De nouvelles recherches sur les roches en fusion situées à 20 km sous la surface de la Terre pourraient contribuer à sauver des vies en améliorant la prévision de l’activité volcanique.
Les éruptions volcaniques présentent des risques importants, avec des impacts dévastateurs sur les personnes vivant à proximité et sur l’environnement. Ils sont actuellement prévus sur la base de l’activité du volcan lui-même et des quelques kilomètres supérieurs de croûte situés en dessous, qui contiennent des roches en fusion potentiellement prêtes à entrer en éruption.
Cependant, de nouvelles recherches soulignent l’importance de rechercher des indices beaucoup plus profondément dans la croûte terrestre, là où les roches sont d’abord fondues en magma avant de remonter vers des chambres plus proches de la surface.
Pour comprendre le fonctionnement interne des phénomènes les plus explosifs de notre planète, des chercheurs de l’Imperial College de Londres et de l’Université de Bristol ont creusé en profondeur pour faire la lumière sur la fréquence, la composition et l’ampleur des éruptions volcaniques dans le monde.
Leurs résultats suggèrent que la taille et la fréquence des éruptions sont étroitement liées au temps nécessaire à la formation de roches extrêmement chaudes et en fusion, appelées magma, dans ces réservoirs profonds situés sous la croûte terrestre, à des profondeurs allant jusqu’à 20 kilomètres, ainsi qu’à la taille de ces réservoirs.
Les chercheurs pensent que les résultats, publié dans Avancées scientifiques, leur permettra de prédire les éruptions volcaniques avec plus de précision, protégeant ainsi les communautés de personnes et contribuant à atténuer les risques pour l’environnement.
Étudier les volcans du monde entier
L’étude, dirigée par des chercheurs du Département des sciences et de l’ingénierie de la Terre de l’Imperial, a examiné les données de 60 des éruptions volcaniques les plus explosives, couvrant neuf pays : les États-Unis, la Nouvelle-Zélande, le Japon, la Russie, l’Argentine, le Chili, le Nicaragua et le Salvador. et l’Indonésie.
L’auteur de l’étude, le Dr Catherine Booth, associée de recherche au Département des sciences et de l’ingénierie de la Terre à l’Imperial College de Londres, a déclaré : « Nous avons examiné les volcans du monde entier et creusé plus profondément que les études précédentes qui se concentraient sur des chambres souterraines peu profondes où le magma est stocké avant les éruptions. Nous nous sommes concentrés sur la compréhension des réservoirs sources de magma situés profondément sous nos pieds, où la chaleur extrême fait fondre les roches solides en magma à des profondeurs d’environ 10 à 20 kilomètres.
L’équipe a combiné des données du monde réel avec des modèles informatiques avancés. Ils ont examiné la composition, la structure et l’histoire des roches profondes sous la croûte terrestre, ainsi que les informations recueillies auprès des volcans actifs, pour comprendre comment le magma s’accumule et se comporte en profondeur, pour finalement s’élever à travers la croûte terrestre jusqu’aux volcans.
À l’aide de ces informations, les chercheurs ont créé des simulations informatiques qui imitent les processus complexes d’écoulement et de stockage du magma au plus profond de la Terre. Grâce à ces simulations, l’équipe a acquis de nouvelles connaissances sur les facteurs à l’origine des éruptions volcaniques.
Identifier les contrôles clés des éruptions
« Contrairement aux croyances précédentes, notre étude suggère que la flottabilité du magma, plutôt que la proportion de roches solides et fondues, est ce qui provoque les éruptions », a déclaré le Dr Booth.
« La flottabilité du magma est contrôlée par sa température et sa composition chimique par rapport à la roche environnante. À mesure que le magma s’accumule, sa composition change pour le rendre moins dense, le rendant plus « flottant » et lui permettant de s’élever.
« Une fois que le magma devient suffisamment flottant pour flotter, il s’élève et crée des fractures dans la roche solide sus-jacente, puis s’écoule très rapidement à travers ces fractures, provoquant une éruption. »
En plus d’identifier la flottabilité du magma comme un facteur important à l’origine des éruptions, les chercheurs ont également examiné comment le magma se comporte une fois qu’il atteint des chambres souterraines moins profondes juste avant l’éruption. Ils ont découvert que la durée pendant laquelle le magma était stocké dans ces chambres moins profondes pouvait également avoir un effet sur les éruptions volcaniques, des périodes de stockage plus longues conduisant à des éruptions plus petites.
Même si l’on peut s’attendre à ce que des réservoirs plus grands alimentent des éruptions plus importantes et plus explosives, les résultats ont également révélé que les très grands réservoirs dispersent la chaleur, ce qui ralentit le processus de fusion des roches solides en magma. Cela a conduit les chercheurs à conclure que la taille des réservoirs est un autre facteur clé pour prédire avec précision la taille des éruptions et qu’il existe une taille optimale pour les éruptions les plus explosives.
Les résultats soulignent également que les éruptions sont rarement isolées et font plutôt partie d’un cycle répétitif. De plus, le magma libéré par les volcans étudiés était riche en silice, un composé naturel connu pour jouer un rôle dans la détermination de la viscosité et de l’explosivité du magma, le magma à haute teneur en silice ayant tendance à être plus visqueux et entraînant des éruptions plus explosives.
Prochaines étapes
Le professeur co-auteur Matt Jackson, titulaire de la chaire de dynamique des fluides géologiques au département des sciences et de l’ingénierie de la Terre de l’Imperial College de Londres, a déclaré : « En améliorant notre compréhension des processus à l’origine de l’activité volcanique et en fournissant des modèles qui mettent en lumière les facteurs contrôlant les éruptions, notre étude constitue une étape cruciale vers une meilleure surveillance et prévision de ces puissants événements géologiques.
« Notre étude présentait certaines limites : notre modèle se concentrait sur la façon dont le magma s’écoule vers le haut, et les réservoirs sources de notre modèle ne contenaient que des roches et des cristaux en fusion. Cependant, il est prouvé que d’autres fluides tels que l’eau et le dioxyde de carbone se trouvent également dans ces sources. réservoirs, et ce magma peut tourbillonner et s’écouler latéralement. »
Les prochaines étapes pour les chercheurs consisteront à affiner leurs modèles, en intégrant un écoulement tridimensionnel et en tenant compte de différentes compositions de fluides. Ils espèrent ainsi continuer à déchiffrer les processus terrestres responsables des éruptions volcaniques, nous aidant ainsi à mieux nous préparer aux catastrophes naturelles à l’avenir.
Plus d’information:
Catherine Booth et al, Contrôles du réservoir source sur la taille, la fréquence et la composition des éruptions volcaniques à grande échelle, Avancées scientifiques (2024). DOI : 10.1126/sciadv.add1595. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1595