Fluctuating conduit dynamics during the 877 CE Hrafntinnuhraun rhyolitic fissure eruption, Torfajökull, Iceland
Cette étude présente la première caractérisation détaillée du téphra proximal de l'éruption rhyolitique de 877 apr. J.-C. à Torfajökull, en Islande, révélant une histoire éruptive complexe et multiphasique pilotée par des dynamiques de conduit fluctuantes, des obsidiennes juvéniles générées par frittage et des taux de décompression magmatique persistants et élevés, même durant les phases de déclin de l'éruption.
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Les volcans sont souvent imaginés comme des événements uniques et dramatiques : une montagne s'éveille, recrache du feu et des cendres, puis retombe dans le silence. Mais pour les géologues, les éruptions les plus dangereuses et fascinantes sont rarement aussi simples. Ce sont des processus complexes et changeants où le comportement du magma, dans les profondeurs du sous-sol, modifie la manière dont l'éruption se manifeste à la surface. Une question clé de la volcanologie moderne est de savoir comment une explosion violente, projetant des cendres, peut se transformer lentement en un flux de lave plus doux, ou comment ces deux comportements peuvent se produire simultanément. Cette transition est difficile à étudier car elle se déroule au fond du conduit du volcan, cachée à la vue, et parce que les roches laissées derrière elles sont souvent dispersées ou enfouies. Comprendre ce basculement est crucial pour prédire le comportement des futures éruptions, car la différence entre un nuage de cendres massif qui perturbe le transport aérien mondial et une coulée de lave plus lente qui menace les communautés locales dépend de ces mécanismes cachés.
En Islande, une éruption spécifique de l'an 877 de notre ère offre une fenêtre rare et bien préservée sur ce processus chaotique. Connue sous le nom d'éruption de Hrafntinnuhraun, elle s'est produite au volcan Torfajökull et a produit une couche massive de cendres qui a aidé à définir l'histoire de la colonisation de l'Islande. Bien que les scientifiques aient longtemps étudié les cendres qui ont voyagé loin à travers le paysage, le matériau déposé juste à côté des évents sources est resté largement inexploré. Une équipe de chercheurs s'est récemment rendue sur le site pour examiner une pile de couches de roches volcaniques de quatre mètres et demi d'épaisseur, située à moins de deux kilomètres de l'endroit où l'éruption a commencé. En analysant soigneusement la taille, la forme et la composition chimique de ces roches, ils ont pu reconstruire l'histoire minute par minute de la façon dont la tuyauterie interne du volcan a changé au fur et à mesure que l'éruption progressait, révélant une histoire d'arrêts soudains, de redémarrages violents et d'une transformation lente de l'explosion en flux.
Les chercheurs ont découvert que l'éruption ne s'est pas produite en une seule poussée constante. Au lieu de cela, elle a été composée d'une série de phases distinctes séparées par de brèves pauses. La séquence a commencé par une couche fine de cendres, suggérant que l'éruption a débuté par une petite explosion déclenchée par l'eau. Cela a été rapidement suivi par une explosion puissante qui a projeté de grosses roches de type ponce. Ensuite, l'activité s'est arrêtée brusquement. L'équipe a identifié une fine couche de roche boueuse qui marque cette période de calme, laquelle a probablement duré plusieurs heures. Ils pensent que le conduit du volcan est devenu temporairement obstrué par la chute de roches provenant des parois, provoquant une accumulation de pression dans les profondeurs. Lorsque le blocage a finalement cédé, l'éruption a repris avec une intensité nouvelle, éjectant un mélange de roches sombres et vitreuses et de pierres rougeâtres altérées qui n'avaient pas été vues dans les couches précédentes.
À mesure que l'éruption se poursuivait, le schéma a encore changé. L'équipe a observé un cycle rythmique de pulsations fortes et faibles. Lors des poussées les plus fortes, le volcan creusait des roches sombres et vitreuses dans les parois de son propre conduit. Pendant les moments plus calmes, les parois refroidissaient et fusionnaient, créant un nouveau revêtement de verre. Ce revêtement était ensuite brisé et projeté lors de la poussée forte suivante. Ce cycle de construction d'une paroi vitreuse et de son éclatement se répétait, créant un mélange complexe de types de roches dans les couches. Les chercheurs ont mesuré les minuscules bulles piégées à l'intérieur de ces roches pour déterminer la vitesse à laquelle le magma montait et se décompressait. Ils ont constaté que même lorsque l'éruption semblait s'atténuer, le magma montait toujours rapidement, suggérant que le conduit se rétrécissait et que les explosions devenaient plus concentrées et violentes juste avant la fin.
Finalement, la phase explosive a laissé place à un état hybride, où la lave a commencé à couler de l'évent tandis que des panaches de cendres continuaient de monter à faible intensité. Les dernières couches de roche de la séquence montrent des signes de cette transition, les cendres devenant plus fines et les roches indiquant que la source du matériau se rapprochait de la surface. L'étude suggère que toute la phase explosive, qui comprenait ces multiples cycles d'intensité et de pause, s'est probablement déroulée sur une période d'environ cinq jours. Ces conclusions remettent en question l'idée selon laquelle de telles éruptions sont des événements simples et linéaires. Au contraire, elles montrent un système dynamique où la structure interne du volcan change constamment, les parois du conduit agissant comme une source de matériau qui est successivement brisée, fusionnée, puis re-brisée.
Cet examen détaillé des roches situées juste à côté de l'évent offre une image bien plus claire de l'évolution des éruptions siliciques que ne pourraient le faire les études sur les dépôts de cendres lointains. Il révèle que la transition d'une explosion violente à un flux de lave modéré n'est pas une glissade fluide, mais un chemin accidenté de fluctuations de pression et de changements de conditions. Les chercheurs ont noté que les roches étudiées contenaient des preuves de l'interaction du magma avec l'eau et les parois du volcan, créant une texture complexe qu'il serait impossible de deviner à distance. En assemblant les signatures chimiques et les formes physiques des roches, l'équipe a créé un modèle unifié de l'éruption qui explique comment un seul volcan peut produire une telle variété de comportements en si peu de temps. Ces travaux soulignent que pour véritablement comprendre les risques volcaniques, les scientifiques doivent observer les abords immédiats de l'évent, là où les changements les plus spectaculaires et les plus rapides du caractère de l'éruption sont enregistrés dans la pierre.
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