Imaging shallow magma storage and fluid pathways beneath Aso volcano using ambient-noise tomography
En utilisant la tomographie par bruit ambiant sur un réseau temporaire de sismomètres, des chercheurs ont imagé une zone de stockage magmatique peu profonde et pressurisée ainsi qu'un conduit hydrothermal sus-jacent sous le cratère de Nakadake du mont Aso, révélant comment ces structures facilitent le transport des fluides et génèrent des tremblements volcaniques.
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Imaginez la croûte terrestre non pas comme une roche solide et inflexible, mais comme une gigantesque cocotte-minute bouillonnante. Profondément sous la terre, de la roche en fusion (le magma) et des fluides surchauffés sont constamment en mouvement, cherchant un moyen d'atteindre la surface. Parfois, ils se retrouvent coincés dans des poches cachées, accumulant de la pression comme la vapeur dans une bouilloire. Si cette pression devient trop élevée, la « bouilloire » peut exploser, entraînant une éruption volcanique. Les scientifiques cherchent depuis longtemps à voir à l'intérieur de ces cocottes-minute pour comprendre leur fonctionnement, mais la Terre est opaque ; nous ne pouvons pas simplement passer un volcan aux rayons X. Au lieu de cela, ils utilisent une astuce ingénieuse appelée « tomographie par bruit ambiant ». Imaginez cela comme une tentative de deviner la forme d'une pièce en écoutant l'écho d'un bourdonnement constant et grave (comme le trafic ou le vent) ricochant sur les murs. En plaçant de nombreux microphones (des sismomètres) autour d'un volcan et en écoutant comment ces vibrations naturelles voyagent à travers le sol, les scientifiques peuvent cartographier les zones où la roche est dure et celles où elle est molle, fissurée ou remplie de fluides. Cela est crucial car si nous pouvons cartographier la « plomberie » d'un volcan, nous pourrions être en mesure de prédire quand il est sur le point d'exploser, sauvant potentiellement des vies et des biens.
Maintenant, zoomons sur le mont Aso, l'un des plus grands volcans de type caldeira actifs au monde, situé au Japon. C'est un système massif avec un passé de super-éruptions, mais récemment, son activité s'est concentrée sur un cratère central plus petit appelé Nakadake. Pendant des années, les scientifiques savaient qu'il se passait quelque chose d'étrange sous terre, mais les cartes étaient floues. Dans cette étude, une équipe de chercheurs a décidé d'obtenir une image beaucoup plus nette. Ils ont installé un réseau temporaire de 40 sismomètres autour du volcan et ont écouté le bourdonnement naturel de la Terre pendant environ 35 jours. En utilisant une méthode qui traite le sol comme un gigantesque instrument de musique, ils ont créé une carte 3D à haute résolution de la vitesse des ondes S (la vitesse à laquelle les ondes de cisaillement traversent la roche) jusqu'à environ 5 kilomètres de profondeur.
Ce qu'ils ont découvert ressemble à la découverte de l'architecture secrète de la cuisine d'un volcan. D'abord, ils ont repéré un « blob » distinct, en forme d'œuf, de roche très tendre situé entre 2,5 et 4,5 kilomètres sous le cratère de Nakadake. Dans cette zone, la roche se déplace si lentement (environ 1,5 km/s) que cela suggère que la roche n'est pas seulement solide ; elle est hautement fracturée et pressurisée, contenant probablement un mélange de fluides volcaniques et de gaz. Les auteurs suggèrent qu'il s'agit d'une zone de stockage de magma peu profonde. Ce n'est pas un immense bassin ouvert de lave, mais plutôt une sorte d'éponge faite de roche fissurée qui absorbe des fluides chauds. Comme la roche est très fissurée et pressurisée, elle peut facilement se dilater ou se contracter, ce qui explique pourquoi le sol gonfle et dégonfle parfois.
Au-dessus de cette « éponge », l'équipe a trouvé une structure verticale étroite, semblable à un tunnel, s'étendant vers la surface. Cela ressemble à un conduit de fluide, un tuyau qui canalise les fluides pressurisés de la zone de stockage vers le cratère. La roche ici est également très lente, ce qui suggère qu'elle est remplie de fissures ouvertes. C'est probablement là que sont générés les tremblements de terre de « très longue période » (un type de grondement à basse fréquence), alors que le gaz remonte à travers ce tuyau étroit. Enfin, juste sous le cratère lui-même, la roche est la plus molle de toutes, avec des vitesses chutant à environ 1 km/s. Cette couche supérieure est interprétée comme une zone de roche intensément altérée et un réseau dense de fissures, probablement rempli d'eau chaude et acide.
L'article suggère également une histoire fascinante sur ce qui arrive aux fluides lorsqu'ils montent. Profondément, les fluides sont probablement dans un état « supercritique » — une phase étrange et dense, qui n'est ni tout à fait liquide, ni tout à fait gazeuse. À mesure qu'ils montent dans la zone de stockage moins profonde, la pression chute, et ils peuvent soudainement se transformer en gaz. Ce changement de phase provoque une expansion massive de volume, ce qui augmente la pression dans la zone de stockage de roche fissurée et pousse le gaz dans le conduit étroit. Ce processus semble être le moteur qui dirige l'activité actuelle du volcan.
De manière intéressante, l'étude a également examiné la zone plus large et a trouvé des zones de faible vitesse qui s'alignent avec les lignes de faille connues, y compris celle qui a causé un séisme majeur en 2016 à proximité. Cela suggère que la plomberie du volcan est connectée aux fissures tectoniques plus larges de la croûte terrestre. Bien que l'étude ne prétende pas avoir résolu le mystère du mont Aso pour toujours, elle fournit une carte beaucoup plus claire du système de plomberie peu profond. Les auteurs suggèrent qu'en surveillant cette zone de stockage spécifique et ses changements de pression, nous pourrions devenir meilleurs pour prédire les futures instabilités volcaniques. Ils mentionnent même qu'une nouvelle expérience de surveillance commence pour surveiller cette zone de plus près, en utilisant les indices structurels qu'ils viennent de trouver pour garder une surveillance étroite sur le battement de cœur du volcan.
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