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Sur le siège probable de l’action volcanique

T. Sterry Hunt, La Revue Scientifique — 27 août 1870

Mis en ligne par Denis Blaizot le samedi 18 avril 2015

On admet généralement aujourd’hui la théorie qui attribue à la terre une croûte solide d’origine ignée : cette théorie suppose que notre globe a été à une certaine époque une masse entièrement fondue, et qu’il possède encore à partir d’une certaine profondeur une température très élevée.

Les géologues regardent comme se rattachant à cette chaleur interne la formation des roches éruptives, les phénomènes volcaniques et les mouvements de l’écorce terrestre ; ils ont proposé trois théories principales pour expliquer ces faits.

La première suppose que par suite du refroidissement du globe, une mince couche solide s’est formée, recouvrant un noyau encore en fusion.

La seconde hypothèse, soutenue par Hopkins et Poulelt Scrope, admet que la solidification a commencé au centre du globe liquide et qu’elle a gagné peu à peu vers la circonférence. Avant que les dernières parties ne fussent solidifiées on conçoit l’existence d’une phase de demi-fluidité pendant laquelle des parties déjà refroidies et assez légères n’ont pu se précipiter et ont formé une croûte superficielle dont la solidification s’est produite de la surface au centre.

Une certaine quantité de matière liquide s’est ainsi trouvée enfermée entre le noyau et la croûte solides ; suivant Hopkins cette matière est encore probablement liquide ; elle est le siège de l’action volcanique. On peut du reste supposer qu’elle forme des réservoirs isolés ou lacs souterrains, ou bien, comme le veut Scrope, une enveloppe continue autour du noyau solide dont l’existence les concilie ainsi avec celle que l’on ne peut contester, d’une mince croûte flexible recouvrant une matière. en fusion.

Hopkins, dans la discussion de cette question, a insisté sur ce fait, établi par ses expériences, que la pression favorise la solidification des matières telles que les roches, dont la densité diminue quand elles passent à l’état liquide. Il en conclut que la pression existant à de grandes profondeurs a dû déterminer la solidification de masses en fusion qui, sous des pressions moindres, fussent demeurées liquides à la température, où cette solidification s’est produite. M. Scrope a complété cette théorie par l’hypothèse ingénieuse que dans certaines régions l’énorme pression exercée sur le noyau solide a pu être diminuée par suite de mouvements locaux de la croûte terrestre ; il en est résulté que des matières déjà solidifiées ont pu reprendre la forme liquide : de là l’invasion des roches éruptives dans des régions où tout était solide auparavant
 [1].

De semblables vues ont été exposées dans une note par le révérend O. Fisher et par M. N. S. Shaler dans les Proceedings of the Boston Society of Natural history. Ces deux notes ont paru en même temps, au mois de novembre i868 ; dans le Geological Magazine.

M. Shaler suppose, lui aussi, que la terre « est constituée par un immense noyau solide, une croûte extérieure également solide et une région intermédiaire d’une épaisseur relativement faible et dans un état de fusion ignée imparfaite. » Il est curieux de remarquer, comme l’a fait M. Cliflon Ward, dans le même recueil pour décembre (page 581), que l’élude du magnétisme terrestre avait conduit Halley à une hypothèse et toute semblable. Ce physicien supposait I’existence de quatre pôles magnétiques, dont deux situés dans la croûte extérieure de la ferre, et deux autres dans une massa intérieure séparée de l’enveloppe solide par une masse intermédiaire et tournant autour de son axe un peu plus lentement que cette enveloppe [2]. Ces conclusions furent adoptées plus tard par Hansteen.

La formation d’une couche solide à la surface de la masse visqueuse et presque solidifiée du globe, telle que l’admettent les partisans de la seconde hypothèse, est chose extrêmement possible.

Toutefois il est. peu probable que cette couche ait commencé à se former à une époque où l’enveloppe encore liquide du globe avait une épaisseur telle que le refroidissement qui a dû se produire depuis celle époque jusqu’à nos jours n’ait pas été suffisant pour solidifier celle enveloppe tout entière. — Une telle croûte formée par le refroidissement de la couche superficielle se serait plus ou moins déprimée et fend ue à cause de la contraction éprouvée par le liquide sous-jacent à la suite de son refroidissement et il en serait résulté probablement, comme je l’ai dit ailleurs, une « surface extrêmement irrégulière provenant de la contraction des masses congelées qui avaient en dernier lieu formé une enveloppe de mince épaisseur autour du noyau solide. » — Suivant moi, les phénomènes géologiques ne démontrent pourtant pas d’une manière évidente l’existence de portions encore non solidifiées de la matière primitive liquide ; ils peuvent être plus simplement expliqués par une troisième hypothèse.

Celle-ci, comme la précédente, suppose l’existence d’un noyau solide d’une croûte extérieure et d’une couche intermédiaire de matière demi-fluide ; mais celle dernière couche ne doit plus son origine à une portion non solidifiée du globe liquide) elle est constituée par des matériaux appartenant à la partie extérieure de la masse solidifiée primitive qui ont été désagrégés et modifiés par les agents chimiques et mécaniques et se trouvent dans un état de fusion due à l’action simultanée de l’eau et de la chaleur.

L’histoire de celle théorie forme un intéressant chapitre de la géologie. Comme l’a remarqué Humboldt, on voit apparaître dès l’enfance de la géologie celle idée que les phénomènes volcaniques ont leur siège dam les formations sédimentaires el dépendent de la combustion de substances organiques. A celle période appartiennent les théories de Lémery et de Breislak [3], Keferstein, dans son histoire naturelle des corps terrestres (Naturgeschichte des Erdkörpers) publiée en 1834, maintient que toutes les roches cristallines non stratifiées, depuis le granite jusqu’à la lave, sont produites par la transformation de couches sédimentaires, en partie très récentes. Il ajoute qu’il est impossible de tracer aucune ligne de démarcation bien nette entre les roches neptuniennes et les roches volcaniques, puisqu’elles se transforment les unes dans les autres. Suivant lui, ce n’est ni dans un fluide central incandescent, ni dans l’oxydation d’un noyau central métallique (Davy, Daubeny) que les phénomènes volcaniques ont leur cause, c’est dans les couches sédimentaires connues où ils résultent d’une sorte de fermentation, qui fait cristalliser et groupe sous de nouvelles formes les éléments de ces couches. Le dégagement de chaleur est la conséquence nécessaire des réactions chimiques qui se produisent alors [4].

En commentant ces vues [5] j’avais fait remarquer qu’en négligeant le noyau incandescent comme source de chaleur, Keferstein avait laissé de côté la cause déterminante des changements chimiques qui s’observent dans les couches sédimentaires profondes. L’idée d’une fermentation ou d’une combustion souterraine comme source de chaleur, doit être rejetée comme irrationnelle.

Une idée identique avec celle de Keferstein, relativement au siége des phénomènes volcaniques, a élé émise plus tard par sir John Herschell dans une lettre il sir Charles Lyell datée de 1863 [6]. Partant de celle supposition de Scrope et de Babbage que les horizons isothermes de la croûte terrestre doivent se relever par suite de l’accumulation des sédiments, Herschell insiste sur ce point, que les couches profondes peuvent à cause même de leur profondeur devenir assez chaudes pour cristalliser atteindre leur point de fusion. Comme elles contiennent de l’eau et des débris organiques, il se produit alors des dégagements de gaz qui amènent les tremblements de terre et les éruptions volcaniques. En même temps, les perturbations produites dans l’équilibre des pressions par la transformation des sédiments, jointes à cette circonstance, que l’écorce flexible du globe repose sur des matières en parties liquides, suffisent à expliquer les mouvements d’exhaussement ou d’affaissement de la croûte terrestre. Herschell ignorait sans doute, les développements que Keferstein avait avant lui donné à ces vues ; et les idées de l’un et de l’autre semblaient avoir échappé aux géologues jusqu’à l’époque où je les rappelai dans une note lue en mars 1858, devant l’institut canadien à Toronto. Je connaissais at01’5 la le tire d’Herschell, mais les écrits de Keferstein ne m’étaient pas encore tombés sous la main. J’examinais dans ma note les diverses réactions que pouvaient produire les actions combinées de l’eau et de la chaleur dans des sédiments contenant à. côté de matières riches en silice et en alumine, des sulfates, des carbonates, des chlorures et des substances organiques. Je montrais que dans ces circonstances, toutes les émanations gazeuses des contrées volcaniques pourraient prendre naissance, tandis que du mélange en proportions diverses de ces matières, ayant subi une fusion ignéo-aqueuse, pouvaient résulter les roches éruptives dans toute leur variété.

Voici les termes dont je me servais dans ma note :

« On conçoit que la croûte solide primitive de la terre formée de roches anhydres et ignées, est partout profondément ensevelie sous ses propres ruines qui forment de grandes masses de couches sédimentaires imprégnées d’eau. La chaleur interne envahissant ces-couches. y produit des modifications qui constituent le métamorphisme normal. A une profondeur suffisante, ces roches sont dans un état de fusion produit par les actions combinées de l’eau et de la chaleur, et dans le cas où il se produit une rupture dans les couches qui leur sont superposées elles peuvent s’élever au-dessus de ces dernières, prenant alors la forme de roches éruptives. Lorsque la nature des sédiments est telle que leur fusion peut engendrer une grande quantité de fluides élastiques, des tremblements de terre et des éruptions volcaniques peuvent se produire. Toutes choses égales d’ailleurs et c’est dans les formations des plus récentes que ces conditions se trouvent le mieux réalisées [7]. »

Les mêmes idées ont été plus tard exposées par moi, dans une note intitulée : Sur quelques points de chimie géologique [8]. J’y ai depuis ajouté quelques explications relatives à celle que j’appelle les ruines de la croûte formée par les roches primitives anhydres et ignées. Par suite de la contraction due au refroidissement, ces roches, on le conçoit, sont devenues poreuses et jusqu’à une grande profondeur perméables à l’eau, qui a été ensuite précipitée à leur surface, Elles se sont trouvées par cela même, dans les meilleures conditions pour subir une désagrégation mécanique en même temps que l’action chimique des acides qui devaient à celle époque se trouver dans l’atmosphère et dans les eaux, comme je l’ai montré dans la note déjà mentionnée. Il n’est cependant pas improbable, qu’une enveloppe encore liquide de matière fondue ait existé sous la croûte terrestre, et soit intervenue dans les phénomènes volcaniques de la première période. Cette matière aurait alors contribué à accroître la masse minérale, soumise à l’action de l’eau et de l’atmosphère. La terre, l’air et l’eau réagissant ainsi réciproquement, ont formé par une série de transformations chimiques ou mécaniques, tout le monde minéral qui nous est connu.

C’est la portion inférieure de cette masse désagrégée et imprégnée d’eau qui, dans l’hypothèse actuelle, forme la couche semi-liquide que nous supposons exister entre lu croûte terrestre extérieure et le noyau solide, interne, dépourvu d’eau. Pour se faire une idée exacte des conditions d’existence actuelles ou passées de cette couche, il faut spécialement considérer deux choses, la relation de lu température avec la profondeur, et celle de lu solubilité avec la pression. En supposant que l’accroissement de température que l’on constate lorsqu’on descend à l’intérieur du globe, est uniquement der à lu chaleur du noyau central, M. Hopkins a démontré qu’il devait exister un rapport constant entre les effets de cette chaleur centrale à la surface du sol, et la loi suivant laquelle s’accroît la température des couches internes. Ainsi, actuellement la température moyenne de la surface de la terre est augmentée d’un vingtième de degré Fahrenheit par le dégagement de la chaleur centrale, et l’accroissement de température des couches internes est de un degré pour soixante pieds de profondeur. Si nous nous reportons au contraire, à une époque de l’histoire de notre globe où la chaleur centrale était capable d’accroître la température de la surface du sol d’une quantité vingt fois plus grande qu’aujourd’hui, c’est-à-dire de un degré Fahrenheit, l’accroissement de température à mesure que l’on descend à l’intérieur du globe aura der être à cette époque vingt fois plus rapide qu’aujourd’hui, c’est-à-dire de un degré pour trois pieds de profondeur [9]. Il est indiscutable qu’un pareil état de choses a dû exister pendant une longue période à une époque où l’accumulation d’une couche relativement mince de sédiments a pu produire tous les phénomènes de métamorphisme, de volcanicité et de mouvements de la croûte terrestre dont Herschell a si bien expliqué l’origine.

Si maintenant nous examinons l’influence de la pression sur les matériaux profondément ensevelis qui proviennent de la désagrégation par les agents chimiques ou mécaniques de la croûte primitive, nous trouvons que la présence de l’eau chaude dans ces matériaux les place dans des conditions très différentes de celles où Il pu se trouver la masse solide primitive, Tandis que la pression élève le point de fusion des corps qui se dilatent en passant à l’état liquide, elle abaisse au contraire celui des corps, tels que la glace, qui se contractent en devenant liquides. Le même principe s’étend à la liquéfaction par solubilité. Lorsque la dissolution d’un corps est accompagnée d’une condensation ou d’une diminution de volume, ce qui arrive généralement, la pression, comme l’a montré Sorby [10], augmente le pouvoir dissolvant des liquides. Sous l’influence de la température élevée et de la haute pression à laquelle sont soumis les sédiments à une grande profondeur, les minéraux qui les composent doivent prendre un certain degré de fluidité, grâce à l’eau dont ils sont imprégnés. Il n’est pas improbable, comme le veut Scherer, que la présence de 5 à 10 % d’eau puisse suffire, à une température voisine du rouge, pour donner à une masse granitique une sorte de fluidité participant à la fois de la fusion aqueuse et de la fusion ignée. Les éludes de M. Sorby sur les cavités des cristaux, l’ont conduit à admettre que les éléments constitutifs des roches granitiques et trachytiques ont dû cristalliser en présence de l’eau, sous une grande pression et à une température peu éloignée du rouge, bien inférieure par conséquent à celle que nécessiterait une fusion ignée pure et simple. L’intervention de l’eau dans la liquéfaction des laves a été depuis longtemps démontrée, en fait, par Scrope et malgré l’opposition des plutonistes, tels que Durochet, Fournet et Rivière, cette intervention est aujourd’hui généralement admise. Le lecteur trouvera dans le numéro de février 1868, du Geological Magazine, page 57, l’histoire critique de celle question.

On peut remarquer ici, que si l’on considère comme une dissolution plutôt que comme une fusion la liquéfaction des roches soumises à une température élevée et à une forte pression, en présence de l’eau, et il s’ensuivra, qu’une diminution de pression devra produire l’inverse d’une liquéfaction. La pression mécanique produite par les sédiments doit au contraire être regardée comme s’ajoutant à la température pour accroître le pouvoir dissolvant de l’eau ; elle devient ainsi une cause déterminante de la liquéfaction des roches sédimentaires profondes.

L’intervention de l’eau, non seulement dans les éruptions volcaniques, mais aussi dans la cristallisation au milieu des roches éruptives de minéraux qui se sont formées à des températures bien inférieures à celle de leur fusion, voilà un fait qui se concilie difficilement avec l’une ou l’autre des deux premières hypothèses qui ont été faites au sujet de l’action volcanique. Ce fait est au contraire en parfaite concordance avec l’hypothèse que nous soutenons et qui trouve encore un solide appui dans l’étude des roches ignées. Ces roches sont généralement rapportées à deux divisions correspondant à ce que l’on a appelé les types trachytique et pyroxénique et, pour leur origine, aux d eux couches de silicates acides ou basiques qui, suivant Phillips, Durocher et Bunsen, constituent la masse en fusion située au-dessous de la croûte terrestre. Bunsen a étudié comme on sait, la composition normale de ces prétendues masses trachytique et pyroxénique, et il admet que les diverses roches éruptives ont pu provenir, soit de chacune de ces masses isolément, soit de leur mélange ; de telle sorte, que les quantités d’alumine, de chaux, de magnésie et d’alcali doivent se trouver dans chaque roche en relation constante avec la silice. Si cependant nous examinons les analyses faites par Streng des roches éruptives de la Hongrie et de l’Arménie, et si nous cherchons à leur faire servir d’épreuve à la théorie de Bunsen, nous trouvons de tels écarts entre les résultats calculés et les résultats expérimentaux que l’hypothèse en question en reçoit une grave atteinte.

Deux choses paraissent résulter de l’étude chimique des roches éruptives : premièrement, elles présentent une variété de composition tout à fait inconciliable avec l’origine si simple qu’on leur attribue ; secondement, cette composition est analogue à celle de roches sédimentaires dont l’histoire et l’origine sont, le plus souvent, faciles à établir. J’ai montré ailleurs, comment les actions mécaniques naturelles et les agents chimiques tendent à produire parmi les sédiments une séparation en deux classes, correspondant aux deux grandes divisions indiquées plus haut. Toutefois, d’après leur mode d’accumulation, les sédiments doivent présenter une grande variété de composition correspondant à beaucoup des variétés de roches éruptives.

L’étude attentive des roches stratifiées d’origine aqueuse révèle, en outre, l’existence de dépôts de silicates basiques appartenant l\ des types particuliers. Les uns sont en grande partie magnésiens, d’au Ires consistent en composés, comme l’anorthite et la labradorite, qui sont des silicates basiliques très-riches en alumine, et dans lesquels la chaux et la soude se trouvent à l’exclusion complète de la magnésie et des autres bases. Au contraire, dans les masses de pinite et d’algalmatolite, nous trouvons des silicates alumineux ou analogues, manquant à la fois de chaux et de magnésie, et où la potasse et les alcalis prédominent. Dans de tels sédiments, nous trouvons les représentants de roches éruptives telles, que la péridotite, la phonolite, le leucitophyre et autres, qui sont autant d’exceptions dans le groupe basique de Bunsen. Ces roches étant représentées dans les sédiments, leur apparence particulière se trouve parfaitement et simplement expliquée par le ramollissement et l’extravasation des couches plus facilement fusibles des sédiments profonds [11].

L’objet de la présente communication était d’appeler l’attention des géologues sur les idées trop négligées de Keferstein et d’Herschell. Je me suis efforcé de développer les vues et de ces adapter à l’état présent de nos connaissances. Je me propose d’étudier dans une autre note les causes qui ont déterminé la répartition géographique des phénomènes volcaniques dans les temps anciens et modernes.

T. Sterry Hunt,de la Société royale de Londres. Professeur à l’université de Montréal (Canada).

— Traduit de l’anglais par Edmond Perrier, aide naturaliste au Muséum d’histoire naturelle.


[1Voyez Scrope sur les Volcans, et sa communication au Geological Magazine, en décembre 1868.

[2La température élevée de l’intérieur du globe n’exclut pas nécessairement le développement du magnétisme. Les expériences récentes de M. Trène, communiquées par M. Faye à l’Académie des sciences de Paris, ont montré qu’une masse de fonte placée dans un moule entouré par une hélice que traverse un courant électrique, devient un aimant énergique, bien qu’elle soit liquide, à une température de 1300 degrés centigrades. Elle conserve son magnétisme en se refroidissant.

[3Voyez Cosmos, p. 443, traduction d’Otte.

[4Naturgeschichte,vol. l, p. 109, et Bulletin de la Soc. géol. de France, vol. VII, p.197.

[5American Journal of sciences, juillet 1869.

[6Proceedigs geol. Soc. London, t. Il, p. 548.

[7Canadian Journal, mai 1858, vol. m, p. 207.

[8Quarterty Journal, geological, Soc. London, novembre 1859, vol. X.V, p. 594.

[9Geol. Journal, vol. VII, p. 59.

[10Sorby, Bakerian lectures, Royal Soc., 1863.

[11Voyez, à ce sujet le Canadian Journal pour 1858, p. 203. — Le Quart. Journ. geol. Soc. pour 1859, p. 494. — L’American Journ, science, XXXVI, p. 255 et vol. XXXVII, p 182 ; et aussi Geology of Canada, 1863, p. 643, 669, et Rep. geol. Canada, 1866, p. 230.