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Des roches inorganiques contenant du carbone, notamment des carbonates, sont généralement stockées dans la lithosphère pendant plusieurs millions d'années. À la surface de la Terre, dans l’eau ou dans les profondeurs de la Terre, les processus chimiques, physiques et biologiques peuvent aussi bien décomposer les roches qu’en former de nouvelles.
Les roches carbonatées sont des roches sédimentaires qui contiennent des carbonates, c'est-à-dire elles contiennent des ions CO3. Par exemple, le calcaire est une roche carbonatée composée majoritairement de carbonate de calcium CaCO3. Ces roches sont fréquentes à la surface de la Terre et sont soumises à l’influence de l’air, des intempéries et des organismes vivants. Différents processus décomposent la roche petit à petit, c’est ce que l’on appelle l’altération. Cela se produit en partie par les effets mécaniques du vent, du soleil, du gel ou des racines des plantes qui détruisent la roche. Les morceaux de roche résistants se déposent ensuite dans le sol.
L’altération chimique est aussi un processus majeur. Dans le cas des carbonates, la réaction avec l'eau est particulièrement importante. Le dioyde de carbone (CO2) de l’atmosphère se dissout d’abord dans l’eau et réagit pour former de l’acide carbonique (H2CO3). Celui-ci transforme alors le calcaire en bicarbonate de calcium (Ca[CO3]2). Cependant, le carbonate est toujours présent sous forme dissoute, c’est-à-dire d’ion calcium (Ca2+) et d’hydrogénocarbonate (HCO3-). Les ions sont, par exemple, transportés avec les eaux souterraines ou rejetés dans les océans par les rivières.
Si le carbonate entre en contact avec de l’acide sulfurique, par exemple en cas de pluies acides, il est transformé en CO2 qui s’échappe dans l’atmosphère. Il reste du gypse, ou sulfate de calcium dihydraté (CaSO4 × 2H2O). Les pluies acides peuvent être causées par des éruptions volcaniques ou la pollution de l’air par l'homme.
La voie vers de nouvelles roches
Les hydrogénocarbonates (bicarbonates ou ions HCO3) dissous peuvent se transformer en roches par des processus chimiques et biologiques. Les carbonates peuvent précipiter chimiquement si l’eau est sursaturée en hydrogénocarbonates et que suffisamment de calcium est présent. L’hydrogénocarbonate dissous dans les eaux souterraines peut, par exemple, réagir avec le calcium dans les grottes à concrétions lorsqu'il est libéré dans l'air. Il se forme alors lentement des stalagmites et des stalactites.
Les organismes vivants jouent un rôle important dans la formation de nouveaux carbonates. Les coquillages, les escargots ou les organismes unicellulaires ont des coquilles, des squelettes et d’autres structures qui sont formées de calcaire. Lorsque ces parties calcaires des organismes morts sont déposées et compactées dans les sédiments marins, elles forment après une longue période de temps des roches carbonatées compactes. Comme, par exemple, celles qui constituent la majeure partie du Jura. Cette transformation s’appelle la diagénèse.
Le cycle se referme avec les processus tectoniques
Quand les roches carbonatées se retrouvent, en raison de processus tectonique, sen profondeur sous la surface terrestre, elles subissent d’autres changements physiques et chimiques sous l’effet des températures et pressions élevées (voir le cycle des roches). C'est ce que l’on appelle le métamorphisme.
Dans certaines conditions géologiques, le carbonate de calcium réagit ensuite, par exemple avec le silicate (SiO2), pour produire du silicate de calcium et du gaz CO2 qui se dégage. Celui-ci peut être dissous dans le magma et libéré dans l’atmosphère lors d’éruptions volcaniques. Les roches carbonatées peuvent aussi être ramenées depuis l’intérieur de la Terre vers la surface par des mouvements tectoniques.