TERRE

Toute notre chimie inorganique est nécessairement fondée sur l'étude des éléments, que nous offre l'écorce terrestre, avec les mers et l'atmosphère situées au-dessus d'elle. A peine pouvons-nous y ajouter, par 1 analyse spectrale, quelques notions sur la constitution des astres et soupçonner vaguement qu'en dehors des éléments, ou états chimiques, terrestres retrouvés dans ces astres, il en e.xiste d'autres, dont les raies seules se montrent à nous dans leur spectre lumineux, mais dont les propriétés nous échappent.

Cela revient à dire que nous connaissons seulement la matière dans les conditions, probablement très spéciales, où elle se trouve à la périphérie d'un astre solidifié comme la Terre, ou, jusqu'à un certain point, dans l'enveloppe incandescente d'un astre igné comme le Soleil, et quoique, par des expériences de laboratoire, nous nous efforcions de varier ces conditions en augmentant et diminuant les pressions, en accroissant ou réduisant les températures, en faisant intervenir les énergies diverses dont nous disposons, il est évident, cependant, que nous nous mouvons dans un cercle très restreint et que nous demeurons très ignorants relativement aux formes que cette matière peut prendre dans la partie centrale d'un Soleil, ou même aux vagues confins qui la séparent de l'éther. Nous constatons seulement de plus en plus que toutes les antiques barrières, autrefois établies entre les aspects variés de l'énergie, ou les états physiques et chimiques de la matière, tombent l'une après l'autre, en même temps qu'apparaît le caractère provisoire et approximatif des lois les mieux établies ; nous apprenons à

1. Cette théorie a été publiée d'abord dans la Kevue générale des Sciences du 30 avril 1904. On en trouvera une forme ultérieure dans les Giles métallifères, t. I, p. 12 à 26.

C28 LA SCIENCE GEOLOGIQUE

spéculer sur des étals critiques, où un corps n'est plus ni liquide, ni solide, ni gazeux, sur des passages de la matière à un étiier universel, sur des éléments qui semblent même transformer spontanément leur énergie potentielle en énergie diffuse. Je laisserai de côté ici ces questions, qui touchent au grand problème de la transmutation, pour me borner à considérer les divers éléments chimiques, conformément à leurs définitions ordinaires, dans le milieu môme où la chimie les cherche et les découvre, c'est-à-dire dans les associations minérales qui constituent l'écorce terrestre, envisagée en géologie comme superficielle ; nous nous proposerons ainsi de voir, en utilisant les résultats acquis par la métallogénie et remontant autant que possible à l'origine des phénomènes par lesquels s'est constituée la Terre, quelle place chacun de ces éléments a dû occuper de préférence dans notre planète encore fluide, quel ordre primitif les a classés dans telle ou telle zone plus ou moins profonde, enfin quelle part ils y ont prise, dans quelle proportion ils y sont intervenus ; peut-être ainsi arriverons-nous à quelques conséquences générales sur la grande opération de métallurgie cosmique, dont résulte la Terre et pourrons-nous apporter un concours géologique aux recherches les plus actuelles de la chimie.

Celte étude, qui forme le complément théorique et hypothétique du chapitre précédent sur la métallogénie, a pour but d'en interpréter et d'en grouper les conclusions sous une forme synthétique *, de manière à montrer ce que la géologie peut enseigner indirectement sur la constitution de la matière.

Dans une première partie de ce chapitre, nous essayerons donc de déterminer, par la géologie et, spécialement, par la métallogénie, quel est, en moyenne, l'ordre de superposition général des éléments chimiques dans la Terre, ou plutôt, en nous reportant à Ihypothèse extrêmement probable de la fluidité originelle, quelle pouvait être la répartition de ces éléments dans notre planète encore incandescente et

1. Il n'échappera pas à ceux qui ont présent à l'esprit le mémoire fondamental d'Ei.iE DE Bëaimont sin' les émanations volcaniques el métallifères que ce maître avait déjà (suivant lui-môme l'exemple donné par De la Bèciie dans ses recherches de géologie théorique), proposé un groupement des éléments chimiques d'après leur gisement et montré (Bull. Soc. Géol., 2» sér. t. IV, p. 78) le rôle dune coupcllalion virtuelle (influencée par s.on dispositif électro-chimique) dans la localisation frappante de la scorie légère silicatée à la surface et des métaux denses en profondeur. Sous cette forme, l'idée est devenue classique en géologie: mais Élie de Bkauuont a insisté, à diverses reprises (ibid., p. 275, etc.), sur lecaractère de « chaos primitif ))que devait présenter la Terreau moment de sa solidification et sur le caractère ultérieur des séparations : c'est en quoi la thèse exposée ici se sépare entièrement delà sienne. Il suffit, d'ailleurs, d'un coup d'œil sur les groupements d'éléments chimiques, qui ont été proposés à diverses reprises, pour voir la nouveauté de celui (|ui va être développé.

directement soumise aux principes de la mécanique, avant que les accidents et dislocations géologiques y aient introduit la complexité et l'apparente confusion actuelles. Nous verrons ensuite combien cette répartition, empiriquement établie, concorde, dans son ensemble, d'une façon remarquable, avec le simple classement de ces mêmes éléments par ordre de poids atomiques et nous pourrons en conclure celte loi nouvelle, parfaitement conforme avec nos idées mécaniques, que, dans la Terre incandescente, avant sa solidification, les éléments chimiques se sont écartés du centre en raison inverse de leur poids atomique, comme si les atomes dissociés et libres de toute combinaison chimique à de très hautes températures, avaient été uniquement et individuellement soumis à l'attraction universelle et à la force centrifugea

Une semblable loi, outre quelle est de nature à introduire une grande simplicité dans un ordre de phénomènes extrêmement complexes, apporte, par sa vérification même, une preuve de plus en faveur de la fluidité originelle, invoquée j)ar la tiiéorie de Laplace; en même temps, elle peut mettre sur la voie de bien des relations minéralogiques et chimiques entre les éléments. Il faut, d'ailleurs, ajouter que, malgré la concordance générale et bien frappante des faits avec un énoncé aussi théorique, plus dune anomalie, plus d'une difTiculté se présentent encore : ce qui ne saurait étonner dans un problème aussi difficile et où il entre, nécessairement, autant de spéculation sur des régions inabordables : soit que notre métallogénie ne place pas certains éléments à leur vraie place; soit que leur poids atomique, ordinairement admis, demande à être multiplié ou divisé par un coefficient simple, en raison de polymérisations, ou même de combinaisons, qui nous échappent; soit encore que la loi en question doive être rectifiée par l'intervention d'autres principes inconnus. J'aurai soin d'insister particulièrement sur ces difficultés.

Dans une seconde partie, nous examinerons ensuite quelle est, d'une façon absolue, la proportion (et non plus seulement la place) de ces divers éléments dans la superficie terrestre. Cette proportion ne paraît, elle, au contraire, jusqu'à nouvel ordre, obéir à aucune loi : ce qui est très explicable si la Terre s'est formée, comme on peut, je crois, le supposer, par le concours accidentel d'atomes dispersés dans l'espace et déjà chimiquement constitués avant leur rencontre.

1. Dans la forme incandescente, que présente l'atmosphère solaire, il semble, en eflot, ne pas y avoir de composés chimiques. Plus on fournit de chaleur à un composé chimique, plus il tend d'ordinaire à se dissocier, de même qu'inversement, d'après M. Berthelot, la stabilité d'un composé est en rapport avec la quantité de chaleur qu'il a dégagée en se constituant.

I. — Relations entre le rôle géologique des éléments chimiques, leur place originelle dans la Terre encore fluide, et leur poids atomique.

L'écorcc terrestre se présente à nous avec une structure très compliquée, où se manifeste, en dehors de la disposition primitive que nous voudrions reconstituer, l'empreinte de tous les phénomènes géologiques successifs, qui l'ont profondément modifiée et altérée depuis sa solidification. Ces phénomènes comportent, en très grand nombre, des déplacements relatifs dans le sens vertical : sédimentations, plissements de terrains, effondrements de voussoirs, montées de roches éruptives et d'eaux métallifères filoniennes. Pour le but que nous nous proposons, il faut, autant que possible, faire abstraction de ces phénomènes, qui sont cependant les plus apparents, les plus manifestes à nos yeux, et nous replacer par la pensée dans les conditions où pouvait se trouver la Terre avant toute sédimentation, ou môme, un peu plus tôt, avant la consolidation de sa croûte superficielle et la condensation des vapeurs disséminées au-dessus de celle-ci. Il semble donc, au premier abord, que dans cet ordre d'idées, on ne puisse arriver à rien de sérieux et de précis, et que toute étude de ce genre doive nécessairement confiner au romanesque. Nous allons voir, cependant, qu'en analysant les faits d'un peu près et dégageant un à un les principes secondaires, par lesquels ils se relient entre eux, on peut déduire de ces principes, à leur tour, la loi générale, énoncée plus haut, avec une très suffisante approximation.

Vatmosphère, par laquelle nous commencerons, est composée essentiellement d'oxygène, d'azote, avec un peu d'acide carbonique et d'argon, auxquels ou peut ajouter des traces de carbure d hydrogène et, dans les parties hautes, de pins en plus d'hydrogène et d'hélium.

Si nous considérons qu'au-dessous de cette atmosphère, il existe actuellement une masse d'eau considérable, — sufiisanto, comme nous le verrons *, pour couvrir toute la Terre supposée nivelée sur près de 3 kilomètres de hauteur — ,on peut très rationnellement admettre qu'au moment de la solidification terrestre, cette eau, alors en vapeur, ou plutôt ses éléments dissociés se trouvaient répartis dans l'atmosphère, et, par suite, que la proportion d'hydrogène était très notablement supérieure à la proportion actuelle.

C'est, d'autre part, un des principes les plus nettement établis de la

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métallogcnic que la disparition profonde de l'oxygène dans les milieux profonds, que le caractère essentiellement superficiel de ce métalloïde, en entendant, bien entendu, comme superficielle une zone d'au moins 30 ou 40 kilomètres d'épaisseur, qui n'est rien, en effet, sur un rayon de 6.400.

'' Cette disparition, il est vrai, n'est jamais complète dans nos roches ignées, qui représentent une scorie silicatée relativement voisine de la surface, même dans les plus basiques, qui semblent les plus profondes jusqu'auxquelles nous puissions atteindre; mais elle s'annonce déjà très manifestement dans ces magmas basiques etdevient complète dans les gîtes métallifères sulfurés, qui représentent, pour nous, un apport de la profondeur (à la condition d'envisager ceux-ci là où ils ont pu échapper aux actions de surface).

De même, l'eau, qui réalise encore en profondeur une association d'oxygène et d'hydrogène, paraît devoir disparaître presque totalement, avant même qu'on arrive au bas de cette écorce silicatée. En dehors de la faible proportion qu'en retiennent habituellement les roches, et sans parler des fumerolles volcaniques qui constituent un cas spécial déjà discuté', les grands mouvements d'eaux souterraines sont, en général, très directement d'origine superficielle.

Nous pouvons donc, sauf à revenir plus tard sur quelques objections apparentes, considérer que l'oxygène est, dans la constitution de la Terre, un élément d'origine périphérique, et nous sommes disposés à envisager la solidification de la Terre comme ayant été très directement reliée à un phénomène d'oxydation comportant, à la fois, une combustion et une scorification, qui aurait combiné cet oxygène avec des vapeurs métalliques, venant de régions plus profondes

Antérieurement, il devait exister, dans l'enveloppe de la Terre la plus écartée du centre, des vapeurs d'oxygène, d'hydrogène, d'azote, d'argon et peut-être de carbone. On peut ajouter que l'oxygène était en quantité tout à fait surabondante, puisqu'après sa combinaison avec l'hydrogène, avec le carbone et avec tous les éléments scoriacés, que nous trouverons tout à l'heure dans l'écorce terrestre, il en est resté ce grand excès, dont se composent les trois quarts de notre atmosphère.

Ce que l'analyse spectrale nous révèle sur la constitution de la chromosphère solaire et des étoiles, semble, comme nous le verrons-, correspondre à une zone difTérente de l'écorce terrestre et à des produits plus profonds déplacés par volatilisation ; cependant l'hydrogène s'y montre