Sur une île idyllique de la mer Méditerranée, l'océan recouvre le site d'une vaste explosion volcanique d'il y a 3200 ans. A quelques centaines de kilomètres au nord-ouest, trois autres îles ont encore leurs histoires volcaniques d'il y a quelques millions d'années pour la plupart intactes. Pas d'explosions là-bas. Alors pourquoi les différences entre la caldeira de Santorin et l'Égine, Dômes de lave Methana et Poros ? Les chercheurs ont utilisé des recherches sur les « empreintes digitales » volcaniques et la tectonique des plaques pour découvrir pourquoi.

La fin d'une civilisation

Un gros volcan a explosé il y a environ 3200 ans, juste à côté de l'île de Santorin en Grèce aujourd'hui. Au cours de cette éruption, la roche liquide en fusion sous le sol (magma) a accumulé une pression immense, puis a éclaté en une explosion de lave. L'impact a été si intense que le volcan s'est effondré dans un immense bassin appelé caldeira.

Ce qui avait été une île-volcan, a ensuite été envahi par l'océan, un événement considéré en partie responsable de la disparition de la civilisation minoenne.

L'île de Santorin est devenue une destination de voyage populaire avec de grands navires océaniques naviguant sur la caldeira. Le village de Phira est perché au bord de la falaise des vestiges du volcan.

Aussi idyllique que cela puisse paraître, le volcan de Santorin sous l'océan constitue toujours le plus grand risque volcanique d'Europe, avec le volcan Vésuve en Italie.

Dentifrice plutôt que feu d'artifice

A quelques centaines de kilomètres au nord-ouest de Santorin, dans le golfe Saronique en Grèce, beaucoup plus près d'Athènes, un type complètement différent de "volcan" semble beaucoup moins dramatique.

Les petites îles d'Égine, Methana et Poros présentent des collines arrondies avec des routes qui montent en virages en épingle à cheveux. Ces collines ont aussi des ancêtres volcaniques, mais elles ne ressemblent en rien à Santorin.

Ici, la lave liquide n'a pas explosé lors d'une grande éruption.

"Il n'y a aucune preuve que de grands événements dramatiques aient jamais eu lieu sur ces îles, " dit le professeur Marlina A. Elburg, chercheur en géologie à l'Université de Johannesburg.

"De la lave épaisse et épaisse a suinté des chambres magmatiques sous le sol de ces îles il y a entre 5,3 et 2,6 millions d'années, pendant le Pliocène. La lave était si épaisse, c'était plus comme du dentifrice ou du mastic que du liquide. Il a formé des dômes de lave plutôt que des volcans de lave.

"Après quelques millions d'années d'altération, ce sont des collines bien camouflées, mais ils sont toujours considérés comme volcaniquement actifs, " elle dit.

Comment est-il possible que des volcans si proches dans le temps et l'espace géologiques puissent se comporter différemment ? Les chercheurs ont utilisé plusieurs techniques pour le savoir.

Trouver des « empreintes digitales » volcaniques

Elburg et co-auteur Ingrid Smet, un doctorat candidat à l'époque, analysé des échantillons de laves dans de nouvelles analyses de roches entières, dans une recherche publiée dans Lithos .

L'étude faisait suite à leurs recherches précédentes sur les laves de Methana, également publié dans Lithos .

Ils ont recherché les ratios d'éléments très spécifiques dans les échantillons, appelées signatures isotopiques. Les signatures isotopiques fonctionnent de la même manière que les « empreintes digitales » des laves :elles aident les chercheurs à comprendre de quoi étaient faites les laves, où, et quand ils ont été formés.

"La plupart des signatures isotopiques correspondaient à ce que l'on pourrait attendre de l'endroit où les îles sont situées dans l'arc volcanique égéen, " dit Elburg.

Mais il y avait aussi des surprises.

Machine de recyclage souterraine

Sous tous ces volcans d'Égine, Méthane, Poros et Santorin, quelque chose d'autre se passe au plus profond de la croûte de la planète Terre. L'arc volcanique égéen s'étend à peu près d'est en ouest sous la mer Méditerranée. Cet arc est l'endroit où la plaque tectonique africaine "plonge sous" la microplaque égéenne.

Le processus de « plongée sous » est appelé subduction par les géologues. Cela signifie qu'une partie de la croûte externe froide de la Terre commence à se déplacer sous une autre partie de la croûte, se «recycler» à l'intérieur de la roche liquide chaude du manteau terrestre.

Les îles d'Egine, Méthane, Poros et Santorin ne sont pas que des îles avec des volcans. Tous font partie intégrante de la «machine de recyclage» de la Terre qui continue de renouveler la croûte sous les océans de la planète.

Cela soulève la question :pourquoi ces îles ont-elles des « histoires de lave » si différentes, même si tous sont au bord de la plaque égéenne ?

Certaines des réponses ont à voir avec ce qui se passe dans les "mélanges" de lave pour les volcans.

Recettes de mélange de lave variable

La plaque africaine "plonge sous" la plaque égéenne dans une fosse océanique de la mer Méditerranée. Cela se produit très lentement à quelques centimètres par an. Ce qui signifie que le basalte froid immaculé de la croûte de la plaque africaine descendante a trempé dans l'eau de l'océan pendant des millions d'années avant d'entrer dans le magma beaucoup plus chaud sous la plaque égéenne dominante.

"La croûte de la plaque descendante est maintenant constituée de roches altérées, contenant des minéraux avec de l'eau en eux. Ces minéraux deviennent instables lors de la subduction en raison de l'augmentation de la pression et de la température, et libèrent leur eau, " dit Elburg.

"Cette eau abaisse le point de fusion du manteau, similaire à ce qui se passe lors de l'ajout de sel à la glace. C'est pourquoi le manteau sous le chevauchement commence à fondre. C'est cette matière en fusion, ou magma, qui coule / suinte des volcans / des dômes de lave sous forme de lave."

Un autre ingrédient possible des laves différentes sont les sédiments dans la fosse océanique de la zone de subduction. À l'arc égéen, la plaque descendante est recouverte d'un amas très épais de sédiments océaniques. Une partie des sédiments est une ancienne croûte continentale.

Une grande partie de ces sédiments est « raclée » lorsque la plaque s'enfonce et forme un coin d'accrétion (ou d'accumulation). Cependant, une partie descend également dans le manteau et se mélange avec le coin du manteau en fusion, elle dit.

Même plaque, laves différentes

Depuis Égine, Méthane, Les volcans Poros et Santorin font tous partie de la même zone de subduction, l'activité volcanique différente soulève plusieurs grandes questions. L'un d'eux est :

Pourquoi l'épaisse lave en blocs des centres volcaniques occidentaux d'Égine, Methana et Poros il y a 2,5 à 2 millions d'années, mais de la lave liquide à Santorin 3, il y a 200 ans ?

Les réponses à cette question créent d'autres questions sur le comportement de recyclage de la planète sur laquelle nous vivons.

Mais les zones de subduction sont délicates à étudier. Il n'est pas possible d'aller à l'un d'entre eux et de revenir avec des échantillons de matériel. Les scientifiques ont encore besoin de mieux comprendre le rôle joué par la plaque prépondérante; quelle interaction existe-t-il entre les magmas ascendants et la croûte à travers laquelle ils remontent ; et si les magmas liés à la subduction obtiennent leur signature géochimique à partir des sédiments qui sont recyclés dans la terre, dit Elburg.

"Les réponses à ces questions peuvent nous aider à comprendre dans quelle mesure les processus de fusion qui ont commencé à plus de 100 kilomètres de profondeur dans le manteau, continuer lorsque le magma est plus proche de la surface de la terre, " elle dit.

"Ce processus de 'contamination crustale' est encore une 'machine de recyclage de la Terre', qui peuvent également influencer le potentiel des gisements de minerai - comme dans les Andes, où se trouvent d'importants gisements de cuivre, et où ce « recyclage intracrustal » jouerait un rôle important ».

Plus profond vs moins profond

Une façon d'étudier les laves consiste à placer des tranches minces (appelées sections minces) sous un microscope et à identifier les minéraux. Parce que les minéraux ont besoin de conditions différentes pour se former, leur présence peut en dire long sur l'endroit et la manière dont les magmas se sont mélangés.

Dans cette étude, les minéraux ont indiqué que les laves de Santorin étaient plus liquides car elles se sont formées à l'intérieur de chambres magmatiques moins profondes, tandis que les laves du centre volcanique occidental étaient plus épaisses et plus agglomérées car elles se sont formées dans des chambres magmatiques plus profondes.

"Les sections minces des laves de Santorin présentent des pyroxènes et un plagioclase important. Cela indique que le magma à partir duquel les cristaux se sont formés était situé à de faibles profondeurs dans la terre, " dit Elburg.

Et il y a une raison invisible pour laquelle le magma était à des profondeurs moins profondes à Santorin.

"La plaque tectonique au-dessus des chambres magmatiques de Santorin est en train d'être déchirée. En termes de géologie, il est sous extension localisée. Et parce que l'assiette s'allonge et que Santorin est au milieu, Santorin se trouve dans la partie la plus fine de l'assiette.

"Avec une chambre magmatique à une profondeur moindre, le toit s'effondrera lorsque la chambre commencera à se vider lors d'une éruption. Cela aggrave encore l'éruption et crée une caldeira, comme à Santorin, " Elle ajoute.

Pas d'explosion

En revanche, quand ils ont regardé les sections minces des laves épaisses en blocs d'Égine et de Méthana, ils ont trouvé de la hornblende. Le minéral était absent des laves de Santorin.

La hornblende ne peut se former que si le magma est suffisamment profond dans la Terre. Cela indique que les chambres magmatiques d'Égine et de Méthana devraient être situées plus profondément qu'à Santorin.

"Avec les chambres magmatiques plus profondes pour les volcans occidentaux d'Égine-Méthana-Poros, qui fait des changements dans la lave. Là, les chambres magmatiques sous les dômes de lave ne se sont pas effondrées. De plus, la cristallisation du groupe minéral des amphiboles qui comprend la hornblende, rend le magma plus visqueux, ou collant. Il est donc plus difficile pour le magma de remonter à la surface en premier lieu.

Plaque de chevauchement vs sédiment

Pour déterminer si la plaque dominante ou les sédiments océaniques ont été le facteur le plus important dans la création d'épaisses laves en blocs, les chercheurs ont analysé des « empreintes digitales de lave » spécifiques. Ces rapports isotopiques radiogéniques leur ont donné la meilleure indication sur les matériaux qui ont été mélangés dans les magmas souterrains pour ces laves.

"Nous avons comparé Santorin avec les laves d'Égine-Poros-Methana en termes de leur géochimie sur ⁸⁷ Sr/ ⁸⁶ Sr, ¹⁴³ Sd/ ¹⁴⁴ Sd et ²⁰⁸ Pb/ ²⁰⁴ Pb. Ils étaient nettement différents. Puis en combinant la signature isotopique radiogénique des laves avec des ratios d'oligo-éléments, nous avons réussi à identifier les sédiments descendants comme la plus grande influence créant d'épaisses laves en blocs, pas la plaque supérieure.

Aucune taille de lave

"Nous avons découvert qu'Égine et Methana-Poros ont leur propre histoire volcanique, même s'ils font partie de l'arc égéen.

"Cela signifie qu'une simple explication unique, sur la base de l'historique de la contamination crustale, car la différence de style éruptif par rapport à Santorin ne fonctionne pas.

« Les zones de subduction modernes ne se ressemblent pas toutes. Même dans un arc volcanique, more than one eruptive style points to differences in subduction processes, " concludes Elburg.