Etude des cristaux pour mieux prévoir les éruptions // A study of crystals to better predict eruptions

Nous savons tous que la prévision éruptive est extrêmement difficile. En effet, chaque volcan possède son propre réseau complexe de conduits d’alimentation. Même lorsque les instruments détectent une activité volcanique, il est très compliqué de savoir quand le magma atteindra la surface.
Des scientifiques du Trinity College de Dublin (Irlande) et de l’Université du Queensland (Australie) ont essayé de comprendre ce processus en analysant les cristaux qui se développent à l’intérieur des volcans et agissent comme enregistreurs de leurs éruptions. Une étude précédente sur les cristaux de l’Etna avait montré que si un nouveau magma arrive dans la chambre située à une dizaine de kilomètres sous la surface, une éruption peut se produire dans les deux semaines suivantes.
Au fur et à mesure qu’il monte vers la surface, le nouveau magma exerce une pression sur les roches encaissantes en accumulant de la pression sous le volcan. Cela génère des séismes et entraîne un gonflement de l’édifice, phénomènes qui peuvent être surveillés en surface ou depuis l’espace avec des satellites. La difficulté est de savoir si une recharge de la chambre magmatique à un certain moment se traduira par une éruption et combien de temps il faudra avant que l’éruption commence.
C’est à ce niveau que les cristaux peuvent intervenir. Ces minéraux ont été baptisés « anté-cristaux » parce qu’ils ont souvent commencé souvent à se développer dans les magmas primaires, des milliers d’années avant que le volcan entre en éruption. Ils se développent couche par couche, tout en enregistrant les changements dans le magma environnant, de la même manière que les cernes des troncs d’arbres enregistrent les variations du climat.
La technologie laser permet de pénétrer la structure de ces « anté-cristaux » pour créer des cartes des éléments traces à l’intérieur. Cela suppose d’envoyer un faisceau laser sur l’ « anté-cristal, » puis d’utiliser un spectromètre de masse pour analyser l’aérosol qui est ainsi émis et déterminer son contenu. Cela permet de créer une image 2D de la structure du cristal qui peut nous renseigner sur son histoire. Par exemple, lorsque d’anciens noyaux d’ « anté-cristaux » sont transportés à la surface par un nouveau magma, cela génère une bordure bien particulière autour du cristal.

En utilisant des cartes chimiques de cristaux provenant des 40 dernières années d’activité de l’Etna, les chercheurs ont pu déterminer la profondeur à laquelle les cristaux se sont développés, mais aussi à quel moment un nouveau magma a commencé à envahir le système volcanique en profondeur. Ils ont constaté que le processus a débuté dans les années 1970, ce qui coïncide avec la période où le volcan a commencé à entrer en éruption plus souvent, avec une ascension plus rapide du magma, plus d’explosivité et une activité sismique plus intense.
Le type de contact entre les noyaux des cristaux et leurs bordures, et l’épaisseur des bordures, contiennent des informations sur le temps qui s’est écoulé entre les arrivées de magma et le début d’une éruption. Cela signifie que nous pouvons mieux prévoir quand une éruption est susceptible de se produire après avoir détecté le magma à certains niveaux sous le volcan.
La conclusion de l’étude est que l’analyse laser d’ « anté-cristaux » dans le monde entier pourrait permettre aux volcanologues de mieux comprendre comment la recharge de la chambre magmatique agit comme déclencheur d’éruptions et de mieux interpréter les données de surveillance des volcans actifs. Cela pourrait permettre d’établir un processus plus précis pour repérer les signes avant-coureurs et prévoir les éruptions imminentes.
Source: Live Science.

L’étude complète peut être lue à cette adresse: https://www.nature.com/articles/s41467-017-02274-w

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We all know that predicting an eruption is a very difficult task. Indeed, every volcano has its own unique and complex network of feeding conduits. So, even when instruments detect volcanic activity, it is very hard to know when the magma will make its way to the surface.

Scientists from Trinity College Dublin (Ireland) and the University of Queensland (Australia) have found a way to assess this process by using crystals that grow inside volcanoes and act like a record of its eruption. A previous study on crystals from Mount Etna had shown that if new magma arrives in chambers 10 km below the volcano’s surface, an eruption can follow within two weeks.

As it moves towards the surface, the new magma pushes apart the rock, building up pressure beneath the volcano. This produces earthquakes and inflates the volcanic edifice, effects that can be monitored at the surface or from space with satellites. What is difficult is to know if a particular magma recharge will actually translate into an eruption and how much time it will take for the eruption to start.

This is where the crystals can come in. These minerals are called antecrysts because they often start growing from early magmas thousands of years before the volcano erupts. They grow layer by layer, recording changes in the surrounding magma, like tree rings registering variations in the climate.

Laser technology allows to look into the antecrysts to create maps of the trace chemical elements inside them. This involves firing a grid of laser lines over the antecryst and then using a mass spectrometer to analyse the aerosol that is given off and work out what it contains. This can be used to create a 2D image of the crystal’s composition that can tell us something about its history. For example, when old antecryst cores are transported to the surface by new magma, it generates a distinctive rim on the crystal.

Using crystal chemical maps from the last 40 years of volcanic activity at Mount Etna, the researchers been able to determine the depth at which the crystals grow but also when new magma began invading the underground volcanic system. They found that this started occurring in the 1970s, coinciding with the period when the volcano began to erupt more often, with faster-moving magma and more explosiveness and seismic activity.

The type of contact between the crystal cores and the rims and thickness of the rims hold information on how much time elapses between the arrival of batches of magma and when an eruption started. This means we can better predict when an eruption is likely to occur after magma is detected at certain points beneath the volcano.

The study’s conclusion is that carrying out laser surveys of antecrysts from around the world could help volcanologists better understand how magma recharge acts as a trigger for eruptions, and how to interpret monitoring data from active volcanoes. This could create a more accurate process for spotting warning signs and predicting imminent eruptions.

Source : Live Science.

The complete study can be found at this address : https://www.nature.com/articles/s41467-017-02274-w

L’étude des cristaux permettra-t-elle un jour de mieux comprendre les humeurs de l’Etna? (Photo: C. Grandpey)

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