Les scientifiques qui s'efforcent de comprendre comment et quand les volcans pourraient entrer en éruption sont confrontés à un défi :de nombreux processus se déroulent profondément sous terre dans des tubes de lave barattés d'une dangereuse Terre en fusion. Lors de l'éruption, tous les marqueurs souterrains qui auraient pu offrir des indices menant à une explosion sont souvent détruits.

Mais en tirant parti des observations de minuscules cristaux du minéral olivine formés lors d'une violente éruption qui a eu lieu à Hawaï il y a plus d'un demi-siècle, Des chercheurs de l'Université de Stanford ont trouvé un moyen de tester des modèles informatiques de flux de magma, qui, selon eux, pourraient révéler de nouvelles informations sur les éruptions passées et éventuellement aider à prédire les futures.

"Nous pouvons en fait déduire des attributs quantitatifs du flux avant l'éruption à partir de ces données cristallines et en apprendre davantage sur les processus qui ont conduit à l'éruption sans forer dans le volcan, " a déclaré Jenny Suckale, professeur adjoint de géophysique à la Stanford's School of Earth, Sciences de l'énergie et de l'environnement (Stanford Earth). "C'est pour moi le Saint Graal en volcanologie."

Les cristaux de la taille d'un millimètre ont été découverts ensevelis dans la lave après l'éruption du volcan Kilauea en 1959 à Hawaï. Une analyse des cristaux a révélé qu'ils étaient orientés dans une étrange, mais modèle étonnamment cohérent, dont les chercheurs de Stanford ont émis l'hypothèse qu'elle était formée par une onde dans le magma souterrain qui a affecté la direction des cristaux dans le flux. Ils ont simulé ce processus physique pour la première fois dans une étude publiée dans Avancées scientifiques 4 décembre.

"J'ai toujours eu le soupçon que ces cristaux étaient bien plus intéressants et importants qu'on ne le croit, " dit Suckale, qui est l'auteur principal de l'étude.

travail de détective

C'était une rencontre fortuite qui a incité Suckale à agir selon ses soupçons. Elle a eu un aperçu en écoutant la présentation d'un étudiant diplômé de Stanford sur les microplastiques dans l'océan, où les ondes peuvent amener les particules non sphériques à adopter un modèle de désorientation cohérent. Suckale a recruté le conférencier, puis-Ph.D. étudiante Michelle DiBenedetto, pour voir si la théorie pouvait être appliquée aux orientations cristallines étranges du Kilauea.

"C'est le résultat du travail de détective consistant à apprécier le détail comme la preuve la plus importante, " dit Suckale.

Avec Zhipeng Qin, chercheur en géophysique, l'équipe a analysé des cristaux de scories, un sombre, roche poreuse qui se forme lors du refroidissement du magma contenant des gaz dissous. Quand un volcan entre en éruption, le magma liquide - connu sous le nom de lave une fois qu'il atteint la surface - est choqué par la température atmosphérique plus froide, piégeant rapidement les cristaux et les bulles d'olivine naturels. Le processus se produit si rapidement que les cristaux ne peuvent pas croître, capturer efficacement ce qui s'est passé pendant l'éruption.

La nouvelle simulation est basée sur les orientations cristallines de Kilauea Iki, un cratère à côté de la caldeira principale du sommet du volcan Kilauea. Il fournit une base de référence pour comprendre le flux du conduit de Kilauea, le passage tubulaire à travers lequel le magma chaud sous terre monte à la surface de la Terre. Parce que les scories peuvent être soufflées à plusieurs centaines de mètres du volcan, ces échantillons sont relativement faciles à collecter. « C'est passionnant de pouvoir utiliser ces processus à très petite échelle pour comprendre cet énorme système, " dit DiBenedetto, l'auteur principal de l'étude, maintenant chercheur postdoctoral à la Woods Hole Oceanographic Institution.

Attraper une vague

Afin de rester liquide, le matériau à l'intérieur d'un volcan doit être constamment en mouvement. L'analyse de l'équipe indique que l'alignement étrange des cristaux a été causé par le déplacement du magma dans deux directions à la fois, avec un flux directement au-dessus de l'autre, plutôt que de couler à travers le conduit en un seul jet régulier. Les chercheurs avaient précédemment spéculé que cela pourrait arriver, mais un manque d'accès direct au conduit en fusion a empêché des preuves concluantes, selon Suckale.

"Ces données sont importantes pour faire avancer nos recherches futures sur ces dangers, car si je peux mesurer la vague, Je peux contraindre le flux de magma - et ces cristaux me permettent d'atteindre cette vague, " dit Suckale.

La surveillance du Kilauea du point de vue des dangers est un défi permanent en raison des éruptions imprévisibles du volcan actif. Au lieu de laisser couler de la lave en continu, il a des sursauts périodiques entraînant des coulées de lave qui mettent en danger les habitants du côté sud-est de la grande île d'Hawaï.

Le suivi de la désorientation des cristaux tout au long des différentes étapes des futures éruptions du Kilauea pourrait permettre aux scientifiques de déduire les conditions d'écoulement des conduits au fil du temps, disent les chercheurs.

"Personne ne sait quand le prochain épisode va commencer ou à quel point il va être mauvais - et tout dépend des détails de la dynamique du conduit, " dit Suckale.