Bien qu’elles affectent des millions de personnes dans le monde, les éruptions volcaniques ne peuvent être prédites que quelques heures à l’avance. Une équipe de volcanologues fournit désormais de nouvelles preuves pour mieux comprendre les conditions de stockage du magma, un ingrédient essentiel pour les futurs modèles de prédiction précis et fiables sur le moment, le type et la durée des éruptions.
Aujourd’hui, cependant, entre 40 et 50 volcans sont en éruption ou en ébullition dans le monde, et 800 millions de personnes vivant à proximité sont en danger pour leur santé et leur vie, en particulier celles qui sont potentiellement actives. En outre, ils constituent également une menace pour le trafic aérien mondial.
“Le domaine de la prévision des éruptions en est à ses balbutiements et nous avons encore un long chemin à parcourir avant d’anticiper les éruptions alors que nous prévoyons la météo“, a déclaré Daniel J. Rasmussen, chercheur au Smithsonian’s National Museum of Natural History et auteur, dont les résultats rapprochent un peu plus les scientifiques de prédictions fiables.
Jusqu’à présent, ces prévisions étaient complexes, en grande partie parce que les volcanologues ne comprennent pas entièrement la dynamique et les processus naturels du magma sous un volcan avant qu’il ne remonte à la surface. En fait, la plupart de ces prédictions sont faites en comparant l’activité actuelle d’un volcan, comme les tremblements de terre ou les mouvements du sol , avec des modèles d’activité du passé.
Mais Rasmussen avait une question en tête depuis 2015 : pourquoi la profondeur de stockage du magma varie-t-elle d’un volcan à l’autre, et qu’est-ce qui contrôle cette profondeur ? A la recherche de la réponse, les travaux, publiés dans la revue Science, ont réussi à identifier ce que les scientifiques s’attendent à être le facteur le plus important dans le contrôle de la profondeur à laquelle le magma est stocké : la teneur en eau de ce matériau fluide.
“Comprendre les conditions de stockage du magma, y compris sa teneur en eau, est important pour nous aider à développer la prochaine génération de modèles de prévision volcanique“, souligne Rasmussen.
L’eau, le “carburant” qui provoque les éruptions volcaniques
Les résultats révèlent que, dans le type de volcan le plus courant au monde – les arcs volcaniques – le magma le plus riche en eau a tendance à être stocké plus profondément dans la croûte terrestre. De cette façon, la teneur en eau du magma serait chargée de contrôler sa profondeur, plutôt que d’être simplement corrélée avec elle.
“Cette étude met en relation la profondeur à laquelle le magma est stocké avec l’eau, ce qui est significatif car l’eau initie et alimente en grande partie les éruptions“, indique le volcanologue, qui a comparé l’imposition d’eau dans les éruptions au dioxyde de carbone. de carbone qui peut faire exploser une bouteille de soda secouée.
“Avec de l’eau dissoute dans le magma qui est stocké sous un volcan, s’il y a une chute soudaine de pression , comme lorsque le bouchon d’une bouteille de soda secouée est soudainement ouvert, des bulles de gaz se forment, provoquant la montée du magma et jaillit hors du volcan, comme lorsqu’une boisson gazeuse jaillit d’une bouteille », illustre Rasmussen. “Plus de teneur en eau dans le magma signifie plus de bulles de gaz et potentiellement une éruption plus violente“, poursuit-il.
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Le chercheur explique que si ces bulles restent avec le magma lorsqu’il atteint la surface, une éruption explosive est susceptible de se produire . “Si les bulles de gaz s’échappent du magma [de dégazage], il sortira doucement du volcan dans ce que nous appelons une éruption effusive “, ajoute-t-il. Dans les deux cas, la teneur en eau du magma est un facteur important de l’éruption volcanique.
“Nos résultats nous indiquent où se forment ces bulles de gaz par rapport à la profondeur de stockage du magma”, explique l’expert. Contrairement à ce que l’on pensait auparavant, les scientifiques montrent que la plupart des magmas flottent à leur profondeur de stockage, ce qui fournit une force motrice pour que le magma s’élève de sa région d’accumulation.
“Cependant, cela ne nous dit rien sur le début de cette ascension, qui est un processus appelé déclenchement d’éruption”, explique Rasmussen, qui note que beaucoup d’efforts ont été déployés pour comprendre ces processus dont le sens et la signification demeurent. à comprendre la prévalence.
Pour étudier les cendres des volcans d’Alaska
Pour parvenir à ces conclusions, l’équipe a détecté la présence de traceurs chimiques associés à la formation de magmas contenant de l’eau dans le manteau terrestre. Pour ce faire, Rasmussen est allé collecter des matériaux volcaniques sur huit volcans situés dans les îles Aléoutiennes accidentées et isolées de l’Alaska , aux États-Unis, en collaboration avec la géophysicienne Diana Roman , de la Carnegie Institution for Science. Les chercheurs se sont concentrés sur les arcs dits volcaniques , qui se produisent à l’intersection de deux plaques tectoniques convergentes.
“Ces types de volcans sont les plus répandus à la surface de la Terre, et ce sont eux qui présentent le plus grand danger”, souligne le chercheur, qui espère analyser d’autres systèmes, comme ceux d’Hawaï et d’Islande, pour voir si le Les conclusions s’appliquent également à ces volcans.
À l’aide de bateaux et d’hélicoptères, l’équipe a collecté, au milieu d’une mer agitée et de la menace des grizzlis, des morceaux de cendres volcaniques, qui peuvent contenir des cristaux d’olivine verte – qui, sous terre, peuvent piéger, lorsqu’ils se forment, de petits morceaux de magma qui se refroidit et se transforme en verre . Chacun de ces cristaux mesure environ un millimètre de diamètre, soit environ l’épaisseur d’une carte d’identité en plastique.
En analysant la composition chimique de ces minuscules morceaux de magma refroidi à l’intérieur d’un volcan, les scientifiques ont pu estimer la teneur en eau du magma dans six des huit volcans des Aléoutiennes. De plus, ils ont combiné ces données avec d’autres estimations de la teneur en eau magmatique tirées de la littérature scientifique pour 56 autres volcans dans le monde. La liste finale des estimations de la teneur en eau magmatique comprenait 3 856 échantillons individuels provenant de 62 volcans.
Pour examiner la relation entre la teneur en eau estimée de ces réservoirs de magma et leurs profondeurs de stockage respectives, les chercheurs ont consulté la littérature scientifique et ont créé une liste d’accompagnement de 331 estimations de profondeur pour 112 volcans .
Après des années de travail sur le terrain, d’analyses géochimiques et de revue de la littérature, l’équipe a pu tracer les profondeurs estimées de stockage de magma pour 28 volcans à travers le monde par rapport à leurs teneurs en eau magmatique estimées respectives.
“Nous avons encore du travail à faire avant que nos résultats n’aient un impact sur les modèles de prédiction d’éruption basés sur la physique similaires aux modèles de prédiction météorologique. Son but ultime est d’avoir des prévisions plus précises sur l’heure, le type et la durée des éruptions volcaniques », certifie Rasmussen.
Pour y parvenir, le volcanologue souligne qu’il est nécessaire de comprendre les conditions de la région de stockage du magma avant l’éruption, de la même manière que de connaître la température et l’humidité de l’atmosphère pour faire une prévision météorologique. « Les résultats nous aident à comprendre les conditions de stockage et surtout l’état de l’eau contenue dans le magma. C’est un petit pas en avant.”
