La forme des volcans et de leurs cratères fournit des informations essentielles sur leur formation et leur histoire éruptive. Les techniques appliquées aux photographies - la photogrammétrie - sont prometteuses et utiles pour corréler le changement de forme au fond volcanique et à l'activité éruptive.

Les changements dans la forme du volcan - la morphologie - qui se produisent avec les éruptions majeures sont quantifiables, mais activité volcanique de fond, se manifestant par des explosions de petit volume et l'effondrement des parois du cratère, peuvent également provoquer des changements de morphologie et ne sont pas bien quantifiés.

Une équipe de chercheurs de Penn State a étudié le volcan Telica, un volcan toujours actif dans l'ouest du Nicaragua, à la fois observer et quantifier les changements intra-cratères à petite échelle associés au bruit de fond et à l'activité éruptive. Les géologues considèrent que Telica est « persistante » active en raison de ses niveaux élevés de sismicité et de dégazage volcanique, et il éclate sur des périodes de moins de 10 ans.

L'équipe a utilisé des observations directes du cratère, observations photographiques de 1994 à 2017 et techniques photogrammétriques sur des photos collectées entre 2011 et 2017 pour analyser les changements à Telica dans le contexte de la formation de cratères sommitaux et des processus éruptifs. Ils ont utilisé la structure à partir du mouvement (SfM), une technique photogrammétrique, construire des modèles 3D à partir d'images 2D. Ils ont également utilisé la différenciation des nuages ​​de points, une méthode utilisée pour mesurer le changement entre les périodes d'échantillonnage de photos, comparer les modèles 3D, fournissant une mesure quantitative du changement dans la morphologie du cratère. Ils ont communiqué leurs résultats dans Géochimie, Géophysique, Géosystèmes .

"Les photos du cratère ont été prises dans le cadre d'une étude multidisciplinaire pour enquêter sur l'activité persistante de Telica, " a déclaré Cassie Hanagan, auteur principal de l'étude. "Des images ont été collectées auprès de nos collaborateurs pour faire des observations des caractéristiques du cratère telles que l'emplacement et le nombre de fumerolles ou de régions de dégazage volcanique dans le cratère. Pour les périodes qui avaient suffisamment de photos, SfM a été utilisé pour créer des modèles 3D du cratère. Nous pourrions ensuite comparer les modèles 3D entre les périodes pour quantifier le changement. »

L'utilisation des modèles 3D dérivés de SfM et de la différenciation des nuages ​​de points a permis à l'équipe de quantifier l'évolution du cratère au fil du temps.

« Nous pouvions voir les changements en regardant visuellement les photos, mais en employant SfM, nous pouvions quantifier combien de changement s'était produit à Telica, " dit Pierre La Femina, professeur agrégé de géosciences au département des géosciences de Penn State. "C'est l'une des premières études à examiner les changements dans la morphologie des cratères associés au bruit de fond et à l'activité éruptive sur une période de temps relativement longue, une période de près de 10 ans."

Les changements morphologiques de Telica ont ensuite été comparés au moment de l'activité éruptive pour étudier les processus conduisant à la formation de cratères et à l'éruption.

Les volcans entrent en éruption lorsque la pression augmente au-delà d'un point de rupture. Chez Telica, deux mécanismes de déclenchement des éruptions ont été émis. Il s'agit d'une minéralisation généralisée dans le système hydrothermal souterrain qui scelle le système et d'un blocage superficiel de l'évent par des glissements de terrain et des chutes de pierres des parois du cratère. Les deux mécanismes pourraient conduire à des augmentations de pression puis à une éruption, selon les chercheurs.

"Une question était de savoir si le fait de couvrir ou non les évents au fond du cratère pouvait provoquer une accumulation de pression, et si cela provoquerait une libération explosive de cette pression si l'évent était suffisamment scellé, " dit Hanagan.

La comparaison des résultats de différenciation des nuages ​​de points et des observations photographiques a indiqué que le remplissage des évents par le gaspillage de masse des parois du cratère n'était probablement pas un mécanisme principal pour sceller le système volcanique avant l'éruption.

"Nous avons découvert que les matériaux des parois du cratère tombent sur le fond du cratère, remplir l'évent éruptif, " dit La Femina. " Mais en même temps, nous voyons encore des fumerolles actives, qui sont des évents dans les parois du cratère où des gaz et de la vapeur à haute température sont émis. Les fumerolles sont restées actives même si les talus des parois du cratère recouvraient les évents. Cela suggère qu'au moins le système magma-hydrothermal plus profond n'est pas directement scellé par les glissements de terrain."

Les chercheurs notent en outre que l'effondrement du matériau de la paroi du cratère est spatialement corrélé à l'endroit où le dégazage est concentré, et que de petites éruptions soufflent ce matériau tombé du fond du cratère. Ils suggèrent que ces changements maintiennent une forme de cratère similaire à celle d'autres cratères sommitaux qui se sont formés en s'effondrant dans une chambre magmatique évacuée.

"Ce que nous avons trouvé, c'est que pendant les explosions, Telica jette une grande partie du matériel provenant des parois du cratère, " dit La Femina. " En l'absence d'éruptions magmatiques, le cratère se forme à travers ce processus d'arrière-plan d'effondrement de la paroi du cratère, et les régions d'activité des fumerolles s'effondrent préférentiellement."