Pegmatite graphique ?

[mr42]

Bonjour à tous,

c’est un caillou que j’avais trouvé en Lozère, tout près de l’ancienne carrière de la Chaumette.

Du feldspath et du quartz pour l’essentiel. Le minéral noir doit être de la tourmaline, ce sont tous des minéraux habituels de l’endroit.

La face principale (première photo) montre des plans bien parallèles, le feldspath doit former un seul cristal traversé par plusieurs bandes de quartz vaguement parallèles.

Sur les autres faces, le quartz prend des formes plus sinueuses.

S’agit-il d’une pegmatite graphique ?

De quel sorte de feldspath s’agit-il ? Existe-t-il u truc simple pour les reconnaître ?

Comment ce genre de texture peut-il se former ? Je suppose que l’on a du partir du voisinage d’un eutectique…

Le quartz pourrait-il former un unique cristal ?

[AMEDE]

Salut,

c'est bien une pegmatite graphique.

[Kayou]

Selon les infos glanées sur le Net:

Le quartz et le feldspath ont cristallisé en même temps, chose rendue possible de par leurs structures internes compatibles.

Les pegmatites graphiques (du grec graphein, « écrire », l'aspect de cette roche évoquant l'écriture cunéiforme) sont une variété de pegmatites dans lesquelles la cristallisation simultanée du quartz et de feldspath alcalin se manifeste par une disposition régulière de plages de quartz, isolées et cunéiformes, mais formant un unique cristal de quartz au sein du réseau cristallin d'un feldspath : l'intercroissance contemporaine de ces deux cristaux donne une structure pœcilitique.

 

Texture poecilitique  : minéral de grande taille englobant de nombreux petits cristaux automorphes d'un autre minéral. Cette texture est caractéristique des cumulats.

[phoscorite]

+1

 

De quel sorte de feldspath s’agit-il ? Existe-t-il u truc simple pour les reconnaître ?

En général un feldspath potassique. Il arrive que l'on voie la macle de Carlsbad, sinon coloration après attaque HF

 

Comment ce genre de texture peut-il se former ? Je suppose que l’on a du partir du voisinage d’un eutectique…

Pas vraiment, si c'était le cas, on aurait deux feldspaths (Na et K) enchevêtrés avec le quartz. C'est plus compliqué dans les pegmatites

 

Le quartz pourrait-il former un unique cristal ?

Le quartz ET le feldspath peuvent former de grands cristaux (ou pas) dont les croissances s’enchevêtrent.

 

L’interprétation classique est que lors de la cristallisation du magma :

- celui-ci est différencié (pauvre en Fe-Mg) et très polymérisé

- les cristaux de feldspath et de quartz ont du mal a germer, donc leur taille augmente par rapport a un granite ordinaire

- la cristallisation d'un minéral oblige les constituants qui en sont exclus (p.ex. Na, K et Al pour le quartz) à migrer vers le liquide environnant ce qui favorise le précipitation de feldspath un peu plus loin, mais comme les nouveaux cristaux ont du mal a se former, on se contente de faire croitre ceux qui sont déjà présents, avec un enchevêtrement.

 

Une petite photo d'un morceau de pegmatite graphique (grain détritique dans un grès) vue en cathodoluminescence (K-feldspath en bleu, quartz sombre)

[mr42]

Merci à tous pour vos réponses.

Il y a 2 heures, phoscorite a dit :

En général un feldspath potassique.

K est donc habituellement prépondérant dans les pegmatites.

 

Il y a 2 heures, phoscorite a dit :

Pas vraiment, si c'était le cas, on aurait deux feldspaths (Na et K) enchevêtrés avec le quartz.

Là, je ne suis plus : pourquoi deux feldspaths ?

Je pensais à un eutectique entre SiO2 et un seul feldspath (K par exemple) ou à la rigueur entre SiO2 et une solution solide de deux feldspaths (Na et K) qui peuvent se séparer après solidification…

[Invité jean francois06]

il y a une heure, mr42 a dit :

Merci à tous pour vos réponses.

K est donc habituellement prépondérant dans les pegmatites.

 

Là, je ne suis plus : pourquoi deux feldspaths ?

Je pensais à un eutectique entre SiO2 et un seul feldspath (K par exemple) ou à la rigueur entre SiO2 et une solution solide de deux feldspaths (Na et K) qui peuvent se séparer après solidification…

comme M42, je ne comprends pas.

Il n'y a pas de perthites dans les pegmatites graphiques?

 

 

[jjnom]

il y a une heure, jean francois06 a dit :

Il n'y a pas de perthites dans les pegmatites graphiques?

Si. Mais la séparation entre FK et FNa intervient à l'état solide. 

[phoscorite]

Bon, je précise cette histoire d'eutectique, car ça dépend du système chimique dont on parle.

 

Dans le système SiO2-KAlSi3O8 (quartz - Kfeldspath) on a un péritectique : on commence par cristalliser de la leucite quand on solidifie un liquide dont la composition est celle du feldspath potassique. Ce cas de figure est pertinent pour certaines roches volcaniques alcalines acides.

Mais le système pertinent pour les granites en fin de cristallisation est SiO2-KAlSi3O8-NaAlSi3O8 (+ H2O), système dit "haplogranite" étudié par Bowen.

Et dans ce système-la, le point le plus bas du liquidus (le minimum melt) est en équilibre avec quartz et deux feldspaths.

Donc, normalement, quand cette composition particulière (eutectique) se solidifie, elle forme simultanément les trois minéraux.

Ensuite la question est qu'est-ce qu'on doit avoir comme composition de feldspath dans ces conditions, sachant qu'il existe des solutions solides entre K feldspath et albite. Sous forte PH2O (disons 2kb) ce qui est pertinent pour un granite, la température de l'eutectique ternaire est relativement basse (700°C) et dans ces conditions les solutions solides des feldspaths sont limitées : le K feldspath peut contenir un peu d'albite, qui va s'exsolver éventuellement à plus basse température (subsolidus) pour donner des perthites. Voir le bouquin de Barth sur les feldspaths...

 

Logiquement, vous allez ensuite me demander pourquoi dans une pegmatite on ne trouve pas souvent "ensemble" les deux feldspaths alcalins, et vous aurez raison, c'est bizarre d’après les données experimentales. Pour s'en sortir, on est un peu obligé d'admettre que ça ne cristallise pas vraiment en système fermé ou tout au moins que Na et K (contrairement à Si et Al) peuvent diffuser assez facilement dans le magma ou dans l'eau pour ne pas contraindre le système a précipiter les deux feldspaths au même endroit. En pratique, on trouve aussi l'albite dans les pegmatites, mais elle est souvent à quelques mètres de distance des grands KF graphiques.

 

Dernier point, qui était en fait à l'origine de ma remarque initiale : a ma connaissance, il n'y a pas de relation entre le fait d'avoir un eutectique et la texture graphique. Bien sur il faut pouvoir cristalliser deux minéraux en même temps pour qu'ils s’enchevêtrent, mais l’enchevêtrement graphique résulte d'un conflit entre la nucléation, la croissance et le transport des constituants autour des cristaux, pas du caractère eutectique de la composition qui se solidifie.

[Invité jean francois06]

Salut jjnom, content de te revoir ici.

@phoscorite

"Logiquement, vous allez ensuite me demander pourquoi dans une pegmatite on ne trouve pas souvent "ensemble" les deux feldspaths alcalins, et vous aurez raison?, c'est bizarre d’après les données experimentales. Pour s'en sortir, on est un peu obligé d'admettre que ça ne cristallise pas vraiment en système fermé ou tout au moins que Na et K (contrairement à Si et Al) peuvent diffuser assez facilement dans le magma ou dans l'eau pour ne pas contraindre le système a précipiter les deux feldspaths au même endroit. En pratique, on trouve aussi l'albite dans les pegmatites, mais elle est souvent à quelques mètres de distance des grands KF graphiques."

Donc ici, tu dis que les deux ne coexiste pas. Jjnom, me signale que c'est à l'état solide.

Pourtant on en trouve. On a bien des perthites dans les pegmatites graphiques.

"

Ensuite la question est qu'est-ce qu'on doit avoir comme composition de feldspath dans ces conditions, sachant qu'il existe des solutions solides entre K feldspath et albite. Sous forte PH2O (disons 2kb) ce qui est pertinent pour un granite, la température de l'eutectique ternaire est relativement basse (700°C) et dans ces conditions les solutions solides des feldspaths sont limitées : le K feldspath peut contenir un peu d'albite, qui va s'exsolver éventuellement à plus basse température (subsolidus) pour donner des perthites. Voir le bouquin de Barth sur les feldspaths..." On peut donc bien avoir des perthites dans des pegmatites graphiques.

Ce sont des trucs qui m'échappent.

 

 

 

[mr42]

 

Il y a 2 heures, phoscorite a dit :

Ensuite la question est qu'est-ce qu'on doit avoir comme composition de feldspath dans ces conditions, sachant qu'il existe des solutions solides entre K feldspath et albite. Sous forte PH2O (disons 2kb) ce qui est pertinent pour un granite, la température de l'eutectique ternaire est relativement basse (700°C) et dans ces conditions les solutions solides des feldspaths sont limitées : le K feldspath peut contenir un peu d'albite, qui va s'exsolver éventuellement à plus basse température (subsolidus) pour donner des perthites. Voir le bouquin de Barth sur les feldspaths...

Je n’ai pas beaucoup de données sous la main. Voici ce que j’ai récupéré. Ce n’est pas précis mais il semble que sous 200 MPa, si on admet un déséquilibre en faveur de K, il existe une fenêtre pour une solution solide et ça doit encore fonctionner. Bien entendu, le monde réel est toujours plus compliqué que ces diagrammes et on ne va pas tomber pile sur cette valeur de la pression.

Il y a 2 heures, phoscorite a dit :

Dernier point, qui était en fait à l'origine de ma remarque initiale : a ma connaissance, il n'y a pas de relation entre le fait d'avoir un eutectique et la texture graphique. Bien sur il faut pouvoir cristalliser deux minéraux en même temps pour qu'ils s’enchevêtrent, mais l’enchevêtrement graphique résulte d'un conflit entre la nucléation, la croissance et le transport des constituants autour des cristaux, pas du caractère eutectique de la composition qui se solidifie.

Nous sommes d'accord, l’eutectique n’implique pas la texture graphique mais ce n’est quand même pas loin d’être une condition nécessaire.

 

https://images.app.goo.gl/Qens2wHwBEPPpEe79

 

https://images.app.goo.gl/FtZQQ89vCyLvy7so8

[phoscorite]

Rebonjour

 

Je reprends les solutions solides des feldspaths avec ce que j'ai sous la main.

Voici le schéma de Barth, avec les sections du solidus a des températures différentes et les joints plagioclase- K feldspath (tiretes) en équilibre

 

A 500°C, sur le joint Ab-Or, on a toujours deux feldspaths alcalins qui coexistent

A 600 et 700°C, c'est aussi le cas dès qu'il y a un peu de calcium dans le système, et que le plagioclase n'est plus de l'albite pure.

Mais vous avez raison, le feldspath K contient une proportion substantielle d'albite (>20%), et il est donc normal qu'il forme des perthites en refroidissant.

 

Pour ce qui est de la relation eutectique-texture graphique, une cristallisation cotectique ferait bien l'affaire (on n'a pas besoin d'être a un minimum du liquidus)

 

[mr42]

Merci pour ces compléments.

Eutectique ou cotectique, tant qu’on n’a pas précisé les proportions Na/K/Ca du liquide initial, les deux restent possibles. Il est vrai que l’eutectique nous renvoie à des situations extrêmes avec forte prépondérance d’un des ingrédients.

Je reviens à l’échantillon que j’ai sous la main. Je ne vois qu’un seul gros cristal de feldspath dont j’ignore la composition. Si un deuxième feldspath s’était formé, il aurait diffusé à plusieurs centimètres pour trouver un site de germination favorable.

Je ne suis pas géologue mais en métallurgie, on trouve des situations analogues où la diffusion entre en compétition avec la cristallisation. Il est souvent plus simple de se greffer sur un site métastable proche que de rechercher au hasard un site stable éloigné. Mais l’échelle des temps n’est pas du tout la même.

[phoscorite]

De rien

 

Il y a beaucoup de situations ou ce que l'on observe en metallurgie sert a comprendre ce qui se passe en pétrologie magmatique.

L'un de nos bréviaires pour le maniement des diagrammes de phase est le "phase diagrams for ceramists" que vous connaissez peut-etre.

Et je pense aussi a des textures de cristallisation (exsolutions, structures columnaires, couronnes reactionnelles...)

 

[mr42]

Il y a 2 heures, phoscorite a dit :

L'un de nos bréviaires pour le maniement des diagrammes de phase est le "phase diagrams for ceramists" que vous connaissez peut-etre.

En voilà des souvenirs mais ça ne me rajeunit pas !

Il y a aujourd’hui des ressources sur internet :

https://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/FS_All_PDs.htm

Ou encore, en russe mais assez complet :

http://www.himikatus.ru/art/phase-diagr1/diagrams.php

[jjnom]

Il existe des pegmatites graphiques sodiques mais la grosse majorité est potassique.

Selon le papier cité ci-dessous, on a SiO2 74%, Al2O3 14%, K2O 8%, Na2O 3% et Ca bien moins que 1%. 

Macroscopiquement, on a 70% de FK (microcline: FK de basse température) et 30% de Q. Mais si on utilise la normalisation CIPW, on trouve 50 % de FK et 20% de Ab. 

Ca explique les perthites, où l'albite s'individualise dans un FK70Ab30 durant le refroidissement.

Voilà ce papier qui m'a intéressé car à partir duquel on pourrait considérer la nucléation du quartz comme une conséquence de la cristallisation du feldspath. Une façon naturaliste de parler de cotectique...:

 

 

[mr42]

Merci pour le document égyptien.

C’est le genre de chose que j’aurais aimé trouver pour la Chaumette mais la notice BRGM de St Chély est particulièrement mince.

Les pourcentages en masse me laissent toujours perplexe. K est plus lourd que Na et le mélange est en fait assez équilibré dans les zones « coarse graphic ». Plus la texture est fine et plus le déséquilibre est marqué.

[mr42]

Quelques détails:

[Invité jean francois06]

Belle photo, on voit bien le quartz avec une bordure irrégulière et la perthite.

[mr42]

Merci. Une petite question : je suppose que la bordure irrégulière indique le sens de croissance du quartz. Mais alors, les deux bandes sur la photos se sont développées dans des directions opposées ?

Sur le petit quartz le plus à droite on voit également des stries de croissance.

[phoscorite]

Il y a 10 heures, mr42 a dit :

Mais alors, les deux bandes sur la photos se sont développées dans des directions opposées ?

Bonne question mais pas évident, en 3D, et on ne voit pas de forme automorphe de quartz dans la bande de droite.

Sur la jolie section de la photo 4, détail de la 2, on voit mieux les formes automorphes du quartz, et il y en a aussi qui ont l'air de pointer dans des directions opposées.

 

Mais si vous imaginez un front de cristallisation qui n'est pas plan, avec une structure cellulaire en colonnes, alors pour un cristal en train de croitre sur le front, la phase liquide se trouve dans presque toutes les directions. C'est peut-être plus clair sur un dessin : celui-ci est tiré d'un papier de Guy et al. 2019, qui décrit des structures cellulaires dans la solidification d'un liquide silicaté "artificiel".

 

[jjnom]

Le 24/04/2021 à 10:27, mr42 a dit :

le mélange est en fait assez équilibré dans les zones « coarse graphic ». Plus la texture est fine et plus le déséquilibre est marqué.

Bonne remarque. Plus le grain est fin, plus Na2O + K2O grandit et plus K2O/Na2O augmente mais l'auteur ne donne pas d'hypothèse pour expliquer ce phénomène.

 

Il y a 11 heures, mr42 a dit :

Sur le petit quartz le plus à droite on voit également des stries de croissance.

Mouais... Stries certes. De croissance? La direction de ces stries est la même que celle des perthites...Coïncidence?

[mr42]

Il y a 3 heures, phoscorite a dit :

Mais si vous imaginez un front de cristallisation qui n'est pas plan, avec une structure cellulaire en colonnes, alors pour un cristal en train de croitre sur le front, la phase liquide se trouve dans presque toutes les directions. C'est peut-être plus clair sur un dessin : celui-ci est tiré d'un papier de Guy et al. 2019, qui décrit des structures cellulaires dans la solidification d'un liquide silicaté "artificiel".

C’est clair, le front ne peut pas être plan.

Il y a 2 heures, jjnom a dit :

Mouais... Stries certes. De croissance? La direction de ces stries est la même que celle des perthites...Coïncidence?

Les stries sont beaucoup plus fines et régulières que les lames de perthite.

La perthite a du se former en dernier.

Les stries pourraient venir d’une cristallisation simultanée du quartz et d’ une solution solide.

La direction des stries aurait quelque chose à voir avec les plans cristallins du feldspath, ce qui expliquerait un vague alignement avec les lames de perthite ?

[phoscorite]

Il y a 6 heures, jjnom a dit :

Bonne remarque. Plus le grain est fin, plus Na2O + K2O grandit et plus K2O/Na2O augmente mais l'auteur ne donne pas d'hypothèse pour expliquer ce phénomène.

 

Je crains que ce ne soit pas une observation générale.

J'ai le souvenir de pegmatites à cristaux de fK courbes (stockscheider) de taille pluridécimétrique ou il n'y avait que fK, quartz et un peu de biotite en lamelles.

[Invité jean francois06]

En tout cas ce post sur les pegmatites, me rappelle un post que j'avais fait sur les microgranites, hélas pollué par des interventions inutiles.

 

je profite donc de ce sujet pour trouver une réponse à ma question.  On avait dit donc microgranite. Mon interrogation portait sur la taille et la forme des cristaux de quartz (subautomorphe). On avait des phénocristaux de quartz et de feldspaths potassiques .

Ma question portait sur la teneur en eau de ce type de microgranite.

Enfin, grâce à ce fil de @mr42 j'ai ma réponse. Et merci à  @phoscorite pour son éclairage.

 

Etant donné mon ignorance dans ce domaine, j'ai fait quelques recherches sur les pegmatites graphiques, mais aussi miarolitique.

Et je suis tombé sur cet article que je partage :

https://www.nature.com/articles/s41467-020-18806-w

 

Dans la biblio, on trouve aussi cet article : https://www.researchgate.net/publication/226832091_The_role_of_H2O_in_rapid_emplacement_and_crystallization_of_granite_pegmatites_Resolving_the_paradox_of_large_crystals_in_highly_undercooled_melts

 

Ce qui permet de comprendre comment un magma qui a refroidi relativement rapidement (en comparaison avec une rhyolite) peut montrer des cristaux de quartz de grandes tailles et automorphes dans un microgranite.

 

Les vitesses de croissance des cristaux données dans l'article de nature sont hallucinantes.

 

 

 

[mr42]

Merci à tous pour vos contributions.

Il est intéressant de voir que l’on arrive à cerner les vitesses de croissance.

Il y a 16 heures, jean francois06 a dit :

Les vitesses de croissance des cristaux données dans l'article de nature sont hallucinantes.

Tout à fait !

Les phénomènes de surfusion jouent un rôle majeur ce qui suppose une évacuation efficace de la chaleur d’où la nécessité de forts gradients thermiques. Le fluide initial a donc du voyager rapidement jusqu’à se trouver piégé dans une zone trop froide...

Une fois le problème des flux de chaleur réglé, il reste la répartition des espèces chimiques. L’eau réduit la viscosité et facilite les transports aussi bien par diffusion que par convection. L'évolution en dents de scie (température aussi bien que concentrations) colle bien avec la texture graphique.

Il reste quand même une question avec l’aluminium :

- dans l’exemple égyptien, il y a un excédent de Al,

- dans le cas de la Chaumette, on trouve par endroits de belles gerbes d’andalousite, je ne sais malheureusement pas comment elles se positionnent par rapport aux zones graphiques :

https://www.geoforum.fr/topic/28875-minéraux-de-la-lozère-et-cristaux-lozériens/?do=findComment&comment=679069