4. Les roches métamorphiques, témoins de l'évolution thermique de la lithosphère
La situation thermique de la lithosphère est variable. Aussi est-il nécessaire d'étudier les indices « fossiles » qui ont enregistré ces instabilités thermiques, permettant ainsi de caractériser celles-ci. Des roches, placées dans de nouvelles conditions de pression et de température recristallisent à l'état solide. L'étude de telles roches doit nous conduire à retracer les paléo-géothermes de l'époque à laquelle elles ont été métamorphisées. Notons que P peut être assimilée à la pression lithostatique, qui est une fonction directe de la profondeur : P = ρ.g.z où ρ est la masse volumique des roches, g, l'accélération de la pesanteur et z, la profondeur. La « pression orientée », qui est liée à la contrainte tectonique, reste faible (quelques centaines de bars) et peut être négligée.
• Pourquoi les roches recristallisent-elles ?
Lorsqu'une roche est amenée à grande profondeur (P augmente), elle devient plus dense et son volume diminue. Or, les minéraux ne sont pas très compressibles. Aussi, les minéraux peu denses, stables en surface, sont-ils remplacés, en profondeur, par des minéraux de densité supérieure.
Lorsqu'une roche de surface, froide, s'enfonce dans le globe chaud, un échange de chaleur ΔQ se fait entre la roche, qui se réchauffe, et son environnement. Dans la roche, Q et T augmentent de ΔQ et ΔT et par voie de conséquence le rapport ΔQ/ΔT est positif. Ce rapport mesure la variation d'entropie ΔS entre l'entropie de la roche « chaude » et celle de la roche « froide ». Si ΔS est positif, c'est que l'entropie de la roche chaude est plus grande que celle de la roche froide. L'entropie représente le nombre de façons dont les constituants atomiques ou moléculaires peuvent se répartir dans un minéral (on dit encore que l'entropie mesure le désordre). C'est donc une caractéristique intrinsèque des minéraux. En conséquence, lorsqu'une roche est portée à haute température, son entropie augmente. L'entropie des minéraux variant peu, les minéraux de basses températures, à faible entropie, sont remplacés par des minéraux de hautes températures à entropie élevée.
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