Un instrument sismique (long cylindre noir, à droite) installé en 2013 sur une plaque métallique triangulaire plane sur le fond marin au sommet du volcan Axial. La plaque verte contient l'électronique qui communique entre l'instrument et le câble orange renvoyant les données à terre dans le cadre de l'Initiative des observatoires océaniques de la National Science Foundation. Crédit :Université de Washington/OOI-NSF/CSSF-ROPOS
Le craquement, le renflement et les secousses de l'éruption d'un volcan d'un kilomètre de haut où deux plaques tectoniques se séparent ont été capturées plus en détail que jamais auparavant. Une étude de l'Université de Washington publiée cette semaine montre comment le volcan s'est comporté lors de son éruption du printemps 2015, révélant de nouveaux indices sur le comportement des volcans où deux plaques océaniques se séparent.
"Le nouveau réseau nous a permis de voir avec des détails incroyables où sont les défauts, et qui étaient actifs lors de l'éruption, " a déclaré l'auteur principal William Wilcock, professeur d'océanographie à l'UW. Le nouveau papier en Science est l'une des trois études publiées ensemble qui fournissent les premières analyses formelles des vibrations sismiques, mouvements du fond marin et roches créées lors d'une éruption d'avril 2015 au large de la côte de l'Oregon. "Nous avons une nouvelle compréhension du comportement de la dynamique de la caldeira qui peut être appliquée à d'autres volcans du monde entier."
Les études sont basées sur les données collectées par le Cabled Array, un projet financé par la National Science Foundation qui apporte l'énergie électrique et Internet au fond marin. L'observatoire, achevé quelques mois seulement avant l'éruption, fournit de nouveaux outils pour comprendre l'un des sites tests pour comprendre le volcanisme terrestre.
"Le volcan Axial a eu au moins trois éruptions, que nous connaissons, au cours des 20 dernières années, " a déclaré Rick Murray, directeur de la Division des sciences océaniques de la NSF, qui a également financé la recherche. "Les instruments utilisés par les scientifiques de l'Ocean Observatories Initiative nous offrent de nouvelles opportunités pour comprendre le fonctionnement interne de ce volcan, et des mécanismes qui déclenchent les éruptions volcaniques dans de nombreux environnements.
"Les informations nous aideront à prédire le comportement des volcans actifs dans le monde, ", a déclaré Murray.
C'est un fait peu connu que la majeure partie du volcanisme terrestre se déroule sous l'eau. Le volcan Axial s'élève à 0,7 milles du fond marin à quelque 300 milles au large de la côte nord-ouest du Pacifique, et son pic se situe à environ 0,85 milles sous la surface de l'océan. Comme sur terre, nous en apprenons davantage sur les volcans océaniques en étudiant les vibrations pour voir ce qui se passe profondément à l'intérieur lorsque les plaques se séparent et que le magma se précipite pour former une nouvelle croûte.
Les indices sismiques montrent qu'avant et pendant l'éruption, la roche dans la caldeira s'est déplacée le long de failles inclinées vers l'extérieur (lignes noires) lorsque le volcan a gonflé puis s'est effondré. Ce type de défaut avait été suggéré à partir de modèles, mais jamais confirmé à ce niveau de détail. La lave en fusion s'est élevée jusqu'au fond marin sous le bord est de la caldeira, puis vers le nord. Crédit :William Wilcock/Université de Washington
L'emplacement sous-marin présente certains avantages. La croûte océanique typique n'a que 4 miles (6 km) d'épaisseur, environ cinq fois plus mince que la croûte qui se trouve sous les volcans terrestres. La chambre magmatique n'est pas enfouie aussi profondément, et la roche dure de la croûte océanique génère des images sismiques plus nettes.
"L'un des avantages que nous avons avec les volcans du fond marin est que nous savons très bien où se trouve la chambre magmatique, " a déclaré Wilcock.
"Le défi dans les océans a toujours été d'obtenir de bonnes observations de l'éruption elle-même."
Tout cela a changé lorsque le réseau câblé a été installé et que les instruments ont été allumés. L'analyse des vibrations avant et pendant l'événement montre un nombre croissant de petits tremblements de terre, jusqu'à des milliers par jour, dans les mois précédents. Les vibrations montrent également un fort déclenchement de marée, avec six fois plus de tremblements de terre à marée basse qu'à marée haute alors que le volcan approchait de son éruption.
Une fois la lave émergée, le mouvement a commencé le long d'une fissure nouvellement formée, ou digue, qui s'inclinait vers le bas et vers l'extérieur à l'intérieur de la caldeira de 2 milles de large sur 5 milles de long.
« Il y a eu un débat de longue date parmi les volcanologues sur l'orientation des failles annulaires sous les caldeiras :s'inclinent-elles vers ou à partir du centre de la caldeira ? dit Wilcock. « Nous avons pu détecter de petits séismes et les localiser très précisément, et voir qu'ils étaient actifs pendant que le volcan se gonflait."
Les instruments sismiques (carrés noirs) ont enregistré des vibrations pendant l'éruption, et les scientifiques ont retracé cette activité jusqu'à son heure et son lieu d'origine. Les points bruns et rouges montrent les tremblements de terre avant et pendant l'éruption d'avril 2015, et les points violets montrent des explosions sismiques dans les semaines qui suivent. Les taches violettes montrent de nouvelles coulées de lave de l'événement de 2015. Crédit :William Wilcock/Université de Washington
Les deux éruptions précédentes ont envoyé de la lave au sud du cratère rectangulaire du volcan. Cette éruption a produit de la lave au nord. L'analyse sismique montre qu'avant l'éruption, le mouvement était sur la faille annulaire plongeante vers l'extérieur. Puis une nouvelle fissure ou digue s'est formée, initialement le long de la même faille à pendage vers l'extérieur sous le mur oriental de la caldeira. La faille inclinée vers l'extérieur a été prédite par ce qu'on appelle des "modèles de bac à sable, " mais ce sont les observations les plus détaillées pour confirmer qu'elles se produisent dans la nature. Cette fissure s'est déplacée vers le sud le long de cet avion jusqu'à ce qu'elle atteigne la limite nord de l'éruption précédente de 2011.
« Dans les zones qui ont récemment éclaté, le stress a été soulagé, " a déclaré Wilcock. " La fissure a donc cessé de se diriger vers le sud, puis elle a commencé à se diriger vers le nord. " Les preuves sismiques montrent que la fissure est allée vers le nord le long du bord est de la caldeira, puis la lave a percé la surface de la croûte et a éclaté à l'intérieur puis à l'extérieur du bord nord-est de la caldeira.
La digue, ou craquer, puis s'est dirigé vers l'ouest et a suivi une ligne au nord de la caldeira jusqu'à environ 15 km au nord du volcan, avec des milliers de petites explosions en route.
"A l'extrémité nord, il y a eu deux grosses éruptions et celles-ci ont duré près d'un mois, en fonction du moment où les explosions se produisaient et du moment où la chambre magmatique se dégonflait, " a déclaré Wilcock.
L'activité s'est poursuivie tout le mois de mai, puis la lave a cessé de couler et les vibrations sismiques se sont arrêtées. Moins d'un mois plus tard, les tremblements de terre sont tombés à seulement 20 par jour.
Le volcan n'a pas encore commencé à produire plus de tremblements de terre alors qu'il se reconstruit progressivement vers une autre éruption, qui se produisent généralement tous les dix ans environ. L'observatoire centré sur le volcan Axial est conçu pour fonctionner pendant au moins 25 ans. "Le réseau câblé offre de nouvelles opportunités pour étudier le volcanisme et vraiment apprendre comment ces systèmes fonctionnent, " Wilcock a déclaré. "Ce n'est que le début."
