THERMOMÈTRES GÉOLOGIQUES ou GÉOTHERMOMÈTRES
Utilisation des états d'équilibre figés
L'hypothèse de base est la suivante : la roche était en équilibre thermodynamique à une certaine température T. À partir de cette température, le refroidissement a été suffisamment rapide pour empêcher tout réarrangement de l'édifice minéral. Par conséquent, l'étude du système figé doit fournir les paramètres physiques relatifs à l'équilibre, et en particulier la température T.
Le principal écueil est que ces paramètres sont souvent assez nombreux. La plupart des associations minérales que l'on rencontre dans les roches sont des systèmes au moins bivariants, c'est-à-dire que leur existence indique seulement un certain domaine de températures et de pressions (une certaine surface dans le plan P-T). Il existe cependant un certain nombre d'équilibres univariants, par exemple ceux qui sont liés à l'apparition ou à la disparition de certains minéraux dans le métamorphisme.
Ces réactions qui correspondent aux isogrades permettent d'établir une relation T = f (P) [une courbe dans le plan P-T] ; cependant, comme la pression n'est généralement pas déterminable indépendamment, cela ne permet pas d'en déduire la température. La pente de la tangente à la courbe d'équilibre est la relation de Clapeyron :
Deux cas limites sont intéressants pour la paléothermométrie.
Si la transformation envisagée produit un liquide ou un gaz, il y a généralement un accroissement important aussi bien du volume que de l'entropie. C'est, par exemple, le cas des réactions de déshydratation telles que :
Équilibres univariants
Encyclopædia Universalis France
Alors, pour un certain domaine de pressions « moyennes » (de 1 à 7 kbar, soit de 100 à 700 MPa), variables avec la réaction considérée, la variation d'entropie l'emporte largement sur la variation de volume, et l'on a :
Lorsque la transformation se produit avec une variation de volume négligeable, on a encore :
Cela se produit en pratique dans deux cas importants : – Un élément se partage entre deux phases solides. La variation relative de volume est alors souvent très faible et, comme les volumes molaires des solides sont eux-mêmes faibles, on aboutit à un ΔV négligeable par rapport à ΔS. Cela est particulièrement intéressant quand l'élément en question est un élément en traces qui ne conditionne pas l'existence ou la disparition d'une phase. Alors, les bilans de matière sont très simples à écrire et l'équilibre de partage se traduit très facilement.
– Les propriétés du soluté sont suffisamment voisines de celles du solvant pour que la solution soit quasi idéale quelle que soit la concentration. C'est typiquement le cas des mélanges d'isotopes des éléments, qui, de plus, peuvent généralement être considérés aussi comme le partage d'un élément en traces, car l'un des isotopes est le plus souvent nettement[...]
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Écrit par
- Marc JAVOY : physicien adjoint à l'Institut de physique du globe de l'université de Paris-VI
Classification
Médias
Isochores du gaz carbonique
Encyclopædia Universalis France
Équilibres univariants
Encyclopædia Universalis France
Nickel : partage entre minéraux et verre
Encyclopædia Universalis France
Autres références
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FELDSPATHS
- Écrit par Jean-Paul CARRON
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MAGNÉTITE
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MINÉRALOGIE
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...température donnera par exsolution des associations orientées d'albite et de feldspath potassique K[AlSi3O8], connues sous le nom de perthites. La température d'exsolution donne ainsi une limite inférieure de température de formation de l'association étudiée (thermomètre géologique). -
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Isotopes
- Écrit par René BIMBOT et René LÉTOLLE
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...eau-phosphate, eau-sulfate ont donné lieu à de nombreux travaux qui ont abouti à des relations précises entre les compositions isotopiques des divers constituants. Ces relations sont dépendantes de la température. On a pu ainsi mettre au point des méthodes « paléothermométriques » (H. Urey, 1947), d'usage désormais...
