Les roches magmatiques qui composent la majorité de la croûte terrestre sont issues de la cristallisation de liquides magmatiques, en surface ou en
La cristallisation en surface mène à la formation de roches volcaniques (extrusives) comme les basaltes et la cristallisation en profondeur à la formation de roches plutoniques (intrusives), comme les granites ou les gabbros. Les liquides magmatiques proviennent de la fusion partielle des roches composant la croûte ou le manteau terrestre. La composition chimique des roches magmatiques est ainsi liée à la composition du liquide magmatique originel, mais pas uniquement. Les processus de cristallisation dans le réservoir magmatique jouent également un rôle important dans la composition de ces roches.
Cristallisation des différents minéraux en fonction de la température
En effet, la cristallisation au sein d’un réservoir magmatique est le plus souvent fractionnée, c’est-à-dire qu’il s’agit d’un processus non continu, associé à l’extraction de liquides. Les minéraux ne cristallisent pas tous en même temps. Chaque espèce minérale possède une température de cristallisation différente. Alors que la température diminue, les minéraux se forment au fur et à mesure sur les bords de la chambre magmatique. Les premiers minéraux à cristalliser sont les minéraux de haute température : olivine, pyroxènes puis amphiboles. Ils quittent ainsi le liquide magmatique résiduel, modifiant graduellement sa composition chimique. On obtient alors des couches de minéraux de compositions différentes
Au cours de cette cristallisation, certaines interactions peuvent également se produire entre le liquide magmatique et la roche encaissante, comme des mélanges et contaminations, participant à la modification de la composition du magma. Le litage minéral observable en fin de cristallisation traduit ainsi l’évolution de la concentration locale en minéraux au sein de la chambre magmatique.
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Diagramme schématique montrant les principes de la cristallisation fractionnée au sein d’un réservoir magmatique. Alors que la température décroît, la composition du magma évolue au fur et à mesure de la cristallisation des différents minéraux. © Woudloper, Wikimedia Commons, CC by-sa 3.0
Différenciation magmatique
Cette différenciation à partir d’un liquide magmatique de composition donnée permet de produire les quatre grands types de roches ignées : les roches ultramafiques (ex. : péridotites), mafiques (ex. : gabbros), intermédiaires (ex. : diorites) et felsiques (ex. : granites).
La composition de l’ensemble des couches reflète la composition originelle du liquide magmatique mais les roches magmatiques ainsi formées montrent des assemblages minéralogiques différents, résultat de ce processus de cristallisation fractionnée. Au cours de la cristallisation fractionnée, le liquide magmatique résiduel peut arriver en surface, donnant lieu à des roches extrusives. Ces roches auront elles aussi une composition variable en fonction du stade de cristallisation dans la chambre magmatique. C’est ainsi que l’on trouve des basaltes, des andésites ou des rhyolites.
Une roche magmatique renferme donc toujours dans sa signature géochimique trois informations fortement intriquées : la nature de la source, les conditions de la fusion partielle et les processus de cristallisation.
