Travertin -Travertine

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Terrasses en travertin à Mammoth Hot Springs, Parc National de Yellowstone, en 2016
Mousse en croissance incrustée de carbonate de calcium dans une formation de travertin d'eau douce à basse température (pièce pour l'échelle)

Le travertin ( / ˈ t r æ v ər ˌ t n / TRAV -ər -teen ) est une forme de calcaire terrestre déposé autour des sources minérales, en particulier des sources chaudes . Il a souvent un aspect fibreux ou concentrique et existe en variétés blanches, beiges, crème et même rouillées. Il se forme par un processus de précipitation rapide de carbonate de calcium, souvent à l'embouchure d'une source chaude ou dans une grotte calcaire. Dans ce dernier, il peut former des stalactites, des stalagmites et d'autresconcrétions . Il est fréquemment utilisé en Italie et ailleurs comme matériau de construction .

Des dépôts similaires (mais plus mous et extrêmement poreux) formés à partir d'eau à température ambiante sont connus sous le nom de tuf .

Définition

Le travertin est une roche sédimentaire formée par la précipitation chimique de minéraux de carbonate de calcium à partir d'eau douce, généralement dans les sources, les rivières et les lacs. c'est-à-dire des eaux de surface et souterraines. Au sens le plus large, le travertin comprend des dépôts dans les sources chaudes et froides, y compris la roche poreuse et spongieuse connue sous le nom de tuf, ainsi que les caractéristiques de la grotte connues sous le nom de spéléothèmes (qui comprennent les stalactites et les stalagmites ). Le calcrète, qui est un minéral de calcium déposé sous forme d'horizon dans le profil du sol, n'est pas considéré comme une forme de travertin.

Le travertin est souvent défini dans un sens plus étroit comme une roche dense, parfois massive mais plus communément rubanée ou à structure interne fibreuse, déposée dans des sources chaudes. Dans ce sens plus étroit, le travertin se distingue des concrétions et du tuf. Le travertin est parfois également défini par son mode d'origine, en tant que roche formée par précipitation inorganique de minéraux de carbonate de calcium sur une surface suite à un échange de dioxyde de carbone entre l' atmosphère et les eaux souterraines. Le calcrète, les marnes lacustres et les récifs lacustres sont exclus de cette définition, mais les spéléothèmes et le tuf sont inclus.

Les travertins frais varient considérablement dans leur porosité, d'environ 10% à 70%. Les anciens peuvent avoir des porosités aussi faibles que 2% en raison de la cristallisation de la calcite secondaire dans les espaces poreux d'origine, tandis qu'une partie du travertin d'aragonite frais de Mammoth Hot Springs a une porosité supérieure à 80%. Une porosité d'environ 50% est typique pour le travertin de source froide tandis que les travertins de source chaude ont une porosité moyenne d'environ 26%. Les concrétions ont de faibles porosités inférieures à 15 %.

Reliefs

Le travertin forme des reliefs distinctifs :

  • Les monticules de source sont des dômes de travertin dont la hauteur varie de moins d'un mètre à plus de 100 mètres (330 pieds) entourant un orifice de source. Parce que l'orifice de la source est au-dessus du niveau du sol, la formation de monticules terrestres nécessite soit une source artésienne, soit un geyser. Des monticules de travertin se trouvent également sous l'eau, souvent dans des lacs salins.
  • Les crêtes de fissure se forment à partir de la décharge de la source le long des joints ou des failles. Ceux-ci peuvent mesurer plus de 15 mètres (49 pieds) de hauteur et 0,5 kilomètre (0,31 mi) de longueur. Ceux-ci montrent généralement des signes d'élargissement progressif de la fissure, compensés par le dépôt de travertin sur la paroi de la fissure.
  • Les dépôts en cascade sont formés par une série de chutes d'eau.
  • Les dépôts de barrage sont similaires aux cascades, mais ont une accumulation verticale localisée de travertin qui crée un étang ou un lac derrière l'accumulation de travertin.
  • Le travertin forme divers types de dépôts fluviaux et lacustres.
  • Les dépôts paludaux ( marais ) sont des accumulations peu profondes dans des zones mal drainées.
  • Les concrétions sont les "formations" caractéristiques des grottes.

Étymologie

Le mot "travertin" est dérivé de l'italien travertino, lui-même une dérivation du latin tiburtinus signifiant "de Tibur" (maintenant connu sous le nom de Tivoli, près de Rome, Italie).

Géochimie

La formation de travertin commence lorsque l'eau souterraine ( H 2 O ) contenant une concentration élevée de dioxyde de carbone dissous ( CO 2 ) entre en contact avec du calcaire ou une autre roche contenant du carbonate de calcium ( CaCO 3 ). Le dioxyde de carbone dissous agit comme un acide faible, l'acide carbonique, qui dissout une partie du calcaire sous forme de bicarbonate de calcium soluble ( Ca+2+ 2HCO3):

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2 + + 2HCO3

Il s'agit d'une réaction réversible, ce qui signifie qu'à mesure que la concentration de bicarbonate de calcium dissous augmente, le bicarbonate de calcium commence à se transformer en carbonate de calcium, en eau et en dioxyde de carbone. Tant qu'il n'y a nulle part où aller pour le dioxyde de carbone, un équilibre est atteint où la dissolution du carbonate de calcium est équilibrée par la précipitation du carbonate de calcium.

Si l'eau souterraine se déplace dans un environnement avec une plus faible concentration de dioxyde de carbone (telle que mesurée par sa pression partielle, pCO 2 ), une partie du dioxyde de carbone s'échappera dans l'environnement, perturbant l'équilibre et permettant une précipitation nette de carbonate de calcium. :

Ca2 + + 2HCO3CaCO3 + H2O + CO2

Le carbonate de calcium précipite le plus facilement sur des surfaces solides baignées par les eaux souterraines, accumulant éventuellement d'épais dépôts de travertin. En raison du rôle du CO 2 dans la dissolution et le transport du carbonate de calcium, il est parfois décrit comme le transporteur CO 2 ou simplement comme le transporteur.

Les sources les plus importantes de concentration élevée de dioxyde de carbone dans les eaux souterraines sont le sol et l'activité volcanique. L'eau traversant le sol capte le dioxyde de carbone des racines des plantes et de la matière organique en décomposition. Ce CO 2 est qualifié de porteur météorique et le travertin formé par ce mécanisme de travertin météorogène . C'est le principal mécanisme de formation des spéléothèmes. L'eau souterraine avec une concentration accrue de CO 2 absorbée par le sol s'infiltre dans le calcaire sous-jacent, dissolvant une partie du calcaire. Lorsque cette eau souterraine émerge alors dans une grotte avec une plus faible concentration de CO 2, une partie du CO 2 s'échappe, permettant au carbonate de calcium de précipiter et d'accumuler des stalactites, des stalagmites et d'autres spéléothermes.

L'activité volcanique est la source de dioxyde de carbone dans les eaux souterraines qui émergent des sources chaudes. Lorsque l'eau atteint l'embouchure de la source, elle perd rapidement du dioxyde de carbone à l'air libre et précipite du carbonate de calcium autour de l'embouchure de la source. Le travertin ainsi formé est appelé travertin thermogène . Cela peut former des gisements spectaculaires de travertin, comme ceux de Pamukkale ou de Mammoth Hot Springs . Le dioxyde de carbone peut provenir de sources profondes dans la Terre, comme le métamorphisme de roches profondément enfouies. Le dioxyde de carbone est transporté à la surface par le magma et est un composant majeur des gaz volcaniques. Le dioxyde de carbone peut également être généré par des corps magmatiques chauffant la roche solide près de la surface, par décomposition thermique de la matière organique ou par des réactions de quartz ou d'autres minéraux de silice avec des minéraux carbonatés .

Les précipitations peuvent être renforcées par des facteurs conduisant à une réduction de pCO 2, par exemple des interactions air-eau accrues au niveau des chutes d'eau peuvent être importantes, tout comme la photosynthèse.

Rarement, le travertin peut se former à partir d'eau hautement alcaline contenant de l'hydroxyde de calcium dissous ( Ca+2+ 2OH ) produit lors de la serpentinisation des roches ultramafiques . Lorsque cette eau alcaline atteint la surface, elle absorbe le dioxyde de carbone de l'air pour précipiter le carbonate de calcium :

Ca 2+ + 2OH + CO 2 → CaCO 3 + H 2 O

Alors que l'eau carbonatée par l'activité volcanique est généralement associée aux sources chaudes, cette eau se refroidit parfois jusqu'à une température proche de la température ambiante avant d'émerger à la surface. De même, l'eau carbonatée par passage dans le sol aura parfois circulé à des profondeurs suffisantes pour qu'elle soit assez chaude lorsqu'elle réémerge en surface. L'eau carbonatée par l'activité volcanique aura néanmoins tendance à avoir une teneur plus élevée en bicarbonate de calcium dissous et sera généralement plus enrichie en isotope 13C plus lourd .

Les deux principaux minéraux de carbonate de calcium, la calcite et l' aragonite, se trouvent dans les travertins des sources chaudes ; l'aragonite est préférentiellement précipitée lorsque les températures sont chaudes, tandis que la calcite domine lorsque les températures sont plus fraîches. Lorsqu'il est pur et fin, le travertin est blanc, mais il est souvent brun à jaune en raison des impuretés.

Occurrence

Le travertin se trouve dans des centaines d'endroits à travers le monde. Seul un échantillon d'occurrences notables est répertorié ici.

Formations de terrasse en travertin étagées de Badab-e Surt . Ce travertin doit ses terrasses de couleur rouge au carbonate de fer .
Mausolée immergé dans une piscine de travertin aux sources chaudes de Hierapolis, Turquie

Le travertin se trouve à Tivoli, à 25 kilomètres (16 mi) à l'est de Rome, où le travertin est extrait depuis au moins deux mille ans. Le travertin ici a été déposé dans un corps de 20 kilomètres carrés (7,7 milles carrés) de superficie et de 60 mètres (200 pieds) d'épaisseur le long d'une faille orientée vers le nord près du volcan dormant Colli Albani. La carrière de Guidonia est également située dans ce gisement de travertin. L'ancien nom de cette pierre était lapis tiburtinus, ce qui signifie pierre de tibur, qui a été progressivement corrompue en travertino (travertin). Des études détaillées des dépôts de travertin de Tivoli et de Guidonia ont révélé des bandes et des lamelles rythmiques diurnes et annuelles, qui ont une utilisation potentielle en géochronologie . Des gisements de travertin se trouvent dans environ 100 autres endroits en Italie, y compris Rapalino près de Pise . Le port de Paestum a été construit sur une nappe de tuf.

Des cascades de lacs naturels formés derrière des barrages de travertin peuvent être vus à Pamukkale, en Turquie, qui est un site du patrimoine mondial de l'UNESCO . D'autres endroits avec de telles cascades incluent Huanglong dans la province chinoise du Sichuan (un autre site du patrimoine mondial de l'UNESCO), les sources chaudes de Mammoth aux États- Unis, Egerszalók en Hongrie, Mahallat, Abbass Abad, Atash Kooh et Badab-e Surt en Iran, Band- i-Amir en Afghanistan, Lagunas de Ruidera, Espagne, Hierve el Agua, Oaxaca, Mexique et Semuc Champey, Guatemala .

Dans le dernier optimum paléoclimatique post-glaciaire d'Europe centrale ( période atlantique, 8000–5000 avant JC), d'énormes dépôts de tuf se sont formés à partir de sources karstiques . À plus petite échelle, ces processus karstiques fonctionnent toujours. Des géotopes importants se trouvent dans le Jura souabe, principalement dans les vallées de la crête la plus avancée au nord - ouest de la cuesta ; dans de nombreuses vallées de la périphérie érodée du Jura franconien karstique ; et au nord des contreforts alpins .

Le travertin a formé seize immenses barrages naturels dans une vallée croate connue sous le nom de parc national des lacs de Plitvice . Accroché à la mousse et aux rochers dans l'eau, le travertin s'est accumulé sur plusieurs millénaires pour former des chutes d'eau pouvant atteindre 70 m (230 pi) de hauteur.

Aux États-Unis, l'endroit le plus connu pour la formation de travertin est le parc national de Yellowstone, où les zones géothermiques sont riches en dépôts de travertin. Le Wyoming a également des travertins dans le Hot Springs State Park à Thermopolis . L'Oklahoma possède deux parcs dédiés à cette merveille naturelle. Turner Falls, la plus haute chute d'eau de l'Oklahoma, est une cascade d'eau de source de 77 pieds (23 m) coulant sur une grotte de travertin. Honey Creek alimente cette cascade et crée des kilomètres d'étagères en travertin en amont et en aval. De nombreuses petites cascades en amont dans les bois denses répètent l'effet de formation de travertin. La ville de Davis possède maintenant des milliers d'acres de cette terre et en a fait une attraction touristique. Une autre ressource de travertin se trouve à Sulphur, Oklahoma, à 16 km à l'est de Turner Falls. Le ruisseau Travertine traverse une réserve naturelle d'eau de source dans les limites de la zone de loisirs nationale de Chickasaw .

Au Texas, la ville d' Austin et ses environs "Hill Country" au sud sont construits sur du calcaire. La région compte de nombreuses formations de travertin, telles que celles trouvées à Gorman Falls dans le Colorado Bend State Park .

Hanging Lake à Glenwood Canyon dans le Colorado a été formé par des barrages de travertin à travers un ruisseau alimenté par une source. Les lits de travertin dans la région mesurent jusqu'à 40 pieds (12 m) d'épaisseur. Le parc d' État de Rifle Falls, dans le Colorado, comprend une triple chute d'eau sur un barrage en travertin.

Barrage de soude, Jemez Mountains, Nouveau-Mexique

Le système de sources chaudes de Soda Dam des montagnes Jemez du Nouveau-Mexique a fait l'objet d'études approfondies en raison de sa connexion au système géothermique de la caldeira de Valles . Ici, les eaux souterraines chaudes de la caldeira se sont déplacées le long de la faille de Jemez et se sont mélangées à des eaux souterraines plus froides avant d'émerger à la surface. La datation radiométrique des travertins montre que le dépôt a commencé presque immédiatement après l'éruption de la caldeira de Valles et que la région connaît maintenant un nouvel épisode de dépôt qui a commencé il y a 5000 ans. Une nouvelle espèce d' algue verte extrêmophile Scenedesmus a été isolée pour la première fois dans le travertin de Soda Dam.

En Arizona, du côté sud du Grand Canyon se trouve la réserve Havasupai . Il est traversé par Havasu Creek, qui possède de vastes gisements de travertin. Trois chutes d'eau majeures, Navajo Falls, Havasu Falls et Mooney Falls, sont toutes situées en aval de la ville de Supai. Il existe de nombreuses cataractes plus petites formées par des barrages en travertin. Ces caractéristiques sont situées à environ 3,2 km du village de Supai (au fond du canyon) et sont accessibles à pied ou à cheval.

En Islande, la rivière Hvanná, située sur le flanc nord de l' Eyjafjallajökull, a été fortement chargée en CO 2 suite aux éruptions de 2010 . Travertin précipité le long de la rivière.

Au nord-est de Sulawesi, en Indonésie, se trouve le karst de Wawolesea . Une caractéristique notable de cette zone est un étang à plusieurs mètres de la plage, formé par une fontaine d'eau chaude salée existant depuis la période Néogène .

Les usages

Sacré-Cœur, Paris, (1875-1914)

Le travertin est souvent utilisé comme matériau de construction . Il manque généralement de plans de faiblesse et sa porosité élevée le rend léger pour sa résistance, lui confère de bonnes propriétés d'isolation thermique et acoustique et le rend relativement facile à travailler. Le travertin dense fait une excellente pierre décorative lorsqu'il est poli.

Les Romains ont extrait des gisements de travertin pour construire des temples, des monuments, des aqueducs, des complexes de bains et des amphithéâtres tels que le Colisée, le plus grand bâtiment du monde construit principalement en travertin. En Italie, des carrières de travertin bien connues existent à Tivoli et Guidonia Montecelio, où se trouvent les carrières les plus importantes depuis l'époque romaine antique. Les carrières de Tivoli ont fourni le travertin à partir duquel Gian Lorenzo Bernini a sélectionné le matériau à partir duquel construire la célèbre colonnade de la place Saint-Pierre à Rome ( colonnato di Piazza S. Pietro ) en 1656–1667. Michel-Ange a également choisi le travertin comme matériau pour les nervures extérieures du dôme de la basilique Saint-Pierre . Le travertin de Trivoli a été utilisé dans la sculpture de la majorité de la fontaine de Trevi à Rome pendant la période baroque .

Le travertin a retrouvé sa popularité en tant que matériau de construction au Moyen Âge. La ville centrale de l'Allemagne de Bad Langensalza possède une vieille ville médiévale construite presque entièrement en travertin local. Les bâtiments du XXe siècle utilisant largement le travertin comprennent la basilique du Sacré-Cœur à Paris, le Getty Center à Los Angeles, en Californie, et Shell-Haus à Berlin . Le travertin utilisé dans les constructions du Getty Center et de Shell-Haus a été importé de Tivoli et de Guidonia.

Le travertin est l'une des nombreuses pierres naturelles utilisées pour paver les patios et les allées de jardin. Il est parfois appelé calcaire travertin ou marbre travertin; il s'agit de la même pierre, bien que le travertin soit correctement classé comme un type de calcaire et non de marbre . La pierre est caractérisée par des trous dénoyautés et des creux dans sa surface. Bien que ces creux se produisent naturellement, ils suggèrent des signes d'usure considérable au fil du temps. Il peut également être poli pour obtenir une finition lisse et brillante et est disponible dans une variété de couleurs allant du gris au rouge corail. Le travertin est également disponible en tailles de carreaux pour les installations au sol.

Le travertin est l'une des pierres les plus utilisées dans l'architecture moderne . Il est couramment utilisé pour les sols intérieurs des maisons/entreprises, les sols des terrasses extérieures, les murs et les plafonds des spas, les façades et les revêtements muraux . Les murs du hall de la Willis Tower moderniste (1970) (anciennement Sears Tower) à Chicago sont en travertin. L'architecte Welton Becket a fréquemment incorporé du travertin dans nombre de ses projets. Le centre médical Ronald Reagan UCLA est recouvert de plus de 3 millions de livres (environ 1360 tonnes) de travertin Ambra Light provenant des carrières de Tivoli. L'architecte Ludwig Mies van der Rohe a utilisé le travertin dans plusieurs de ses œuvres majeures, dont le Centre Toronto-Dominion, le SR Crown Hall, la Maison Farnsworth et le Pavillon de Barcelone .

Le Capitole de l'État du Nouveau-Mexique a sa rotonde finie avec du travertin extrait d'un gisement à l'ouest de Belen, au Nouveau-Mexique . La pierre de cette carrière est également utilisée dans les bâtiments de l' Université du Nouveau-Mexique .

Fournir

Jusque dans les années 1980, l'Italie avait un quasi-monopole sur le marché mondial du travertin ; aujourd'hui, des approvisionnements importants sont extraits en Turquie, au Mexique, en Chine, au Pérou et en Espagne. Les importations américaines de travertin en 2019 étaient de 17 808 tonnes métriques, dont 12 804 provenaient de Turquie.

Voir également

  • Albâtre - Minéraux de calcium légèrement colorés, translucides et mous, généralement du gypse - voir la variété appelée "onyx-marbre", en fait un travertin
  • Fritte calcaire - Un dépôt de carbonate de calcium d'eau douce
  • Calthemite - Dépôt secondaire de carbonate de calcium poussant sous des structures artificielles
  • Topographie karstique - Topographie des roches solubles dissoutes
  • Liste des types de calcaire - Dépôts de calcaire répertoriés par emplacement

Références

Sources

Liens externes