Comment se forment les pierres précieuses ?

La formation de cristaux requiert cinq conditions : les ingrédients, la température, la pression, le temps et l'espace. Pour mieux expliquer les bases de la cristallisation minérale, parlons un instant du sucre candi. Il s'agit simplement de sucre cristallisé.

Si vous versez un maximum de sucre dans l'eau, vous le verrez se déposer au fond de la casserole. Lorsque le sucre ne peut plus se dissoudre, vous avez atteint le point de saturation. L'eau ne peut plus absorber de sucre ; on parle alors de sursaturation.

Portez maintenant la casserole à ébullition ; le niveau de saturation change à ce moment-là. Vous pouvez ajouter du sucre, mais continuez jusqu'à atteindre la sursaturation. À ce stade, retirez la casserole du feu. Lorsque l'eau revient à température ambiante, le sucre qu'elle peut contenir retrouve son niveau initial. L'excédent de sucre sort de sa solution et cristallise.

Maintenant, suspendez une ficelle dans la solution pour que les cristaux puissent se développer. Idéalement, lestez la ficelle pour la maintenir droite. Une fois l'eau complètement refroidie, la ficelle sera recouverte de cristaux.

C’est une excellente façon de comprendre comment se forment les pierres précieuses.

Processus de formation des pierres précieuses

En général, les pierres précieuses peuvent se former de quatre manières.

1. Ignés - Ces minéraux sont créés dans les profondeurs de la terre (diamants , rubis , saphir , péridot)

2. Hydrothermal - Similaire à l'exemple du sucre candi, les pierres précieuses se forment lorsque des masses d'eau riches en minéraux se refroidissent

3. Métamorphique - Comme son nom l'indique, ce sont des gemmes qui sont « transformées » en raison d'une chaleur et d'une pression intenses. (Saphir , Rubis , Spinelle , Grenat)

4. Sédimentaire - Gemmes qui se forment en raison du dépôt de sédiments par l'eau (Malachite, Azurite , Opale)

Pierres précieuses ignées formées dans le manteau terrestre

Bien que nos connaissances sur le manteau terrestre soient limitées, il existe des preuves que certaines pierres précieuses s'y forment. Cela nécessite des températures extrêmement élevées.

Les exemples les plus remarquables de pierres précieuses se formant dans le manteau terrestre sont sans doute le péridot et le diamant. Des géologues ont étudié les gisements de péridot de l'Arizona et pensent qu'ils se sont formés sur des roches flottant dans le manteau terrestre, jusqu'à 88 kilomètres sous la surface. Ils ont été rapprochés de la surface par une éruption explosive, l'érosion et l'altération les ayant suffisamment rapprochés pour être découverts.

Cependant, on comprend mieux les diamants . Les diamants se cristallisent dans le magma juste sous la croûte terrestre. Cependant, ces formations ont une composition chimique différente. Les géologues pensent qu'elles proviennent de 177 à 240 kilomètres sous la surface terrestre. À cette profondeur, le magma est incroyablement fluide et les températures très élevées.

Ce magma peut traverser la croûte terrestre bien plus rapidement et avec beaucoup plus de violence que d'autres éruptions volcaniques. Lors de l'éruption, le magma fragmente et dissout les roches, puis les transporte à la surface.

Si le magma montait lentement, les diamants ne survivraient probablement pas. La pression et les variations de température entraîneraient leur vaporisation, voire leur recristallisation sous forme de graphite. Cependant, en raison de la vitesse de remontée du magma, les diamants n'ont pas le temps de se transformer ou de se vaporiser, et restent donc à l'état de diamants.

Lorsque des changements importants et brutaux se produisent dans la croûte, les cristaux sont souvent brisés. Lorsque les conditions de croissance sont réunies, la matière s'infiltre dans les fractures et cristallise. Cela permet de les réparer en les scellant. Cependant, elles ne guérissent pas complètement : de fines cavités subsistent et apparaissent comme des empreintes digitales.

Comment remontent-elles à la surface une fois formées ? Leur formation profonde sous la surface rend leur extraction étonnante. Elles remontent à la surface lors d'éruptions volcaniques, mais la plupart d'entre elles y parviennent par l'érosion et la formation de montagnes.

Création de pierres précieuses hydrothermales

Ce processus est très similaire à celui du sucre candi décrit ci-dessus. De l'eau sursaturée, riche en minéraux, est injectée dans les cavités et les fissures du sol. À mesure que cette solution refroidit, les différents minéraux commencent à cristalliser.

Les découvertes hydrothermales les plus importantes se trouvent en Colombie, notamment la mine d'émeraude de Muzo. Ces gisements hydrothermaux sont riches en chrome, ce qui donne aux émeraudes de la région leur incroyable couleur.

L'image ci-dessous montre une veine minérale hydrothermale. Cette veine se forme lorsque la solution aqueuse se refroidit à l'intérieur de la fissure de la roche environnante.

Création de pierres précieuses métamorphiques

La majorité des pierres précieuses sont formées par métamorphisme. Il s'agit d'un phénomène de rapprochement de minéraux sous une forte pression et une forte chaleur, généralement provoqué par le déplacement des plaques tectoniques les unes sous les autres. Ces minéraux se rapprochent et se métamorphosent en différents minéraux, parfois sans fusion.

Création de pierres précieuses sédimentaires

La formation des pierres précieuses sédimentaires se produit lorsque l'eau se mélange aux minéraux présents à la surface de la Terre. L'eau riche en minéraux s'infiltre alors entre les fissures et les cavités de la Terre et dépose des couches de minéraux. C'est ainsi que se forment des minéraux comme l'opale, la malachite et l'azurite. L'opale se forme lorsque l'eau se mélange à la silice. À mesure que la solution de silice se dépose, des sphères microscopiques de silice s'empilent les unes sur les autres pour former l'opale.

Cristallisation minérale

L'épaisseur de la croûte terrestre peut varier de 5 à 40 kilomètres. Sous la croûte se trouve le manteau terrestre. Ce manteau, d'une épaisseur d'environ 3 000 kilomètres, représente 83 % du volume de la Terre. Il est composé de magma, une roche en fusion. Lorsqu'il atteint la surface, on l'appelle lave. Sa température maximale se situe près du centre de la Terre, et les courants de chaleur le maintiennent en mouvement constant.

La zone de rencontre entre la croûte et le manteau est tumultueuse, caractérisée par des températures et des pressions élevées. Plusieurs plaques composent la croûte terrestre et flottent sur le manteau liquide. En se heurtant, certaines se soulèvent pour former des montagnes, tandis que d'autres sont repoussées vers le bas.

Le magma est également en mouvement perpétuel. Sa pression et son mouvement créent continuellement usure et fractures à la base de la croûte terrestre. Les roches se détachent alors de la croûte terrestre, emportées par le magma fluide. Les roches fondent, modifiant la composition chimique du magma. Les particules plus petites sont vouées à devenir des inclusions dans les pierres précieuses à venir.

Les pierres précieuses se forment dans les profondeurs de la Terre, la surface inférieure de sa croûte terrestre contenant de nombreuses cavités dues à d'importantes fractures. Des fluides s'échappent par ces cavités et fractures. C'est la condition idéale pour la croissance des cristaux. Il s'agit d'une soupe riche en substances chimiques, fournissant tous les ingrédients nécessaires. Les cavités offrent un espace idéal pour la croissance, et la pression et la température sont élevées. Le fluide circulant dans la croûte la refroidit suffisamment pour que la cristallisation puisse avoir lieu ; il ne manque plus que du temps.

D'un point de vue géologique, le temps dont on dispose devrait être suffisant. Cependant, cet environnement étant très tumultueux, les passages s'ouvrent et s'effondrent continuellement. Les cristaux commencent souvent à se former, mais lorsque le passage s'effondre, le flux de fluide est fermé. C'est à ce moment que la croissance s'arrête.

Si le passage se rouvre, la croissance reprend. Cette croissance intermittente est généralement indétectable dans les cristaux, bien que dans d'autres cas, les couches successives de développement présentent une composition chimique différente. Cela entraîne un zonage de couleur.

Ordre de cristallisation des minéraux

Les cristaux de topaze se forment avant le quartz lors du refroidissement, car l'un des principes de la cristallisation est que, lorsque la température baisse, les ingrédients solides qu'ils peuvent contenir diminuent. Cependant, les ingrédients de la croûte terrestre sont un peu plus complexes que la solution sucrée décrite ci-dessus. Différents minéraux cristallisent à partir de la même solution, mais à des températures différentes. Vous pouvez observer le corindon en premier, suivi de la topaze et du quartz à mesure que la solution continue de refroidir.

Bien que la pression n’ait aucun effet sur le sucre candi, la combinaison correcte de température et de pression est nécessaire pour que les minéraux cristallisent.

De plus, deux autres conditions sont nécessaires à la cristallisation : l'espace et le temps. En effet, la combinaison adéquate d'ingrédients, la pression et la chaleur doivent durer suffisamment longtemps pour que les minéraux cristallisent. De plus, ils ont besoin d'espace pour se développer.

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