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3.5 : Types de roches - Géosciences

3.5 : Types de roches - Géosciences


ROCHES IGNÉES

Les roches ignées se forment à partir du refroidissement et du durcissement du magma en fusion dans de nombreux environnements différents. Plus de 700 types différents de roches ignées sont connus.

Composition du magma

La roche sous la surface de la Terre est parfois chauffée à des températures suffisamment élevées pour fondre pour créer du magma. Différents magmas ont une composition différente et contiennent tous les éléments qui se trouvaient dans la roche qui a fondu. Les magmas contiennent également des gaz. Les éléments principaux sont les mêmes que les éléments trouvés dans la croûte. Le tableau 1 répertorie l'abondance des éléments trouvés dans la croûte terrestre et dans le magma. Les 1,5 % restants sont constitués de nombreux autres éléments présents en infimes quantités.

Tableau 1. Éléments de la croûte terrestre et du magma
ÉlémentsymbolePour cent
OxygèneO46.6%
SiliciumSi27.7%
AluminiumAl8.1%
Le ferFe5.0%
CalciumCalifornie3.6%
SodiumN / A2.8%
PotassiumK2.6%
Magnésiummg2.1%
Total98.5%

La fonte de la roche pour créer du magma dépend de plusieurs facteurs :

  • Température : La température augmente avec la profondeur, de sorte que la fonte est plus susceptible de se produire à de plus grandes profondeurs.
  • Pression : La pression augmente avec la profondeur, mais une pression accrue augmente la température de fusion, de sorte que la fusion est moins susceptible de se produire à des pressions plus élevées.
  • Eau : L'ajout d'eau modifie le point de fusion de la roche. Lorsque la quantité d'eau augmente, le point de fusion diminue.
  • Composition de la roche : les minéraux fondent à différentes températures, la température doit donc être suffisamment élevée pour faire fondre au moins certains minéraux dans la roche. Le premier minéral à fondre d'une roche sera le quartz (s'il est présent) et le dernier sera l'olivine (le cas échéant).

Les différents paramètres géologiques qui produisent des conditions variables dans lesquelles les roches fondent seront discutés dans le chapitre « Tectonique des plaques ».

Lorsqu'une roche se réchauffe, les minéraux qui fondent aux températures les plus basses fondent en premier.Fusion partielle se produit lorsque la température d'une roche est suffisamment élevée pour ne faire fondre qu'une partie des minéraux de la roche. Les minéraux qui fondront seront ceux qui fondront à des températures plus basses. Cristallisation fractionnée est le contraire de la fusion partielle. Ce processus décrit la cristallisation de différents minéraux lors du refroidissement du magma.

Série Réaction de Bowen indique les températures auxquelles les minéraux fondent ou cristallisent (figure 1). Une compréhension de la façon dont les atomes se réunissent pour former des minéraux permet de comprendre comment se forment différentes roches ignées. La série de réactions de Bowen explique également pourquoi certains minéraux sont toujours trouvés ensemble et d'autres ne le sont jamais.


Figure 1. Série de réaction de Bowen

Suivez ce lien pour voir un diagramme illustrant la série de réactions de Bowen.

Cette excellente vidéo qui explique en détail la série de réactions de Bowen.

Si le liquide se sépare des solides à tout moment lors d'une fusion partielle ou d'une cristallisation fractionnée, la composition chimique du liquide et du solide sera différente. Lorsque ce liquide cristallise, la roche ignée résultante aura une composition différente de la roche mère.

Roches ignées intrusives et extrusives

Les roches ignées sont appelées intrusif lorsqu'ils refroidissent et se solidifient sous la surface. Les roches intrusives forment des plutons et sont donc également appelées plutoniques. UNE pluton est un corps rocheux intrusif igné qui s'est refroidi dans la croûte. Lorsque le magma se refroidit à l'intérieur de la Terre, le refroidissement se fait lentement. Un refroidissement lent laisse le temps à de gros cristaux de se former, de sorte que les roches ignées intrusives ont des cristaux visibles. Le granit est la roche ignée intrusive la plus courante (voir la figure 2 pour un exemple).


Figure 2. Le granit est composé de quatre minéraux, tous visibles à l'œil nu : le feldspath (blanc), le quartz (translucide), la hornblende (noir) et la biotite (noire, lamellaire).

Les roches ignées constituent la plupart des roches sur Terre. La plupart des roches ignées sont enfouies sous la surface et recouvertes de roches sédimentaires, ou sont enfouies sous l'eau de l'océan. À certains endroits, des processus géologiques ont fait remonter des roches ignées à la surface. La figure 3 ci-dessous montre un paysage de la Sierra Nevada en Californie fait de granit qui a été élevé pour créer des montagnes.


Figure 3. La Sierra Nevada de Californie est une roche ignée intrusive exposée à la surface de la Terre.

Les roches ignées sont appelées extrusive lorsqu'ils refroidissent et se solidifient au-dessus de la surface. Ces roches se forment généralement à partir d'un volcan, elles sont donc aussi appelées roches volcaniques (figure 4).


Figure 4. Les roches ignées extrusives se forment après le refroidissement de la lave au-dessus de la surface.

Les roches ignées extrusives se refroidissent beaucoup plus rapidement que les roches intrusives. Les cristaux ont peu de temps pour se former, les roches ignées extrusives ont donc de minuscules cristaux (figure 5).


Figure 5. La lave refroidie forme du basalte sans cristaux visibles. Pourquoi n'y a-t-il pas de cristaux visibles ?

Certaines roches volcaniques ont une texture mixte. Une roche telle qu'une andésite peut avoir de gros cristaux dans une matrice de minuscules cristaux. Dans ce cas, le magma s'est suffisamment refroidi pour former des cristaux avant d'entrer en éruption. Une fois entré en éruption, le reste de la lave s'est refroidi rapidement. C'est appelé porphyrique texture.

La vitesse de refroidissement et la teneur en gaz créent d'autres textures (voir la figure 6 pour des exemples de différentes textures). Les laves qui refroidissent extrêmement rapidement peuvent avoir une texture vitreuse. Ceux avec de nombreux trous de bulles de gaz ont un vésiculaire texture.


Figure 6. Différentes vitesses de refroidissement et teneurs en gaz ont donné ces différentes textures.

Classification des roches ignées

Les roches ignées sont classées selon leur composition, de felsique à ultramafique. Les caractéristiques et exemples de minéraux de chaque type sont inclus dans le tableau 2.

Tableau 2. Propriétés des compositions de roches ignées
CompositionCouleurDensitéMinéraux
felsiqueLégerFaibleQuartz, feldspath orthose
IntermédiaireIntermédiaireIntermédiairePlagioclase feldspath, biotite, amphibole
mafiqueSombreHauteOlivine, pyroxène
UltramafiqueTrès sombreTrès hautOlivine
Tableau 3. Composition et texture de la silice des principales roches ignées
TaperQuantité de siliceExtrusifIntrusif
Ultramafique<45%Komatiitepéridotite
mafique45-52%BasalteGabbro
Intermédiaire52-63%AndésiteDiorite
Intermédiaire-felsique63-69%DaciteGranodiorite
felsique>69 % de SiO2RhyoliteGranit

Certaines des roches du tableau 3 ont été illustrées plus tôt dans ce chapitre. Revenez sur eux et, à l'aide de ce que vous savez de la taille des cristaux dans les roches extrusives et intrusives et de la composition des roches felsiques et mafiques, identifiez les roches sur les photos suivantes de la figure 7 :


Figure 7. Ce sont des photos de A) rhyolite, B) gabbro, C) péridotite et D) komatiite.

Utilisations des roches ignées

Les roches ignées ont une grande variété d'utilisations. Une utilisation importante est comme pierre pour les bâtiments et les statues. Le granit est utilisé à ces deux fins et est populaire pour les comptoirs de cuisine (figure 8).


Figure 8. Le granit est une roche ignée couramment utilisée dans les statues et les matériaux de construction.

La pierre ponce est couramment utilisée comme abrasif. La pierre ponce est utilisée pour lisser la peau ou gratter la saleté autour de la maison. Lorsque la pierre ponce est placée dans des machines à laver géantes avec des jeans nouvellement fabriqués et culbutée, le résultat est un jean « lavé à la pierre ». De la pierre ponce broyée est parfois ajoutée au dentifrice pour agir comme un matériau abrasif pour frotter les dents.

La péridotite est parfois extraite du péridot, un type d'olivine utilisé en bijouterie. La diorite a été largement utilisée par les civilisations anciennes pour les vases et autres objets d'art décoratifs et est encore utilisée pour l'art aujourd'hui (Figure 9).


Figure 9. Cette statue en diorite a été réalisée vers 2120 av.

ROCHES SÉDIMENTAIRES


Figure 10. La Maison Blanche des États-Unis est constituée d'une roche sédimentaire appelée grès.

La Maison Blanche (illustrée à la figure 10) est le domicile et le lieu de travail officiels du président des États-Unis d'Amérique. Pourquoi pensez-vous que la Maison Blanche est blanche ? Si vous répondiez « Parce qu'il est fait de roche blanche », vous n'auriez que partiellement raison. La construction de la Maison Blanche a commencé en 1792. Ses murs extérieurs sont faits de grès rocheux sédimentaire. Ce grès est très poreux et est facilement pénétré par l'eau de pluie. Les dégâts d'eau étaient courants au début de la construction du bâtiment. Pour arrêter les dégâts des eaux, les ouvriers ont recouvert le grès d'un mélange de sel, de riz et de colle, ce qui a contribué à donner à la Maison Blanche sa couleur blanche distinctive.

Sédiments

Le grès est l'un des types courants de roches sédimentaires qui se forment à partir de sédiments. Il existe de nombreux autres types. Les sédiments peuvent inclure :

  • fragments d'autres roches qui ont souvent été usés en petits morceaux, comme du sable, du limon ou de l'argile.
  • biologique matériaux ou les restes d'organismes autrefois vivants.
  • les précipités chimiques, qui sont des matériaux qui restent après l'évaporation de l'eau d'une solution.

Les roches en surface subissent une altération mécanique et chimique. Ces processus physiques et chimiques brisent la roche en petits morceaux. L'altération physique brise simplement les roches. L'altération chimique dissout les minéraux les moins stables. Ces éléments originaux des minéraux finissent en solution et de nouveaux minéraux peuvent se former. Les sédiments sont enlevés et transportés par l'eau, le vent, la glace ou la gravité dans un processus appelé érosion (figure 11). Vous trouverez beaucoup plus d'informations sur l'altération dans le chapitre « Altération et formation du sol ». L'érosion est décrite en détail dans le chapitre « Érosion et dépôt ».


Figure 11. L'eau érode la surface des terres dans la vallée des dix mille fumées de l'Alaska.

Les cours d'eau transportent d'énormes quantités de sédiments (figure 12). Plus l'eau a d'énergie, plus la particule qu'elle peut transporter est grosse. Une rivière tumultueuse sur une pente raide pourrait être capable de transporter des rochers. Au fur et à mesure que ce cours d'eau ralentit, il n'a plus l'énergie pour transporter de gros sédiments et les laissera tomber. Un flux plus lent ne transportera que des particules plus petites.


Figure 12. Une rivière déverse des sédiments le long de son lit et sur ses berges.

Les sédiments se déposent sur les plages et les déserts, au fond des océans et dans les lacs, les étangs, les rivières, les marais et les marécages. Les avalanches laissent tomber de gros tas de sédiments. Les glaciers laissent aussi de gros tas de sédiments. Le vent ne peut transporter que du sable et des particules plus petites. Le type de sédiment déposé déterminera le type de roche sédimentaire qui peut se former. Les différentes couleurs des roches sédimentaires sont déterminées par l'environnement où elles se déposent. Des roches rouges se forment là où l'oxygène est présent. Des sédiments plus foncés se forment lorsque l'environnement est pauvre en oxygène.

Formation rocheuse sédimentaire

Les sédiments accumulés durcissent en roche en lithification, comme illustré à la figure 13. Deux étapes importantes sont nécessaires pour que les sédiments se lithifient.

  1. Les sédiments sont comprimés par le poids des sédiments sus-jacents au-dessus d'eux. C'est appelé compactage. Les sédiments cimentés non organiques deviennent clastique rochers. Si des matières organiques sont incluses, elles sont bioclastique rochers.
  2. Les fluides remplissent les espaces entre les particules lâches de sédiments et se cristallisent pour créer une roche en cimentation.


Figure 13. Cette falaise est en grès. Des sables ont été déposés puis lithifiés.

La taille des sédiments dans les roches sédimentaires clastiques varie considérablement (voir tableau 4).

Tableau 4. Tailles et caractéristiques des roches sédimentaires
RocheTaille des sédimentsAutres caractéristiques
ConglomératGrandeArrondi
BrècheGrandeAngulaire
GrèsDe la taille du sable
Pierre fendueDe la taille du limon, plus petit que le sable
Schiste argileuxDe la taille de l'argile, le plus petit

Lorsque les sédiments se déposent hors des eaux plus calmes, ils forment des couches horizontales. Une couche est déposée en premier et une autre couche est déposée par-dessus. Ainsi, chaque couche est plus jeune que la couche en dessous. Lorsque les sédiments durcissent, les couches sont préservées. Les roches sédimentaires formées par la cristallisation de précipités chimiques sont appelées roches sédimentaires chimiques. Comme discuté dans le chapitre « Les minéraux de la Terre », les ions dissous dans les fluides précipitent hors du fluide et se déposent, tout comme l'halite de la figure 14.


Figure 14. L'évaporite, halite, sur un galet de la Mer Morte, Israël.

Roches sédimentaires biochimiques former dans l'océan ou un lac salé. Les créatures vivantes retirent de l'eau des ions tels que le calcium, le magnésium et le potassium pour fabriquer des coquilles ou des tissus mous. Lorsque l'organisme meurt, il coule au fond de l'océan pour devenir un sédiment biochimique, qui peut ensuite se compacter et se cimenter en une roche solide (figure 15).


Figure 15. Fossiles dans une roche biochimique, le calcaire, dans la Formation de Carmel en Utah.

Le tableau 5 montre quelques types courants de roches sédimentaires.

Tableau 5. Roches sédimentaires communes
PhotoNom du rocherType de roche sédimentaire
ConglomératClastique (fragments de sédiments non organiques)
BrècheClastique
GrèsClastique
SiltstoneClastique
Schiste argileuxClastique
Sel gemmePrécipité chimique
GypsePrécipité chimique
DolomiePrécipité chimique
CalcaireBioclastique (sédiments de matières organiques, ou restes végétaux ou animaux)
CharbonBiologique

Utilisations des roches sédimentaires

Les roches sédimentaires sont utilisées comme pierres de construction, bien qu'elles ne soient pas aussi dures que les roches ignées ou métamorphiques. Les roches sédimentaires sont utilisées dans la construction. Le sable et le gravier sont utilisés pour fabriquer du béton; ils sont également utilisés dans l'asphalte. De nombreuses ressources économiquement précieuses proviennent des roches sédimentaires. Le minerai de fer et l'aluminium en sont deux exemples.

ROCHES MÉTAMORPHIQUES

Dans le grand affleurement de roches métamorphiques de la figure 16, l'aspect lamellaire des roches est le résultat du processus de métamorphisme. Le métamorphisme est l'ajout de chaleur et/ou de pression aux roches existantes, ce qui les fait changer physiquement et/ou chimiquement pour qu'elles deviennent une nouvelle roche. Les roches métamorphiques peuvent changer tellement qu'elles peuvent ne pas ressembler à la roche d'origine.


Figure 16. Les couches lamellaires de ce grand affleurement de roche métamorphique montrent les effets de la pression sur les roches pendant le métamorphisme.

Métamorphisme

Tout type de roche - ignée, sédimentaire ou métamorphique - peut devenir une roche métamorphique. Tout ce qui est nécessaire est suffisamment de chaleur et/ou de pression pour modifier la composition physique ou chimique de la roche existante sans faire fondre la roche entièrement. Les roches changent pendant le métamorphisme parce que les minéraux doivent être stables dans les nouvelles conditions de température et de pression. Le besoin de stabilité peut entraîner le réarrangement de la structure des minéraux et la formation de nouveaux minéraux. Les ions peuvent se déplacer entre les minéraux pour créer des minéraux de composition chimique différente. Hornfels, avec ses bandes alternées de cristaux sombres et clairs, est un bon exemple de la façon dont les minéraux se réorganisent pendant le métamorphisme. Hornfels est montré dans le tableau 6.


Figure 17. Une roche métamorphique foliée.

Une pression extrême peut également conduire à feuilletage, les couches plates qui se forment dans les roches lorsque les roches sont comprimées par la pression (figure 17). La foliation se forme normalement lorsque la pression est exercée dans une seule direction. Les roches métamorphiques peuvent également être non foliées. Le quartzite et le calcaire, indiqués au tableau 6, ne sont pas feuilletés.

Les deux principaux types de métamorphisme sont tous deux liés à la chaleur au sein de la Terre :

  1. Métamorphisme régional : Modifications d'énormes quantités de roches sur une vaste zone causées par la pression extrême de la roche sus-jacente ou par la compression causée par des processus géologiques. L'enfouissement profond expose la roche à des températures élevées.
  2. Contact métamorphisme : Changements dans une roche qui est en contact avec le magma en raison de la chaleur extrême du magma.

Le tableau 6 montre quelques roches métamorphiques courantes et leur roche mère d'origine.

Tableau 6.
PhotoNom du rocherType de roche métamorphiquecommentaires
ArdoiseFeuilletéMétamorphisme du schiste
PhylliteFeuilletéMétamorphisme de l'ardoise, mais sous plus de chaleur et de pression que l'ardoise
SchisteFeuilletéSouvent dérivé du métamorphisme de l'argile ou du schiste; métamorphosé sous plus de chaleur et de pression que la phyllite
GneissFeuilletéMétamorphisme de diverses roches différentes, dans des conditions extrêmes de chaleur et de pression
HornfelsNon foliéMétamorphisme de contact de différents types de roches
QuartziteNon foliéMétamorphisme du grès
MarbreNon foliéMétamorphisme du calcaire
MétaconglomératNon foliéMétamorphisme du conglomérat

Utilisations des roches métamorphiques

Le quartzite et le marbre sont couramment utilisés pour les matériaux de construction et les œuvres d'art. Le marbre est magnifique pour les statues et les objets décoratifs tels que les vases (voir un exemple sur la figure 18). Le marbre broyé est également un composant du dentifrice, des plastiques et du papier.


Figure 18. Le marbre est utilisé pour les objets décoratifs et dans l'art.

Le quartzite est très dur et est souvent broyé et utilisé dans la construction de voies ferrées (voir figure 19). Le schiste et l'ardoise sont parfois utilisés comme matériaux de construction et d'aménagement paysager. Le graphite, le « plomb » des crayons, est un minéral que l'on trouve couramment dans les roches métamorphiques.


Figure 19. Le quartzite broyé est parfois placé sous les voies ferrées car il est très dur et durable.

RÉSUMÉ DE LA LEÇON

  • Les roches ignées se forment soit lorsqu'elles se refroidissent très lentement au plus profond de la Terre (intrusif), soit lorsque le magma se refroidit rapidement à la surface de la Terre (extrusif).
  • La roche peut fondre pour créer du magma si la température augmente, la pression diminue ou si de l'eau est ajoutée. Différents minéraux fondent à différentes températures.
  • Les roches ignées sont classées selon leur composition et la taille de leurs grains, ce qui indique si elles sont intrusives ou extrusives.
  • L'altération et l'érosion produisent des sédiments. Les sédiments sont transportés par l'eau, le vent, la glace ou la gravité.
  • Une fois les sédiments déposés, ils subissent un compactage et/ou une cimentation pour devenir des roches sédimentaires.
  • Les roches sédimentaires biochimiques se forment lorsque des créatures vivantes utilisant des ions dans l'eau pour créer des coquillages, des os ou des tissus mous meurent et tombent au fond sous forme de sédiments.
  • Les roches métamorphiques se forment lorsque la chaleur et la pression transforment une roche existante en une nouvelle roche.
  • Le métamorphisme de contact se produit lorsque le magma chaud transforme la roche avec laquelle il entre en contact.
  • Le métamorphisme régional transforme de vastes zones de roches existantes sous la chaleur et la pression énormes créées par les processus géologiques.

QUESTIONS DE RÉFLEXION

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L'application de la reconnaissance de formes dans la classification automatique d'images de roches microscopiques

Le but de l'étude était la classification automatique des images microscopiques des roches.

Pour cela, les méthodes de reconnaissance de formes ont été utilisées.

L'étude a été réalisée pour 2700 images de 9 roches, avec un espace de caractéristiques 13D.

Quatre méthodes de reconnaissance de formes et 4 espaces colorimétriques ont été testés.

La méthode NN et le modèle CIELab ont donné les meilleurs résultats (99 % de décisions correctes).


Contenu

Les roches sont composées principalement de grains de minéraux, qui sont des solides cristallins formés à partir d'atomes liés chimiquement dans une structure ordonnée. [3] : 3 Certaines roches contiennent également des minéraloïdes, qui sont des substances rigides ressemblant à des minéraux, comme le verre volcanique, [4] : 55,79 qui manque de structure cristalline. Les types et l'abondance des minéraux dans une roche sont déterminés par la manière dont elle s'est formée.

La plupart des roches contiennent des minéraux silicatés, des composés qui incluent des tétraèdres de silice dans leur réseau cristallin, et représentent environ un tiers de toutes les espèces minérales connues et environ 95% de la croûte terrestre. [5] La proportion de silice dans les roches et les minéraux est un facteur majeur dans la détermination de leurs noms et propriétés. [6]

Les roches sont classées en fonction de caractéristiques telles que la composition minérale et chimique, la perméabilité, la texture des particules constituantes et la taille des particules. Ces propriétés physiques sont le résultat des processus qui ont formé les roches. [4] Au fil du temps, les roches peuvent être transformées d'un type en un autre, tel que décrit par un modèle géologique appelé cycle des roches. Cette transformation produit trois classes générales de roches : ignées, sédimentaires et métamorphiques.

Ces trois classes sont subdivisées en plusieurs groupes. Il n'y a cependant pas de frontières strictes entre les roches alliées. En augmentant ou en diminuant les proportions de leurs minéraux, ils passent par gradations de l'un à l'autre les structures distinctives d'une sorte de roche peuvent ainsi être tracées, se confondant progressivement avec celles d'une autre. Par conséquent, les définitions adoptées dans les noms de roches correspondent simplement à des points sélectionnés dans une série graduée en continu. [7]

Roche ignée

Roche ignée (dérivé du mot latin igné, sens de feu, de allumer sens Feu) [8] est formé par le refroidissement et la solidification du magma ou de la lave. Ce magma peut provenir de fontes partielles de roches préexistantes dans le manteau ou la croûte d'une planète. En règle générale, la fonte des roches est causée par un ou plusieurs des trois processus suivants : une augmentation de la température, une diminution de la pression ou un changement de composition. [9] : 591-599

Les roches ignées sont divisées en deux catégories principales :

    ou des roches intrusives se forment lorsque le magma se refroidit et se cristallise lentement dans la croûte terrestre. Un exemple courant de ce type est le granit.
  • Les roches volcaniques ou extrusives résultent du magma atteignant la surface sous forme de lave ou éjecta fragmentaire, formant des minéraux tels que la pierre ponce ou le basalte. [4]

Les magmas ont tendance à s'enrichir en silice à mesure qu'ils remontent vers la surface de la Terre, un processus appelé différenciation magmatique. Cela se produit à la fois parce que les minéraux pauvres en silice cristallisent hors du magma lorsqu'il commence à se refroidir (série de réaction de Bowen) et parce que le magma assimile une partie de la roche crustale à travers laquelle il monte (rock country), et la roche crustale a tendance à être riche en silice. La teneur en silice est donc le critère chimique le plus important pour classer les roches ignées. [6] La teneur en oxydes de métaux alcalins vient ensuite en importance. [dix]

Environ 65% de la croûte terrestre en volume est constituée de roches ignées. Parmi ceux-ci, 66 % sont du basalte et du gabbro, 16 % sont du granite et 17 % de la granodiorite et de la diorite. Seulement 0,6% sont de la syénite et 0,3% sont ultramafiques. La croûte océanique est constituée à 99% de basalte, qui est une roche ignée de composition mafique. Le granit et les roches similaires, appelées granitoïdes, dominent la croûte continentale. [11] [12]

Roche sédimentaire

Les roches sédimentaires sont formées à la surface de la terre par l'accumulation et la cimentation de fragments de roches, de minéraux et d'organismes antérieurs [13] ou sous forme de précipités chimiques et de croissances organiques dans l'eau (sédimentation). Ce processus provoque la sédimentation et l'accumulation de sédiments clastiques (morceaux de roche) ou de particules organiques (détritus) ou la précipitation chimique (évaporite) des minéraux d'une solution. La matière particulaire subit ensuite un compactage et une cimentation à des températures et des pressions modérées (diagenèse). [4] : 265-280 [14] : 147-154

Avant d'être déposés, les sédiments sont formés par l'altération de roches antérieures par érosion dans une zone source puis transportés vers le lieu de dépôt par l'eau, le vent, la glace, les mouvements de masse ou les glaciers (agents de dénudation). [4] Environ 7,9 % de la croûte en volume est composée de roches sédimentaires, dont 82 % sont des schistes, tandis que le reste est constitué de calcaire (6 %), de grès et d'arkoses (12 %). [12] Les roches sédimentaires contiennent souvent des fossiles. Les roches sédimentaires se forment sous l'influence de la gravité et sont généralement déposées en couches ou strates horizontales ou presque horizontales, et peuvent être appelées roches stratifiées. [15]

Roche métamorphique

Les roches métamorphiques sont formées en soumettant tout type de roche - roche sédimentaire, roche ignée ou autre roche métamorphique plus ancienne - à des conditions de température et de pression différentes de celles dans lesquelles la roche d'origine s'est formée. Ce processus est appelé métamorphisme, ce qui signifie "changer de forme". Le résultat est un changement profond des propriétés physiques et chimiques de la pierre. La roche d'origine, connue sous le nom de protolithe, se transforme en d'autres types de minéraux ou d'autres formes des mêmes minéraux, par recristallisation. [4] Les températures et pressions nécessaires à ce processus sont toujours supérieures à celles rencontrées à la surface de la Terre : températures supérieures à 150 à 200 °C et pressions supérieures à 1500 bars. [16] Les roches métamorphiques composent 27,4 % de la croûte en volume. [12]

Les trois grandes classes de roches métamorphiques sont basées sur le mécanisme de formation. Une intrusion de magma qui chauffe la roche environnante provoque un métamorphisme de contact, une transformation dominée par la température. Le métamorphisme de pression se produit lorsque les sédiments sont enfouis profondément sous la pression du sol est dominante, et la température joue un rôle moindre. C'est ce qu'on appelle le métamorphisme funéraire, et il peut en résulter des roches telles que le jade. Lorsque la chaleur et la pression jouent un rôle, le mécanisme est appelé métamorphisme régional. Cela se trouve généralement dans les régions de construction de montagne. [6]

Selon la structure, les roches métamorphiques sont divisées en deux catégories générales. Ceux qui possèdent une texture sont appelés feuilletés, les restes sont appelés non feuilletés. Le nom de la roche est ensuite déterminé en fonction des types de minéraux présents. Les schistes sont des roches foliées qui sont principalement composées de minéraux lamellaires tels que les micas. Un gneiss présente des bandes visibles de luminosité différente, un exemple courant étant le gneiss granitique. Les autres variétés de roches foliées comprennent les ardoises, les phyllites et la mylonite. Des exemples familiers de roches métamorphiques non foliées comprennent le marbre, la stéatite et la serpentine. Cette branche contient du quartzite, une forme métamorphisée de grès, et des cornéennes. [6]


Dilatation thermique

Le changement de dimension - linéaire ou volumétrique - d'une éprouvette de roche avec la température est exprimé en termes de coefficient de dilatation thermique. Ceci est donné comme le rapport de changement de dimension (par exemple., changement de volume) à la dimension d'origine (volume, V) par unité de température (T) changement:

La plupart des roches ont un coefficient de dilatation volumique compris entre 15 et 33 × 10 -6 par degré Celsius dans des conditions ordinaires. Les roches riches en quartz ont des valeurs relativement élevées en raison du coefficient de dilatation volumique plus élevé du quartz. Les coefficients de dilatation thermique augmentent avec la température. Le tableau 41 énumère quelques coefficients de dilatation linéaire,

Dilatation thermique des roches
type de roche coefficient de dilatation linéaire (× 10 −6 par degré Celsius)
granit et rhyolite 8 ± 3
andésite et diorite 7 ± 2
basalte, gabbro et diabase 5.4 ± 1
grès 10 ± 2
calcaire 8 ± 4
marbre 7 ± 2
ardoise 9 ± 1

L représente la longueur. Toutes les données sont basées sur au moins trois échantillons.


3.5 Corps ignés intrusifs

Dans la plupart des cas, un corps de magma chaud est moins dense que la roche qui l'entoure, il a donc tendance à remonter très lentement vers la surface. Il le fait de différentes manières, notamment en remplissant et en élargissant les fissures existantes, en faisant fondre la roche environnante (appelée rock country [1] ), poussant le rocher de côté (où il est un peu plastique) et cassant le rocher. Là où une partie de la roche encaissante est brisée, elle peut tomber dans le magma, un processus appelé s'arrêter. Les fragments résultants, illustrés à la figure 3.19, sont appelés xénolithes (grec pour "roches étranges").

Figure 3.19 Xénolites de roche mafique dans le granite, Victoria, C.-B. Les fragments de roche sombre ont été brisés et incorporés dans le granit de couleur claire. [SE]

Une partie du magma ascendant atteint la surface, entraînant des éruptions volcaniques, mais la plupart se refroidit à l'intérieur de la croûte. Le corps de roche résultant est connu comme un pluton. Les plutons peuvent avoir diverses formes et relations avec la roche encaissante environnante, comme le montre la figure 3.20.

Figure 3.20 Représentation de certains types de plutons. a : souches (s'ils fusionnent en profondeur alors ils pourraient constituer un batholite), b : seuil (un corps tabulaire, dans ce cas parallèle à la stratification), c : dyke (traversées stratification), d : laccolith a poussé les couches rocheuses sus-jacentes), e: tuyau (conduit cylindrique alimentant un volcan). Les deux entités étiquetées f pourraient être des tuyaux ou des digues, mais de ce point de vue, il n'est pas possible de déterminer s'ils sont cylindriques ou tabulaires. [Dessin SE]

Les grands plutons de forme irrégulière sont appelés soit actions ou alors batholites. La distinction entre les deux se fait en fonction de la surface exposée en surface : si le corps a une surface exposée supérieure à 100 km 2 , alors c'est un batholite inférieur à 100 km 2 et c'est un stock. Les batholites ne se forment généralement que lorsqu'un certain nombre de stocks fusionnent sous la surface pour créer un grand corps. L'un des plus grands batholites au monde est le complexe plutonique de la chaîne côtière, qui s'étend de la région de Vancouver jusqu'au sud-est de l'Alaska (figure 3.21). Plus précisément, il s'agit de nombreux batholites.

Les plutons tabulaires (en feuillets) se distinguent selon qu'ils sont ou non concordant avec (parallèlement à) la stratification existante (par exemple, litière sédimentaire ou foliation métamorphique) dans la roche encaissante. UNE seuil est concordant avec la stratification existante, et un digue est discordant. Si la roche encaissante n'a pas de stratification ou de foliation, alors tout corps tabulaire à l'intérieur est un dyke. Notez que la désignation de seuil par rapport à la digue n'est pas déterminée simplement par l'orientation de l'élément. Une digue peut être horizontale et un seuil peut être vertical (si le litage est vertical). Une grande digue est visible sur la figure 3.21.

UNE laccolithe est un corps en forme de seuil qui s'est étendu vers le haut en déformant la roche sus-jacente.

Enfin, un tuyau est un corps cylindrique (avec une section transversale circulaire, elliptique ou même irrégulière) qui a servi de conduit pour le mouvement du magma d'un endroit à un autre. La plupart des tuyaux connus alimentaient les volcans, bien que les tuyaux puissent également connecter des plutons. Il est également possible qu'une digue alimente un volcan.

Figure 3.21 Le chef Stawamus, une partie du complexe plutonique de la chaîne côtière, près de Squamish, en Colombie-Britannique. La falaise mesure environ 600 m de haut. La plupart des bandes sombres sont le résultat de la croissance d'algues et de lichens là où la surface est souvent humide, mais il y a une grande digue verticale (environ 10 m de diamètre) qui s'étend de bas en haut. [Photo SE]

Comme nous l'avons déjà vu, les plutons peuvent interagir avec les roches dans lesquelles ils s'introduisent, entraînant parfois une fusion partielle de la roche encaissante ou un arrêt et la formation de xénolithes. Et, comme nous le verrons au chapitre 7, la chaleur d'un corps de magma peut conduire au métamorphisme de la roche encaissante. La roche encaissante peut également avoir un effet sur le magma au sein d'un pluton. L'effet le plus évident est la formation d'une marge refroidie le long des bords du pluton, où il est entré en contact avec la roche encaissante qui était nettement plus froide que le magma. Dans la marge refroidie, le magma s'est refroidi plus rapidement qu'au centre du dyke, la texture est donc plus fine et la couleur peut être différente. Un exemple est illustré à la figure 3.22.

Figure 3.22 Un dyke mafique avec des marges refroidies dans du basalte à Nanoose, en Colombie-Britannique. La pièce a un diamètre de 24 mm. Le dyke mesure environ 25 cm de diamètre et les marges réfrigérées mesurent 2 cm de large.

Exercice 3.7 Problèmes de Pluton

Le diagramme ici est une coupe transversale à travers une partie de la croûte montrant une variété de roches ignées intrusives. À l'exception du granite (a), toutes ces roches sont de composition mafique. Indiquez si chacun des plutons étiquetés une à e sur le schéma ci-dessous est un digue, une seuil, une Stock, ou un batholite.


Sciences à l'école élémentaire

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Les étudiants découvriront les trois types de roches : ignées, sédimentaires et métamorphiques.

Les étudiants apprendront le rôle d'un géologue.

Questions qui englobent l'objectif :

Pensez aux rochers. Depuis combien de temps pensez-vous que les roches sont sur Terre ?

D'où pensez-vous que les roches viennent?

Préparer l'apprenant : activer les connaissances préalables.

How will students prior knowledge be activated?

Warm up by asking students:

What do you know about rocks and minerals?

Common Core State Standards:

Materials and Free Resources to Download for this Lesson: ​

Highlighters (one per student)

&ldquoLooking at Mock Rocks&rdquo experiment materials:

&ldquoRocks & Minerals&rdquo Science Journals (page 11)

Earth's Biomes - All About the Biosphere: Free Geology & Earth Science Lesson Plans
Water Water Everywhere - The Hydrosphere: Free Geology & Earth Science Lesson Plans
A Breath of Fresh Air - A Look At The Atmosphere : Free Geology & Earth Science Lesson Plans

Input:
What is the most important content in this lesson?
To reach this lesson&rsquos objective, students need to understand:

There are three types of rocks: igneous, sedimentary, and metamorphic.

How each rock is formed/ where the rock comes from.

How will the learning of this content be facilitated?

The teacher will begin the class by handing out the &ldquoWhat I Know About Rocks & Minerals&rdquo introductory worksheet. The students will write down everything they know about rocks and minerals. The students will have about 10 minutes to complete the worksheet. Once the students have completed the worksheet, the teacher should review. The worksheets should be collected and kept with the teacher until the final lesson of the unit.

**If the teacher prefers, a poster or bulletin board can be made with some of the responses the students wrote. Throughout the unit, the teacher could go to the poster or bulletin board and discuss the responses that are associated with the lesson that had just been presented**

Next, the teacher should introduce the &ldquoRocks & Minerals&rdquo Science Journals. Each student will get a journal that they will work in throughout the entire unit. The teacher should review the journals with the students, allowing them to look through the journal for about a minute or two. The teacher should also review the unit outline, which is on page 2 of the journal.

After the journal is reviewed, the teacher should begin the lesson and show the video &ldquoRocks & Minerals&rdquo (Source: https://www.youtube.com/watch?v=XEg_XuCMD2s ). The video is about 4 minutes long and discusses the three types of rocks and how each rock is formed. After the video, begin a discussion with the students about the content presented.

Next, the teacher will begin presenting the information on rocks and minerals. If it is possible, project each page of the teacher&rsquos copy of the &ldquoRocks & Minerals&rdquo Science Journal worksheet onto the board using a projector or put into a PowerPoint document and project. The teacher&rsquos copy of the journal has certain words/phrases that are bolded red and highlighted. It is important the teacher explain to the students those words/phrases are to be highlighted in their (students) journal. For this lesson, the teacher should review these pages:

**The teacher should review all of the vocabulary words with the students. If the teacher prefers, a word wall can be made**

Introduction to Rocks and Minerals

**The teacher should show the students picture of the rock, but cover up the names on the teacher copy. The students should use the chart on the previous page to help them determine the name of each rock**

**The teacher should show the students picture of the rock, but cover up the names on the teacher copy. The students should use the chart on the previous page to help them determine the name of each rock**

Metamorphic Rocks- how one rock becomes another.

After the journals have been presented, the students will participate in the experiment &ldquoLooking at Mock Rocks&rdquo. The students should break into groups of three the teacher should tell the students that these will be their science groups for all of the experiments in the entire unit. The teacher should tell the students that they will act like &ldquogeologists&rdquo (review the term again if needed). The teacher should talk a little bit about geologists and what they do. The teacher should also review characteristics (size, shape, color, weight). The teacher will instruct the students to go to page 11 in their journals review the instructions. Each student should be given the following items:

Goggles (optional, but suggested)

The students will break apart their mock rock with a nail and look at the pieces with their magnifying glass. The students will then record their observations on their sheet. Once the students have broken apart their mock rock, they will compare it with a real rock. Allow the students to work for about 15 minutes. Reconvene and discuss the experiment when the students are finished. Ask the following questions:

What kind of important information did you include on your observation sheet?

How is a mock rock different from a real rock?

How would you study a real rock?

What type of information did the magnifying glass provide?

What is the difference between a mock rock and a real rock?

What do you think the difference is between a rock and a mineral?

**An extension to this activity is to line the rocks up on a table. Give each student one of their peer&rsquos observation sheets. Have the students go around and see if they can identify the rock from the observations**

After the experiment is over, the students should reconvene and the teacher should discuss the activities. The teacher should review the vocabulary words with the students and also discuss any topics from the &ldquoWhat I Know About Rocks & Minerals&rdquo worksheet.

The students will then fill out the &ldquoWhat I Learned About Rocks & Minerals&rdquo lesson assessment.


    – A class of intermediate to felsic volcanic rocks containing low amounts of yttrium and ytterbium – Intermediate volcanic rock – A granitoid in which at least 90% of the total feldspar is alkali feldspar – A mafic intrusive igneous rock composed predominantly of plagioclase – Fine-grained intrusive igneous rock type similar to granite – Magnesium- and iron-rich extrusive igneous rock
      – Basaltic lava with a crumpled appearance – Basaltic lava with a flowing, often ropy appearance
      – Oligoclase-bearing basalt, comprising olivine, apatite, and opaque oxides – A potassium-rich variety of basaltic trachyandesite
      – An igneous rock of the charnockite series
      , also known as corsite – Variety of diorite with orbicular structure
      – A hard, peralkaline igneous rock, a type of light blue grey rhyolite – A peralkaline rhyolite type of volcanic rock
      – A silica-undersaturated volcanic rock of intermediate composition - sodic trachyandesite
      – a sodic type of trachybasalt, typically formed by ocean island (hot spot) volcanism
      – Sedimentary rock, mostly of indurated clay particles – A type of sandstone containing at least 25% feldspar – Distinctive layered units of iron-rich sedimentary rock that are almost always of Precambrian age – Rock composed of broken fragments cemented by a matrix – A type of limestone that is composed predominantly of sand-size grains – Soft, white, porous sedimentary rock made of calcium carbonate – Hard, fine-grained sedimentary rock composed of cryptocrystalline silica – Clastic sedimentary rock composed primarily of clay-sized particles – Combustible sedimentary rock composed primarily of carbon – Coarse-grained clastic sedimentary rock with mainly rounded to subangular clasts – A sedimentary rock that is composed mostly of fragments of shells – A lithified sedimentary rock of non- to poorly sorted terrigenous sediment in a matrix of mudstone or sandstone – Soft, siliceous sedimentary rock that is easily crumbled , also known as Dolostone – Sedimentary carbonate rock that contains a high percentage of the mineral dolomite – Water-soluble mineral deposit formed by evaporation from an aqueous solution – Cryptocrystalline form of the mineral quartz – A form of opaline silica that is often found around hot springs and geysers – A hard, dark sandstone with poorly sorted angular grains in a compact, clay-fine matrix – A hard, coarse-grained, siliceous sandstone – A porous, yellow sandstone that is flexible when cut into thin strips – A banded mixture of hematite and quartz – Product of rock weathering in wet tropical climate rich in iron and aluminum – soft, brown, combustible, sedimentary rock – Sedimentary rocks made of calcium carbonate – Lime-rich mud or mudstone which contains variable amounts of clays and silt – Fine grained sedimentary rock whose original constituents were clays or muds – Organic-rich fine-grained sedimentary rock containing kerogen – Sedimentary rock formed from ooids – A non-detrital sedimentary rock that contains high amounts of phosphate minerals – Type of sedimentary rock – Fine-grained, clastic sedimentary rock – Sedimentary rock which has a grain size in the silt range – A sedimentary rock made of a mechanical mixture of sylvite and halite – Till which has been indurated or lithified by burial – Form of limestone deposited by mineral springs – Porous limestone rock formed when carbonate minerals precipitate out of ambient temperature water – Geologic deposit of a turbidity current – A mud-supported carbonate rock that contains greater than 10% grains
      – Hard, compact variety of coal that has a submetallic luster – A metamorphic rock containing mainly amphibole and plagioclase – A metavolcanic rock that forms by the metamorphism of basalt and rocks with similar composition – A rock formed by faulting – A dense metamorphic rock formed under high pressure – Common high-grade metamorphic rock – A class of high-grade medium to coarse grained metamorphic rocks – A mafic metamorphic rock dominated by green amphiboles
        – A type of hornfels found in the Scottish Highlands
        – Essentially a talc schist

      The following are terms for rocks that are not petrographically or genetically distinct but are defined according to various other criteria most are specific classes of other rocks, or altered versions of existing rocks. Some archaic and vernacular terms for rocks are also included.


      Drainage

      The New River, rising on the Blue Ridge in North Carolina, runs northward and then turns westward across the Appalachian Valley and the Alleghenies (where it becomes the Kanawha River) and empties into the Mississippi River basin. The larger mountain streams to the south, dominated by the Tennessee River, follow this example. Exceptions are the rivers rising southeastward on the Blue Ridge, which flow into the Atlantic, and the Chattahoochee, rising in the northeastern corner of Georgia, which runs southwestward into the Gulf of Mexico.

      The entire Appalachian system is laced with an intricate network of springs, streams, waterfalls, and rivers. Water is most abundant in the southern Appalachians. Certain areas of the Blue Ridge receive an annual rainfall of about 70 inches (1,775 mm) during an average year. Elsewhere precipitation is even higher—the western slopes of the Great Smoky Mountains, for example, often receive as much as 90 inches per year—being exceeded in the United States only along the northwest Pacific coast. Much of this rainfall comes in extremely heavy downpours during short periods. Since this region does not have the natural storehouses of numerous lakes and glacial deposits of sand and gravel spread over hills and valleys, such as are found in the northern Appalachian region, sudden rainfalls bring rapid rises in the southern Appalachian stream flows. Under certain conditions (such as when the forest cover, which serves as a biotic buffer, has been destroyed) destructive floods and debris flows characterize much of the hydrologic history of this part of the Appalachians. Geologic evidence of past floods, landslides, and mudflows abounds, especially in the middle and southern Appalachians. There, lobes of rock, soil, and debris choke the lower reaches of many small stream valleys. Recent studies suggest that many of these ancient debris flows were initiated by hurricanes and their heavy rainfall. To contain these floods and harness the might of an entire river system for purposes of navigation, power production, land reclamation, and watershed development, the Tennessee Valley Authority was established in 1933, and it quickly became one of the chief factors influencing the ecology of the Southern Appalachian region. Its system of dams turned a river that rampaged and often destroyed into a river that flows gently and productively. The TVA created a series of spacious reservoirs (the majority of which are in or adjoining the Appalachian region) called “the Great Lakes of the South.” These lakes, in turn, have altered the natural and human resources of the region, using Appalachian water power to produce electrical power that has expanded industrial and agricultural and recreational opportunities.

      Waterfalls are common throughout much of the Appalachian system. Most of those in the northern Appalachians, especially from New York to Maine, were created when glacial moraine or debris, scraped from surrounding peaks by the melting ice cap, solidified into shelves along creeks or river valleys over which the water must plunge as over a terrace. Southern Appalachian waterfalls generally were formed by the action of water on alternating layers of soft and hard rock.


      Variscite as a Gemstone

      Variscite of exceptional color and appearance is often cut into cabochons and sold as a collector stone. These cabochons are also used in jewelry. If you are interested in variscite jewelry, you will probably have a hard time finding it in a jewelry store. Variscite is a rare material, the jewelry-buying public is not familiar with it, and as a result, it is rarely seen in jewelry stores. You are more likely to find it at a lapidary show, a rock shop or in a shop that specializes in unusual gems and jewelry. You might be pleasantly surprised by the price. Because there is little demand for variscite it is relatively inexpensive. You will see photos of three variscite cabochons and four variscite doublets on this page, and we paid $70 or less for every one of them.

      Variscite cabochons typically have an appearance that is very similar to turquoise, but they usually have a more “greenish” color. Variscite cabochons are seen with and without matrix, which is often yellowish to brown, or gray to black in color.

      Variscite cabochons are often cut as "doublets." This means that before cutting, the variscite is joined by cement to a thin piece of backing material such as glass, plastic, basalt or obsidian. This improves the stability of the cabochon however, if the buyer is paying "by the carat," some of the weight will be backing material.

      Variscite cabochons: Cabochons of variscite in beautiful shades of green. The two cabochons on the left were cut from variscite mined in Utah. The cabochon on the right was cut from variscite mined in Nevada. It is about 37 millimeters in length.

      Variscite has a Mohs hardness of only 3.5 to 5, and because of that it is very easily abraded if used in a ring or a bracelet. It is best used as a pendant, in earrings, in pins, or in other items that will not be subjected to impact or abrasion. Variscite can also be scratched or damaged if it is stored or carried in ways that abrasion can occur.

      Staining can be a problem with variscite in jewelry. Variscite is a porous material that can be discolored by contact with oily skin, cosmetics or other substances. It is best used in designs that minimize skin contact. As a pendant, it can be worn with a piece of clothing between the gem and your body. Cleaning with warm water and a mild soap is recommended.

      The best way to learn about minerals is to study with a collection of small specimens that you can handle, examine, and observe their properties. Inexpensive mineral collections are available in the Geology.com Store.

      Variscite Information
      [1] Gemological Report 6187626255 issued by the Gemological Institute of America Laboratory, August 10, 2017.


      Rocks and minerals are a common topic in the elementary science curriculum, typically appearing at an introductory level in the primary grades and again in more detail in third or fourth grade. Upper-elementary students usually learn the techniques for mineral classification, the characteristics of sedimentary, igneous, and metamorphic rocks, and the rock cycle.

      However, a dichotomy exists between national standards and benchmarks and common curricular concepts.

      Le National Science Education Standards (National Research Council 1996) states that, at the K-4 level, “understanding rocks and minerals should not be extended to the study of the source of the rocks, such as sedimentary, igneous, and metamorphic, because the origin of rocks and minerals has little meaning to young children.”

      Le Benchmarks for Science Literacy (American Association for the Advancement of Science 1993) provides the following sequence for the study of geology:

      By the end of the 2nd grade, students should know that:

      By the end of the 5th grade, students should know that:

      • Rock is composed of different combinations of minerals. Smaller rocks come from the breakage and weathering of bedrock and larger rocks. Soil is made partly from weathered rock, partly from plant remains – and also contains many living organisms.

      It is not until the middle school years (grades 6-8) that either the NSES ou alors Benchmarks discusses the types of rock or the rock cycle and their close relationship to the theory of plate tectonics.

      However, the reality is that, despite the recommendations of these documents, teachers and students are still required to follow their local standards and curriculum – which may include higher-level concepts. And a 2007 National Research Council publication, Taking Science to School, suggests that we, as educators, may underestimate children’s ability to learn and do science. What, then, should an elementary teacher do?

      The best answer, as always, is to consider the abilities and needs of your particular students. As well stated in Taking Science to School (National Research Council 2007):

      What children are capable of at a particular age is the result of a complex interplay among maturation, experience, and instruction. Thus, what is developmentally appropriate is not a simple function of age or grade. What children do is in large part contingent on their prior opportunities to learn and not on some fixed sequence of developmental stages.

      As you well know, the students in your class are at a wide variety of maturity levels and cognitive abilities. Even when you are following state standards and prescribed curriculum, differentiated instruction is needed to meet the needs of all students. Even with such modifications, students will achieve at different levels depending on their abilities and past experiences with science. Complex concepts, such as the types of rocks and the rock cycle, are no different. Considering the scope and sequence of your school’s curriculum as well as the backgrounds and preconceptions of your students will help you tailor your instruction in a way that fulfills standards and meets student needs.

      It is also helpful to remember that these concepts are taught not only in elementary school but at the middle school level and beyond. Considering your efforts as the introduction to the science of geology is helpful and a good reminder that students will not necessarily master all the complex concepts on first exposure.

      In this article, we highlight lesson plans and activities that support science and literacy instruction that is consistent with the curricula used by many districts and schools. K-2 lessons and activities revolve around hands-on experience with rocks and minerals and initial experience with description, measurement, and drawing. Lessons for grades 3-5 delve more deeply into the subject, introducing the three types of rocks, differentiating between rocks and minerals, and providing opportunities for classification and analysis. We have deliberately chosen to provide only a basic introduction to the rock cycle, as this difficult concept is inextricably linked to the theory of plate tectonics, a topic typically reserved for the middle school years. You may choose to include this in greater depth for students needing further challenge.

      As always, our philosophy is that the hands-on experiences found in the featured science lessons provide a natural context for reading, writing, and discussion. The recommended titles in this month’s Virtual Bookshelf and Feature Story are meant to supplement and extend the activities described below.

      For each science lesson, we’ve included the appropriate National Science Education Standards. You can read the entire National Science Education Standards online for free or register to download the free PDF. The content standards are found in Chapter 6.

      Grades K-2

      In this lesson, students make detailed observations of rocks. Through their observations, students will begin to develop an understanding that there are different types of rocks with different attributes. Students record their observations through drawings and words.

      This lesson meets the National Science Education Standards: Science as Inquiry Content Standard and Earth and Space Science Content Standard.

      To further integrate literacy skills into this lesson, try the following:

      Using Children’s Natural Curiosity to Lead to Descriptive Writing (Grades K-2)

      Inspired by the book It Starts with an A, this lesson invites students to combine their experiences with familiar objects (rocks) and descriptive writing. For this lesson, students will make a class book. Each student draws a rock on the back of a sheet of paper. On the front of the paper, they write three clues that describe the rock. Students can share this book with family members and peers before adding it to their classroom library.

      This lesson meets the following NCTE/IRA Standards: 3, 4, 5, 12.

      Students collect and analyze a sample of rocks from the schoolyard, create a rock guide for the schoolyard, and are introduced to the notion of samples. Reading Everybody Needs a Rock by Byrd Baylor and creating a rock guide provide literacy connections.

      This lesson meets the National Science Education Standards: Science as Inquiry Content Standard and Earth and Space Science Content Standard.

      To further integrate literacy skills into this lesson, try the following:

      How Does My Garden Grow? Writing in Science Field Journals (Grades K-2)

      This lesson plan invites students to record observations of a class garden in a field journal, but the journal templates and lesson concept can be easily modified to accompany a rock sampling lesson.

      This lesson meets the following NCTE/IRA Standards: 1, 3, 5, 6, 7, 8, 11, 12.

      Grades 3-5

      This issue of Smithsonian in Your Classroom introduces students to the basics of mineral science and teaches the scientific process by providing opportunities for students to observe, form hypotheses, and draw conclusions. A three-lesson series involves creating a classroom exhibit of rocks and minerals, observing crystal formation, and conducting a mineral scavenger hunt. Detailed teacher content knowledge and resources include specimens from the Janet Annenberg Hooker Hall of Geology, Gems, and Minerals at the National Museum of Natural History in Washington, D.C. These lessons could be supplemented with pictures from the Smithsonian Gem and Mineral Collection.

      These lessons meet the National Science Education Standards: Science as Inquiry Content Standard and the Earth and Space Science Content Standard.

      A web-based, interactive site for students to learn about sedimentary, igneous, and metamorphic rocks. The site includes animations of rock formation, rock specimens (with color pictures and descriptive information), a lesson plan, and collaborative ideas for teachers, including a rock exchange between classrooms.

      These lessons meet the National Science Education Standards: Science as Inquiry Content Standard and the Earth and Space Science Content Standard.

      This lesson integrates the three types of rocks with the rock cycle.

      This lesson meets the National Science Education Standards: Science as Inquiry Content Standard and the Earth and Space Science Content Standard.

      To further integrate literacy skills into these lessons, try the following:

      • Supplement the science lessons and activities with the books listed in this month’s Virtual Bookshelf. Talking About Books to Improve Comprehension, a ReadWriteThink lesson, provides opportunities and guidance for meaningful conversations.
      • Read this month’s Feature Story, “Reader of the Rocks,” to learn about the career of a geologist. This story also provides an opportunity for students to practice the strategy of determining importance in text. See “Determining Importance: Helping Students Recognize Important Points in Content Text” for more information on this strategy. The associated templates, What’s It All About? (separate versions for grades 2-3 and 4-5), Interesting vs. Important, and Strategy Focus Steps, provide opportunities for student practice.

      References

      American Association for the Advancement of Science (AAAS). 1993. Benchmarks for science literacy. New York: Oxford University Press.

      National Research Council (NRC). 1996. National science education standards. Washington, DC: National Academies Press.

      National Research Council (NRC). 2007. Taking science to school: Learning and teaching science in grades K-8. Washington, DC: National Academies Press.

      This article was written by Jessica Fries-Gaither. For more information, see the Contributors page. Email Kimberly Lightle, Principal Investigator, with any questions about the content of this site.

      Copyright September 2008 – The Ohio State University. This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant No. 0733024. Any opinions, findings, and conclusions or recommendations expressed in this material are those of the author(s) and do not necessarily reflect the views of the National Science Foundation. This work is licensed under an Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Creative Commons license.


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