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Image de la semaine | 06/03/2023

Méga-pillow lavas et mini-perles de calcite de la plage de Menakoz, commune de Sopela (Pays basque espagnol)

06/03/2023

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS de Lyon

Olivier Dequincey

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Des coulées exceptionnelles à méga-coussins de lave fracturés et calcitisés, et sphérules de calcite. Eau de mer, échanges cationiques et altération différentielle.


Méga-pillow lava éboulé et mini-perles de calcite, extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Sopela, Pays basque espagnol

Figure 1. Méga-pillow lava éboulé et mini-perles de calcite, extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Sopela, Pays basque espagnol

En haut, moitié d'un très gros coussin de lave (environ 2,5 m de diamètre) au pied d'une falaise (visible à l'arrière-plan) de laquelle il s'est éboulé. Sous le marteau, on devine de petits points blancs, semblables à ceux de la photo de la photo du bas qui proviennent d'un autre pillow lava situé 75 m au NO. Il s'agit de sphérules de calcite.


Nous avons déjà vu des basaltes basques (datés de 100 à 85 Ma, de l'Albien terminal au Santonien inférieur), basaltes mis en place sous la mer et interstratifiés dans les terrains regroupés classiquement sous le terme de « flyschs basques », flyschs datant du Crétacé supérieur au Paléocène.

Planet-Terre a déjà abordé ces sédiments, son volcanisme interstratifié, leur tectonique…

Concernant les « flyschs basques », on relira : Les flyschs du Crétacé-Tertiaire du Pays Basque : slumps et méga-slumps, turbidites et méga-turbidites..., Zumaia (pays basque espagnol) : là où l'érosion marine joue avec les couches sub-verticales des flyschs yprésiens (Éocène inférieur), Les trois plus beaux affleurements de la limite K-T en Pays Basque : Bidart, Baie de Loya et Zumaia, Failles affectant une série marno-calcaire montrant des cycles astronomiques de type Milankovitch, Zumaia, Espagne, Les slumps et les pillow lavas crétacés d'Armitza, Pays basque espagnol

Concernant les basaltes alcalins, on retrouvera  : Un volcanisme bien méconnu et pourtant si riche d'enseignement : le volcanisme du Crétacé supérieur du Pays Basque, ses pillow-lavas et la salinité de l'eau de mer, Un exceptionnel affleurement de pillow-lavas hydrothermalisés, Eibar, Pays Basque espagnol, Les slumps et les pillow lavas crétacés d'Armitza, Pays basque espagnol.

L'affleurement de cette semaine concerne encore ces basaltes sous-marins du Crétacé supérieur et n'apportera que peu de renseignements nouveaux par rapport à ce qui est décrit dans ces articles consacrés au volcanisme (origine, signification géodynamique, implication sur la salinité de l'eau de mer…). Il a pour but de montrer des beaux objets géologiques, objets classiques mais ici de faciès inhabituel : des pillow lavas “géants” avec prismation rayonnante, et des “perles” de calcite. Toutes les photographies ont été prises à une quinzaine de kilomètres au Nord-Ouest de Bilbao, à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz. Pensez-y si vous allez en vacances sur les plages basques ou si vous allez visiter le Musée Guggenheim de Bilbao.

Affleurement avec un pillow lava exceptionnel par sa taille et sa prismation bien visible, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 2. Affleurement avec un pillow lava exceptionnel par sa taille et sa prismation bien visible, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Le diamètre est d'environ 2,5 à 3 m, d'après la taille des personnages qui donnent l'échelle, alors que le diamètre classique d’un coussin de lave ne dépasse que très rarement 1 m. Pourquoi une telle taille exceptionnelle ?

Une prismation rayonnante est visible sur les trois-quarts extérieurs du pillow. La prismation se fait classiquement par fracturation d'une lave solide mais encore chaude qui se rétracte en se refroidissant. La prismation est courante dans les coulées de lave (cf. La complexité de la structure interne d'une coulée de basalte, carrière de Roure, Saint-Pierre le Chastel (Puy-de-Dôme)), les dykes (cf. La prismation interne des dykes : exemple des dykes de l'île de Sao Vincente, Cap Vert), les sills (cf. Sill et coulée dans le Parc National de Yellowstone, USA) mais existe aussi, bien que plus rarement, dans certains pillows (cf. figure 6 de Les ophiolites en 180 photos – 4/7 Basaltes en coussins, coulées et sédiments et figure 1 dans L'ophiolite d'Oman – une galerie de photos).


Un pillow lava exceptionnel par sa taille et sa prismation bien visible, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 3. Un pillow lava exceptionnel par sa taille et sa prismation bien visible, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Le diamètre est d'environ 2,5 à 3 m, d'après la taille des personnages qui donnent l'échelle, alors que le diamètre classique d’un coussin de lave ne dépasse que très rarement 1 m. Pourquoi une telle taille exceptionnelle ?

Une prismation rayonnante est visible sur les trois-quarts extérieurs du pillow. La prismation se fait classiquement par fracturation d'une lave solide mais encore chaude qui se rétracte en se refroidissant. La prismation est courante dans les coulées de lave (cf. La complexité de la structure interne d'une coulée de basalte, carrière de Roure, Saint-Pierre le Chastel (Puy-de-Dôme)), les dykes (cf. La prismation interne des dykes : exemple des dykes de l'île de Sao Vincente, Cap Vert), les sills (cf. Sill et coulée dans le Parc National de Yellowstone, USA) mais existe aussi, bien que plus rarement, dans certains pillows (cf. figure 6 de Les ophiolites en 180 photos – 4/7 Basaltes en coussins, coulées et sédiments et figure 1 dans L'ophiolite d'Oman – une galerie de photos).


Vue plongeante sur la section verticale d'un méga-pillow prismé, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 4. Vue plongeante sur la section verticale d'un méga-pillow prismé, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

On voit bien la section polygonale des prismes découpant le haut du pillow sous ma chaussure.


Moitié d'un très gros pillow lava (environ 2,5 m de diamètre) au pied d'une falaise (visible à l'arrière-plan) de laquelle il s'est éboulé, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Détail du pillow précédent, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 6. Détail du pillow précédent, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

On devine la prismation frustre, et surtout de très nombreuses petites “taches” blanches, des sphérules de calcite remplissant les vacuoles du basalte et dégagées par l'altération-érosion marine.


Quart supérieur gauche d'un autre giga pillow, en place, avec une prismation bien visible, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 7. Quart supérieur gauche d'un autre giga pillow, en place, avec une prismation bien visible, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

La photo suivante correspond à un zoom de la zone externe du giga-pillow, sous les pieds qui donnent ici l'échelle.


Zoom sur les 20 cm externes du giga-pillow précédent, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 8. Zoom sur les 20 cm externes du giga-pillow précédent, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

On voit bien de nombreuses petites sphères blanches de calcite, sauf à 15 cm sous le pied à gauche, autour d'une zone localement tapissée d'un dépôt riche en oxydes ferriques hydratés où ces sphérules sont absentes mais où il y a, à la place, des cavités hémisphériques. Ces cavités marquent sans doute l'emplacement de sphères de calcite maintenant absentes. On peut supposer que cette richesse locale en oxydes ferriques provient de l'oxydation de sulfures (pyrite – FeS2 – probable), présence classique dans les basaltes. L'oxydation de ces sulfures aurait produit de l'acide sulfurique qui aurait dissout les sphérules de calcite du voisinage.


Partie externe des 20 cm externe d'un giga-pillow prismé voisin, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 9. Partie externe des 20 cm externe d'un giga-pillow prismé voisin, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Ces deux décimètres les plus externes sont particulièrement riches en sphérules de calcites. Ce giga-pillow est atteint par les grosses vagues déferlantes à marée haute. Les deux prochaines photos correspondent à deux zooms sur le prisme du centre de l'image (celui que je touche).


Vue rapprochée sur les sphèrules de calcite déjà visibles sur la figure 9

Figure 10. Vue rapprochée sur les sphèrules de calcite déjà visibles sur la figure 9

Ces “perles” mesurent de 1 à 3 mm de diamètre (mon ongle mesure 12 mm dans sa plus grande largeur). Ces sphères sont en relief et dépassent plus ou moins de la surface du basalte. Celles qui ont une ombre allongée dépassent beaucoup ; celles sans ombre (ou à ombre très courte) sont presque totalement enchâssées dans le basalte. Même celles qui dépassent beaucoup sont bien fixées au basalte, et même les vagues de tempête ne les enlèvent pas.


Zoom sur les sphèrules de calcite déjà visibles sur la figure 9

Figure 11. Zoom sur les sphèrules de calcite déjà visibles sur la figure 9

Ces “perles” mesurent de 1 à 3 mm de diamètre (mon ongle mesure 12 mm dans sa plus grande largeur). Ces sphères sont en relief et dépassent plus ou moins de la surface du basalte. Celles qui ont une ombre allongée dépassent beaucoup ; celles sans ombre (ou à ombre très courte) sont presque totalement enchâssées dans le basalte. Même celles qui dépassent beaucoup sont bien fixées au basalte, et même les vagues de tempête ne les enlèvent pas.


Cet affleurement et ses “perles” posent deux questions.

Première question : pourquoi ces sphérules de calcites qui, à priori, remplissent des vacuoles périphériques d'un pillow (cf. Un exceptionnel affleurement de pillow-lavas hydrothermalisés, Eibar, Pays Basque espagnol) sont-elles en relief au-dessus de la surface de la fracture qui a coupé le pillow en deux ? On peut supposer qu'il s'agit d'altération-érosion différentielle. La calcite est peu altérable par l'eau de mer qui, en surface, est sursaturée en CaCO3 et a un pH de 8,2, légèrement basique. Par contre le basalte est très altérable, surtout par l'eau de mer. Par gros temps et marée haute, les vagues viennent frapper ce pillow. Cette eau imbibe le basalte et l'altère dans sa masse, beaucoup plus que la calcite. Et le déferlement des vagues enlève beaucoup plus facilement le basalte en cours d'altération que la calcite.

La deuxième question concerne l'origine de la calcite. La réponse à cette question, qui a des implications beaucoup plus importantes que quelques sphèrules de calcite, se trouve à la fin de l'article Un volcanisme bien méconnu et pourtant si riche d'enseignement : le volcanisme du Crétacé supérieur du Pays Basque, ses pillow-lavas et la salinité de l'eau de mer. Un basalte émis sous la mer, que ce soit au niveau d'une dorsale ou comme ici d'une marge continentale en cours de formation, est soumis à un intense hydrothermalisme dû à des circulations d'eau de mer réchauffée. Les cations de l'eau de mer, en particulier les deux plus abondants, Na+ (10,78 g/L) et Mg+2 (1,28 g/L), réagissent avec deux des minéraux les plus important des basaltes, les feldspaths et les pyroxènes, selon les réactions suivantes :

  • plagioclase calcique (anorthite) + Na+ (eau de mer) → plagioclase sodique (albite) + Ca2+,
  • pyroxène calco-magnésien (diopside) + Mg2+ (eau de mer) → pyroxène magnésien (enstatite) + Ca2+.

Il y a donc “décalcification” des minéraux des basaltes, et c'est ce calcium qui va former la calcite qui remplit les vacuoles. Et en plus, il y a “désodiumisation” et “démagnésification” de l'eau de mer ; mais c'est une autre histoire.

Et, comme le montrent les photographies suivantes, cette calcite ne fait pas que remplir des vacuoles, elle remplit les très nombreuses fractures qui affectent cette coulée de basalte du Crétacé.

Section d'un giga-pillow lava à quelques mètres de l'affleurement précédent, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 12. Section d'un giga-pillow lava à quelques mètres de l'affleurement précédent, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Ce giga-pillow est recoupé par des fractures remplies de calcite. La surface verticale sur laquelle est posé mon couteau devait correspondre à une fracture remplie de calcite. L'autre partie du pillow a été “enlevé” par l'érosion. La calcite qui devait tapisser les bords de cette cassure a quasiment disparu, sauf quelques placages qui sont restés “collés” sur le demi-pillow arrière. On peut voir à quoi ressemble une fracture calcitisée vue de face sur le “petit” bloc visible en bas à droite de la photo.


Gros plan sur la face du pillow de la photo précédente, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 13. Gros plan sur la face du pillow de la photo précédente, plage de Menakoz, Pays basque espagnol

On y voit (1) les sections de fractures recoupant le plan d'observation, (2) des restes (centimétriques) de calcite plaquée sur le basalte, restes probables de la calcite qui remplissait la fracture, et (3) sous forme de petits “points”, des vacuoles (millimétriques) remplies de calcite.






Tous les pillow visibles à l'Ouest de la plage de Menakoz ne sont pas “exceptionnels” (géants, calcitisés, prismés…). Il y en a de parfaitement “classiques”, tels ceux qu'on peut voir dans tous les affleurements de volcanisme sous-marin ou sous-lacustre, et bien sûr dans les ophiolites et au niveau des dorsales (cf. Les ophiolites en 180 photos – 4/7 Basaltes en coussins, coulées et sédiments).


“Piton basaltique” entièrement formé de pillow lavas et formant un cap à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 19. “Piton basaltique” entièrement formé de pillow lavas et formant un cap à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Cet affleurement, lors de l'émission des basaltes, formait une coulée plate et sub-horizontale, interstratifiée dans les sédiments de la base du Crétacé supérieur. Ces sédiments et la coulée de basalte ont ensuite été verticalisés à l'Éocène lors de la tectonique pyrénéo-cantabrique. On voit ces sédiments verticalisés quelques mètres à droite du “piton”.


Détail du “piton basaltique” entièrement formé de pillow lavas et formant un cap à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 20. Détail du “piton basaltique” entièrement formé de pillow lavas et formant un cap à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Cet affleurement, lors de l'émission des basaltes, formait une coulée plate et sub-horizontale, interstratifiée dans les sédiments de la base du Crétacé supérieur. Ces sédiments et la coulée de basalte ont ensuite été verticalisés à l'Éocène lors de la tectonique pyrénéo-cantabrique.


Pointe du “piton basaltique” entièrement formé de pillow lavas et formant un cap à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Figure 21. Pointe du “piton basaltique” entièrement formé de pillow lavas et formant un cap à l'extrémité Ouest de la plage de Menakoz, Pays basque espagnol

Cet affleurement, lors de l'émission des basaltes, formait une coulée plate et sub-horizontale, interstratifiée dans les sédiments de la base du Crétacé supérieur. Ces sédiments et la coulée de basalte ont ensuite été verticalisés à l'Éocène lors de la tectonique pyrénéo-cantabrique.


Vue sur la plage de Menakoz (au premier plan), Pays basque espagnol

Figure 22. Vue sur la plage de Menakoz (au premier plan), Pays basque espagnol

C'est au niveau du cap, à droite, qu'ont été prises toutes les photos. Les photos 2 à 4 et 7 à 17 ont été prises au niveau du rocher qui s'avance dans la mer et qui n'est qu'un ilot à marée haute. Les photos 5, 6, 19 à 21 ont été prises de part et d'autre de la falaise noire qui termine le cap à marée haute et qui correspond (vu sous un autre angle) au “piton” des trois photos précédentes.


Vue aérienne localisant l'affleurement des méga-pillow lavas et des mini-perles de calcite (punaise jaune)

Figure 23. Vue aérienne localisant l'affleurement des méga-pillow lavas et des mini-perles de calcite (punaise jaune)

La petite punaise jaune localise le piton-promontoire des photos 19 à 21. On voit bien, sur l'estran à gauche et à droite, les couches verticale des « flyschs basques ».

Localisation par fichier kmz de l'affleurement à méga-pillow lavas et mini-perles de calcite de la plage de Ménakoz, Pays basque espagnol.


Carte géologique simplifiée du synclinal de Bilbao

Figure 24. Carte géologique simplifiée du synclinal de Bilbao

Le Crétacé supérieur est coloré en jaune ; ses basaltes interstratifiés sont figurés en bleu. La plage de Menakoz et ses pillows est indiquée par la flèche rouge.



Reconstitution “classique” du mouvement de l'Ibérie par rapport à l'Europe (supposée stable) entre l'Aptien (125 Ma) et le Campanien (80 Ma)

Figure 26. Reconstitution “classique” du mouvement de l'Ibérie par rapport à l'Europe (supposée stable) entre l'Aptien (125 Ma) et le Campanien (80 Ma)

Ces mouvements sont associés à la dérive de l'Afrique vers l'Est, et sont responsables de l'ouverture du Golfe de Gascogne (à lithosphère océanique). En première approximation, le Golfe de Gascogne correspond à l'espace situé entre la côte Nord-ibérique aptienne (noire) et la côte Nord-ibérique campanienne (verte). La flèche rouge matérialise cette rotation de l'Ibérie. Les étoiles bleue et brune correspondent à la position de Bilbao à l'Albien et au Turonien. La position des basaltes de la plage de Menakoz au Cénomanien (âge des éruptions volcaniques) se trouvait donc entre ces deux étoiles. Les mouvements de rapprochement qui ont suivi et qui sont à l'origine des Pyrénées ne sont pas représentés. La rotation du bloc corso-sarde qui se sépara de l'Ibérie à l'Oligocène terminal / Miocène et provoqua l'ouverture de la Méditerranée occidentale n'est pas non plus représentée.


Reconstitution de la paléogéographie du Pays basque et en particulier de la région de Bilbao au Crétacé supérieur, durant l'ouverture du Golfe de Gascogne

Figure 27. Reconstitution de la paléogéographie du Pays basque et en particulier de la région de Bilbao au Crétacé supérieur, durant l'ouverture du Golfe de Gascogne

Le volcanisme (appartenant à la série alcaline et non pas tholéiitique contrairement aux basaltes océaniques) a lieu sur ce qui était en train de devenir la marge de ce Golfe de Gascogne, golfe qui possède une lithosphère océanique. Ce volcanisme, sous-marin mais ayant lieu sur croute continentale émet des coulées interstratifiées dans une série sédimentaire complexe globalement connues sous le nom de « flyschs basques », bien qu'elle ne soit pas constituée que de turbidites. La lithosphère océanique (ou continentale amincie) se trouverait plus loin sur la droite de ce schéma.