fait, sont restés anguleux ; tectoniques : résultant de la fragmentation de roches dans un contact tectonique ; volcaniques : à ciment de cendres et lapillis (petites pierres poreuses projetées par les volcans en éruption), et à fragments de roches volcaniques, avec parfois des débris des roches encaissantes.

En fonction de la disposition des éléments (appelés aussi clastes) qui constituent les brèches, on distingue :

• les brèches de fissuration : définies comme une fracturation de la roche, dans laquelle aucun ou très peu de déplacements des fragments n'ont eu lieu. Les fragments s'emboîtent les uns dans les autres selon un modèle de puzzle ;
• les brèches mosaïques : similaires aux brèches de fissuration, mais diffèrent par le fait que les fractures ont été remplies de matrice sédimentaire ;
• les brèches chaotiques : définies comme un mélange de gros éléments fracturés dans une masse de fond de plus petits fragments.

Cependant, un classement des brèches prenant en compte la concentration et/ou la géométrie des clastes peut-être établi comme ci-dessous :

 Breccia
Any rock formed for 50 % at least of angular elements of rocks of dimension > 2 mm taken in a cement (microbreccia for elements of 1/16 mm to 2 mm). The breccia is monogenic if all the elements are of the same nature, polygenic in the opposite case.

There are known sedimentary breccia: accumulation of elements having undergone a weak transport and which, of this fact, remained angular; tectonic: resulting from the fragmentation of rocks in a tectonic contact; volcanic: breccia with cement of ashes and lapillis (small porous stones projected by the erupting volcanoes), and with fragments of volcanic rocks, with sometimes debris of the surrounding rocks.

According to the arrangement of the elements (called clasts) which constitute the breccias, the following are identified:

• crackel breccia: defined as a fracturing of the rock, in which no or very little movement of the fragments has taken place. The fragments fit into each other according to a puzzle model;
• mosaic breccia similar to the breccias of fissuring, but differ by the fact that the fractures were filled with sedimentary matrix;
• chaotic breccia: defined as a mixture of large fractured elements in a background mass of smaller fragments.

However, a classification of breccias taking into account the concentration and/or the geometry of the clasts can be established : see French part.

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 Péridotite, pyroxène et olivine
Les péridotites sont des roches qui constituent la majeure partie du manteau terrestre. Il ne s’agit pas vraiment de roches ignées (ou magmatiques) car une roche ignée résulte du refroidissement d’un magma. Or le manteau terrestre est solide depuis plus de 4,5 milliards d’années. Il faudrait plutôt parler de roches mantelliques (du manteau terrestre, mais cette désignation n’est pas officielle) ou mieux, de roches métamorphiques. En effet, du fait de la convection qui s’opère depuis 4,5 milliards d’années au sein du manteau, les péridotites passent leur temps à descendre et remonter (dans ce manteau) et donc à changer de minéralogie du fait des changements de température et de pression qui accompagnent ce « voyage ».

La péridotite qui nous intéresse pour l’occasion est située dans le manteau supérieur de la terre (de 10/35 à 670 km en profondeur). Elle est majoritairement composée d’olivines et de pyroxènes.

L'olivine est un minéral (une famille de minéraux plutôt) majeur des péridotites, des basaltes et de certains gabbros (les gabbros sont les constituants principaux de la couche inférieure de la croûte océanique). Son nom provient de sa couleur vert olive, mais il en existe qui sont blanchâtres à jaunâtres et d'autres de brun à noir.

Les pyroxènes tout comme les olivines font partie d’une famille de minéraux qui sont présents dans les péridotites, les basaltes, certains gabbros et granites ainsi que dans certaines roches métamorphiques. Leur classification est très complexe. La couleur varie entre vert, brun et noir.

 Peridotite, pyroxene and olivine
Peridotites are rocks that make up most of the Earth's mantle. They are not really igneous (or magmatic) rocks, since an igneous rock results from the cooling of a magma. However, the Earth's mantle has been solid for over 4.5 billion years. Instead, the term "mantellic rocks" should be used (but this is not an official designation), or better metamorphic rocks. Indeed, as a result of the convection that has been taking place within the mantle for 4.5 billion years, peridotites spend their time moving up and down (in this mantle) and therefore changing mineralogy due to the changes in temperature and pressure that accompany this "trip".

The peridotite we're interested in here is to be found in the earth's upper mantle (10/35 to 670 km below the surface). It is composed mainly of olivine and pyroxene.

Olivine is a major mineral (a family of minerals, rather) in peridotites, basalts and some gabbros (gabbros are the main constituents of the lower layer of oceanic crust). Its name comes from its olive-green color, but some are whitish to yellowish, while others are brown to black.

Pyroxenes, like olivines, belong to a family of minerals found in peridotites, basalts, some gabbros and granites, as well as in some metamorphic rocks. Their classification is highly complex. Color ranges from green to brown to black.

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 Tectonique des plaques et dorsale océanique
La tectonique des plaques est une hypothèse, solidement étayée aujourd’hui, selon laquelle la partie superficielle de la Terre (la lithosphère) est formée de plaques rigides d’une centaine de kilomètres d’épaisseur, « flottant » sur l’asthénosphère à déformation plastique. Ces plaques sont constituées d’une partie du manteau supérieur (manteau lithosphérique) surmontée, suivant les cas, de croûte continentale ou océanique. 

Lorsque les plaques (plaques lithosphériques plus précisément) sont divergentes, c’est-à-dire lorsqu’elles s’éloignent les unes des autres, la croûte s’amincie au fur et à mesure de leur éloignement. Ces zones de divergence sont toutes des zones franchement océaniques et cet amincissement permet la remontée de l’asthénosphère (partie ductile du manteau supérieur). En faisant court, une intense activité magmatique s’y déroule et il en résulte la formation de chaines de montagnes sous-marines appelées dorsales océaniques ou encore dorsales médio-océaniques.

 Plate tectonics and ocean ridges
Plate tectonics is a hypothesis, now firmly established, according to which the Earth's surface (the lithosphere) is made up of rigid plates a hundred kilometers thick, "floating" on the plastically deformed asthenosphere. These plates are made up of a part of the upper mantle (lithospheric mantle) covered, depending on the case, by continental or oceanic crust. 

When plates (lithospheric plates to be precise) diverge, i.e. when they move away from each other, the crust becomes thinner as they move apart. These divergent zones are all oceanic zones, and this thinning allows the asthenosphere (the ductile part of the upper mantle) to rise. In this way, intense magmatic activity takes place, resulting in the formation of submarine mountain ranges known as oceanic ridges or mid-oceanic ridges.

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 Serpentine, serpentinite et serpentinisation
Dans les océans dits « à faible taux d’expansion » (les dorsales océaniques qui en résultent sont appelées des dorsales océaniques lentes), c’est à dire ceux dont le taux d’ouverture est inférieur à 3 ou 4 cm/an, l’écartement des plaques s’accompagne de la formation de grandes failles d’extension qui découpent la croûte et font remonter les niveaux les plus superficiels du manteau.

Lorsque l’eau de mer qui pénètre dans la croûte atteint des péridotites, elle réagit avec l’olivine et avec les pyroxènes pour former de la serpentine (une famille minérale plus précisément). C’est le processus de serpentinisation. Lorsque la péridotite est complètement « serpentinisée », on appelle la roche une serpentinite. Serpentine et serpentinite trouvent leur nom dans leur couleur généralement verte et de leur aspect écailleux, voire soyeux, qui rappelle la peau des serpents.

 Serpentine, serpentinite and serpentinization
In oceans with a "low rate of expansion" (the resulting oceanic ridges are called slow ocean ridges), i.e. those with an opening rate of less than 3 or 4 cm/year, plate spreading is accompanied by the formation of large extensional faults that cut through the crust and bring up the most superficial levels of the mantle.

When seawater penetrating the crust reaches the peridotites, it reacts with olivine and pyroxenes to form serpentine (a mineral family to be precise). This is the serpentinization process. When the peridotite is completely “serpentinized”, the rock is called serpentinite. Serpentine and serpentinite get their names from their generally green color and their scaly, even silky appearance, reminiscent of snakes' skin.

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 Calcite et ophicalcite
La calcite, de formule CaCO₃, est le plus commun des carbonates. On la rencontre quasiment partout, dans des contextes géologiques très variés : roches carbonatées sédimentaires, environnements karstiques (grottes), roches métamorphiques comme les marbres, filons métallifères d’origine hydrothermale (circulation de fluide sous température et pression élevées), mais elle peut aussi être d'origine magmatique (en cavité dans les laves basaltiques).

Ses couleurs peuvent varier en fonction des impuretés qu'elle contient. Habituellement incolore à blanche quand elle est pure, elle peut aussi être jaune miel à brune, parfois rose lorsqu'elle contient du cobalt, mauve avec le manganèse, bleue ou verte en présence de cuivre.

Les ophicalcites sont des roches *sédimentaires détritiques. Il s’agit de **brèches tectono-sédimentaires  constituées de débris de serpentinite dont la calcite remplit les espaces formés par la fragmentation de la roche. La calcite témoigne d’un contexte hydrothermal, c’est-à-dire la remontée et circulation de fluides sous haute température et pression. Ce contexte hydrothermal permet par l’intermédiaire de plusieurs processus chimiques (carbonatation, décarbonatation, …) la précipitation et la cristallisation de la calcite. L'ophicalcite est recouverte par des sédiments marins (donc des souvent carbonates) qui vont terminer de cimenter la brèche. 

Les ophicalcites ont été décrites au niveau des complexes ophiolitiques, qui représentent les restes d'anciennes croûtes océaniques charriées sur la croûte continentale lors du processus de collision et d'obduction (création d'une chaîne de montagnes), toujours en rapport avec la tectonique des plaques. Elles représentent la partie supérieure des unités de péridotite serpentinisée observées dans ces ophiolites.

Souvent à dominante vert sombre en raison des péridotites serpentinisées qu'elles contiennent, les ophicalcites ont parfois appelées "marbre vert". Cependant des variétés à dominante rouge à brun existent mais sont plus rares. Ces nuances correspondent majoritairement à la présence de fer oxydé parmi les sédiments.

* Une roche détritique est une roche sédimentaire et les sédiments détritiques sont constitués de fragments brisés, altérés et transportés de roches préexistantes ou de restes d'organismes.
** Dans le paragraphe lié aux brèches, vous avez pu lire qu'elles avaient 3 origines possibles. Mais cette origine peut être de nature conjointe. Tectono-sédimentaire : à la fois d'une origine tectonique et d'une origine sédimentaire

 Calcite and ophicalcite
Calcite, with the chemical formula CaCO₃, is the most common carbonate. It is found almost everywhere, in a wide variety of geological contexts: sedimentary carbonate rocks, karst environments (caves), metamorphic rocks such as marbles, metalliferous veins of hydrothermal origin (circulation of fluid under high temperature and pressure), but it can also be of magmatic origin (in cavities in basaltic lavas).

Its color can vary according to the impurities it contains: usually colorless to white when pure, it can also be honey-yellow to brown, sometimes pink when containing cobalt, mauve with manganese, blue or green in the presence of copper.

Ophicalcites are *detrital sedimentary rocks. They are **tectonic-sedimentary breccias composed of serpentinite debris, with calcite filling the spaces formed by the fragmentation of the rock. Calcite is evidence of a hydrothermal context, i.e. the upwelling and circulation of fluids at high temperature and pressure. Through a succession of chemical processes (carbonation, decarbonation, etc.), this hydrothermal environment enables calcite to precipitate and crystallize. The ophicalcite is covered by marine sediments (i.e. carbonates), which complete the cementing of the breccia. 

Ophicalcites have been described in ophiolitic complexes, which represent the remains of ancient oceanic crusts carried onto continental crust during collision and obduction (mountain range building), always in connection with plate tectonics. They represent the upper part of the serpentinized peridotite units observed in these ophiolites.

Often predominantly dark green due to the serpentinized peridotites they contain, ophicalcites are sometimes referred to as “green marble”. However, red to brown varieties exist, but are less common. These shades are mostly due to the presence of oxidized iron in the sediments.

* A detrital rock is a sedimentary rock, and detrital sediments are made up of broken, altered and transported fragments of pre-existing rocks or the remains of organisms.
** In the paragraph relating to breccias, you may have read that they have 3 possible origins. But this origin can be combined. Tectonic-sedimentary: of both tectonic and sedimentary origin.

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 Alors, est-ce clair ?

- Oui. Si j’ai bien compris, la tectonique des plaques provoque un amincissement de la croûte océanique. Les roches qui constituent une partie du manteau sont donc plus proches des fonds marins.

- Exact.

- L’activité tectonique provoque aussi de grandes des failles dans la croûte océanique amincie puis dans une partie du manteau supérieur et dans lesquelles s’engouffre de l’eau de mer.

- Oui.

- Au contact de l’eau de mer, des réactions chimiques transforment les minéraux des roches du manteau en d’autres minéraux. L'activité tectonique se poursuit et ces roches sont brisées pour former des débris qui sont parcourus par des fluides hydrothermaux.

- Oui, c’est ça.

- Consécutivement à l’activité hydrothermale, de la calcite en sursaturation dans ces fluides cristallise et cimente ces débris qui sont maintenant des brèches. Conjointement, des sédiments (carbonatés ou non) peuvent s'y mêler et durcir.

- Exactement.

- La tectonique des plaques provoque une obduction parfois suivi d'une collision entre des continents. Ces roches sont exhumées, puis charriées sur un continent pour faire partie des montagnes en formation.

- Parfait.

- Des carriers et tailleurs de pierres italiens l’ont extraite, taillée, polie et expédiée ici.

- Ah ben bravo, c’était ça le plus difficile à comprendre !

- C’est simple la géologie !

- Ouais, on a mis des centaines d’années pour comprendre ça et il n'y a pas si longtemps qu'on en est vraiment sûr.

 So, is it clear?

- Yes, it's clear. As I understand it, plate tectonics are responsible for a thinning of the oceanic crust. The rocks that make up part of the mantle are therefore closer to the seabed.

- Exactly.

- Tectonic activity also causes large-scale faulting in the thinned oceanic crust and then in part of the upper mantle, into which seawater rushes.

- Yep.

- In contact with seawater, chemical reactions transform the minerals found in mantle rocks into other minerals. Tectonic activity is still going on, and these rocks are being broken up to form debris through which hydrothermal fluids flow.

- Yes, that's right.

- As a result of hydrothermal activity, supersaturated calcite in these fluids crystallizes and cements this debris, which is now breccia. Simultaneously, sediments (carbonated or not) can mix with it and harden.

- Exactly.

- Plate tectonics causes obduction, sometimes followed by collision between continents. These rocks are exhumed, then carried onto a continent to become part of the mountains being formed.

- Perfect.

- Italian quarrymen and stonecutters extracted, cut, polished and shipped them here.

- Well done, that was the hardest part to understand!

- Geology is so easy!

- Yeah, it's taken us hundreds of years to figure it out, and it's not that long since we've known for sure.

Références – References

Dictionnaire de Géologie - 8e éd. (Foucault)
A Dictionary of Geology and Earth Sciences (Oxford Quick Reference), 5th Edition (Allaby, Michael)
Éléments de géologie, 17ème édition - Dunod
Quantifying fault breccia geometry: Dent Fault, NW England
Ophicalcite : qu'est-ce que c'est ?