البترولوجيا الصهارية: الصهارة الأولية وخصائص الصهارات

أهداف الدرس

في نهاية هذا الدرس، ينبغي أن تكون قادرًا على:

تعريف الصهارة والتمييز بين أطوارها الثلاثة؛
تفسير كيف يمكن للرداء، وهو صلب، أن يُنتج صهارات بـالانصهار الجزئي، ووصف الطرق الثلاث لتجاوز منحنى بداية الانصهار؛
تفسير مآل السائل والبقايا الصلبة أثناء الانصهار الجزئي (العناصر المتوافقة وغير المتوافقة)؛
تعريف الصهارة الأولية وذكر معاييرها وتمييزها عن صهارة مشتقة؛
تصنيف الصهارات حسب محتواها من السيليس، وربط التركيب بالحرارة واللزوجة والكثافة والمحتوى الغازي؛
تفسير السلوك الانفجاري (انسيابي أو انفجاري) انطلاقًا من هذه الخصائص؛
تفسير تنوّع الصهارات بالتبلور التجزيئي (سلسلة بوين) والتمثّل والاختلاط.

1. ما الصهارة؟

الصهارة (Magma) مادة سيليكاتية عالية الحرارة، مكوّنة من:

طور سائل («المغطس» السيليكاتي المنصهر)؛
بلورات عالقة، متكوّنة مسبقًا أو موروثة؛
غازات ذائبة (أساسًا H₂O وCO₂، وكذلك مركبات كبريتية)، قد تكوّن فقاعات عندما ينخفض الضغط.

تتكوّن الصهارة في العمق، وتصعد، وقد تُخزَّن في غرفة صهارية (Chambre magmatique)، ثم تتصلّب في العمق أو على السطح معطية صخرة صهارية. وتدل الصهارية (Magmatisme) على مجموع هذه العمليات: نشأة الصهارات وصعودها وتطوّرها وتموضعها.

2. نشأة الصهارات: الانصهار الجزئي للرداء

2.1 تنصهر الصخرة على مجال من درجات الحرارة

الصخرة تجمّع لعدة معادن: فهي لا تنصهر عند درجة حرارة واحدة بل على مجال:

منحنى بداية الانصهار (Solidus) هو المنحنى (في مخطط ضغط–حرارة) الذي تظهر عنده أول قطرة من السائل؛
منحنى نهاية الانصهار (Liquidus) هو المنحنى الذي تكون الصخرة بعده سائلة كليًا.

وبينهما، تكون الصخرة منصهرة جزئيًا: إنه الانصهار الجزئي (Fusion partielle). وفي الرداء، تبقى نسب الانصهار ضعيفة، من بضعة % إلى ≈ 20–25 %، وينفصل السائل المتكوّن عن البقايا الصلبة.

2.2 ثلاث طرق لتجاوز منحنى بداية الانصهار

في الظروف العادية، يبقى منحنى تغيّر الحرارة مع العمق تحت منحنى بداية انصهار البيريدوتيت: فلا ينصهر الرداء (الدرس 135). ولإنتاج صهارة، يجب نقل البيريدوتيت إلى ما وراء منحنى بداية انصهاره. وتسمح بذلك ثلاث آليات:

صورة 1 — قيد الإعداد

وصف الوثيقة

مخطط ضغط–حرارة علمي تعليمي بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector). المحور الأفقي: الحرارة من 0 إلى 1800 °م؛ المحور العمودي الموجَّه نحو الأسفل: العمق من 0 إلى 200 كلم (مع الضغط بـ GPa على محور ثانوي). يُرسم: منحنى أحمر سميك «منحنى بداية انصهار البيريدوتيت الجاف» ينطلق من نحو 1100 °م عند السطح ويميل نحو الحرارات المرتفعة في العمق؛ منحنى أزرق «منحنى بداية انصهار البيريدوتيت المميَّه» مُزاح بوضوح نحو الحرارات المنخفضة في العمق؛ منحنى أسود «منحنى تغيّر الحرارة العادي» يبقى على يسار المنحنيين؛ والمنطقة على يمين المنحنى الجاف ملوّنة بالبرتقالي الفاتح وموسومة «انصهار جزئي». ثلاثة أسهم مرقّمة: السهم 1 أخضر شبه عمودي يصعد نحو السطح بحرارة شبه ثابتة ويعبر المنحنى الجاف، موسوم «① انخفاض الضغط (ظهرات، نقط ساخنة)»؛ السهم 2 أزرق أفقي يرمز إلى انزياح منحنى بداية الانصهار نحو اليسار بإضافة الماء، موسوم «② التميّه: انخفاض منحنى بداية الانصهار (الطمر)»؛ السهم 3 برتقالي أفقي نحو اليمين، موسوم «③ ارتفاع الحرارة (انصهار القشرة)». خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح

الآلية	المبدأ	السياق الرئيسي
① انخفاض الضغط الكظوم (Décompression adiabatique)	يصعد الرداء الساخن بسرعة تكفي لئلا يفقد تقريبًا من حرارته؛ فينخفض ضغطه بينما تبقى حرارته مرتفعة: فيتجاوز منحنى بداية الانصهار	الظهرات، الحفر الانهدامية، النقط الساخنة (الدرسان 168 و170)
② إضافة الماء (التميّه)	يخفّض الماء بقوة درجة حرارة انصهار البيريدوتيت: فيُزاح منحنى بداية الانصهار نحو منحنى تغيّر الحرارة	مناطق الطمر: ماء تحرّره الصفيحة الغائصة (الدرس 169)
③ ارتفاع الحرارة	تُفضي إضافة حرارة إلى تجاوز منحنى بداية الانصهار، خاصة بالنسبة للصخور القشرية ذات منحنى الانصهار المنخفض	قشرة تسخّنها صهارات بازلتية، قشرة سلاسل الاصطدام المتزايدة السُّمك (الأناتيكسي)

2.3 السائل والبقايا: توزيع غير متساوٍ للعناصر

أثناء الانصهار الجزئي، تتوزع العناصر الكيميائية بشكل غير متساوٍ بين السائل والصلب المتبقي:

العناصر غير المتوافقة (Incompatibles) (التي يصعب اندماجها في الشبكات البلورية للأوليفين والبيروكسينات: K، Na، Rb، U، Th، العناصر الأرضية النادرة الخفيفة…) تنتقل تفضيليًا إلى السائل؛
العناصر المتوافقة (Compatibles) (Mg، Ni، Cr…) تبقى في البقايا الصلبة.

النتائج:

يكون السائل أغنى بالسيليس والألومين والكالسيوم والقلويات من البيريدوتيت المصدر، فيصبح صهارة ذات تركيب بازلتي؛
وتكون البقايا، المستنزَفة، بيريدوتيتًا مقاومًا للانصهار (هارزبورجيت، بل دونيت)؛
وكلما كانت نسبة الانصهار ضعيفة، كان السائل أكثر إغناءً بالعناصر غير المتوافقة.

3. مفهوم الصهارة الأولية

3.1 التعريف

الصهارة الأولية (Magma primaire) سائل ناتج مباشرة عن الانصهار الجزئي لصخرته المصدر، دون أن يتعرّض لأي تغيير منذ انفصاله (لا بالتبلور، ولا بالتلوّث، ولا بالاختلاط). فهي إذن في توازن كيميائي مع الصخرة المصدر: وبالنسبة للرداء، مع بيريدوتيت غني بالأوليفين.

أما الصهارة المشتقة (Magma dérivé) (أو المتطورة) فصهارة تغيّر تركيبها بعد تكوّنها.

3.2 معايير التعرف

تُعتبر صهارة ناتجة عن الرداء أولية إذا أبدت:

المعيار	القيمة المنتظرة	التعليل
نسبة Mg / (Mg + Fe) مرتفعة	≈ 0,68–0,75	توازن مع الأوليفين المغنيزي للرداء
محتويات مرتفعة من Ni وCr	Ni بعدة مئات من ppm، وCr مرتفع	عناصر متوافقة، تُنزع من السائل بمجرد تبلور الأوليفين والسبينيلات
أوليفين في حالة توازن	أوليفين غني بـMg (≈ Fo₉₀)	التركيب نفسه لأوليفين الرداء المصدر

4. الخصائص الفيزيائية-الكيميائية للصهارات

4.1 التركيب: المحتوى من السيليس

المعيار الكيميائي الأساسي هو المحتوى من السيليس (SiO₂، بالنسبة المئوية الكتلية):

الصنف	SiO₂	الصهارة / الصخرة البركانية النموذجية	لون الصخور
فوق قاعدي (Ultrabasique)	< 45 %	الكوماتيت (نادر)، البيريدوتيت (صخرة جوفية)	داكن جدًّا
قاعدي (Basique)	45 – 52 %	البازلت	داكن (صخور مافية Mafiques، غنية بـMg وFe)
وسيط (Intermédiaire)	52 – 63 %	الأنديزيت	وسيط
حمضي (Acide)	> 63 %	الداسيت، الريوليت	فاتح (صخور فلسية Felsiques، غنية بالفلدسبات والكوارتز)

عندما يزداد السيليس، تتناقص محتويات MgO وFeO وCaO، وتزداد محتويات Na₂O وK₂O. ولفظا «حمضي» و«قاعدي» موروثان عن الاستعمال: وليس لهما هنا أي دلالة على الـpH.

4.2 الحرارة واللزوجة والكثافة

الخاصية	صهارة بازلتية	صهارة أنديزيتية	صهارة ريوليتية
الحرارة	≈ 1100–1250 °م	≈ 950–1100 °م	≈ 700–900 °م
اللزوجة	ضعيفة	متوسطة	قوية جدًّا (ملايين المرات لزوجة البازلت)
الكتلة الحجمية للسائل	≈ 2,7	وسيطة	≈ 2,3–2,4
الماء الذائب (رتبة المقدار)	ضعيف	قوي (صهارات الطمر)	قوي غالبًا

لماذا تزداد اللزوجة مع السيليس؟ ترتبط رباعيات الأوجه SiO₄ فيما بينها برؤوسها: فكلما كان السيليس وفيرًا، شكّلت رباعيات الأوجه هذه سلاسل وشبكات ممتدة (يكون السائل أكثر بلمرة Polymérisation) فيقاوم الانسياب أكثر. أما الكاتيونات Mg²⁺ وFe²⁺ وCa²⁺، الوفيرة في البازلتات، فتقطع هذه الروابط وتجعل السائل أكثر سيولة.

صورة 2 — قيد الإعداد

وصف الوثيقة

لوحة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، من لوحتين متجاورتين. اللوحة اليسرى «سائل بازلتي»: رباعيات أوجه SiO₄ (رباعيات أوجه زرقاء صغيرة بذرة مركزية) معزولة في أغلبها أو في سلاسل قصيرة، تفصل بينها كرات خضراء وبرتقالية عديدة موسومة «Mg²⁺، Fe²⁺، Ca²⁺»؛ مع تسمية «قليل البلمرة ← لزوجة ضعيفة». اللوحة اليمنى «سائل ريوليتي»: رباعيات أوجه مرتبطة فيما بينها برؤوسها في شبكة ثلاثية الأبعاد ممتدة، مع قليل من الكاتيونات المعزولة؛ وتسمية «شديد البلمرة ← لزوجة قوية». تحت اللوحتين، سهم أفقي مدرّج «محتوى SiO₂ متزايد» من 45 % إلى 75 %، وفوقه ثلاث أيقونات صغيرة: انسياب مائع منبسط (بازلت)، قبة من لابة عجينية (أنديزيت–داسيت)، عمود ثوراني انفجاري (ريوليت). خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح

وثمة عاملان آخران يغيّران اللزوجة:

الحرارة: الصهارة الأسخن أكثر سيولة؛
الماء الذائب: يقطع روابط Si–O–Si ويخفّض اللزوجة ما دام ذائبًا؛ أما البلورات العالقة فتزيدها.

الكثافة والصعود. السائل الصهاري أقل كثافة من الصخور المحيطة به (للبيريدوتيت كتلة حجمية ≈ 3,3): فـدافعة أرخميدس هي التي تجعله يصعد، أولًا بالتسرّب بين الحبيبات، ثم في الكسور. وقد يتوقف عند مستوى تتساوى فيه كثافته مع كثافة الصخور المضيفة ويتجمّع فيه على شكل غرفة صهارية.

4.3 الغازات الذائبة والدينامية الثورانية

تزداد ذوبانية الغازات في الصهارة مع الضغط. وأثناء الصعود، ينخفض الضغط: فتنفصل الغازات عن السائل على شكل فقاعات (انفصال الغازات Exsolution، أو التخلّص من الغاز)، يزداد حجمها بقوة قرب السطح.

ويتوقف السلوك الثوراني على سهولة إفلات هذه الغازات:

في صهارة مائعة وفقيرة إلى الغاز (بازلت)، تُفلت الفقاعات بسهولة: ثوران انسيابي (Effusif) (انسيابات لابة، نوافير لابة)؛
في صهارة لزجة وغنية بالغاز (أنديزيت، داسيت، ريوليت)، تبقى الفقاعات محبوسة؛ ويزداد فرط الضغط حتى تتفتّت الصهارة: ثوران انفجاري (Explosif) (أعمدة ثورانية، سحب متوهجة، خفاف ورماد).

5. تنوّع الصهارات

كيف نحصل، انطلاقًا من صهارة بازلتية ذات أصل رداوي، على صهارات أنديزيتية أو ريوليتية؟ ثلاث عمليات تغيّر الصهارة بعد تكوّنها.

5.1 التبلور التجزيئي: سلسلة بوين

عندما تتبرّد صهارة، لا تتبلور المعادن كلها في آن واحد، بل وفق ترتيب أثبته تجريبيًا ن. ل. بوين (N. L. Bowen):

صورة 3 — قيد الإعداد

وصف الوثيقة

خطاطة علمية تعليمية بأسلوب كتاب مدرسي، رسم مسطح (flat vector)، تمثل سلسلة تفاعلات بوين على شكل حرف «Y» مقلوب. في الأعلى، سهم عمودي للحرارة من «حرارة مرتفعة ≈ 1200 °م» في الأعلى إلى «حرارة منخفضة ≈ 700 °م» في الأسفل، على الجانب الأيسر. الفرع الأيسر «السلسلة المتقطعة»: أوليفين ← بيروكسين ← أمفيبول ← بيوتيت، كل معدن في إطار مع رسم صغير لبلورة داكنة. الفرع الأيمن «السلسلة المتصلة»: بلاجيوكلاز كلسي ← بلاجيوكلاز متزايد الصودية، ممثَّل بتدرّج لوني متصل. يلتقي الفرعان نحو الأسفل في: فلدسبات بوتاسي ← موسكوفيت ← كوارتز. على الجانب الأيمن، شريط عمودي يبيّن الصخور الموافقة: «صخور فوق قاعدية وقاعدية (بيريدوتيت، غابرو، بازلت)» في الأعلى، «وسيطة (ديوريت، أنديزيت)» في الوسط، «حمضية (كرانيت، ريوليت)» في الأسفل. سهم جانبي «سائل متبقٍّ متزايد الغنى بـ SiO₂ وNa وK» ينزل على طول الخطاطة. خلفية بيضاء، تسميات بخط عربي واضح

السلسلة المتقطعة: أوليفين ← بيروكسين ← أمفيبول ← بيوتيت (يتفاعل كل معدن مع السائل ليعطي المعدن الموالي)؛
السلسلة المتصلة: بلاجيوكلاز متزايد الصودية (من القطب الكلسي إلى القطب الصودي)؛
في نهاية التبلور: فلدسبات بوتاسي، موسكوفيت، كوارتز.

إذا فُصلت البلورات المتكوّنة عن السائل (بترسّبها مثلًا في قاع غرفة صهارية)، تغيّر السائل المتبقي تركيبه: فيُستنزَف من Mg وFe وCa، التي تذهب في المعادن الأولى، ويغتني بالسيليس والقلويات. ذلك هو التبلور التجزيئي (Cristallisation fractionnée): قد يُطوّر صهارة بازلتية نحو سوائل أنديزيتية، ثم داسيتية وريوليتية، بكميات تتناقص باستمرار.

5.2 التمثّل والاختلاط

التمثّل (Assimilation) (التلوّث القشري): تُصهر صهارة ساخنة جزءًا من الصخور المضيفة أو تدمجه، خاصة عندما تعبر قشرة قارية سميكة؛ فتغتني بالسيليس وبالعناصر القشرية. وكثيرًا ما يرافق التبلور التجزيئي، إذ تُستعمل الحرارة المتحررة بالتبلور لصهر الصخور المضيفة.
اختلاط الصهارات (Mélange de magmas): تلتقي صهارتان مختلفتا التركيب في غرفة صهارية وتختلطان اختلاطًا تامًّا أو جزئيًا.

6. أخطاء شائعة وفخاخ الامتحان

الخطأ	التصويب
«الرداء سائل، ومنه تُستقى الصهارات»	الرداء صلب؛ وتنشأ الصهارات محليًا بـالانصهار الجزئي
«للانصهار، يجب دائمًا التسخين»	في الظهرات والنقط الساخنة، إنه انخفاض الضغط؛ وفي الطمر، إنه الماء
«للصهارة تركيب الصخرة المصدر»	بيريدوتيت فوق قاعدي ← سائل بازلتي؛ والعناصر غير المتوافقة تنتقل إلى السائل
«اللابات الملاحَظة صهارات أولية»	أغلبها صهارات مشتقة؛ والصهارات الأولية نادرة
«للصهارة الحمضية pH حمضي»	«حمضي» يعني محتوى مرتفعًا من السيليس، لا pH
«الصهارة الأسخن هي الأكثر انفجارية»	الصهارات الريوليتية، الأبرد، هي الأكثر لزوجة والأكثر انفجارية
«يجعل الماء الذائب الصهارة أكثر لزوجة»	ذائبًا، يخفّض اللزوجة؛ وانفصاله على شكل فقاعات محبوسة هو ما يجعل الثوران انفجاريًا
«يتبلور الأوليفين في الأخير»	يتبلور أولًا (حرارة مرتفعة)؛ والكوارتز في الأخير
«كل الكرانيتات مشتقة من بازلت»	كثير منها ناتج عن انصهار القشرة (الأناتيكسي)

7. خلاصة

الصهارة = سائل سيليكاتي + بلورات + غازات ذائبة؛ تنشأ محليًا في رداء (أو قشرة) صلب.
الانصهار الجزئي: بين منحنى بداية الانصهار ومنحنى نهايته؛ ثلاث طرق لتجاوز منحنى البداية: انخفاض الضغط الكظوم (ظهرات، نقط ساخنة)، إضافة الماء (الطمر)، ارتفاع الحرارة (انصهار القشرة).
تنتقل العناصر غير المتوافقة إلى السائل، وتبقى المتوافقة في البقايا: يعطي البيريدوتيت سائلًا بازلتيًا وبقايا مقاومة للانصهار.
الصهارة الأولية: لم تتغيّر منذ تكوّنها، في توازن مع المصدر (Mg/(Mg+Fe) ≈ 0,7، Ni وCr مرتفعان)؛ نادرة؛ واللابات صهارات مشتقة عمومًا.
الأصناف: فوق قاعدي (< 45 % SiO₂)، قاعدي (45–52)، وسيط (52–63)، حمضي (> 63).
عندما يزداد السيليس: حرارة أدنى، لزوجة أقوى (بلمرة)، كثافة أضعف؛ والغازات الذائبة تخفّض اللزوجة، لكنها، محبوسة في صهارة لزجة، تجعل الثوران انفجاريًا.
التنوّع: التبلور التجزيئي (سلسلة بوين: الأوليفين أولًا، والكوارتز أخيرًا؛ سائل يغتني بـSiO₂)، والتمثّل، والاختلاط؛ وكثير من الكرانيتات ناتج عن انصهار القشرة.

الدرس الموالي

نمط التموضع وبنية الصخور الصهارية — بعد دراسة نشأة الصهارات وخصائصها، يبيّن الدرس الموالي كيف تحدّد ظروف التبرّد بنية الصخور الصهارية ونمط تموضعها، وكيف تُصنَّف.

Pétrographie magmatique : magma primaire et propriétés des magmas

Objectifs de la leçon

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

définir un magma et distinguer ses trois phases ;
expliquer pourquoi le manteau, solide, peut produire des magmas par fusion partielle, et décrire les trois façons de franchir le solidus ;
expliquer ce que deviennent le liquide et le résidu lors de la fusion partielle (éléments compatibles et incompatibles) ;
définir un magma primaire, citer ses critères et le distinguer d'un magma dérivé ;
classer les magmas selon leur teneur en silice et relier composition, température, viscosité, densité et teneur en gaz ;
expliquer, à partir de ces propriétés, le comportement éruptif (effusif ou explosif) ;
expliquer la diversification des magmas par cristallisation fractionnée (série de Bowen), assimilation et mélange.

1. Qu'est-ce qu'un magma ?

Un magma est un matériau silicaté à haute température, formé :

d'une phase liquide (le « bain » silicaté fondu) ;
de cristaux en suspension, déjà formés ou hérités ;
de gaz dissous (surtout H₂O et CO₂, aussi des composés soufrés), qui peuvent former des bulles lorsque la pression diminue.

Le magma se forme en profondeur, remonte, peut être stocké dans une chambre magmatique, puis se solidifie en profondeur ou en surface en donnant une roche magmatique. Le magmatisme désigne l'ensemble de ces processus : genèse, ascension, évolution et mise en place des magmas.

2. La genèse des magmas : la fusion partielle du manteau

2.1 Une roche fond sur un intervalle de température

Une roche est un assemblage de plusieurs minéraux : elle ne fond pas à une température unique mais sur un intervalle :

le solidus est la courbe (dans un diagramme pression–température) où apparaît la première goutte de liquide ;
le liquidus est la courbe au-delà de laquelle la roche est entièrement liquide.

Entre les deux, la roche est partiellement fondue : c'est la fusion partielle. Dans le manteau, les taux de fusion restent faibles, de quelques % à ≈ 20–25 %, et le liquide formé se sépare du résidu solide.

2.2 Trois façons de franchir le solidus

Dans les conditions normales, le géotherme reste sous le solidus de la péridotite : le manteau ne fond pas (leçon 135). Pour produire un magma, il faut amener la péridotite au-delà de son solidus. Trois mécanismes le permettent :

Image 1 — en préparation

Description

Diagramme pression–température scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate. Axe horizontal : température de 0 à 1800 °C ; axe vertical orienté vers le bas : profondeur de 0 à 200 km (avec pression en GPa sur un axe secondaire). Tracer : une courbe rouge épaisse « solidus de la péridotite sèche » partant d'environ 1100 °C en surface et s'inclinant vers les hautes températures en profondeur ; une courbe bleue « solidus de la péridotite hydratée » nettement décalée vers les basses températures en profondeur ; une courbe noire « géotherme normal » restant à gauche des deux solidus ; la zone à droite du solidus sec légèrement colorée en orange et légendée « fusion partielle ». Trois flèches numérotées : flèche 1 verte presque verticale montant vers la surface à température presque constante et traversant le solidus sec, légendée « ① décompression (dorsales, points chauds) » ; flèche 2 bleue horizontale symbolisant le déplacement du solidus vers la gauche par apport d'eau, légendée « ② hydratation : abaissement du solidus (subductions) » ; flèche 3 orange horizontale vers la droite, légendée « ③ élévation de température (fusion crustale) ». Fond blanc, annotations en français

Mécanisme	Principe	Contexte principal
① Décompression adiabatique	Le manteau chaud remonte assez vite pour ne presque pas perdre de chaleur ; sa pression diminue alors que sa température reste élevée : il franchit le solidus	Dorsales, rifts, points chauds (leçons 168 et 170)
② Apport d'eau (hydratation)	L'eau abaisse fortement la température de fusion de la péridotite : le solidus est déplacé vers le géotherme	Zones de subduction : eau libérée par la plaque plongeante (leçon 169)
③ Élévation de température	Un apport de chaleur fait dépasser le solidus, surtout pour des roches crustales à solidus bas	Croûte réchauffée par des magmas basaltiques, croûte épaissie des chaînes de collision (anatexie)

2.3 Liquide et résidu : un partage inégal des éléments

Lors de la fusion partielle, les éléments chimiques se répartissent inégalement entre le liquide et le solide restant :

les éléments incompatibles (qui entrent mal dans les réseaux cristallins de l'olivine et des pyroxènes : K, Na, Rb, U, Th, terres rares légères…) passent préférentiellement dans le liquide ;
les éléments compatibles (Mg, Ni, Cr…) restent dans le résidu.

Conséquences :

le liquide est plus riche en silice, en alumine, en calcium et en alcalins que la péridotite source, et devient un magma de composition basaltique ;
le résidu, appauvri, est une péridotite réfractaire (harzburgite, voire dunite) ;
plus le taux de fusion est faible, plus le liquide est enrichi en éléments incompatibles.

3. La notion de magma primaire

3.1 Définition

Un magma primaire est un liquide issu directement de la fusion partielle de sa roche source, sans avoir été modifié depuis sa séparation (ni par cristallisation, ni par contamination, ni par mélange). Il est donc en équilibre chimique avec la roche source : pour le manteau, avec une péridotite riche en olivine.

Un magma dérivé (ou évolué) est un magma dont la composition a été modifiée après sa formation.

3.2 Critères de reconnaissance

Un magma issu du manteau est considéré comme primaire s'il présente :

Critère	Valeur attendue	Justification
Rapport Mg / (Mg + Fe) élevé	≈ 0,68–0,75	Équilibre avec l'olivine magnésienne du manteau
Teneurs élevées en Ni et Cr	Ni de plusieurs centaines de ppm, Cr élevé	Éléments compatibles, retirés du liquide dès que l'olivine et les spinelles cristallisent
Olivine en équilibre	Olivine riche en Mg (≈ Fo₉₀)	Même composition que celle du manteau source

4. Les propriétés physico-chimiques des magmas

4.1 La composition : teneur en silice

Le critère chimique de base est la teneur en silice (SiO₂, en % en masse) :

Classe	SiO₂	Magma / roche volcanique type	Couleur des roches
Ultrabasique	< 45 %	Komatiite (rare), péridotite (roche plutonique)	Très sombre
Basique	45 – 52 %	Basalte	Sombre (roches mafiques, riches en Mg et Fe)
Intermédiaire	52 – 63 %	Andésite	Intermédiaire
Acide	> 63 %	Dacite, rhyolite	Claire (roches felsiques, riches en feldspaths et quartz)

Quand la silice augmente, les teneurs en MgO, FeO et CaO diminuent, et celles en Na₂O et K₂O augmentent. Les termes « acide » et « basique » sont hérités de l'usage : ils n'ont pas ici de sens en termes de pH.

4.2 Température, viscosité et densité

Propriété	Magma basaltique	Magma andésitique	Magma rhyolitique
Température	≈ 1100–1250 °C	≈ 950–1100 °C	≈ 700–900 °C
Viscosité	Faible	Moyenne	Très forte (des millions de fois celle d'un basalte)
Masse volumique du liquide	≈ 2,7	Intermédiaire	≈ 2,3–2,4
Eau dissoute (ordre de grandeur)	Faible	Forte (magmas de subduction)	Souvent forte

Pourquoi la viscosité augmente-t-elle avec la silice ? Les tétraèdres SiO₄ se lient entre eux par leurs sommets : plus la silice est abondante, plus ces tétraèdres forment des chaînes et des réseaux étendus (le liquide est plus polymérisé) et plus il résiste à l'écoulement. Les cations Mg²⁺, Fe²⁺ et Ca²⁺, abondants dans les basaltes, rompent ces liaisons et rendent le liquide plus fluide.

Image 2 — en préparation

Description

Planche scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, en deux panneaux côte à côte. Panneau gauche « liquide basaltique » : tétraèdres SiO₄ (petits tétraèdres bleus avec un atome central) majoritairement isolés ou en courtes chaînes, séparés par de nombreuses sphères vertes et orange légendées « Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ » ; légende « peu polymérisé → viscosité faible ». Panneau droit « liquide rhyolitique » : tétraèdres reliés entre eux par leurs sommets en un réseau tridimensionnel étendu, avec peu de cations isolés ; légende « très polymérisé → viscosité forte ». Sous les panneaux, une flèche horizontale graduée « teneur en SiO₂ croissante » de 45 % à 75 %, avec au-dessus trois petits pictogrammes : coulée fluide étalée (basalte), dôme de lave pâteuse (andésite–dacite), panache éruptif explosif (rhyolite). Fond blanc, annotations en français

Deux autres facteurs modifient la viscosité :

la température : un magma plus chaud est plus fluide ;
l'eau dissoute : elle rompt des liaisons Si–O–Si et diminue la viscosité tant qu'elle reste dissoute ; les cristaux en suspension l'augmentent.

La densité et l'ascension. Le liquide magmatique est moins dense que les roches qui l'entourent (la péridotite a une masse volumique ≈ 3,3) : c'est la poussée d'Archimède qui le fait remonter, d'abord par percolation entre les grains, puis dans des fractures. Il peut se bloquer à un niveau où sa densité égale celle de l'encaissant et s'y accumuler en chambre magmatique.

4.3 Les gaz dissous et le dynamisme éruptif

La solubilité des gaz dans le magma augmente avec la pression. Lors de la remontée, la pression diminue : les gaz se séparent du liquide sous forme de bulles (exsolution, ou dégazage), dont le volume augmente fortement près de la surface.

Le comportement éruptif dépend de la facilité avec laquelle ces gaz s'échappent :

dans un magma fluide et pauvre en gaz (basalte), les bulles s'échappent aisément : éruption effusive (coulées de lave, fontaines de lave) ;
dans un magma visqueux et riche en gaz (andésite, dacite, rhyolite), les bulles restent piégées ; la surpression augmente jusqu'à la fragmentation du magma : éruption explosive (panaches, nuées ardentes, ponces et cendres).

5. La diversification des magmas

Comment obtenir, à partir d'un magma basaltique d'origine mantellique, des magmas andésitiques ou rhyolitiques ? Trois processus modifient un magma après sa formation.

5.1 La cristallisation fractionnée : la série de Bowen

Lorsqu'un magma refroidit, les minéraux ne cristallisent pas tous en même temps mais selon un ordre établi expérimentalement par N. L. Bowen :

Image 3 — en préparation

Description

Schéma scientifique pédagogique de style manuel scolaire, illustration vectorielle plate, représentant la série réactionnelle de Bowen en forme de « Y » renversé. En haut, une flèche verticale de température « haute température ≈ 1200 °C » en haut à « basse température ≈ 700 °C » en bas, sur le côté gauche. Branche gauche « série discontinue » : olivine → pyroxène → amphibole → biotite, chaque minéral dans un cartouche avec un petit dessin de cristal sombre. Branche droite « série continue » : plagioclase calcique → plagioclase de plus en plus sodique, représentée par un dégradé continu. Les deux branches convergent vers le bas en : feldspath potassique → muscovite → quartz. Sur le côté droit, une bande verticale indiquant les roches correspondantes : « roches ultrabasiques et basiques (péridotite, gabbro, basalte) » en haut, « intermédiaires (diorite, andésite) » au milieu, « acides (granite, rhyolite) » en bas. Une flèche latérale « liquide résiduel de plus en plus riche en SiO₂, Na, K » descend le long du schéma. Fond blanc, annotations en français

série discontinue : olivine → pyroxène → amphibole → biotite (chaque minéral réagit avec le liquide pour donner le suivant) ;
série continue : plagioclase de plus en plus sodique (du pôle calcique au pôle sodique) ;
en fin de cristallisation : feldspath potassique, muscovite, quartz.

Si les cristaux formés sont séparés du liquide (par exemple en sédimentant au fond d'une chambre magmatique), le liquide restant change de composition : il s'appauvrit en Mg, Fe et Ca, qui partent dans les premiers minéraux, et s'enrichit en silice et en alcalins. C'est la cristallisation fractionnée : elle peut faire évoluer un magma basaltique vers des liquides andésitiques, puis dacitiques et rhyolitiques, en quantités de plus en plus faibles.

5.2 L'assimilation et le mélange

Assimilation (contamination crustale) : un magma chaud fond ou incorpore une partie des roches encaissantes, surtout lorsqu'il traverse une croûte continentale épaisse ; il s'enrichit en silice et en éléments crustaux. Elle accompagne souvent la cristallisation fractionnée, la chaleur libérée par la cristallisation servant à fondre l'encaissant.
Mélange de magmas : deux magmas de compositions différentes se rencontrent dans une chambre magmatique et se mélangent plus ou moins complètement.

6. Erreurs fréquentes et pièges d'examen

Erreur	Correction
« Le manteau est liquide, les magmas y sont puisés »	Le manteau est solide ; les magmas naissent localement par fusion partielle
« Pour fondre, il faut toujours chauffer »	Aux dorsales et aux points chauds, c'est la décompression ; en subduction, c'est l'eau
« Le magma a la composition de la roche source »	Péridotite ultrabasique → liquide basaltique ; les éléments incompatibles passent dans le liquide
« Les laves observées sont des magmas primaires »	La plupart sont des magmas dérivés ; les magmas primaires sont rares
« Un magma acide a un pH acide »	« Acide » désigne une teneur élevée en silice, pas un pH
« Le magma le plus chaud est le plus explosif »	Les magmas rhyolitiques, plus froids, sont les plus visqueux et les plus explosifs
« L'eau dissoute rend le magma plus visqueux »	Dissoute, elle diminue la viscosité ; c'est son exsolution en bulles piégées qui rend l'éruption explosive
« L'olivine cristallise en dernier »	Elle cristallise en premier (haute température) ; le quartz en dernier
« Tous les granites dérivent d'un basalte »	Beaucoup proviennent de la fusion de la croûte (anatexie)

7. Bilan

Un magma = liquide silicaté + cristaux + gaz dissous ; il naît localement dans un manteau (ou une croûte) solide.
Fusion partielle : entre solidus et liquidus ; trois voies pour franchir le solidus : décompression adiabatique (dorsales, points chauds), apport d'eau (subductions), élévation de température (fusion crustale).
Les éléments incompatibles passent dans le liquide, les compatibles restent dans le résidu : la péridotite donne un liquide basaltique et un résidu réfractaire.
Magma primaire : non modifié depuis sa formation, en équilibre avec la source (Mg/(Mg+Fe) ≈ 0,7, Ni et Cr élevés) ; rare ; les laves sont en général des magmas dérivés.
Classes : ultrabasique (< 45 % SiO₂), basique (45–52), intermédiaire (52–63), acide (> 63).
Quand la silice augmente : température plus basse, viscosité plus forte (polymérisation), densité plus faible ; les gaz dissous diminuent la viscosité mais, piégés dans un magma visqueux, rendent l'éruption explosive.
Diversification : cristallisation fractionnée (série de Bowen : olivine en premier, quartz en dernier ; liquide enrichi en SiO₂), assimilation, mélange ; beaucoup de granites proviennent de la fusion de la croûte.

Leçon suivante

Mode de gisement et texture des roches magmatiques — Après avoir étudié la naissance et les propriétés des magmas, la leçon suivante montre comment les conditions de refroidissement déterminent la texture des roches magmatiques et leur mode de gisement, et comment on les classe.