Pourquoi un supervolcan explose-t-il?
Article scientifique "Supervolcano eruptions driven by melt buoyancy in large silicic magma chambers"


 
Auteurs: Malfait W.J., Seifert R., Petitgirard S., Perrilat J-P., Mezouar M., OtaT., Nakamura E., Lerch P. and Sanchez-Valle C.
Journal: Nature Geoscience, Février 2014, Vol 7, pp122-125.

N'oubliez pas d'aller voir les questions à la suite du résumé de cet article....

Un court texte, des figures, une mini vidéo, des questions-réponses.

Résumé de l'article scientifique
Pouvons-nous nous attendre bientôt à une super-éruption et comment risque-t-elle de se déclencher? Selon les auteurs, les éruptions de supervolcans seraient provoquées par des contrastes de densités entre la chambre magmatique en partie fondue et les roches cristallines qui l'entourent. Une diminution de la densité du magma favoriserait son expulsion.

Les chercheurs ont reproduit en laboratoire les conditions d’une chambre magmatique d’un supervolcan. Ils ont analysé, à l’aide de rayons X, l’évolution d’un magma riche en silice (SiO2): en mesurant les densités d’échantillons de magma.

Un magma qui a fondu diminue sa densité. Si le contraste entre la densité du magma fondu et celle de la croûte qui l'entoure devient assez grand, une surpression se crée. Ce sera typiquement le cas au sommet de la chambre magmatique d’un supervolcan (voir Figures) où le magma fondu, donc de plus faible densité, cherchera à s'échapper.

Cette surpression fera apparaître des fissures dans la croûte terrestre entourant la chambre et forcera une expulsion du magma vers la surface. L’expansion du magma pourrait alors provoquer une éruption explosive. Concrètement, un magma rhyolitique (riche en silice) en partie fondu, d’une épaisseur de huit (8) kilomètres, pourrait dépasser le seuil critique de pression de 10-40 MPa (mega pascals) qui entamera le processus d'expulsion du magma vers la surface.

Le dépassement du contraste critique entre les densités va dépendre du pourcentage de magma fondu (rapport liquide /cristaux), de la quantité d’eau dans le magma, de la profondeur de la chambre magmatique et de la nature des roches environnantes. La croûte voisine a une densité typiquement de 2,7 à 2,8 kg/m3. Par contre i) plus la chambre magmatique sera profonde, ii) plus le magma contiendra d’eau, iii) plus son pourcentage de roche fondue sera grand, iv) plus l’environnement sera riche en silice, et alors plus ce magma pourra facilement provoquer la surpression critique.

Les causes de surpression souvent évoquées pour de plus petites éruptions volcaniques, ne peuvent facilement être retenues pour une super-éruption, puisque la région où se trouve le supervolcan est plus chaude et davantage déformable: les changements habituels de surpression qui provoquent les éruptions plus modestes, par exemple à l'arrivée d'un nouveau magma, sont dissipés dans ce milieu particulièrement chaud et malléable sous le supervolcan. Par contre, un échauffement local de la croûte permettra de modifier le degré de fusion du magma, ainsi sa densité.

Heureusement les magmas de supervolcans comme Yellowstone n'ont pas encore atteint le niveau de fusion partielle du magma qui provoquerait une prochaine éruption!

Définitions
magma (nom masculin)

Un magma est un mélange de roche en fusion, de gaz et de cristaux solides en proportions variables. Il se forme à haute température et haute pression en profondeur, par fusion partielle de la croûte terrestre ou du manteau terrestre. Moins dense que la roche solide qui l’entoure, le magma est entraîné vers la surface par la poussée d’Archimède. La densité d’un magma varie selon ses concentrations chimiques, sa température, sa pression, sa teneur en gaz: la densité du magma sera plus grande s’il est plus riche en cristaux. 

supervolcan (nom masculin)

Un supervolcan est un volcan qui a produit une éruption volcanique catastrophique à un moment de son histoire. Cette super-éruption est définie par les volcanologues comme ayant évacué 1000 km3 ou plus de magma. Elle se caractérise par un indice d’explosivité volcanique (VEI) de 8. La hauteur de la colonne de gaz et des fragments volcaniques peut aussi servir à établir le degré de VEI: elle est alors de 40km et plus et touche la stratosphère, la couche au dessus de la troposphère. Les exemples de super-éruption sont ceux du Taupo en Nouvelle Zélande il y a 26 500 ans, de Toba il y a 74 000 ans  en Indonésie (2800 km3), de Yellowstone il y a 640 000 ans aux EUA (1000 km3)  - mais il y a eu d’autres très grandes éruptions à Yellowstone.

Figures
La différence de densités entre celle du magma fondu et celle des roches cristallines environnantes provoque une super-éruption explosive. 
Chambre magmatique de supervolcan
Diminution de densité du magma
Éjection de magma
Début d'explosion

Minividéo


Quelques questions

  • A- Une super-éruption risque de se produire si:
    1) les cristaux sont plus nombreux dans le magma.
    2) les cristaux sont moins nombreux dans le magma.

  • B- Une super-éruption risque de se produire si:
    1)  la densité du magma monte à une valeur critique.
    2) la différence des densités magma fondu/roches cristallines environnantes atteint une valeur critique.

  • C- Un magma explosera plus facilement:
    1) s'il est plus riche en eau.
    2) s'il est moins riche en eau.

  • D- Une super éruption risque davantage d'avoir lieu si:
    1) un réchauffement local de la zone se produit.
    2) l’arrivée d’un nouveau magma se fait.


Réponse aux questions
A-2. En effet, une diminution de la quantité de cristaux correspond à une augmentation de la fraction fondue du magma et donc diminue la densité;
B-2. C'est le contraste de densités entre celle du magma et celle des roches environnantes qui est important;
C-1. Un magma qui contient plus d'eau pourra plus facilement atteindre un contraste critique de densités et donc une surpression critique;
D-1. Le réchauffement local permettra de faire fondre davantage de magma et ainsi diminuera sa densité. Cela augmentera le contraste des densités et favorisera une possible super-éruption.