Chaud et froid sous le volcan Tonga. Crédit : Planetary Visions (ESA/Planetary Visions)
La force étonnante de l’éruption volcanique du Tonga a choqué le monde entier, mais le fait que ce volcan sous-marin soit réellement entré en éruption a moins surpris les géoscientifiques qui utilisent des données satellitaires pour étudier les changements de température en profondeur sous la surface de la Terre.
L’explosion cataclysmique du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en janvier aurait été la plus grande éruption enregistrée sur la planète depuis 30 ans. Un panache de cendres s’est élevé dans le ciel, l’île de Tonga a été recouverte de cendres, des bangs soniques ont été entendus jusqu’en Alaska et des vagues de tsunami ont traversé l’océan Pacifique.
Alors que l’éruption de Tonga a été puissante mais brève, l’éruption de l’année dernière du volcan Cumbre Vieja sur l’île espagnole de La Palma, aux Canaries, a été moins explosive mais a duré presque trois mois.
Bien que différentes, ces deux éruptions récentes nous rappellent à quel point la nature peut être dévastatrice. Une meilleure compréhension des processus naturels qui se produisent sous nos pieds pourrait nous permettre de mieux prévoir les éruptions.
C’est l’un des objectifs de Le projet “Science for Society 3D Earth” de l’ESA. dans le cadre duquel un groupe international de géoscientifiques a uni ses forces pour développer un modèle global de pointe de la lithosphère, terme qui décrit la croûte terrestre fragile, la partie supérieure du manteau supérieur et le manteau supérieur sub-lithosphérique jusqu’à 400 km de profondeur. Le modèle combine différentes données satellitaires, telles que les données gravimétriques de GOCE de l’ESA, avec des observations in situ, principalement la tomographie sismique.
Montée de la chaleur sous le volcan de La Palma. Crédit : Planetary Visions (ESA/Planetary Visions)
Dans leur modèle qui montre les différences de température, ou la structure thermique, du manteau supérieur de la Terre, les chercheurs ont pu voir que ces volcans entreraient en éruption à un moment donné. Il est toutefois plus difficile de prédire exactement quand cela se produira.
Javier Fullea, de l’Université Complutense de Madrid, a déclaré : “Notre étude a été réalisée par un groupe d’experts.modèle WINTERC-Gqui utilise les données tomographiques in situ et les données gravimétriques du satellite GOCE, montre une branche du panache des Açores. Il est visible de la surface jusqu’à une profondeur de 400 km, à la base du manteau supérieur. Le panache s’écoule vers le sud-est en direction de Madère et des îles Canaries, entourant le manteau froid sous la marge africaine de l’Atlantique nord.
“De l’autre côté du globe, nous voyons que le volcan Hunga Tonga est situé dans un bassin d’arc postérieur, créé par la subduction de la dalle Tonga. Les volcans d’arc postérieur sont associés à la dalle froide qui est fondue par le manteau alors que la dalle glisse vers le bas dans le manteau.”
Sergei Lebedev, de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni, ajoute : “A partir de ces modèles et de la tomographie sismique, nous voyons des structures s’élever à grande profondeur sous les îles Canaries. Ces anomalies reflètent les matières chaudes qui remontent à la surface de la Terre et sont appelées points chauds ou panaches et sont une source constante pour les volcans de surface.
“L’origine du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai est différente. Il fait partie de l’arc de Tonga-Kermadec, où le bord de la plaque tectonique du Pacifique plonge sous la plaque australienne. Ici, notre imagerie montre la couche de roche hydratée, partiellement fondue, au-dessus de la plaque Pacifique plongeante, qui alimente les volcans de l’arc.”
Mais d’où viennent ces anomalies thermiques ?
La réponse se trouve encore plus profondément, à une profondeur d’environ 2800 km, et est associée à des structures à la limite noyau-manteau : les provinces à grande et faible vitesse sismique (LLSVP). Ces structures proéminentes de la taille d’un continent semblent avoir un impact important sur le comportement de la surface.
Clint Conrad, du Centre norvégien pour la dynamique de l’évolution de la Terre, a déclaré : “Il existe un lien entre l’écoulement dans le manteau, où les cellules de convection alimentent la tectonique des plaques, et les emplacements des principaux panaches. L’écoulement le long de la limite noyau-manteau pousse le matériau du panache contre les LLSVP, formant ainsi les panaches. Dans les modèles, ce flux est entraîné par les dalles descendantes qui entourent les deux LLSVP. Les îles Canaries, par exemple, se trouvent au-dessus du bord du LLSVP africain.”
Lancée le 17 mars 2009, la mission GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) de l’ESA a été la première mission d’exploration de la Terre en orbite. Cette mission inédite a fourni une multitude de données qui ont permis d’atteindre un tout nouveau niveau de compréhension.de l’une des forces naturelles les plus fondamentales de la Terre – le champ de gravité. Ce satellite gravitationnel élégant et de haute technologie a représenté de nombreuses premières dans sa conception et dans l’utilisation de nouvelles technologies dans l’espace pour cartographier le champ de gravité de la Terre avec un niveau de détail sans précédent. Crédit : ESA-AOES-Medialab
Cependant, l’origine et la constitution exactes des LLSVP restent insaisissables. Lors de la récente réunion 4D Earth Science, des concepts et des idées alternatives ont été discutés à l’aide de données satellitaires et de modèles sismologiques, ce qui, espérons-le, conduira à des études plus détaillées de l’intérieur de la Terre dans un avenir proche.
Bart Root de TU Delft, l’un des organisateurs, résume : “Il est clair qu’une approche multidisciplinaire est nécessaire, où différents types de données satellitaires sont combinés avec des données sismologiques d’une manière commune pour aborder la structure exacte de l’intérieur profond de la Terre.”
Diego Fernandez de l’ESA a noté : ” Je suis heureux de voir que le projet FutureEO Science for Society de l’ESA donne des résultats qui amélioreront encore notre compréhension des sources profondes des événements tels que ceux que nous venons de voir à La Palma et aux Tonga.
“Il convient de noter que les données du satellite GOCE ont été essentielles à cette recherche. GOCE, qui a cartographié les variations du champ de gravité de la Terre avec une précision et un détail extrêmes, a terminé sa mission en orbite en 2013 – et les scientifiques s’appuient toujours sur ces données. C’est un autre exemple des avantages que nos missions satellitaires apportent bien au-delà de leur vie en orbite.”
