Cette « boule de cristal » sait si un volcan va entrer en éruption

Pouvez-vous imaginer une boule de cristal dans laquelle vous pouvez voir si un volcan va entrer en éruption ? Ce serait très utile pour les centaines de millions de personnes qui vivent à proximité de volcans actifs dans le monde. Bien que ces appareils de divination appartiennent au domaine de la fantaisie, les cristaux peuvent nous indiquer comment réveillez-vous une de ces structures géologiques redoutées.

Lorsque le magma à l’intérieur d’un volcan se déplace des profondeurs vers la surface, des cristaux sont générés. Ceux-ci contiennent de nombreuses informations sur les éruptions passées qui peuvent aider à prévoir les activités futures. Grâce à des méthodes scientifiques à haute résolution, nous pouvons extraire de plus en plus d’informations sur l’histoire des éruptions enregistrées dans les cristaux, les transformant en « boules de cristal » volcaniques.

Les cristaux nous renseignent sur le pourquoi, le où et le moment des éruptions passées. Ces informations peuvent aider à comprendre la « personnalité » du volcan et à interpréter si les alertes de surveillance future, telles que les tremblements de terre suite au mouvement du magma vers la surface, peuvent déclencher une autre éruption. Cette semaine, nous avons publié dans Géosciences de la nature une chronique dans laquelle nous discutons du potentiel de ces techniques pour prédire les éruptions.

Le voyage des cristaux jusqu’à la surface

Le magma, qui est la roche en fusion qui alimente les éruptions volcaniques, est généré à plusieurs dizaines de kilomètres sous la surface, dans le manteau terrestre. Au cours de son voyage vers la surface, il peut s’arrêter dans plusieurs chambres ou réservoirs magmatiques et remonter à travers une artère complexe de conduits. En montant, le magma se refroidit et génère de petits cristaux qui peuvent atteindre la surface lors des éruptions.

À son arrivée à la surface de la Terre, le magma peut s’écouler en générant de la lave ou exploser en produisant des fragments appelés pyroclastes. Une fois refroidis, les laves et les pyroclastes forment des roches volcaniques contenant les cristaux formés au plus profond du volcan. Ce sont les « boules de cristal » qui ont survécu à la chaleur et à la complexité du voyage et ont gardé une trace de tout ce qu’elles ont « vu » à l’intérieur du volcan.

Les cristaux ont des apparences différentes selon le minéral qui les forme. Par exemple, l’olivine verte est très commune dans les laves des îles Canaries. Le plagioclase blanc peut atteindre la taille d’une once de chocolat blanc dans les laves des Andes, à l’ouest de l’Amérique latine.

Le clinopyroxène, très abondant dans les laves de La Palma, produit des cristaux noirs brillants qui contiennent des informations précieuses sur le fonctionnement de l’intérieur des volcans.

Comment sont les disques de cristal ?

Les cristaux de clinopyroxène sont généralement minuscules, de la taille d’un grain de sable. Vus au microscope, ils présentent des caractéristiques de croissance spectaculaires qui enregistrent ce qui se passe à l’intérieur du volcan avant les éruptions.

Les cristaux grandissent en incorporant de nouvelles couches, définissant des zones de croissance concentriques. Tout comme les cernes des arbres qui enregistrent les variations climatiques, la chimie des zones de clinopyroxène change avec les changements dans l’environnement magmatique du volcan. La zone de croissance finale, en bordure, est particulièrement importante car elle nous indique si un nouveau magma venu des profondeurs a déclenché l’éruption.

Ceci est essentiel pour la surveillance des volcans, lorsque les tremblements de terre ou la chimie des gaz volcaniques indiquent l’arrivée d’un nouveau magma dans les profondeurs du volcan. On peut même estimer le temps qu’il faut au magma pour atteindre la surface mesurer par exemple la diffusion des modifications chimiques des cristaux lors de leur stockage à haute température dans les entrailles du volcan.

Dans le même temps, les cristaux de clinopyroxène peuvent croître avec différentes compositions dans différentes directions. Ceci s’appelle zonage du secteur et cela ressemble à un sablier à l’intérieur du verre. C’est utile car cela nous indique que le cristal s’est développé relativement rapidement, ce qui suggère une dynamique complexe du magma qui peut être liée aux processus de mélange, de convection, d’ascension et de dégazage du magma avant l’éruption. Lors de la surveillance des volcans actifs, nous pouvons rechercher des signes indirects de ces processus depuis la surface pour voir si une éruption peut se produire.

Il est également important de localiser à quelle profondeur les processus déclenchant l’éruption se produisent au sein du volcan. Cela nous permet de déterminer si la profondeur des séismes ou la déformation du sol sont particulièrement révélatrices d’une éruption. La chimie du clinopyroxène dépend de conditions de pression au moment de la formation des cristaux, ce qui nous permet d’estimer à quelle profondeur le magma est stocké sous la surface.

Comment lire l’histoire des volcans ?

C’est là qu’interviennent les techniques de laboratoire. Pour mesurer les variations chimiques de ces petits cristaux, nous utilisons des outils tels que des lasers d’un diamètre aussi fin qu’un cheveu humain, que nous tirons sur les cristaux volcaniques. Nous utilisons également des sources de lumière synchrotron dans d’énormes accélérateurs de particules pour étudier des cristaux avec une résolution de la taille d’une bactérie.

Cette analyse microscopique permet d’extraire les secrets du magma des cristaux volcaniques et ainsi de reconstruire l’anatomie interne des volcans comme si on ouvrait une maison de poupée. La connaissance du fonctionnement interne des volcans est cruciale pour déterminer si les signes d’alerte volcaniques, tels que les tremblements de terre, la déformation du sol ou les émissions de gaz du volcan, peuvent indiquer une éruption.

Alors la prochaine fois que vous marcherez le long d’un volcan, que ce soit aux îles Canaries, en Islande, à Stromboli, à Bali ou en Australie, recherchez les taches colorées sur les rochers. Vous voyez peut-être des « boules de cristal » de l’histoire des volcans.