La surveillance sismique d'un volcan est à l'heure actuelle le moyen le plus courant pour détecter et suivre ses crises éruptives, en s'appuyant sur l'augmentation du nombre et de l'intensité des séismes. Cependant, de plus en plus d'études pétrologiques* se concentrent sur les cristaux en tant que témoins clés de l'architecture et de la dynamique du système d'alimentation magmatique, conduisant au décryptage des échelles de temps des processus magmatiques menant aux éruptions volcaniques.
Des chercheurs de l'IPGP-Université Paris Cité, de l'ISTeP-Sorbonne Université et leurs collègues internationaux, ont étudié les échelles de temps des processus qui se sont déroulés dans le système de stockage du Kizimen, un volcan de subduction situé au Kamchatka, avant son éruption explosive-extrusive de 2010-2013. Ces échelles de temps ont été déduites de la modélisation de l'interdiffusion intracristalline du fer et du magnésium dans 88 cristaux d'orthopyroxène zonés, provenant de roches volcaniques riches en silice collectées après l'éruption (dacites et andésites).
Les scientifiques ont ainsi mis en évidence une étroite corrélation entre les temps donnés par les chronomètres pétrologiques et le suivi de la crise sismique avant l'éruption.
Photo du volcan Kizimen (Kamchatka, août 2019), montrant les dépôts de blocs et de cendres issus des courants de densité pyroclastiques ainsi que la coulée de lave de l'éruption de 2010-2013. Les résultats ont montré que les magmas éruptibles ont été assemblés rapidement lors d'un processus de mélange des magmas présents dans le réservoir superficiel, commençant majoritairement un an et demi avant l'éruption, coïncidant avec le début de la crise sismique détectée avant cette éruption. Cette réactivation sismique marque donc le début du processus de mélange magmatique, conduisant à la déstabilisation du réservoir et à une éruption un an et demi plus tard. Cette échelle de temps représente une information précieuse dans le cadre de la gestion d'une future éruption du Kizimen, et pourrait permettre de contraindre davantage les volcans de subduction.
(A) Image Google Earth.
(B-C) Dynamique du réservoir en conditions pré-éruptives: le mélange de magma entre une composition de dacite et d'andésite est représenté, avec les conséquences sur les compositions des cristaux d'orthopyroxènes.
(D) Suivi en temps réel de la crise sismique avant l'éruption.
(E) Corrélation entre les temps pétrologiques obtenus sur les orthopyroxènes et le moment sismique cumulé.
Le trait pointillé bleu met en évidence la période 1.5 ans avant l'éruption.
* La pétrologie est l'étude des mécanismes physiques, chimiques et biologiques qui sont à l'origine de la formation et de la transformation des roches.
Référence:
Ostorero, L., Balcone-Boissard, H., Boudon, G. et al. Correlated petrology and seismicity indicate rapid magma accumulation prior to eruption of Kizimen volcano, Kamchatka.
Commun Earth Environ 3, 290 (2022).
https://doi.org/10.1038/s43247-022-00622-3.