Fin décembre 2014, un volcan sous-marin dans le Royaume des Tonga du Pacifique Sud est entré en éruption, envoyant un violent jet de vapeur, cendres et rochers en l'air. Les panaches de cendres s'élevaient jusqu'à 30, 000 pieds (9 kilomètres) dans le ciel, vols de déviation. Lorsque les cendres se sont finalement déposées en janvier 2015, une île nouveau-née avec un sommet de 120 mètres niché entre deux îles plus anciennes - visible par les satellites dans l'espace.

L'île tongane nouvellement formée, officieusement connu sous le nom de Hunga Tonga-Hunga Ha'apai du nom de ses voisins, était initialement prévu pour durer quelques mois. Maintenant, il a un bail à vie de 6 à 30 ans, selon une nouvelle étude de la NASA.

Hunga Tonga-Hunga Ha'apai est la première île de ce type à éclater et à persister à l'ère moderne des satellites, il donne aux scientifiques une vue sans précédent de l'espace sur ses débuts et son évolution. La nouvelle étude offre un aperçu de sa longévité et de l'érosion qui façonne de nouvelles îles. La compréhension de ces processus pourrait également fournir des informations sur des caractéristiques similaires dans d'autres parties du système solaire, y compris Mars.

"Les îles volcaniques sont parmi les reliefs les plus simples à créer, " a déclaré le premier auteur Jim Garvin, scientifique en chef du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Notre intérêt est de calculer à quel point le paysage 3D évolue dans le temps, en particulier son volume, qui n'a été mesuré que quelques fois sur d'autres îles de ce type. C'est la première étape pour comprendre les taux et les processus d'érosion et pour déchiffrer pourquoi elle a persisté plus longtemps que prévu. »

L'île tongane est la troisième île volcanique "surtseyenne" au cours des 150 dernières années à émerger et à persister pendant plus de quelques mois. Surtsey est une île qui a commencé à se former lors d'un type d'explosif similaire, éruption marine au large des côtes islandaises en 1963.

Depuis les origines de l'île tongane, il a été suivi par mois, observations satellitaires à haute résolution, à la fois avec capteurs optiques et radar, qui voit à travers les nuages. Alerté de l'éruption volcanique par le programme de réponse rapide de la NASA pour les instruments du spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS), Garvin et ses collègues ont dirigé des satellites pour observer l'île dès la fin de l'éruption. En utilisant cette imagerie, l'équipe de recherche a dressé des cartes tridimensionnelles de la topographie de l'île et étudié l'évolution de ses côtes et de son volume au-dessus du niveau de la mer.

L'équipe a calculé deux scénarios potentiels affectant sa durée de vie. Le premier est un cas d'érosion accélérée par abrasion par les vagues, qui déstabiliserait le cône de tuf en six à sept ans, ne laissant qu'un pont terrestre entre les deux îles adjacentes plus anciennes. Le deuxième scénario suppose un taux d'érosion plus lent, qui laisse le cône de tuf intact pendant environ 25-30 ans.

Les différents scénarios sont dus à l'incertitude dans l'estimation du volume initial du cône de tuf insulaire immédiatement après l'éruption et avant que les premières images satellitaires stéréo soient acquises à trois mois. Ils reflètent également les différents taux d'érosion observés au cours des six premiers mois (accéléré) par rapport aux derniers (plus modérés). Leur analyse a été présentée lors de la réunion d'automne de l'American Geophysical Union à la Nouvelle-Orléans le 11 décembre.

Les changements les plus spectaculaires de l'île se sont produits au cours de ses six premiers mois. Initialement, la nouvelle île était relativement ovale et rattachée à son île voisine à l'ouest. Cependant, en avril, l'analyse des images satellites a révélé que sa forme avait radicalement changé.

"Ces falaises de cendres volcaniques sont assez instables, " a déclaré Dan Slayback, spécialiste de la télédétection et co-auteur de la NASA Goddard, à propos du recul des falaises du côté sud de l'île. L'action des vagues a ensuite redistribué les sédiments érodés pour former un pont terrestre vers l'île existante à l'est, il a dit.

En mai, le bord sud-est de la paroi intérieure du cratère a été balayé par l'océan Pacifique, ouvrant le lac de cratère à l'océan. À ce stade, Garvin et Slayback pensaient que cela pourrait être la fin de l'île. Mais en juin, l'imagerie satellite a montré qu'un banc de sable s'était formé, fermer le cratère. Alors que l'île continuait d'évoluer, il était plus stable fin 2016.

La nouvelle île est perchée sur le bord nord d'une caldeira au sommet d'un volcan sous-marin qui se dresse près de 4, 600 pieds (1, 400 mètres) au-dessus du fond marin environnant, selon les mesures bathymétriques en mer effectuées par la géologue et co-auteur Vicki Ferrini à l'observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'université Columbia à Palisades, New York.

Sous-marin, la base du nouveau dôme volcanique qui a formé l'île s'étend sur environ 0,6 mile (1 kilomètre) du rivage jusqu'au sol de la plus grande caldeira, qui fait environ trois milles (cinq kilomètres) de diamètre. Dans la partie la moins profonde de la zone d'étude la plus proche du côté sud de l'île, le fond marin se nivelle en une étagère presque plate, ce qui est probablement important pour expliquer le schéma de redistribution du matériau érodé, dit Ferrini.

Preuve d'éruptions passées d'autres, des dômes plus petits sont également apparents autour du bord de la caldeira, bien que peu cassent la surface.

"Il y a une énorme quantité de matériel qui est sorti de cette éruption, peut-être plus grand qu'à Surtsey, " a déclaré Ferrini. " L'autre chose intéressante est que les deux îles qui entourent cette nouvelle masse terrestre ont un substrat assez dur, il se passe donc quelque chose pour aider à ce que cela se solidifie et reste en place, chimiquement."

L'île de Surtsey, âgée de 54 ans, près de l'Islande, a survécu au-delà de ses premiers mois parce que l'eau de mer réchauffée a interagi avec les cendres après l'éruption, altérant chimiquement la roche fragile et facilement érodée en un matériau plus résistant. Garvin et Ferrini pensent que quelque chose de similaire a pu se produire avec cette nouvelle île. Leur prochaine étape est une analyse chimique détaillée des échantillons de roche.

L'île tongane pourrait également aider les chercheurs à comprendre les caractéristiques volcaniques de Mars qui se ressemblent.

"Tout ce que nous apprenons sur ce que nous voyons sur Mars est basé sur l'expérience de l'interprétation des phénomènes terrestres, " Garvin a déclaré. "Nous pensons qu'il y a eu des éruptions sur Mars à un moment où il y avait des zones d'eau de surface persistante. Nous pourrons peut-être utiliser cette nouvelle île tongane et son évolution comme moyen de tester si l'une d'entre elles représentait un environnement océanique ou un environnement lacustre éphémère."

Des environnements humides tels que ceux-ci combinés à la chaleur des processus volcaniques, il ajouta, peuvent être des emplacements privilégiés pour rechercher des preuves de la vie passée.