Les « super éruptions » sont un phénomène bien connu en volcanologie. Certains volcans sur Terre comme le Toba (Indonésie) ou le Taupo (Nouvelle Zélande) se sont manifestés de cette manière très violente. Ces volcans peuvent produire des éruptions si puissantes qu’elles libèrent d’énormes nuages de poussière et de gaz toxiques dans l’atmosphère. Ils bloquent la lumière du soleil et modifient le climat d’une planète pendant des décennies. Les volcanologues parlent de « super éruption » lorsque les émissions de cendres et autres matériaux volcaniques atteignent au moins 1000 km3. C’est l’équivalent d’un indice 8 sur le VEI (Volcano Explosivity Index).

En étudiant la topographie et la composition minérale d’une partie de la région Arabia Terra dans le nord de la planète Mars, les scientifiques ont récemment trouvé des preuves de milliers de super éruptions.
En vomissant de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre, ces explosions ont secoué la surface martienne sur une période de 500 millions d’années il y a environ 4 milliards d’années. Les scientifiques ont fait état de cette estimation dans un article publié dans la revue Geophysical Research Letters en juillet 2021.
Selon un géologue du Goddard Space Flight Center de la NASA, « chacune de ces éruptions a eu un impact climatique important. Le gaz ainsi libéré a peut-être épaissi l’atmosphère ou bloqué le Soleil, rendant l’atmosphère plus froide. »
Après avoir projeté de la roche en fusion et du gaz à la surface de Mars et répandu une épaisse couche de cendre jusqu’à des milliers de kilomètres du site de l’éruption, le volcan qui fut le siège d’une super éruption s’est effondré et a formé une caldeira géante. Sept caldeiras identifiées surArabia Terra ont été les premières indications que la région a pu accueilli des volcans capables de super éruptions.
Autrefois considérés comme des dépressions laissées par les impacts d’astéroïdes sur la surface martienne il y a des milliards d’années, les scientifiques ont suggéré en 2013 que ces bassins pouvaient être des caldeiras volcaniques. Ils ont remarqué qu’ils n’étaient pas parfaitement ronds comme des cratères et qu’ils présentaient des signes d’effondrement.
L’analyse des scientifiques faisait suite aux travaux d’autres chercheurs qui avaient suggéré que les minéraux à la surface d’Arabia Terra étaient d’origine volcanique. Un autre groupe de recherche, après avoir appris que les bassins d’Arabia Terra pourraient être des caldeiras, avait calculé dans quels secteurs les cendres provenant d’éventuelles super éruptions se seraient déposées. En se déplaçant sous le vent, vers l’est, leur couche allait forcément s’amoindrir loin du centre éruptif, ou ce qu’il en reste, autrement dit la caldeira.
L’équipe scientifique a utilisé des images du spectromètre imageur compact du Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) pour identifier les minéraux à la surface de la planète. En observant les parois des canyons et des cratères à des centaines voire des milliers de kilomètres des caldeiras, là où les cendres auraient été transportées par le vent, les chercheurs ont identifié des minéraux volcaniques transformés en argile par l’eau, notamment la montmorillonite, l’imogolite et l’allophane. Ensuite, à l’aide d’images fournies par les caméras du MRO, l’équipe scientifique a réalisé des cartes topographiques en trois dimensions d’Arabia Terra. En superposant les données minérales sur les cartes topographiques des canyons et des cratères analysés, les chercheurs ont pu constater dans les gisements riches en minéraux que les couches de cendres étaient très bien conservées.

Les scientifiques qui avaient identifié les caldeiras en 2013 ont également calculé la quantité de matière qui aurait été émise par les volcans, en fonction du volume de chaque caldeira. Ces informations ont permis de calculer le nombre d’éruptions nécessaires pour produire l’épaisseur de cendres découvertes. Il s’est avéré qu’il y a eu des milliers d’éruptions.
Une question reste sans réponse: Comment une planète peut-elle avoir un seul type de volcan dans une région. Sur Terre, des volcans capables de super éruptions sont dispersés dans le monde entier et cohabitent avec d’autres types de volcans. Mars possède également de nombreux autres types de volcans, dont Olympus Mons, le plus grand volcan du système solaire. Olympus Mons est 100 fois plus grand en volume que le plus grand volcan sur Terre, le Mauna Loa à Hawaï. Arabia Terra est, jusqu’à présent, la seule région de Mars possédant des volcans explosifs.
Il est possible que les volcans super-éruptifs aient été concentrés dans certaines régions de la Terre mais aient été érodés physiquement et chimiquement ou se soient déplacés sur le globe à mesure que les continents se sont déplacés avec la tectonique des plaques. Il se peut que ces types de volcans explosifs existent également dans les régions de la lune Io de Jupiter ou ont pu avoir été regroupés sur Vénus. Quoi qu’il en soit, les chercheurs espèrent qu’Arabia Terra enseignera aux scientifiques quelque chose de nouveau sur les processus géologiques qui aident à façonner les planètes et les lunes.
Source : NASA.

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Some volcanoes can produce eruptions so powerful they release oceans of dust and toxic gases into the air, blocking out sunlight and changing a planet’s climate for decades. By studying the topography and mineral composition of a portion of the Arabia Terra region in northern Mars, scientists recently found evidence for thousands of super eruptions which are the most violent volcanic explosions known.

Spewing water vapour, carbon dioxide, and sulfur dioxide into the air, these explosions tore through the Martian surface over a 500-million-year period about 4 billion years ago. Scientists reported this estimate in a paper published in the journal Geophysical Research Letters in July 2021.

According to a geologist at NASA’s Goddard Space Flight Center, “each one of these eruptions had a significant climate impact. Maybe the released gas made the atmosphere thicker or blocked the Sun and made the atmosphere colder.”

After blasting molten rock and gas through the surface and spreading a thick blanket of ash up to thousands of kilometres from the eruption site, a volcano of this magnitude collapses into a giant caldera. Seven calderas in Arabia Terra were the first indications that the region may once have hosted volcanoes capable of super eruptions.

Once thought to be depressions left by asteroid impacts to the Martian surface billions of years ago, scientists first proposed in a 2013 study that these basins were volcanic calderas. They noticed that they were not perfectly round like craters, and they had some signs of collapse.

The scientists’ analysis followed up on the work of other scientists who earlier suggested that the minerals on the surface of Arabia Terra were volcanic in origin. Another research group, upon learning that the Arabia Terra basins could be calderas, had calculated where ash from possible super eruptions in that region would have settled: travelling downwind, to the East, it would thin out away from the center of the volcanoes, or what is left of them: the calderas.

The scientific team used images from the Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)’s Compact Imaging Spectrometer to identify the minerals in the surface. Looking in the walls of canyons and craters from hundreds to thousands of kilometres from the calderas, where the ash would have been carried by wind, they identified volcanic minerals turned to clay by water, including montmorillonite, imogolite, and allophane. Then, using images from MRO cameras, the team made three-dimensional topographic maps of Arabia Terra. By laying the mineral data over the topographic maps of the canyons and craters analyzed, the researchers could see in the mineral-rich deposits that the layers of ash were very well preserved.

The same scientists who originally identified the calderas in 2013 also calculated how much material would have exploded from the volcanoes, based on the volume of each caldera. This information allowed to calculate the number of eruptions needed to produce the thickness of ash they found. It turned out there were thousands of eruptions.

One remaining question is how a planet can have only one type of volcano littering a region. On Earth volcanoes capable of super eruptions are dispersed around the globe and exist in the same areas as other volcano types. Mars, too, has many other types of volcanoes, including Olympus Mons, the biggest volcano in the solar system. Olympus Mons is 100 times larger by volume than Earth’s largest volcano of Mauna Loa in Hawaii.. Arabia Terra so far has the only evidence of explosive volcanoes on Mars.

It is possible that super-eruptive volcanoes were concentrated in regions on Earth but have been eroded physically and chemically or moved around the globe as continents shifted due to plate tectonics. These types of explosive volcanoes also could exist in regions of Jupiter’s moon Io or could have been clustered on Venus. Whatever the case may be, the researchers hope Arabia Terra will teach scientists something new about geological processes that help shape planets and moons.

Source: NASA.

Olympus Mons (Source: NASA)