Mont-Royal : du cuivre dans son sous-sol ? EarthCache

Si le Mont-Royal est actuellement un mont ou une colline, cela n’a pas toujours été ainsi. Il y a près de 125 millions d’années, du magma, remontant des profondeurs de la Terre, s’est arrêté à environ 2 kilomètres de sa surface. Il (le magma) a formé une énorme chambre magmatique. Les roches encaissant cette chambre magmatique ainsi que celles des 2 kilomètres en surplomb étaient constituées de roches sédimentaires. Au cours du temps, le magma refroidit pour former une roche solide. La chambre magmatique est désormais appelée pluton (de Pluton, dieu des Enfers) et les deux kilomètres de roche sédimentaire sont « décapés » en laissant apparaître ce pluton appelé Mont-Royal par les premiers explorateurs.

Au travers de cette cache, nous vous proposons d’aller à la rencontre de la roche encaissant ce pluton pour constater qu’il sera possible de se procurer symboliquement du cuivre ici, au Mont-Royal, quand les grands gisements seront épuisés.

En période hivernale, l’affleurement peut être recouvert de neige ou de glace. Vous devrez alors attendre le dégel.

Mount Royal is now a mount or hill, but it wasn't always so. Nearly 125 million years ago, magma rising from the depths of the Earth came to rest about 2 kilometers from its surface. It (the magma) formed an enormous magma chamber. The rocks surrounding this magma chamber, as well as those 2 kilometers above it, were sedimentary rocks. Over time, the magma cools to form solid rock. The magma chamber is now called a pluton (after Pluto, god of the Underworld), and the two kilometers of sedimentary rock are “stripped away”, revealing the pluton that early explorers called Mount Royal.

With this cache, we invite you to explore the rock that surrounds this pluton, and realize that copper will be symbolically available here around Mount Royal when it runs out in the big deposits.

In winter, the outcrop may be covered with snow or ice. You'll have to wait for the thaw.

Aux coordonnées indiquées, en observant l’affleurement de roche sédimentaire carbonatée - du calcaire - repérez la zone entourée et agrandie comme dans la photo ci-dessous.

At the specified coordinates, looking at the outcrop of carbonate sedimentary rock - limestone - find the area circled and enlarged as in the photo below.

 Travail à effectuer

1. Qu’est-ce qui peut faire croire que du cuivre est présent dans le sous-sol du Mont-Royal ?
2. Par quels mécanismes le cuivre a-t-il pu arriver par ici ? Racontez-nous donc ça.
3. 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 makes you think that copper can be found in the subsoil around Mount Royal?
2. What are the processes involved in getting copper here? Tell us about it.
3. 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.

 Le cuivre
Le cuivre, un métal de symbole chimique Cu, est un élément relativement rare dans la croûte terrestre. Il est très connu sous sa forme métallique couleur saumon orangé brillant, car il s’agit d’un des éléments essentiels de la civilisation humaine depuis presque 5 000 ans.

S’il existe sous forme native, il est le plus souvent associé à d’autres éléments chimiques comme le soufre et le fer. La majorité du minerai de cuivre extrait actuellement est d’ailleurs constitué d’un bi-sulfure de cuivre et de fer.

 Copper
Copper, a metal with the chemical symbol Cu, is a relatively rare element in the earth's crust. It is best known in its bright salmon-orange metallic form, as it has been one of the essential elements of human civilization for almost 5,000 years.

If it exists in native form, it is most often associated with other chemical elements such as sulfur and iron. The major part of copper ore mined today consists of a copper-iron bi-sulfide.

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Mais d’où provient-il ?
Avant d’être dispersé dans l’espace, le cuivre a été synthétisé par de grosses étoiles qui ont explosé. Par effet gravitationnel, il s’est retrouvé avec d’autres éléments chimiques dans des espèces de « nuages ». Toujours par effet gravitationnel, une partie (environ 98%) d’un de ces nuages s’est compactée à tel point, qu’avec une température très élevée et une pression énorme, des réactions nucléaires ont débuté, ce qui a « allumé » notre Soleil. Les débris restants ont formé les planètes du système solaire.

Lors de la formation de la Terre, la majorité du cuivre, tout comme tous les éléments lourds (la plupart des métaux dont principalement le fer) ont formé le noyau terrestre. Une autre partie de ces métaux a été disséminée dans le manteau terrestre et d'autres quantités auraient été apportées par une pluie de météorites peu après la formation de la Terre.

But where does it come from?
It was synthesized by large stars which exploded before being dispersed in space. By gravitational effect, it ended up with other chemical elements in a kind of “cloud”. Again by gravitational effect, part (around 98%) of one of these clouds compacted to such an extent that nuclear reactions began, “igniting” our Sun. The rest of the debris formed the planets of the solar system.

When the Earth was formed, most of the copper, as well as all the heavy elements (most metals, mainly iron), formed the Earth's core. A small proportion of these metals was disseminated in the Earth's mantle and/or brought by a meteorite shower shortly after the Earth's formation.

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Et après ?
C’est là que cela se complique car les mécanismes de formation des gisements de cuivre n’ont pas encore été entièrement compris. Ces mécanismes ont toujours pour origine une activité magmatique.

Pour qu’un gisement métallique se forme, il faut que la teneur en métal soit multipliée au moins mille fois par rapport à la teneur initiale du magma dont il peut être issu. C’est la circulation de fluides hydrothermaux (des composés aqueux de haute température - 50 à 500°C - parfois sous forte pression) qui est à l’origine de la concentration des métaux ainsi que de nombreux minéraux.

Dans le cas du cuivre, mais également pour d’autres métaux, deux grands types de gisements existent :

Les gisements porphyriques qui sont les types de gisements magmatique les plus courants. Le mot porphyrique caractérise un magma riche en silice et eau, qui, en refroidissant, forme un granite contenant des gros cristaux. Ces gisements sont formés à partir de fluides hydrothermaux provenant d’une chambre magmatique volumineuse située à plusieurs kilomètre sous le gisement lui-même. C’est lors du refroidissement du magma que ces fluides sont produits et qu’il vont circuler dans des fractures et des fissures. Au travers de leur circulation et de leur rencontre avec des fluides de surface - des fluides météoriques - infiltrées dans les fissures, le cuivre mais également du fer et du souffre, contenus dans le magma y seront concentrés. En sursaturation dans ces fluides, c’est lors d’une baisse de température et/ou de pression au sein des fluides que ces 3 éléments chimiques vont s’associer et précipiter pour se matérialiser sous forme de sulfures de fer-cuivre.

Les skarns. Un skarn - ancien mot suédois - résulte de l’interaction entre des roches carbonatées (comme le calcaire) et des fluides hydrothermaux libérés par un magma riche en métaux. La circulation des fluides hydrothermaux au sein des roches carbonatées provoque des réactions chimiques qui aboutissent au remplacement de certains minéraux de la roche environnante. Avec des changements de pression, de température et de chimie dans cet environnement, des minéraux métalliques peuvent précipiter et apparaître. Dans le cas d’un skarn cuprifère, c’est le cuivre qui fait son apparition et il est souvent accompagnée par de l’or et de l’argent.

Chronologie d’un système magmatique source d’un gisement de cuivre porphyrique - également applicable à un skarn cuprifère :

Chronology of a magmatic system source of a porphyry copper deposit - also applicable to a copper-bearing skarn :

What next?
This is where things get complicated, because the mechanisms by which copper deposits are formed are not yet fully understood. These mechanisms always have their origin in magmatic activity.

For a metal deposit to form, its metal content must be multiplied at least a thousand times over the initial content of the magma from which it may have originated. It is the circulation of hydrothermal fluids (aqueous compounds at high temperature - 50 to 500°C - sometimes under high pressure) that is responsible for the concentration of metals, as well as many other minerals.

In the case of copper, but also for other metals, there are two main types of deposit:

Porphyry deposits are the most common type of magmatic deposit. The word porphyry refers to magma rich in silica and water, which cools to form granite containing large crystals. These deposits are formed from hydrothermal fluids coming from a voluminous magma chamber located several kilometers beneath the deposit itself. As the magma cools, these fluids are produced and circulate through fractures and cracks. As they circulate and come into contact with surface fluids - meteoric fluids - seeping into the cracks, not only the copper but also the iron and sulfur contained in the magma are concentrated. Over-saturated in these fluids, it is when the temperature and/or pressure within the fluids drops that these 3 chemical elements combine and precipitate, materializing in the form of iron-copper sulfides.

skarns. A skarn - an old Swedish word - results from the interaction between carbonate rocks (such as limestone) and hydrothermal fluids released by a metal-rich magma. The circulation of hydrothermal fluids within carbonate rocks causes chemical reactions that result in the replacement of certain minerals in the surrounding rock. With changes in pressure, temperature and chemistry in this environment, metallic minerals can precipitate and appear. In the case of copper-bearing skarn, copper appears, often joined by gold and silver.

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 Le cuivre et ses couleurs
Comme vous le savez, le cuivre métallique revêt une couleur saumon brillant. Lorsqu’il est oxydé, une couche protectrice appelée patine (résultat d’un processus de passivation naturelle), va assombrir sa couleur pour la faire passer au brun puis au noir. Allié à l’étain pour former du bronze, des réactions chimiques avec l’eau, le sel et le soufre vont donner à cet alliage différentes nuances vertes. Là aussi, il s’agit d’une patine qui va protéger l’ensemble d’une dégradation plus importante.

Dans les grands gisements, qu’ils soient de type porphyre cuprifère ou de type skarn cuprifère, le cuivre sera immanquablement associé au fer ainsi qu’au souffre et le plus souvent sous la forme d’un minéral appelé chalcopyrite (prononcez « calcopyrite), un bi-sulfure de cuivre et de fer de formule CuFeS₂. La chalcopyrite, considérée comme un minéral cuprifère primaire, aura une couleur jaune cuivré ou doré ou encore jaune laiton, mais elle peut aussi apparaître irisée avec des reflets verts, bleus, roses, …

L’altération de la chalcopyrite (ou d’autres minéraux à base de cuivre, fer et soufre), par l’oxygène - le dioxygène plus précisément - contenu dans l’air ou l’eau va produire toute une série de minéraux cuprifères secondaires, dont certains vont eux-mêmes, et par les mêmes mécanismes d’altération, produire des résidus ou des minéraux cuprifères secondaires. Ci-dessous quelques produits d’altération :

  • la ténorite, un oxyde de cuivre de couleur noir ;
  • la cuprite, un oxyde de cuivre également, mais de couleur rouge ;
  • la malachite, un carbonate de cuivre de couleur vert ;
  • l’azurite, un carbonate de cuivre également, mais de couleur bleu ;
  • il en existe d’autres qui sont moins fréquents.

L’altération des différents minéraux cuprifères suivie d’un lessivage (par l’eau), peut laisser sur les roches avoisinantes des traces noires, vertes bleutées, bleues verdâtres, mauves ou violacées, toutes d’une intensité variable.

1. Chalcopyrite de couleur laiton. - 2. Chalcopyrite irisée. - 3. et 4. Malachite (vert) et azurite (bleu), deux carbonates de cuivre. - 5. Le lessivage de minéraux cuprifères laisse des traces sur les roches.

1. Brass-coloured chalcopyrite. - 2. Iridescent chalcopyrite. - 3. and 4. Malachite (green) and azurite (blue), two copper carbonates. - 5. Leaching of copper-bearing minerals leaves traces on rocks.

The colors of copper.
As you know, metallic copper has a bright salmon color. When oxidized, a protective layer called patina (the result of a natural passivation process) darkens the color to brown and then black. When alloyed with tin to form bronze, chemical reactions with water, salt and sulfur will give this alloy different shades of green. Again, this is a patina that protects the whole from further deterioration.

In large deposits, whether copper-bearing porphyry or copper-bearing skarn, copper will inevitably be associated with iron and sulfur, most often in the form of a mineral called chalcopyrite (pronounced “calcopyrite”), a copper-iron bi-sulfide with the formula CuFeS2. Chalcopyrite, considered as a primary copper mineral, will have a coppery or golden yellow or brassy yellow color, but it can also appear iridescent with green, blue, pink, ..., reflections.

Weathering of chalcopyrite(or other copper-, iron- and sulfur-based minerals) by oxygen - dioxygen to be precise - contained in air or water will produce a whole series of secondary copper minerals, some of which will themselves, by the same weathering mechanisms, produce residues or secondary copper minerals. Some of these weathering products are listed below:

  • tenorite, a black copper oxide;
  • cuprite, also a copper oxide, but red in color;
  • malachite, a green copper carbonate;
  • azurite, also a copper carbonate, but blue in color;
  • others are less common.

Weathering of the various copper-bearing minerals, followed by leaching (by water), can leave black, bluish-green, greenish-blue, mauve or purplish traces of varying intensity on the surrounding rocks.

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 Le Mont-Royal
Il y a 150 millions d'années (Ma), les roches de la région sont formées de strates horizontales de roches sédimentaires carbonatées issues en grande partie de l'Ordovicien, période géologique qui s'étend de -485 Ma à -444 Ma. (1)

Il y a environ 125 Ma, du magma provenant des couches profondes de la Terre (la lithosphère) monte à travers la croûte terrestre. Tout autour de cette intrusion, le magma s'insinue dans des fractures et forme des veines appelées dykes. (2)

Le magma monte jusqu'à une profondeur d'environ 2 km, puis ce mouvement vers le haut s'arrête. (3)

Le magma refroidit et forme un pluton. (4)

Le temps fait son effet : les roches sédimentaires sont érodées jusqu'au pluton. (5) et (6)

La roche formant le pluton est plus dure que les roches voisines, elle est ainsi plus difficile à éroder. Cependant l'érosion continue, le pluton s'use moins vite et finit par créer un relief. C'est le Mont-Royal. Des gens s'établissent sur ses pentes : Montréal est née. (7) et (8)

À noter : le magma qui a formé ce pluton n'est pas un magma porphyrique et le Mont-Royal, tout comme la région de Montréal, ne sont pas connus pour être ou avoir été une zone cuprifère.

 Mount Royal
150 million years ago (Mya), the region's rocks were formed by horizontal strata of carbonate sedimentary rocks, largely from the Ordovician period, which stretches from 485 Mya to 444 Mya. (1)

Around 125 Mya, magma from the Earth's deepest layers (the lithosphere) rises through the Earth's crust. All around this intrusion, magma breaks through fractures to form veins called dykes. (2)

The magma rises to a depth of around 2 km, then this upward movement stops. (3)

The magma cools and forms a pluton. (4)

The rock forming the pluton is harder than surrounding rocks, making it more difficult to erode. However, as erosion continues, the pluton erodes more slowly, finally creating a relief. That's Mount Royal. People settle on its slopes: Montreal was born. (7) and (8)

Note: The magma that formed this pluton is not a porphyry magma, and Mount Royal like the Montreal region is not known to be or have been a copper-bearing zone.

Sources :

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
Les gisements associés aux porphyres
Nature : Architecture and temporal evolution of a typical arc-related magmatic-hydrothermal system.
911 Metallurgist : Porphyry Copper Deposit
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