De nouvelles recherches détectent des signaux d'avertissement pré-éruption à Whakaari White Island et d'autres volcans actifs

Scientifiquement et émotionnellement, nous pensons que chaque volcan a sa propre "personnalité". Cependant, nous avons découvert que les volcans partagent des traits de comportement, ce qui pourrait constituer la base d'un système d'alerte aux éruptions.

Whakaari White Island, une île volcanique pittoresque dans la baie de l'Abondance, était un pôle d'attraction touristique, avec son paysage extraterrestre et ses caractéristiques hydrothermales spectaculaires. Cette idylle a été brisée le 9 décembre 2019 lorsque de la vapeur et du gaz à haute pression ont explosé, se concentrant dans une vague mortelle de cendres chaudes dans sa vallée d'accès principale. Sur les 47 guides et touristes présents, 22 sont décédés tandis que de nombreux autres ont subi d'horribles brûlures.

Depuis cette tragédie, nous avons étudié les éruptions passées à Whakaari, et des volcans similaires, pour identifier les signes avant-coureurs d'une éruption imminente.

Déchiffrer le langage volcanique

Chaque volcan se comporte différemment : certains ont des lacs de cratère tandis que d'autres sont « secs », ils ont des magmas divers et s'élèvent à des altitudes différentes. Malgré ces différences, nous pensons que des volcans tels que Whakaari, Ruapehu et Tongariro en Nouvelle-Zélande pourraient être poussés à l'éruption par des processus communs dans la sous-surface peu profonde sous leurs cratères.

Dans notre nouvelle recherche, nous avons utilisé l'apprentissage automatique pour passer au crible 40 ans de données sismiques des volcans néo-zélandais et de trois autres dans le monde, en écoutant des fréquences particulières qui suivent la profondeur où le gaz, le magma ou l'eau se déplacent ou s'accumulent.

Nous avons vu un schéma à plusieurs reprises dans les jours précédant toutes les éruptions connues de Whakaari au cours de la dernière décennie, et la plupart de celles de Ruapehu et de Tongariro. Ce modèle est un renforcement lent d'une quantité appelée rapport d'amplitude sismique de déplacement (DSAR), qui culmine quelques jours avant chaque événement.

Le DSAR est un ratio qui compare « l'activité » des fluides (gaz, eau chaude, vapeur) à la surface du volcan à celle à plusieurs centaines de mètres de profondeur. Lorsque le DSAR augmente, les fluides de surface sont calmes, mais les fluides profonds continuent de se déplacer activement et de circuler vigoureusement sous le sol.

Cela indique qu'un blocage ou un joint s'est formé, empêchant le gaz de s'échapper. Comme une cocotte-minute, si le gaz ne peut pas s'échapper d'un volcan, il explose.

Que s'est-il passé à Whakaari

Environ un mois avant l'éruption de décembre 2019, le gaz profond a commencé à monter dans le système hydrothermal de Whakaari. Cela a exercé une pression sur l'eau souterraine, la maintenant à l'état liquide, même lorsqu'elle est devenue « surchauffée ».

Comme ce fluide circule sous l'évent, il est enregistré comme bruit ou «tremblement» sur les sismomètres. GNS Science a noté cette augmentation des tremblements et, le 18 novembre, a relevé le niveau d'alerte de Whakaari au niveau d'alerte volcanique (VAL) 2, qui est le niveau le plus élevé en dehors d'une éruption.

Environ une semaine plus tard, Whakaari a commencé à palpiter. La pression et les tremblements s'accumuleraient pendant environ 24 heures, avant de se décharger de manière explosive au fond du lac de cratère. Cela s'est traduit par des geysers et des fontaines, projetant de la boue et des débris jusqu'à la hauteur d'un immeuble de dix étages.

Fondamentalement, ces explosions de gaz étaient des soupapes de sécurité, soulageant la pression dans le système.

Début décembre, les explosions de gaz se sont arrêtées et la surface s'est calmée. Plutôt que d'être un motif de soulagement, nous pensons que cela indiquait une nouvelle phase beaucoup plus dangereuse. Un joint s'était formé, emprisonnant le gaz. Le DSAR élevé montre qu'en dessous du joint, le système était toujours aussi bruyant, la pression continuant d'augmenter.

Entre 21 h et minuit le 8 décembre 2019, il y a eu une forte sursaut d'énergie sismique. Il s'agissait probablement de fluide magmatique frais arrivant pour augmenter la pression sur le gaz et l'eau déjà emprisonnés dans la roche. Il a également commencé le processus de libération explosive, car il a provoqué la formation de petites fissures dans le joint.

La croissance des fissures a commencé à s'accélérer, mettant Whakaari sur la voie d'une défaillance du système en cascade, comme on l'a déjà vu lors d'éruptions en 2012 et 2013. Une fois la faiblesse généralisée, le joint s'est rompu, dégorgeant l'énorme explosion de vapeur à 2 : 23h le 9 décembre.

Le mont Ruapehu est un stratovolcan de 2 800 m situé dans le centre de l'île du Nord de la Nouvelle-Zélande.

Il est également coiffé d'un système hydrothermal et d'un lac de cratère chaud (Te Wai a Moe). La température et le niveau de son lac sont connus pour varier selon des cycles, en réponse aux changements de gaz libérés dans sa base, aux conditions météorologiques locales ou à la formation occasionnelle d'un joint de gaz.

Malheureusement, le lac est si grand qu'il cache l'activité de surface utile pour diagnostiquer des volcans comme Whakaari.

C'est là que DSAR est si puissant. Nous avons repéré le même schéma qui révèle l'étanchéité au gaz à Whakaari à plusieurs reprises à Ruapehu. Nous surveillons de près le DSAR à Ruapehu : au cours du dernier mois, il a considérablement augmenté.

Nous pensons que cela montre qu'un nouveau sceau s'est formé, créant une pression. Cela pourrait se terminer par une éruption similaire au cycle 2006/07 qui a généré des lahars destructeurs (coulées de boue volcanique).

GNS Science a signalé des préoccupations similaires dans sa décision d'élever le niveau d'alerte de Ruapehu à VAL 2.

Ce type d'analyse est si nouveau que nous n'avons pas eu beaucoup d'occasions de tester la fiabilité du DSAR et d'autres mesures automatisées pour les prévisions. Cependant, le DSAR élevé actuel et le réchauffement du lac ont mis tous les scientifiques en alerte. L'histoire montre que cet état ne conduit pas toujours à une éruption, mais il faut rester vigilant.

David Dempsey, maître de conférences, Université de Cantorbéry; Alberto Ardid, chercheur post-doctoral, Université de Cantorbéryet Shane Cronin, professeur de sciences de la Terre, Université d'Auckland

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.