Une équipe de volcanologues qui a observé la colossale éruption 2018 du Kīlauea, Hawaii, ont suivi comment les métaux potentiellement toxiques transportés dans ses panaches de gaz ont été transportés loin du volcan pour se déposer sur le paysage.

La recherche, publié dans deux articles complémentaires en Communications Terre et Environnement , est l'enquête la plus approfondie sur les rejets de métaux de tous les volcans à ce jour, aidant les scientifiques à comprendre la propagation des fumées volcaniques riches en métaux et l'exposition des communautés à la pollution de l'air volcanique autour d'Hawai'i.

L'éruption du Kīlauea en 2018 a été la plus importante depuis des siècles, inondant le bord oriental de l'île avec environ un kilomètre cube de lave. Plus d'un millier de personnes ont perdu leur maison et beaucoup d'autres ont souffert des gaz volcaniques nocifs.

Comprendre comment les métaux volcaniques sont rejetés dans l'environnement est essentiel du point de vue de la santé publique, « Nous ne savons pas grand-chose de ces émissions de métaux, ce travail est donc une étape clé pour comprendre l'importance, encore sous-estimé, risques chimiques des volcans, " dit Emily Mason, doctorat étudiant à Cambridge Earth Sciences et auteur principal de l'un des articles.

Lorsque les volcans entrent en éruption, ils exhalent un cocktail de gaz, principalement de la vapeur, dioxyde de carbone et dioxyde de soufre, mêlés de métaux lourds évaporés, y compris le plomb et l'arsenic. Aux communautés vivant à côté des volcans, ces gaz sont souvent une source considérable de pollution de l'air et les métaux volatils qu'ils transportent peuvent avoir des effets durables sur la santé et l'environnement.

Les volcanologues mesurent les émissions de métaux volatils des volcans depuis des décennies, mais comment ces éléments se dispersent dans l'atmosphère suite à une éruption, pour ensuite pleuvoir sur le paysage et être absorbé dans l'environnement par les sols et les plans d'eau, est resté mal compris.

L'équipe, dont des chercheurs de l'Université de Cambridge, signaler des concentrations plus élevées de métaux lourds en suspension dans l'air dans un rayon de 40 km du Kīlauea, ce qui signifie que les communautés vivant plus près du volcan ont été exposées de manière disproportionnée à la pollution par les métaux lors de l'éruption de 2018.

Ils croient que les alizés forts au moment de l'éruption, combiné avec la topographie de la zone locale, causé des précipitations plus élevées et, donc dépôt de métal, plus près de l'évent. Cela pourrait signifier qu'une éruption en hiver, lorsque les modèles de vent sont inversés, pourrait entraîner une répartition différente du dépôt de métal.

Leurs résultats pourraient aider à définir des stratégies de surveillance environnementale pendant et après les éruptions, y compris des tests ciblés des approvisionnements en eau de la communauté dans les zones à risque, ainsi qu'aider les planificateurs à décider où construire en toute sécurité autour des volcans.

Emily Mason faisait partie d'une équipe entièrement féminine de scientifiques des universités de Cambridge et de Leeds qui s'est rendue pour prendre des mesures de gaz lorsque le Kīlauea est entré en éruption. Le maçon, avec ensuite le doctorat de première année. les étudiants Penny Wieser et Rachel Whitty, et les scientifiques en début de carrière Evgenia Ilyinskaya et Emma Liu, arrivés alors que l'éruption battait son plein et qu'une partie de leur zone d'étude était déjà coupée par la lave, "Nous avons dû nous rendre à un endroit en hélicoptère. Je me souviens être descendu à travers une brume dense de gaz volcanique… l'air acide nous a en fait piqué la peau." dit Mason.

"Nous avons tendance à penser aux aléas volcaniques les plus immédiats comme la chute de cendres, coulées pyroclastiques, lave, " a déclaré le Dr Evgenia Ilyinskaya, de l'Université de Leeds, qui a dirigé les recherches sur la dispersion des métaux sous le vent, "Mais les émissions de métaux, tout comme la pollution de l'air, sont un danger volcanique insidieux et souvent sous-estimé, pouvant avoir un impact sur la santé sur de longues périodes. »

Au cours des premières semaines de l'éruption, la principale préoccupation en matière de qualité de l'air était le smog volcanique, ou 'vog, " qui contient principalement du dioxyde de soufre avec des traces de métaux lourds et de cendres volcaniques. Mais lorsque la lave en fusion a atteint l'océan et a réagi avec l'eau de mer, elle a déclenché de nouveaux avertissements sanitaires, alors que des nuages ​​blancs gonflés de brume de lave ou de « paresse » ont été libérés ; transportant de l'acide chlorhydrique et des métaux toxiques.

En collaboration avec des collaborateurs de l'USGS, l'équipe a pris des mesures des gaz à l'intérieur des panaches de paresseux et de vog sec à la fois du sol et de l'air, à l'aide de drones spécialement équipés. Ils ont même développé un cadre arrière pour leurs filtres à air, afin qu'ils puissent déplacer rapidement l'équipement dans des zones où l'air était épais avec du dioxyde de soufre.

Mason et ses co-auteurs ont découvert que les deux types de panache de gaz avaient une chimie très différente, "Ce qui nous a vraiment surpris, ce sont les grandes quantités de cuivre dans le panache de laze… l'impact des interactions lave-eau de mer sur la biosphère peut être considérablement sous-estimé. Il est intéressant de noter que ce type de panache était probablement une caractéristique commune des effusions massives de lave tout au long de l'histoire géologique, dont certaines ont été liées à des extinctions massives."

Leur objectif à long terme est de produire des cartes des risques de pollution pour les volcans, montrant les zones à risque de pollution par les métaux, une méthode déjà utilisée pour communiquer les zones qui pourraient être à risque d'autres aléas volcaniques, comme des coulées de lave, "Notre recherche n'est qu'une partie du puzzle - l'idée serait de comprendre tous ces dangers en tandem."

Ils visent à appliquer cette méthode dans le monde entier, mais Mason prévient que les conditions atmosphériques locales influencent de manière significative la dispersion et le dépôt des métaux. Maintenant, ils veulent savoir en quoi le transport des métaux volcaniques pourrait différer dans le refroidisseur, des environnements plus secs comme l'Antarctique ou même dans différentes régions d'Hawaï où les précipitations sont plus faibles.