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Séismes et éruptions volcaniques // Earthquakes and volcanic eruptions

A l’issue de ma conférence « Volcans et risques volcaniques », les gens me demandent souvent s’il existe un lien entre les séismes et les éruptions volcaniques. Je réponds que dans certaines circonstances, on a cru voir un lien et que, dans d’autres, le lien était loin d’être évident. Cependant, j’insiste sur le fait que la sismicité est présente avant une éruption car le magma provoque une fracturation des roches pendant son ascension et cette fracturation est enregistrée par les sismomètres.
Les séismes d’origine tectonique – provoqués par les mouvements des plaques, en particulier dans les zones de subduction – font partie des phénomènes naturels les plus impressionnants sur Terre. Rien d’étonnant à ce qu’ils soient parfois associés au déclenchement des éruptions volcaniques. Les volcans sont souvent situés dans des régions sismiques comme la célèbre Ceinture de Feu du Pacifique. On y enregistre 90% des séismes et on y rencontre 75% de tous les volcans actifs de la planète. Les éruptions et les tremblements de terre ont souvent lieu à peu près au même moment; Cependant, on ne peut affirmer qu’il existe un lien direct entre un séisme et une éruption qui a eu lieu peu de temps après le premier événement. Le volcan était peut-être déjà sur le point d’entrer en éruption, ou bien il était déjà en éruption depuis longtemps.
Des études récentes laissent supposer qu’il pourrait exister un lien entre les séismes et les éruptions volcaniques dans certaines situations. Par exemple, un article paru en 1993 établit un lien entre un séisme de magnitude M 7,3 en Californie et des manifestations volcaniques et géothermales observées immédiatement après. Une étude publiée en 2012 estime qu’un séisme de magnitude M 8,7 au Japon en 1707 a entraîné la pénétration du magma dans une chambre peu profonde du Mont Fuji et déclenché une puissante explosion du volcan 49 jours plus tard. Le séisme de magnitude M 7,2 survenu le 29 novembre 1975 sur le Kilauea à Hawaii a été rapidement suivi d’une éruption de courte durée.

Cependant, il existe d’autres cas où un séisme majeur n’a pas été suivi d’une éruption. L’un des meilleurs exemples se situe au Japon en 2011. Les scientifiques japonais craignaient que le puissant séisme de Tohoku (magnitude M 9.1) le 11 mars 2011 réveille le Mont Fuji, ce qui ne s’est jamais produit!
A l’heure actuelle, les mécanismes de déclenchement des séismes ne sont pas bien compris, et les documents reliant les tremblements de terre à des éruptions ne s’appuient que sur des spéculations. Il est possible que le timing dans tous les exemples mentionnés ci-dessus soit juste une coïncidence. Les géologues doivent avant tout comprendre le déclenchement des séismes et exclure toute intervention du hasard avant d’établir un lien entre séismes et éruptions.

Parfois, il est fait référence à l’histoire pour montrer la corrélation entre les séismes et les éruptions volcaniques. Un document publié en 2009 a utilisé des données historiques pour montrer qu’il existe une relation entre un séisme de M 8,0 au Chili et un nombre d’éruptions en nette hausse sur certains volcans situés à une distance pouvant aller jusqu’à 500 km. Le problème est que de telles données historiques ne sont pas vraiment fiables. En effet, les grands séismes et les grandes éruptions volcaniques sont des événements relativement peu fréquents, et les scientifiques ne disposent pas d’un recul suffisant. Les archives fiables n’existent que depuis un demi-siècle ou un peu plus, selon les régions.
Dans le passé, les données provenaient de récits de voyages et de journaux de bord assez ambigus. Ainsi, en 1840, Darwin a recueilli des informations fournies par des témoins oculaires et relatives à des modifications mineures survenues sur des volcans chiliens à la suite du puissant séisme de 1836. Au final, en lisant les écrits de Darwin, on ignore si des éruptions ont eu lieu.
Des simulations ont été réalisées en laboratoire en 2016 et 2018 pour tenter de comprendre le comportement du magma dans la chambre magmatique et voir si ce comportement pourrait éventuellement déclencher des séismes. Cependant, aucune corrélation réelle entre les séismes et les éruptions volcaniques n’est ressortie de ces expériences.
Adapté d’un article de 2018 dans le National Geographic.

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During my conference “Volcanoes and volcanic risks”, people often ask me whether there is a link between earthquakes and volcanic eruptions. I answer that on some occasions there appears to be some link and in other circumstances the link is far from clear. However, I insist that seismicity is always linked to an eruption and present before the event as magma causes the fracturing of rocks during its ascent and this fracturing is recorded by the seismometers.

Tectonic earthquakes – caused by the movement of plates, especially in subduction zones – are among the most powerful natural phenomena on the planet. It’s no surprise that they are sometimes suspected of being able to trigger volcanic eruptions. Earth’s volcanoes are often located in seismic parts of the world like the well-known Ring of Fire around the Pacific Ocean. This area hosts 90 percent of the world’s recorded earthquakes and 75 percent of all active volcanoes. Eruptions and earthquakes are often taking place at roughly the same time; however, you can’t automatically assume that there’s a connection between a given quake and a subsequent eruption. The volcano may have already been preparing to erupt, or it is already been erupting for a long time.

Recent studies suggest that a connection could potentially exist between earthquakes and volcanic eruptions in certain situations. For instance, a 1993 paper links an M 7.3 quake in California to volcanic and geothermal rumblings immediately afterward. And a 2012 study reckons that an M 8.7 earthquake in Japan in 1707 forced deeper magma up into a shallow chamber, triggering a huge blast at Mount Fuji 49 days later. There was also the M 7.2 earthquake on Hawaii’s Kilauea volcano on November 29th, 1975, which was quickly followed by a short-lived eruption.

However, there are other examples showing that a major earthquake has not been followed by an eruption. One of the best example was in Japan in 19 when Japanese scientists feared the powerful M 9.1 Tohoku earthquake on March 11th, 2011 might wake up Mount Fuji, which it never did!

The triggering mechanisms for earthquakes are not well understood, and papers linking quakes to later eruptions can really only speculate. It is quite possible that the timing in all these examples was just a coincidence. Geologists must understand the specific triggering and rule out chance before a connection can be definitively made.

Sometimes, reference is made to history to show the correlation between earthquakes and volcanic eruptions. A 2009 paper used historical data to show that that M 8.0 quakes in Chile are associated with significantly elevated eruption rates in certain volcanoes as far as 500 kilometres away. The problem is that these sorts of historical data are not really reliable. Indeed, major earthquakes and large volcanic eruptions are both relatively infrequent events, and scientists have only been reliably keeping these records for the last half century or more, depending on the region.

Many data points in the past come from fairly ambiguous news reports and journal entries. For instance, in 1840, Darwin gathered eyewitness information on some minor changes at Chilean volcanoes following the powerful quake there in 1836. However, it is unclear if any eruptions took place.

Simulations were performed in laboratory in 2016 and 2018 to try and understand magma behaves within the chamber and how this behaviour might eventually trigger earthquakes. However, no real correlation between earthquakes and volcanic eruptions came out of these experiments.

Adapted from a 2018 article in the National Geographic.

La Ceinture de Feu du pacifique, une zone sismique et volcanique très active (Source: Wikipedia)

Le Mont Fuji, un volcan sous surveillance (Crédit photo: Wikipedia)

Mt Agung (Bali / Indonésie)

L’ Agung a connu une nouvelle séquence éruptive le vendredi 24 mai 2019. Elle a duré quatre minutes et 30 secondes et projeté des matériaux sur un rayon de 2,5 à 3 km. La cendre est retombée sur des dizaines de villages, mais aucune victime n’a été signalée et aucune évacuation n’a eu lieu. Certains vols ont été annulés vers et depuis l’Australie, mais l’aéroport international fonctionne de nouveau normalement. Le niveau d’alerte reste à trois (SIAGA) et une zone d’exclusion de 4 km a été établie.
Source: VSI, presse locale et internationale.
D’autres événements explosifs semblables sont susceptibles de se reproduire, chaque fois que la pression des gaz détruira le dôme de lave dans le cratère. L’aéroport international de Bali rencontre des problèmes lorsque les vents poussent la cendre dans la mauvaise direction. Des vols peuvent être annulés. Il convient de noter qu’aucun progrès n’a été réalisé depuis l’éruption islandaise de l’Eyjafjallajökull en 2010.

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Mt Agung went through another eruption on Friday, May 24th, 2019. It lasted for four minutes and 30 seconds, spraying lava and rock showers over a 2.5- to 3-kilometre radius. Ash fell over dozens of villages, but no casualties were reported and no evacuations took place. Some flights were canceled to and from Australia after the eruption, but normal operations have since resumed. The alert level remains at level three (SIAGA) and a 4 kilometre exclusion zone has been established.
Source: VSI, local and international press.
Similar explosive events are likely to take place again, each time gas pressure destroys the lava dome within the crater. Bali’s international airport when the winds blow the ash in the wrong direction. Flights may also be cancelled. It should be noted no progress has been made since the Icelandic eruption of Eyjafjallajökull in 2010.

Sinabung (Indonésie)

Quelques jours après que le niveau d’alerte ait été abaissé à 3 (sur une échelle de 4), une nouvelle puissante éruption a été observée sur lemont Sinabung à 02h53 (heure locale) le 25 mai 2019. Elle a duré environ 43 minutes. Le panache de cendres s’est élevé à 4,6 km au dessus du niveau de la mer. La couleur de l’alerte aériennena été portée au Rouge.
Une éruption relativement forte avait déjà eu lieu sur le volcan le 7 mai 2019. Cette fois, de fortes retombées de cendres ont été signalées dans plusieurs villages autour du volcan. .
Source: Journaux indonésiens.

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A few days after the alert level was lowered to 3 (on a scale of 4), another powerful eruption took place at Mt Sinabung at 02:53 (local time) on May 25th, 2019. It lasted about 43 minutes. The ash plume rose to 4.6 km above sea level. The Aviation Color Code was raised to Red.
A relatively strong eruption had already taken place at the volcano on May 7th, 2019. This time, heavy ashfall was reported in several villages around the volcano. .
Source: Indonesian newspapers.

L’éruption mystère des Champs Phlégréens (Italie) // The mystery eruption of the Phlegrean Fields (Italy)

Les Campi Flegrei – Champs Phlégréens en français – sont considérés comme l’un des volcans les plus dangereux sur Terre, d’autant plus qu’il se situe à la périphérie de Naples, dans une région densément peuplée. Les Champs Phlégréens forment une vaste caldeira de 13 km de large au sein de laquelle on trouve de nombreux anneaux de tuf phréatique et des cônes pyroclastiques. La région est bien connue pour ses épisodes bradysismiques qui se caractérisent par des soulèvements et des affaissements du sol. On peut parfaitement voir les signes de ce phénomène sur les colonnes du temple de Sérapis à Pouzzoles. La dernière éruption des Champs Phlégréens a eu lieu en 1528.
Dans une récente étude publiée dans la revue Geology, des chercheurs de l’Université d’Oxford ont fait remonter aux Champs Phlégréens une éruption préhistorique de grande envergure qui avait recouvert de cendre la Méditerranée il y a 29 000 ans. Ce qui est intéressant, c’est que les recherches ont réduit considérablement l’intervalle de temps qui sépare les éruptions de ce volcan.
L’étude britannique situe le moment de cette éruption majeure entre deux éruptions bien connues des Champs Phlégréens, il y a 15 000 et 40 000 ans. Depuis la fin des années 1970, les scientifiques ont identifié une couche de cendre volcanique préhistorique dans des carottes de sédiments extraites de sites couvrant une superficie de 150 000 km2 en Méditerranée centrale. Cette couche de cendre indique clairement qu’une grande éruption volcanique a eu lieu. Bien que la région soit bien connue pour ses nombreux volcans actifs, tels que le Vésuve, les scientifiques n’avaient encore pas réussi à faire correspondre cette couche de cendre plus ancienne et plus étendue à un volcan ou une éruption spécifique.
Les chercheurs de l’Université d’Oxford ont identifié un dépôt de matériaux  riche en cendre dans la ville de Naples, produit par les Champs Phlégréens, et dont la composition chimique correspond à la couche de cendre préhistorique identifiée dans la région méditerranéenne.
Les scientifiques ont éprouvé des difficultés pour attribuer de manière irréfutable ces retombées de cendre aux Champs Phlégréens car il y existait peu de preuves d’une importante éruption à proximité du volcan. Cela est dû en partie au fait qu’une puissante éruption plus récente avait enseveli la région de Naples sous une épaisse couche de cendre qui dissimulait en grande partie les preuves de cet événement plus ancien. En établissant un lien entre l’épaisseur des dépôts de cendre trouvés à Naples et ceux conservés dans des carottes de sédiments prélevées en Méditerranée centrale, il a été possible d’apporter des preuves sur l’envergure de cette éruption majeure.
L’étude montre l’importance de prendre en compte les retombées de cendre retombées à une grande distance du volcan lorsque l’on essaye de retrouver le moment et l’ampleur des éruptions explosives du passé.
Source: Université d’Oxford, The Watchers.

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The Campi Flegrei – or Phlegrean Fields – are considered as one of the most dangerous volcanoes in the world, all the more as they are located on the outskirts of Naples, in a densely populated area. The Phlegran Fields form a large 13-km-wide caldera that contains numerous phreatic tuff rings and pyroclastic cones. The region is well known for its bradyseismic episodes characterised by dramatic uplift and subsidence of the ground. Signs of thesde events can be clearly seen on the columns of Temple of Serapis in Pozzuoli. The last eruption of this volcano took place in 1528.

In a recent study published in the journal Geology, University of Oxford researchers have traced the origin of a large-scale pre-historic eruption that blanketed the Mediterranean region in ash 29 000 years ago to the Phlegrean Fields volcano. What is interesting is that the research drastically reduces the volcano’s eruption recurrence interval.

This research positions the timing of this large-scale eruption between two well-known large-scale eruptions of the volcano, at 15 000 and 40 000 years ago, drastically reducing the recurrence interval of large magnitude eruptions at the volcano.

Since the late 1970s scientists have identified the same pre-historic volcanic ash layer in sediment cores extracted from sites ranging across 150 000 km2 of the central Mediterranean. This widespread ash layer clearly indicated a large volcanic eruption. Although the region is well known for its many active volcanoes, such as Mount Vesuvius, scientists had failed to confidently match this older, far-ranging ash deposit to a specific volcano or eruption.

The University of Oxford reserachers have identified an ash rich-eruption deposit within the city of Naples which was produced by the Phlegean Fields and has a chemical composition that matches the prehistoric ash layer traced across the Mediterranean region.

It was difficult to reliably attribute this major ashfall event to the Phlegean Fields because there was limited evidence for a large eruption close to the volcano. This was in part because a more recent large-scale eruption of the volcano buried the Naples area in a thick ash deposit, largely concealing the evidence of this older event. By linking the thickness of the ash deposits found in Naples, to those preserved in cores from across the central Mediterranean, the model was able to demonstrate and provide important constraints on the size of this large magnitude eruption.

The study also highlights the importance of considering ashfall events preserved well away from the volcano when reconstructing the timing and scale of past explosive eruptions.

Source : University of Oxford, The Watchers.

Zone des Champs Phlégréens (Source: Wikipedia)