La croûte océanique est constituée principalement de roches magmatiques, notamment de basaltes et de gabbros, tandis que la croûte continentale comporte une importante composante magmatique, représentée entre autres par les granites et diverses roches plutoniques et volcaniques. Le magmatisme participe directement à la formation de nouvelle croûte, au renouvellement de la lithosphère et aux échanges de matière entre le manteau, la croûte, l'hydrosphère et l'atmosphère. Il intervient également dans les cycles géochimiques du carbone, du soufre, de l'eau et de nombreux éléments métalliques.

Le magma est un système dont la composition et les propriétés physiques évoluent constamment. La phase liquide est principalement constituée d'un assemblage d'oxydes et de complexes silicatés, tandis que des cristaux peuvent apparaître au cours du refroidissement. Les gaz dissous comprennent notamment de l'eau, du dioxyde de carbone, du dioxyde de soufre et d'autres espèces volatiles. La proportion de ces constituants dépend de la profondeur, de la température, de la pression, de la composition du magma et de son histoire antérieure.

La température des magmas terrestres varie généralement de plusieurs centaines à plus de 1200 °C. Les magmas basaltiques sont parmi les plus chauds, avec des températures pouvant dépasser 1100 °C, tandis que certains magmas riches en silice se mettent en place à des températures sensiblement plus faibles. Cette différence thermique influence fortement la viscosité. Les magmas basaltiques, relativement pauvres en silice et généralement plus chauds, sont relativement fluides. Les magmas riches en silice sont beaucoup plus visqueux, ce qui ralentit leur déplacement et favorise l'accumulation de gaz.

La composition chimique du magma dépend principalement de sa source et des processus de fusion qui lui donnent naissance. Le manteau supérieur est essentiellement constitué de péridotites, roches riches en olivine et en pyroxènes. Leur fusion partielle produit généralement des magmas basaltiques. La croûte continentale, composée notamment de roches riches en feldspaths et en quartz, peut également subir une fusion partielle et produire des magmas plus riches en silice. Des processus de différenciation et d'assimilation peuvent ensuite modifier considérablement la composition initiale du magma.

La fusion partielle constitue le processus fondamental de production des magmas. Lorsqu'une roche est soumise à des conditions de température et de pression appropriées, certains de ses constituants peuvent commencer à fondre tandis que d'autres restent solides. Le liquide produit possède alors une composition différente de celle de la roche source. La fusion n'est donc généralement pas totale. Cette fusion partielle explique une grande partie de la diversité des magmas terrestres.

Trois grands mécanismes sont particulièrement importants dans la genèse des magmas. Le premier correspond à une augmentation de température, qui peut conduire une roche à franchir son solidus. Le deuxième résulte d'une diminution de pression, appelée fusion par décompression, particulièrement importante dans les zones de remontée du manteau telles que les dorsales océaniques et certains panaches mantelliques. Le troisième mécanisme est lié à l'introduction de fluides, notamment de l'eau, qui abaisse la température de fusion des roches. Ce processus joue un rôle essentiel dans les zones de subduction.

Les dorsales océaniques constituent le principal environnement de production de magma à la surface de la Terre. La remontée du manteau sous une dorsale entraîne une diminution de pression qui provoque une fusion partielle de la péridotite. Les magmas basaltiques produits remontent vers la surface et contribuent à la formation de la croûte océanique. Une partie cristallise en profondeur sous forme de gabbros, tandis qu'une autre atteint la surface et forme des basaltes, notamment sous forme de laves en coussins.

Les zones de subduction constituent un autre contexte majeur de magmatisme. Une plaque océanique plonge dans le manteau et libère progressivement de l'eau et d'autres fluides lors de transformations métamorphiques. Ces fluides remontent dans le manteau sus-jacent et favorisent sa fusion partielle. Les magmas ainsi produits peuvent être basaltiques à l'origine, mais leur composition évolue souvent au cours de leur ascension et de leur stockage dans la croûte. Les arcs volcaniques associés aux zones de subduction présentent ainsi une grande diversité de roches magmatiques, depuis les basaltes jusqu'aux rhyolites, en passant par les andésites et les dacites.

Les points chauds et les panaches mantelliques constituent un troisième contexte majeur. Un panache correspond à une remontée de matière mantellique chaude, susceptible de provoquer une fusion partielle lors de sa remontée. Le volcanisme associé aux points chauds peut se produire à l'intérieur des plaques, comme dans certaines îles volcaniques océaniques, mais des magmatismes intraplaques existent également sur les continents. Le volcanisme des points chauds est fréquemment basaltique, mais des processus de différenciation peuvent produire des magmas plus évolués.

Le magmatisme peut également se développer dans les zones de divergence continentale. Lorsqu'une lithosphère continentale s'amincit, l'ascension de l'asthénosphère et la diminution de pression peuvent provoquer une fusion partielle. Les systèmes de rifts continentaux associent ainsi souvent volcanisme, intrusion magmatique, failles normales et subsidence. À terme, un rift continental peut évoluer vers une nouvelle dorsale océanique.

Une distinction fondamentale oppose les roches plutoniques, ou intrusives, aux roches volcaniques, ou extrusives. 

• Les roches plutoniques (intrusives) cristallisent en profondeur à partir de magmas qui refroidissent relativement lentement. Elles possèdent généralement une texture grenue caractérisée par des cristaux suffisamment grands pour être observés à l'oeil nu. 

• Les roches volcaniques (extrusives) se solidifient à la surface ou à faible profondeur et refroidissent beaucoup plus rapidement. Elles présentent donc fréquemment des cristaux très fins, voire une matrice vitreuse.

La texture des roches magmatiques constitue ainsi un indicateur essentiel de leur histoire thermique. Une texture grenue correspond généralement à une cristallisation lente en profondeur. Une texture microlitique traduit habituellement une cristallisation rapide, typique des laves volcaniques. Une texture porphyrique associe de gros cristaux, appelés phénocristaux, à une matrice beaucoup plus fine. Elle traduit généralement une histoire en plusieurs étapes : une première cristallisation relativement lente en profondeur, suivie d'une remontée et d'un refroidissement plus rapide.

Certaines roches présentent une texture pegmatitique caractérisée par des cristaux exceptionnellement grands. Les pegmatites se forment généralement dans les derniers stades de cristallisation de certains magmas, lorsque la phase liquide résiduelle est fortement enrichie en eau et en éléments incompatibles. Les fluides favorisent alors la diffusion et la croissance de cristaux pouvant atteindre plusieurs dizaines de centimètres, voire davantage. Les pegmatites constituent des roches particulièrement importantes pour l'étude de la différenciation magmatique et peuvent concentrer des éléments rares (lithium, béryllium, bore, tantale et niobium).

Classification des roches magmatiques.
La classification des roches magmatiques repose principalement sur leur composition minéralogique et chimique ainsi que sur leur texture. Une distinction classique oppose les roches felsiques, intermédiaires, mafiques et ultramafiques. 

• Les roches felsiques sont relativement riches en silice et en éléments tels que le potassium, le sodium et l'aluminium. Elles contiennent fréquemment du quartz et des feldspaths.

• Les roches mafiques sont relativement riches en fer et magnésium et contiennent principalement des pyroxènes, des amphiboles, des olivines et des plagioclases calciques. 

• Les roches ultramafiques sont extrêmement riches en minéraux ferromagnésiens et très pauvres en silice.

La rhyolite représente l'équivalent volcanique approximatif du granite sur le plan chimique. Elle possède généralement une teneur élevée en silice et peut contenir du quartz et des feldspaths sous forme de phénocristaux. Les rhyolites sont couramment associées à des magmas très visqueux. Lorsque ces magmas sont riches en gaz, leur éruption peut être fortement explosive et produire des ponces, des cendres, des ignimbrites et d'importantes séquences pyroclastiques.

La granodiorite est une roche plutonique intermédiaire à felsique, proche du granite mais généralement plus riche en plagioclases et moins riche en feldspaths alcalins. Elle est particulièrement fréquente dans les batholites associés aux chaînes de montagnes et aux zones de subduction. La tonalite constitue une autre roche plutonique importante, généralement dominée par le plagioclase et le quartz, avec des proportions variables de biotite et d'amphibole.

La diorite est une roche plutonique intermédiaire composée principalement de plagioclases et de minéraux ferromagnésiens tels que l'amphibole, la biotite ou certains pyroxènes. Son équivalent volcanique approximatif est l'andésite. Les andésites sont particulièrement caractéristiques des arcs volcaniques associés aux zones de subduction. Elles présentent souvent une texture porphyrique et peuvent contenir des phénocristaux de plagioclase, d'amphibole, de pyroxène ou de biotite.

Roches mafiques.
Le gabbro constitue l'une des principales roches mafiques plutoniques. Il est composé principalement de plagioclases calciques et de pyroxènes, auxquels peuvent s'ajouter de l'olivine et d'autres minéraux. Il forme une part importante de la croûte océanique profonde. Son équivalent volcanique général est le basalte, bien que la relation entre composition et texture doive être considérée avec précision.

Le basalte est la roche volcanique la plus abondante de la Terre. Il constitue une grande partie de la croûte océanique et forme également de vastes provinces volcaniques continentales. Il est généralement composé de plagioclase, de pyroxènes et, selon les cas, d'olivine. Sa texture est fréquemment microlitique ou porphyrique. Les basaltes peuvent être émis sous forme de coulées fluides, de fontaines de lave ou de laves en coussins dans les environnements sous-marins.

Les basaltes tholéiitiques et les basaltes alcalins représentent deux grands ensembles géochimiques. Les basaltes tholéiitiques sont particulièrement caractéristiques des dorsales océaniques et de certains contextes intraplaques. Les basaltes alcalins sont relativement enrichis en sodium et potassium et se rencontrent notamment dans certains environnements intraplaques. Les variations de composition reflètent les différences entre sources mantelliques, degrés de fusion partielle et processus de différenciation.

Roches ultramafiques.
Les roches ultramafiques comprennent notamment les péridotites, qui constituent les principales roches du manteau supérieur. Elles sont dominées par l'olivine et les pyroxènes, avec des proportions variables de spinelle ou de grenat selon la profondeur. Les péridotites ne sont généralement pas des roches magmatiques formées directement par cristallisation d'un magma, car elles représentent couramment le manteau résiduel après extraction d'un liquide basaltique. Elles sont néanmoins fondamentales pour comprendre le magmatisme, car elles constituent la principale roche source des magmas basaltiques.

Différenciation des magmas et effets du magmatisme.
La cristallisation fractionnée constitue l'un des mécanismes essentiels de différenciation des magmas. Tous les minéraux ne cristallisent pas simultanément. Lorsque certains minéraux se forment, ils retirent certains éléments chimiques du liquide. La composition du liquide résiduel évolue donc progressivement. Les minéraux précoces peuvent être séparés physiquement du liquide par gravité, décantation, convection ou filtration. Le liquide restant devient alors progressivement différent du magma initial.

La série réactionnelle de Bowen permet de conceptualiser une partie de cette évolution. Certains minéraux, notamment l'olivine et certains pyroxènes, cristallisent à relativement haute température, tandis que d'autres, comme les feldspaths alcalins, la muscovite et le quartz, apparaissent à des températures plus faibles. Les plagioclases évoluent progressivement de compositions riches en calcium vers des compositions plus riches en sodium. Cette succession permet de comprendre pourquoi un magma basaltique peut évoluer vers des compositions intermédiaires puis felsiques.

La différenciation peut également résulter de la cristallisation à l'équilibre, de la séparation de liquides immiscibles, du mélange de magmas et de l'assimilation de roches encaissantes. Le mélange de magmas intervient lorsque deux liquides de compositions différentes se rencontrent. Il peut produire des compositions intermédiaires et des textures particulières, notamment des cristaux présentant des signes de déséquilibre avec leur matrice.

L'assimilation crustale correspond à l'incorporation et à la fusion partielle de matériaux provenant des roches encaissantes. Elle modifie la composition du magma et peut l'enrichir en éléments caractéristiques de la croûte continentale. L'assimilation est souvent associée à la cristallisation fractionnée, processus parfois désigné par l'acronyme AFC, pour assimilation et cristallisation fractionnée.

Les magmas peuvent également subir une décompression lors de leur ascension. La diminution de pression modifie leur état physique et peut entraîner la nucléation de cristaux ou l'exsolution des gaz dissous. Lorsque la pression diminue suffisamment, les espèces volatiles deviennent moins solubles dans le magma et forment des bulles. L'exsolution des gaz est particulièrement importante dans les magmas riches en eau et en silice.

Produits du volcanisme.
La viscosité constitue un paramètre déterminant du comportement éruptif. Un magma riche en silice possède généralement une viscosité élevée, ce qui limite la mobilité des bulles et favorise leur accumulation. La pression peut alors augmenter jusqu'à provoquer une fragmentation du magma et une éruption explosive. À l'inverse, les magmas basaltiques fluides permettent généralement une évacuation plus efficace des gaz et donnent fréquemment lieu à des éruptions effusives.

Les éruptions volcaniques peuvent ainsi être classées selon leur style et leur intensité. Les éruptions effusives produisent principalement des coulées de lave. Les éruptions explosives projettent des fragments de magma et de roche sous forme de cendres, de lapilli, de bombes volcaniques et de blocs. Les colonnes éruptives peuvent atteindre plusieurs kilomètres d'altitude. Dans les systèmes particulièrement explosifs, les effondrements de colonnes produisent des courants pyroclastiques extrêmement rapides et chauds.

Les produits pyroclastiques sont très variés. Les cendres correspondent aux particules les plus fines. Les lapilli possèdent des dimensions intermédiaires, tandis que les bombes et les blocs sont plus volumineux. Les dépôts pyroclastiques peuvent se souder lorsqu'ils sont encore très chauds, donnant naissance à des ignimbrites ou à certaines roches pyroclastiques soudées. Ces dépôts peuvent couvrir de vastes superficies et conserver les traces d'éruptions majeures.

Le terme tuf désigne généralement une roche pyroclastique consolidée riche en cendres volcaniques. Les tufs peuvent avoir des compositions très différentes selon le volcanisme qui les produit. Les tufs rhyolitiques sont associés à des magmas riches en silice, tandis que les tufs basaltiques proviennent de magmas mafiques. La présence de niveaux de cendres volcaniques dans les séries sédimentaires constitue également un outil stratigraphique important.

Les roches volcaniques peuvent présenter des textures particulières. L'obsidienne est un verre volcanique formé lorsque le refroidissement est suffisamment rapide pour empêcher la cristallisation. La ponce est une roche volcanique extrêmement vacuolaire produite par l'expansion rapide de gaz dans un magma visqueux. Le scorie est également très vacuolaire mais possède généralement une composition plus mafique et une densité plus élevée que la ponce.

Les laves en coussins (pillow-lavas) constituent une structure particulièrement caractéristique du volcanisme sous-marin. Lorsque la lave basaltique entre en contact avec l'eau, sa surface se refroidit brutalement et forme une croûte vitreuse ou finement cristallisée. La lave continue à avancer sous cette enveloppe, produisant une succession de structures arrondies. Les pillow-lavas constituent ainsi une preuve importante d'un volcanisme sous-marin ancien.

Les intrusions magmatiques présentent des géométries diverses. 

• Un sill est une intrusion tabulaire généralement concordante avec les structures des roches encaissantes. 

• Un dyke est une intrusion tabulaire généralement discordante. 

• Un laccolithe présente une géométrie bombée résultant de l'injection du magma entre des couches. 

• Les batholites correspondent à de vastes complexes plutoniques, souvent associés aux zones de convergence et aux grandes chaînes orogéniques.

Les fluides hydrothermaux jouent un rôle majeur dans la formation de nombreux gisements métallifères. Les magmas constituent une source de chaleur et peuvent également fournir des éléments chimiques et des fluides. Lorsque les solutions hydrothermales circulent dans les fractures de la croûte, elles peuvent dissoudre, transporter puis précipiter différents éléments métalliques. Des gisements de cuivre, molybdène, or, argent, plomb et zinc sont ainsi fréquemment associés à des systèmes magmatiques.

Les complexes porphyriques constituent un exemple particulièrement important. Ils sont associés à des intrusions magmatiques relativement peu profondes et à des systèmes hydrothermaux qui concentrent notamment le cuivre et le molybdène. Les fluides exsolvés du magma circulent dans la roche fracturée et précipitent des minéraux métallifères dans des réseaux de veinules et d'altérations.

Le magmatisme joue également un rôle important dans le dégazage de la Terre. Les éruptions volcaniques libèrent dans l'atmosphère de la vapeur d'eau, du dioxyde de carbone, du dioxyde de soufre, de l'hydrogène, du chlorure d'hydrogène et d'autres composés. À l'échelle géologique, le dégazage volcanique constitue une composante essentielle du cycle géochimique des éléments volatils. Il participe notamment au maintien et à l'évolution de l'atmosphère terrestre.

Les émissions volcaniques peuvent exercer une influence climatique. Les aérosols sulfatés produits par l'oxydation du dioxyde de soufre peuvent réfléchir une partie du rayonnement solaire et provoquer un refroidissement temporaire de la surface terrestre. À plus long terme, le dégazage du dioxyde de carbone contribue au cycle géologique du carbone. L'effet climatique du volcanisme dépend donc de l'échelle temporelle considérée et de l'équilibre entre différentes émissions et mécanismes de transfert.

Informations tirées des rpches magmatiques.
Les roches magmatiques peuvent également conserver des informations sur l'évolution chimique du manteau. Les éléments majeurs et traces, les rapports isotopiques et les inclusions minérales permettent d'étudier les sources magmatiques, les degrés de fusion partielle et les processus de différenciation. Les isotopes radiogéniques du strontium, du néodyme, du plomb ou de l'hafnium constituent notamment des traceurs puissants de l'origine des magmas et de leurs interactions avec différentes composantes du manteau et de la croûte.

Les inclusions magmatiques sont particulièrement précieuses. Il s'agit de petites portions de liquide ou de fluide piégées dans des cristaux pendant leur croissance. Lorsqu'elles sont correctement interprétées, elles peuvent fournir des informations sur la composition des magmas avant leur dégazage et sur les conditions de pression et de température régnant lors de la cristallisation. Elles constituent ainsi une sorte d'échantillonnage microscopique des anciens systèmes magmatiques.

Les roches magmatiques permettent également de reconstituer l'histoire thermique de la Terre. Les assemblages minéralogiques, les textures et les compositions chimiques renseignent sur les conditions de cristallisation. Les méthodes géochronologiques permettent de déterminer l'âge de mise en place des intrusions et des éruptions. Les zircons, particulièrement résistants et capables d'incorporer de l'uranium tout en excluant initialement le plomb de leur structure cristalline, constituent notamment des chronomètres géologiques remarquables.

La datation des roches magmatiques est essentielle pour établir la chronologie des événements géologiques. Elle permet de dater la formation des croûtes océaniques, les épisodes volcaniques, les intrusions plutoniques, les grandes provinces magmatiques et les événements associés à la formation des chaînes de montagnes. Les méthodes potassium-argon, argon-argon, uranium-plomb et plusieurs autres systèmes isotopiques sont largement utilisées selon l'âge et la nature des roches.

Les grandes provinces magmatiques constituent des manifestations particulièrement importantes du magmatisme. Elles correspondent à des épisodes de production magmatique exceptionnellement intense et relativement rapide à l'échelle géologique. Elles peuvent produire d'immenses volumes de basaltes et être associées à des perturbations environnementales majeures. Leur étude est essentielle pour comprendre les relations entre magmatisme, climat, biosphère et crises biologiques.

La croûte océanique fournit un exemple remarquable de succession magmatique. Elle comprend généralement des basaltes dans sa partie supérieure, des complexes de filons basaltiques plus profonds et des gabbros dans sa partie inférieure. Cette organisation reflète la cristallisation progressive des magmas générés sous les dorsales. Les péridotites du manteau supérieur sous-jacent complètent ce système et permettent d'étudier les interactions entre extraction des magmas et évolution du manteau.

La croûte continentale présente une histoire magmatique beaucoup plus complexe. Elle résulte de plusieurs processus : accrétion de terrains, magmatisme d'arc, fusion de matériaux crustaux, différenciation de magmas mantelliques, sous-placage magmatique et remaniement tectono-métamorphique. Les granitoïdes représentent une composante majeure de cette histoire. Leur diversité témoigne de la multiplicité des sources et des processus qui interviennent dans la construction de la croûte continentale.

Les roches magmatiques sont également essentielles à la compréhension du cycle des roches. Les roches magmatiques peuvent être altérées et érodées pour donner des sédiments, puis des roches sédimentaires. Elles peuvent être enfouies et soumises au métamorphisme pour former des roches métamorphiques. À des profondeurs plus importantes, leur fusion partielle peut produire de nouveaux magmas. Le cycle lithologique relie ainsi continuellement les processus magmatiques, sédimentaires et métamorphiques.