Why volcanic crystals are black boxes for tracking magma’s journey to the Earth’s surface
When we think of a volcanic eruption, rivers of glowing lava or giant columns of ash come to mind. However, beneath the Earth’s surface, a much more complex and fascinating story is unfolding.
Le magma présent sous les volcans n’est pas un simple liquide en ébullition, mais un mélange complexe appelé magma mush (ou « bouillie de magma »). Ce terme désigne une substance semi-solide, composée de roches fondues et de cristaux minéraux en suspension, comparable à un granité à moitié gelé. Dans cette structure, les cristaux solides, comme le clinopyroxène, se forment progressivement à mesure que le magma refroidit en profondeur. Ces cristaux agissent comme des archives naturelles, enregistrant les conditions de température, de pression et de composition chimique du magma à différentes étapes de son évolution. Par exemple, à La Palma dans les îles Canaries, des cristaux analysés dans des laves datant de 1712, 1971 et 2021 révèlent des motifs récurrents sur plus de 300 ans d’activité volcanique.
Les cristaux de clinopyroxène, présents dans les laves, fonctionnent comme les cernes d’un arbre : chaque couche enregistre des informations sur l’environnement dans lequel elle s’est formée. Les couches centrales des cristaux indiquent la présence d’un réservoir de magma ancien et froid, situé entre 18 et 25 kilomètres de profondeur dans le manteau supérieur de la Terre. Ce réservoir, décrit comme une « granité » épaisse et riche en cristaux, reste stable pendant de longues périodes. Ensuite, des couches plus externes montrent un changement brutal : quelques jours ou semaines avant une éruption, du magma chaud remonte du manteau, injectant de l’énergie dans ce réservoir dormant. Cela fait fondre partiellement les cristaux existants et modifie leur composition chimique, tout en remuant violemment le mélange. Enfin, les couches les plus externes capturent la phase finale, lorsque le magma s’élève rapidement vers la surface pour provoquer l’éruption.
L’éruption du Tajogaite à La Palma en 2021 a marqué la première activité volcanique sur l’île depuis 50 ans. Pendant près de trois mois, elle a détruit des milliers de bâtiments et forcé plus de 7 000 personnes à évacuer. Les cristaux analysés dans les laves de cette éruption, ainsi que celles de 1712 et 1971, ont révélé que l’accumulation de magma avant chaque éruption se produit principalement à grande profondeur, dans le manteau supérieur. Ce processus est difficile à détecter avec les réseaux de surveillance volcanique classiques, qui se concentrent généralement sur les signes superficiels comme les séismes ou les déformations du sol. Comprendre cette dynamique permet d’améliorer l’interprétation des signaux de surveillance et d’évaluer plus précisément le risque d’éruption.
Les cristaux de clinopyroxène émis par d’autres îles volcaniques, comme les Açores, le Cap-Vert ou les Galápagos, présentent des motifs chimiques similaires à ceux observés à La Palma. Ces archives suggèrent que des réservoirs de magma mush profonds et froids pourraient être répandus sous de nombreuses îles volcaniques. Ces réservoirs restent partiellement fondus grâce à des injections répétées de magma chaud en provenance du manteau. Avec le temps, à mesure que l’île volcanique vieillit et que l’apport de magma diminue, ces réservoirs peuvent se refroidir et devenir moins réactifs. L’étude de ces cristaux permet de retracer l’évolution de ces réservoirs et de mieux comprendre comment le magma se transforme sous les îles volcaniques.
Les réseaux de surveillance volcanique détectent généralement les mouvements de magma lorsqu’il se rapproche de la surface, via des séismes, des déformations du sol ou des émissions de gaz. Cependant, une partie importante de l’activité magmatique se déroule en profondeur, rendant ces signaux moins visibles. Les travaux sur les cristaux de La Palma montrent que les éruptions sont souvent déclenchées par des processus profonds, difficiles à observer. Bien que ces recherches ne permettent pas de prédire précisément le moment d’une éruption, elles aident à interpréter plus finement les signaux de surveillance. Cela permet d’évaluer plus rapidement la probabilité et la rapidité d’une éruption une fois les premiers signes détectés, améliorant ainsi la préparation des populations et des autorités.
