La roche en fusion qui alimente les volcans peut être stockée dans la croûte terrestre jusqu'à mille ans, un résultat qui peut aider à la gestion des risques volcaniques et à une meilleure prévision du moment où les éruptions pourraient se produire.

Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont utilisé des minéraux volcaniques connus sous le nom d'« horloges à cristal » pour calculer combien de temps le magma peut être stocké dans les parties les plus profondes des systèmes volcaniques. Il s'agit de la première estimation des temps de stockage du magma près de la limite de la croûte terrestre et du manteau, appelé le Moho. Les résultats sont publiés dans le journal Science .

"C'est comme un travail de détective géologique, " a déclaré le Dr Euan Mutch du Département des sciences de la Terre de Cambridge, et le premier auteur de l'article. "En étudiant ce que nous voyons dans les roches pour reconstituer à quoi ressemblait l'éruption, nous pouvons également savoir dans quelles conditions le magma est stocké, mais il est difficile de comprendre ce qui se passe dans les parties les plus profondes des systèmes volcaniques."

« Déterminer combien de temps le magma peut être stocké dans la croûte terrestre peut aider à améliorer les modèles des processus qui déclenchent les éruptions volcaniques, " a déclaré le co-auteur, le Dr John Maclennan, également du Département des sciences de la Terre. "La vitesse de montée et de stockage du magma est étroitement liée au transfert de chaleur et de produits chimiques dans la croûte des régions volcaniques, ce qui est important pour l'énergie géothermique et la libération de gaz volcaniques dans l'atmosphère."

Les chercheurs ont étudié l'éruption Borgarhraun du volcan Theistareykir dans le nord de l'Islande, qui s'est produit environ 10, il y a 000 ans, et a été alimenté directement par le Moho. Cette zone limite joue un rôle important dans le traitement des fontes lorsqu'elles se déplacent de leurs régions sources dans le manteau vers la surface de la Terre. Pour calculer combien de temps le magma a été stocké dans cette zone limite, les chercheurs ont utilisé un minéral volcanique connu sous le nom de spinelle comme un petit chronomètre ou une horloge en cristal.

En utilisant la méthode de l'horloge à cristal, les chercheurs ont pu modéliser comment la composition des cristaux de spinelle a changé au fil du temps pendant que le magma était stocké. Spécifiquement, ils ont examiné les taux de diffusion de l'aluminium et du chrome dans les cristaux et comment ces éléments sont « zonés ».

"La diffusion d'éléments permet d'amener le cristal en équilibre chimique avec son environnement, " a déclaré Maclennan. " Si nous savons à quelle vitesse ils se diffusent, nous pouvons déterminer combien de temps les minéraux ont été stockés dans le magma. "

Les chercheurs ont examiné comment l'aluminium et le chrome étaient zonés dans les cristaux, et s'est rendu compte que ce modèle leur disait quelque chose d'excitant et de nouveau sur le temps de stockage du magma. Les taux de diffusion ont été estimés à l'aide des résultats d'expériences de laboratoire antérieures. Les chercheurs ont ensuite utilisé une nouvelle méthode, combinant la modélisation par éléments finis et l'échantillonnage emboîté bayésien pour estimer les échelles de temps de stockage.

"Nous avons maintenant de très bonnes estimations en termes d'origine du magma en termes de profondeur, " a déclaré Mutch. " Personne n'a jamais obtenu ce genre d'informations sur l'échelle de temps de la croûte plus profonde. "

Le calcul du temps de stockage du magma a également aidé les chercheurs à déterminer comment le magma peut être transféré à la surface. Au lieu du modèle classique d'un volcan avec une grande chambre magmatique en dessous, les chercheurs disent qu'au lieu de cela, cela ressemble plus à un « système de plomberie » volcanique s'étendant à travers la croûte avec de nombreux petits « becs » où le magma peut être rapidement transféré à la surface.

Un deuxième article de la même équipe, récemment publié dans Nature Geoscience, ont constaté qu'il existe un lien entre la vitesse d'ascension du magma et la libération de CO2, ce qui a des implications pour la surveillance des volcans.

Les chercheurs ont observé qu'une quantité suffisante de CO2 avait été transférée du magma au gaz au cours des jours précédant l'éruption pour indiquer que la surveillance du CO2 pourrait être un moyen utile de repérer les précurseurs des éruptions en Islande. Basé sur le même ensemble de cristaux de Borgarhraun, les chercheurs ont découvert que le magma peut s'élever d'une chambre à 20 kilomètres de profondeur jusqu'à la surface en aussi peu que quatre jours.