image: Following a large caldera-forming eruption some magma remains in the magma reservoir.This magma cools, its viscosity increases, and when new magma is injected, the magma left over after the caldera-forming eruption stops the fresh magma from propagating to the surface and promotes caldera resurgence. view more
Credit: UNIGE / Roma Tre
Témoins spectaculaires de lactivité terrestre, les calderas sont dimmenses dépressions topographiques, semblables à des cratères à fond plat dont le diamètre peut atteindre plusieurs dizaines de kilomètres. Elles se forment suite à une éruption majeure, et voient parfois leur plancher sélever de plusieurs centaines de mètres, voire dun kilomètre, sous la pression du magma. Le phénomène, surnommé « résurgence de la caldera », a été observé à plusieurs reprises mais reste lun des plus mal compris de la volcanologie : pourquoi laugmentation de la pression mène-t-elle à cette élévation du plancher plutôt quà une nouvelle éruption qui semble pourtant prévisible ? Une équipe de chercheurs des Universités de Roma Tre, Italie, et de Genève (UNIGE), Suisse, montre que le magma restant de léruption originelle gagne en viscosité et forme une sorte de film qui empêche le magma injecté par la suite de séchapper vers la surface. Une recherche à lire dans Nature Communications.
Les calderas se forment lorsquune chambre magmatique est partiellement vidée par une éruption importante et voit son plafond seffondrer, entraînant un affaissement brutal du terrain en surface qui crée une sorte de grand chaudron. Dans un lent processus qui peut sétaler sur des milliers dannées, leur plancher peut ensuite remonter sans que ne se produise de nouvelle éruption de grande ampleur. Le laps de temps trop important qui sécoule entre la première éruption et la résurgence montre que ce nest pas le magma résiduel seul qui provoque ce phénomène, mais bien une injection de nouveau magma.
Un «couvercle» pour la chambre magmatique
« Tout le magma nest pas évacué lors de léruption qui a donné naissance à la caldera. Nous avons donc utilisé un modèle thermique pour déterminer comment ce magma résiduel évolue au fil du temps en fonction des variations de température, et quel rôle il joue dans le phénomène de résurgence », explique Luca Caricchi, professeur associé au Département des sciences de la terre de la Faculté des sciences de lUNIGE. Le contact de ce magma résiduel avec la roche moins chaude qui entoure la chambre magmatique fait progressivement baisser sa température, entrainant une augmentation de sa viscosité. Il forme ainsi une sorte de film qui agit comme un couvercle pour la chambre magmatique et empêche le magma nouvellement injecté de remonter, prévenant une éruption.
Les résultats obtenus par ce modèle thermique ont été corroborés par une approche expérimentale, dans lequel le magma résiduel a été remplacé par une couche de silicone et le nouveau magma par une huile végétale moins visqueuse. Le différentiel de viscosité entre ces deux éléments est équivalent à celui quon observe entre les deux types de magma. « Indépendamment de la profondeur de la couche de silicone, sa présence empêche systématiquement le nouveau magma, simulé par lhuile végétale, de remonter vers la surface », souligne Federico Galetto, chercheur au Département des sciences de lUniversité de Roma Tre.
Valerio Acocella, Professeur associé au Département des sciences de lUniversité Roma Tre, et lun des auteurs de la recherche, ajoute: «Notre modèle fournit un cadre théorique essentiel non seulement pour expliquer la résurgence des calderas, mais aussi la formation des réservoirs magmatiques responsables des plus grandes éruptions survenues sur Terre.»
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Journal
Nature Communications