L'île de Santorin en Méditerranée attire les gens depuis des millénaires. Aujourd'hui, c'est magique de regarder le soleil se coucher depuis les falaises sur la baie profonde, entouré d'églises bleu cobalt et de maisons blanchies à la chaux. Ce lieu mystique attire environ 2 millions de touristes par an, ce qui en fait l'une des principales destinations en Grèce.

Tous ces visiteurs ne reconnaissent pas que Santorin est un volcan actif. En 1630 avant J.-C., le volcan a explosé et s'est effondré laissant derrière lui un trou presque circulaire. C'est la caldeira, visible aujourd'hui comme une baie remplie d'eau de mer et bordée de falaises. La grande explosion a couvert une ville de l'âge du bronze, enterrer des bâtiments dans des cendres volcaniques de deux étages de profondeur.

Les dernières coulées de lave ont éclaté en 1950 et ont élargi les îles qui se sont développées au centre de la caldeira. Récemment, en 2011-2012, le volcan a traversé une période de troubles. Le sol s'est gonflé, et de nombreux petits tremblements de terre se sont produits. Les scientifiques ont conclu qu'une petite quantité de magma a été injectée à environ 2,5 miles (4 kilomètres) sous la partie nord de la caldeira.

Ce qui m'a attiré dans ce lieu emblématique, c'est que la majeure partie du volcan est immergée sous l'eau. Je suis un géophysicien qui s'intéresse à la façon dont le magma se déplace profondément dans la Terre. Durant la dernière décennie, J'ai utilisé une technologie de pointe pour améliorer la façon dont nous «voyons» les voies autrement cachées du magma sous les volcans du monde entier.

Utiliser le son pour voir ce qu'il y a sous la surface

Dans les années 1780, Le scientifique français Ferdinand Fouquet s'est rendu à Santorin pour observer une éruption en cours. Il fut le premier à comprendre comment s'était formée la dépression de surface volcanique connue sous le nom de caldeira. Comme le magma s'est vidé de son réservoir souterrain pendant l'éruption, le toit de roche qui le recouvrait s'est effondré. Les flancs du volcan qui sont restés forment l'anneau d'îles visible aujourd'hui au-dessus de l'eau.

Mon projet de recherche visait à approfondir, au sens propre, que ce que nous pouvons voir de la surface pour comprendre ce qui se passe dans ce volcan toujours actif. Une couverture d'eau sur tout, à l'exception du sommet du volcan de Santorin, signifiait que je pouvais utiliser des sources sonores marines pénétrant en profondeur pour "éclairer" les structures souterraines. Mes collaborateurs internationaux et moi voulions trouver l'emplacement et la profondeur où le magma s'accumulait et quelle quantité de magma il y a actuellement.

Nous avons effectué nos travaux à partir du N/R Marcus Langseth, un navire sismique marin américain. C'est le seul navire universitaire doté d'une source sonore capable d'imaginer les profondeurs d'un volcan. Cette technologie est controversée en raison de l'impact potentiel des sons forts sur la faune marine et de son utilisation intensive par les sociétés d'exploration pétrolière.

Nous avons passé des mois à obtenir des permis environnementaux et à trouver la conception optimale pour l'expérience. Le navire transportait une équipe d'observateurs biologiques expérimentés qui ont étudié la mer à la fois au-dessus et au-dessous de l'eau à la recherche d'espèces sensibles au bruit ou menacées. S'il en a été observé à distance, nous devions suivre un ensemble prescrit d'actions pour nous assurer qu'ils ne seraient pas dérangés. Après toute cette préparation, bien que, nous n'avons vu presque aucune faune pendant l'expédition.

Notre méthode "d'imagerie sismique à source active" revient à faire une image CAT-scan de l'intérieur de la Terre. Au lieu de construire une image à l'aide de rayons X, bien que, nous utilisons des ondes sonores générées par 36 lourds, des cartouches métalliques, appelées canons à air comprimé, qui sont remorquées profondément dans l'eau derrière le navire. Quand les armes à air s'ouvrent, l'air comprimé pousse sur l'eau de mer, créant une onde sonore qui voyage à travers la Terre.

Dans ce cas, le son voyage à travers les rochers sous le volcan. Ensuite, des capteurs sismiques reposant sur le fond marin de l'autre côté du volcan enregistrent lorsque le son les atteint. L'équipe a installé 65 de ces stations à terre, à travers Santorin et les îles voisines, et a laissé tomber 90 autres stations sur le fond marin.

Nous devons utiliser un timing très précis pour mesurer combien de temps il faut à l'énergie sonore pour traverser les différentes parties du volcan. L'énergie de la source sonore voyagera plus lentement à travers les roches brisées ou chaudes et contenant du magma. Lorsque nous sondons la structure dans de nombreuses directions différentes et à de nombreuses profondeurs différentes, nous pouvons récupérer une image détaillée de l'intérieur de la Terre.

Pour récupérer les données du fond marin, nous envoyons un signal sonore spécial au capteur - comme un appel d'oiseau - qui commande à l'instrument de jeter son ancre. Ensuite, tout le monde scrute la mer à la recherche de l'instrument. Pendant la journée, nous cherchons un drapeau orange joyeux, la nuit, une lumière stroboscopique facilite cette tâche. Notre navire manœuvre à côté de l'instrument et un membre d'équipage se penche sur le côté, accroche l'instrument à une longue perche et le ramène à bord. Les données sont en main.

Remplir l'image du sous-sol

L'analyse des données sismiques est une tâche énorme. Cela nécessitait une inspection expérimentée par un doctorat. l'étudiant Ben Heath et l'étudiante à la maîtrise Brennah McVey. Nous avons ensuite utilisé la tomographie sismique pour réaliser les premières « photographies » détaillées de la structure souterraine de Santorin. Le terme tomographie vient des mots grecs « tomos » pour slice et « graphos » pour draw. Un code informatique fondamentalement sophistiqué crée un modèle numérique tridimensionnel de l'objet d'intérêt en fonction de la vitesse des ondes sonores qui le traversent.

Étonnamment, nous avons trouvé une zone étroite de roche effondrée cachée dans la large caldeira de Santorin. Les études géologiques des éruptions de Santorin ne nous avaient pas permis de prévoir qu'il y aurait un volume confiné de roches dans la partie nord de la caldeira que le son traversait plus lentement. Nous pensions plutôt que toute la caldeira serait remplie de ce type de roche brisée à faible profondeur. Notre découverte signifiait que la partie effondrée de la caldeira était beaucoup plus étroite et plus profonde qu'il n'y paraît de la surface.

Cette colonne de roche perturbée mesure moins de 3 km de diamètre, petite par rapport à la taille de la caldeira de 10 km de large. La structure descend dans le sol à 2 miles (3 km) sous le fond de la baie. Ces roches doivent contenir de nombreuses lacunes remplies d'eau pour avoir suffisamment ralenti l'énergie sismique que nous avons enregistrée.

Pour comprendre comment ce volume unique de roche perturbée s'est formé, nous nous sommes appuyés sur les connaissances existantes de la plus récente grande explosion de Santorin, l'éruption de l'âge du bronze tardif en 1630 av. Alors que le magma sortait du sous-sol, cela a provoqué la rupture des roches sus-jacentes. À la fois, des explosions souterraines ont fracturé les roches au contact du magma et de l'eau. Puis, au-dessus de cette colonne qui s'effondre, la dépression du fond marin s'est remplie de dépôts volcaniques poreux provenant de l'éruption elle-même. Finalement, toute la baie s'est effondrée et des inondations rapides ont formé une vague de tsunami.

Ce qui est particulièrement intéressant dans nos découvertes, c'est que le magma continue de s'accumuler directement sous la colonne de roche perturbée, des milliers d'années après l'explosion qui a initialement créé la caldeira. Mes collègues et moi pensons que la montée du magma s'arrête sous le poids réduit de la roche brisée dans la colonne effondrée.

Nos recherches aident à expliquer comment les systèmes magmatiques sont réinitialisés et repoussent après des épisodes volcaniques majeurs.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.