Les cristaux peuvent aider à révéler le comportement caché du volcan Kilauea – ScienceDirect

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  • Les scientifiques qui s’efforcent de comprendre comment et quand les volcans pourraient éclater font face à un défi: de nombreux processus se déroulent profondément sous terre dans des tubes de lave qui tournent avec de la Terre en fusion dangereuse. Lors de l’éruption, tous les marqueurs souterrains qui auraient pu offrir des indices menant à une explosion sont souvent détruits.

    Mais en tirant parti des observations de minuscules cristaux d’olivine minérale formés lors d’une violente éruption qui a eu lieu à Hawaï il y a plus d’un demi-siècle, les chercheurs de l’Université de Stanford ont trouvé un moyen de tester des modèles informatiques de flux de magma, qui, selon eux, pourraient révéler de nouvelles informations. sur les éruptions passées et peut-être aider à prévoir les futures.

    “Nous pouvons en fait déduire des attributs quantitatifs du flux avant l’éruption à partir de ces données cristallines et en apprendre davantage sur les processus qui ont conduit à l’éruption sans percer le volcan”, a déclaré Jenny Suckale, professeur adjoint de géophysique à la Stanford’s School of Earth, Energy. Et sciences de l’environnement (Stanford Earth). “C’est pour moi le Saint Graal en volcanologie.”

    Les cristaux de la taille d’un millimètre ont été découverts enterrés dans la lave après l’éruption du volcan Kilauea à Hawaï en 1959. Une analyse des cristaux a révélé qu’ils étaient orientés selon un modèle étrange, mais étonnamment cohérent, qui, selon les chercheurs de Stanford, était formé par une onde dans le magma souterrain qui affectait la direction des cristaux dans l’écoulement. Ils ont simulé ce processus physique pour la première fois dans une étude publiée dans Progrès scientifiques 4 déc.

    «J’ai toujours soupçonné que ces cristaux sont bien plus intéressants et importants que ce que nous leur attribuons», a déclaré Suckale, auteur principal de l’étude.

    travail de détective

    Ce fut une rencontre fortuite qui poussa Suckale à agir sur ses soupçons. Elle a eu un aperçu en écoutant la présentation d’un étudiant diplômé de Stanford sur les microplastiques dans l’océan, où les vagues peuvent amener des particules non sphériques à assumer un modèle de désorientation cohérent. Suckale a recruté la conférencière, alors étudiante au doctorat Michelle DiBenedetto, pour voir si la théorie pouvait être appliquée aux étranges orientations cristallines de Kilauea.

    “C’est le résultat du travail de détective qui consiste à apprécier le détail comme la preuve la plus importante”, a déclaré Suckale.

    Avec Zhipeng Qin, chercheur scientifique en géophysique, l’équipe a analysé les cristaux de scories, une roche sombre et poreuse qui se forme lors du refroidissement du magma contenant des gaz dissous. Lorsqu’un volcan entre en éruption, le magma liquide – connu sous le nom de lave une fois qu’il atteint la surface – est choqué par la température atmosphérique plus froide, piégeant rapidement les cristaux d’olivine naturels et les bulles. Le processus se déroule si rapidement que les cristaux ne peuvent pas se développer, capturant efficacement ce qui s’est passé pendant l’éruption.

    La nouvelle simulation est basée sur les orientations cristallines du Kilauea Iki, un cratère de fosse situé à côté de la caldeira principale du sommet du volcan Kilauea. Il fournit une base pour comprendre l’écoulement du conduit de Kilauea, le passage tubulaire à travers lequel le magma chaud sous le sol monte à la surface de la Terre. Parce que la scorie peut être soufflée à plusieurs centaines de mètres du volcan, ces échantillons sont relativement faciles à collecter. «C’est passionnant que nous puissions utiliser ces processus à très petite échelle pour comprendre cet énorme système», a déclaré DiBenedetto, l’auteur principal de l’étude, maintenant chercheur postdoctoral à la Woods Hole Oceanographic Institution.

    Attraper une vague

    Pour rester liquide, le matériau d’un volcan doit être constamment en mouvement. L’analyse de l’équipe indique que l’alignement étrange des cristaux a été causé par le magma se déplaçant dans deux directions à la fois, avec un flux directement au-dessus de l’autre, plutôt que de couler à travers le conduit dans un flux constant. Les chercheurs avaient précédemment spéculé que cela pourrait arriver, mais un manque d’accès direct au conduit en fusion empêchait des preuves concluantes, selon Suckale.

    “Ces données sont importantes pour faire avancer nos recherches futures sur ces risques, car si je peux mesurer la vague, je peux limiter le flux de magma – et ces cristaux me permettent d’atteindre cette vague”, a déclaré Suckale.

    Surveiller Kilauea du point de vue des dangers est un défi permanent en raison des éruptions imprévisibles du volcan actif. Au lieu de fuir continuellement de la lave, elle a des éclats périodiques entraînant des coulées de lave qui mettent en danger les résidents du côté sud-est de la grande île d’Hawaï.

    Selon les chercheurs, le suivi de la désorientation des cristaux à travers les différentes étapes des futures éruptions du Kilauea pourrait permettre aux scientifiques de déduire les conditions d’écoulement des conduits au fil du temps.

    “Personne ne sait quand le prochain épisode va commencer ou à quel point il va être – et tout dépend des détails de la dynamique du conduit”, a déclaré Suckale.

    Suckale est également membre, par courtoisie, du Stanford Woods Institute for the Environment, professeur adjoint, par courtoisie, en génie civil et environnemental et membre du Stanford Institute for Computational and Mathematical Engineering (ICME).

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université de Stanford. Original écrit par Danielle Torrent Tucker. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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