Des collines verdoyantes bercent les eaux calmes du lac Sainte-Anne en Roumanie, qui repose dans un ancien cratère de l’éruption du volcan Ciomadul. Le sommet a explosé pour la dernière fois il y a environ 30 000 ans, et sa longue quiétude a conduit beaucoup à présumer que le volcan n’irait probablement plus en éruption.
Mais comme il s’avère, les rochers à des kilomètres au-dessous de cette scène sereine peuvent mijoter avec une quantité surprenante de chaleur. Une étude récemment publiée dans Earth and Planetary Science Letters suggère que le système abrite probablement entre cinq et 14 miles cubes de magma, un volume maximum supérieur à celui des 20 000 Grandes pyramides de Gizeh.
Pour être clair, cela ne signifie pas qu’une éruption est nécessairement dans le futur du volcan. Mais le travail attire l’attention sur les dangers potentiels des volcans souvent négligés qui mijotent tranquillement depuis des dizaines de milliers d’années.
« Nous regardons préférentiellement les volcans actifs – évidemment parce qu’ils montrent des signes de risque réel », explique l’auteur de l’étude Mickael Laumonier de l’Université Clermont Auvergne, France. « Mais il ne faut pas oublier d’autres jeunes volcans relativement récents, car ils pourraient présenter un risque que nous devrions évaluer. »
En associant des analyses géophysiques et géochimiques à des simulations numériques, l’étude donne aux chercheurs un aperçu époustouflant de ce qui pourrait se préparer sous Ciomandul — et elle promet d’aider les scientifiques à mieux comprendre comment des systèmes volcaniques similaires évoluent au fil du temps. (Explorez les titans volcaniques de l’Anneau de feu.)
« Tout cela est un excellent travail », explique Janine Krippner, volcanologue au Smithsonian Global Volcanism Program qui n’a pas participé à l’étude. Mais elle prévient que taquiner les conditions précises à des kilomètres sous la surface est une tâche incroyablement difficile.
« Ce n’est toujours pas nous qui disons que c’est ça le cas », dit-elle. « Cela dit, Nous avons beaucoup de données qui montrent que c’est ce que cela pourrait être. »
Flammes volcaniques éternelles
À un moment donné, au moins 20 volcans sont en éruption dans le monde. Mais il y en a beaucoup d’autres qui peuvent potentiellement être actifs — le problème est de savoir lesquels. (Lisez comment les volcans se forment et l’éruption la plus meurtrière de l’histoire.)
Les volcans comme Ciomadul qui n’ont pas éclaté au cours des 10 000 dernières années sont souvent appelés inactifs. Cependant, cette ligne de démarcation est quelque peu arbitraire, dit Krippner.
En ce qui concerne les volcans, « »éteint » est un mot très douteux », dit-elle. Certains volcans, comme le célèbre supervolcan de Yellowstone, peuvent rester en sommeil pendant des centaines de milliers d’années entre les éruptions. (Découvrez pourquoi Yellowstone ne se classe que 21e dans une liste des volcans américains les plus dangereux.)
Un signe qu’un volcan apparemment calme a le potentiel d’éruptions futures est si des volumes de roche fondue s’attardent en dessous, et des études antérieures à Ciomadul avaient laissé entendre que cela pourrait être le cas. En étudiant la façon dont les ondes sismiques ricochent à travers le sol, d’anciens chercheurs ont repéré des indications d’un réservoir de magma. Les relevés de la conductivité électrique souterraine — une propriété influencée par des conditions telles que la température et la teneur en eau des roches — ont également laissé entendre que la zone située entre trois et 17 miles plus bas pourrait être plus bouillie que solide.
Pourtant, il n’était toujours pas clair si la roche était vraiment fondue, et si oui, quelle quantité de magma il pourrait y avoir.
Consultant les archivistes en cristal
Pour répondre à ces questions, Laumonier et ses collègues se sont d’abord tournés vers les roches des éruptions passées du volcan. Comme le magma se trouve sous un volcan, il se refroidit lentement et forme des cristaux, dont certains agissent comme de minuscules enregistreurs minéralogiques, traçant les conditions dans lesquelles ils se sont formés.
Par exemple, une classe de minéraux appelés amphiboles change de chimie en fonction de la température et de la pression pendant la cristallisation. La recherche de ces cristaux dans la roche en éruption aide les chercheurs à en apprendre davantage sur les conditions de cet ancien système magmatique.
L’équipe a combiné ces données géochimiques avec ce qu’elle savait des dimensions du système et a effectué des simulations numériques pour déterminer à quelle vitesse il aurait pu se refroidir au fil du temps et pour voir à quoi pourrait ressembler la plomberie volcanique aujourd’hui. Le résultat: Les roches de la croûte supérieure sous le volcan sont en moyenne fondues à 15%, certaines régions pouvant atteindre 45%.
L’équipe a vérifié ce résultat en élaborant un modèle basé sur des mesures de conductivité électrique pour des roches ayant déjà éclaté à des températures, des pressions et une teneur en eau variables. Cela les a aidés à interpréter ce qui a été vu auparavant dans les mesures de conductivité électrique sous Ciomadul.
Cette deuxième approche a donné un résultat similaire, suggérant que la zone sous le volcan est en effet entre 20 et 58% fondue. Bien qu’il s’agisse d’une large plage pour la quantité de magma qui pourrait persister dans les tuyaux souterrains de Ciomadul, toutes les conditions souterraines possibles produisent une quantité importante de fonte pour Ciomadul.
« Nous n’avons pas d’autres options pour expliquer l’anomalie géophysique », explique Laumonier.
Les chercheurs pensent qu’une éruption est possible si un volcan abrite plus d’environ 45% de roche fondue. En dessous de cela, « le système est tout bloqué par des cristaux et il ne peut pas entrer en éruption », explique Michael Ackerson, conservateur des roches et des minerais au Smithsonian National Museum of Natural History de Washington, DC
Ainsi, cette dernière analyse suggère qu’une éruption pourrait être possible à Ciomadul — mais cela ne signifie pas que c’est inévitable.
Plomberie pâteuse
Fait important, cette étude examine également la question de savoir à quoi ressemblent réellement de tels systèmes au fond de la Terre.
« Le trope traditionnel d’une chambre magmatique est cette grande, gigantesque goutte de magma d’apparence menaçante et brûlante située dans la croûte qui est sur le point d’éclater et de nous tuer tous », dit Ackerson.
Mais les recherches suggèrent de plus en plus que ce n’est probablement pas le cas. Au lieu de cela, les réservoirs de magma passent la majeure partie de leur vie à mijoter tranquillement dans la croûte. Ils sont souvent au moins en partie cristallisés, formant une soupe pâteuse et pierreuse avec des proportions variables de cristaux à fondre dans tout le système. Ce rapport peut varier considérablement dans la plomberie magmatique d’un volcan à l’autre.
Pour Ciomadul, les chercheurs pensent que la roche fondue s’accumule dans deux zones de bouillie: une région supérieure entre trois et 11 milles de profondeur et un réservoir inférieur plus chaud commençant à environ 18,5 milles de profondeur. Chacune de ces zones est probablement composée de poches superposées de matière fondue de température et de composition légèrement différentes. Pour l’instant, on ne sait pas comment les deux zones se connectent précisément, mais la nouvelle cartographie magmatique fournit toujours des informations précieuses sur le fonctionnement interne de ce volcan.
« Il s’agit d’un nouveau point de données dans l’histoire des magmas mondiaux », explique Ackerson. « Il s’agit d’un volcan spécifique à un moment précis, et cela va nous aider à obtenir une image beaucoup plus large et nuancée de la façon dont les magmas se forment et évoluent. »