Une rafale d’explosions sous-marines a alimenté l’éruption du volcan Tonga

Les chercheurs commencent à comprendre pourquoi l’éruption d’un volcan sous-marin aux Tonga a été si explosive – et ce qui s’est passé par la suite. Les preuves recueillies par deux groupes suggèrent que lorsque le centre du volcan s’est effondré, il a craché une énorme quantité de magma qui a réagi violemment avec l’eau, alimentant plusieurs grandes explosions et des centaines d’explosions beaucoup plus petites.

Le volcan Hunga Tonga – Hunga Haʻapai est entré en éruption le 15 janvier 2022, produisant la plus grande explosion atmosphérique de l’histoire enregistrée. Il a envoyé des ondes de choc dans le monde entier et un panache de cendres dans la haute atmosphère.

En mai, Shane Cronin, volcanologue à l’Université d’Auckland, en Nouvelle-Zélande, a dirigé un groupe qui a navigué au-dessus de la caldeira du volcan, la dépression centrale qui se forme lorsqu’un volcan entre en éruption, et a utilisé un sonar pour cartographier sa structure. Ils ont découvert que la caldeira de quatre kilomètres de large avait chuté de moins de 200 mètres sous le niveau de la mer à plus de 850 mètres.

« Le volcan a produit cette énorme nouvelle caldeira », explique Cronin. Il estime que quelque 6,5 kilomètres cubes de roche ont été projetés, soit à peu près l’équivalent d’une sphère aussi large que le Golden Gate Bridge à San Francisco, en Californie. « Ce fut une découverte incroyable », déclare Taaniela Kula, secrétaire adjointe des Tonga pour les terres et les ressources naturelles à Nuku’alofa et collaboratrice de la recherche. « Cela crée une meilleure image du mécanisme du volcan. » Les travaux ont été présentés lors d’une réunion de l’Union européenne des géosciences (EGU) à Vienne le 26 mai.

La raison de cette grande explosion était probablement l’interaction entre de grandes quantités de magma et d’eau au début de l’éruption, explique Cronin. « Vous avez de l’eau à 20 degrés et vous avez du magma à 1 110 degrés qui entrent directement en contact », dit-il. Une si grande différence de température signifiait que, lorsque l’eau a été forcée en contact avec le magma par l’éruption, elle a explosé. Chaque interaction a poussé l’eau plus profondément dans les bords du magma, explique Cronin, augmentant la surface de contact et entraînant de nouvelles explosions dans une réaction en chaîne.

La profondeur initiale de la caldeira était également juste assez peu profonde pour que la pression de l’eau ne supprime pas l’explosion, mais suffisamment profonde pour que le magma soit alimenté en énormes quantités d’eau pour alimenter les interactions, entraînant plusieurs grandes explosions et des centaines d’explosions beaucoup plus petites chaque minute. Des témoins oculaires du jour de l’éruption ont rapporté « des crépitements et du bruit comme des tirs d’artillerie » jusqu’à 90 kilomètres de l’éruption, dit Cronin. « Ce ne sont pas des sons que j’ai entendus auparavant provenant de volcans en éruption », dit-il.

Les grains de cendres récupérés des Tonga après l’éruption suggèrent également qu’il y a eu une interaction violente entre le magma et l’eau. Lorsque l’eau de mer est entrée en contact avec le magma, elle a produit des ondes de choc suffisamment puissantes pour fracturer les grains, a déclaré Joali Paredes-Mariño, ingénieur géologue à l’Université d’Auckland, dans un travail présenté à l’EGU.

Anéantir

Une expédition distincte d’une équipe de l’Institut national néo-zélandais de recherche sur l’eau et l’atmosphère (NIWA) à Auckland s’est rendue sur le volcan en avril, mais elle n’a pas traversé la caldeira. Ils ont échantillonné des cendres du fond marin autour du volcan, ce qui a montré que l’éruption a probablement été suivie de coulées pyroclastiques dramatiques, de courants chauds de cendres et de lave qui ont plu sur les côtés submergés de la caldeira. Les cendres chaudes qui se précipitaient ont transformé le fond marin environnant en un désert blanc qui «a tout anéanti», explique le chef de voyage Kevin Mackay, géologue marin au NIWA.

Ces flux se sont propagés sous l’eau sur des milliers de kilomètres carrés à partir de l’éruption, déchirant les câbles du fond marin – y compris ceux fournissant l’accès des Tonga à Internet, qui n’ont toujours pas été entièrement restaurés – et alimentant les tsunamis qui ont déferlé sur les îles voisines, atteignant jusqu’à 18 mètres de hauteur. Au fond de la mer, rien ne semble avoir survécu, même si des échantillons sont toujours en cours d’analyse pour déterminer l’étendue des dégâts. « Nous ne pensons même pas que des bactéries y vivent », dit Mackay. « C’est à quel point nous pensons que les sédiments sont toxiques. »

Les échantillons collectés par l’équipe NIWA sont utilisés pour étudier les impacts potentiels sur les niveaux d’oxygène et l’acidification des océans, explique Sarah Seabrook, biogéochimiste au NIWA.

Tout n’a cependant pas été décimé. Les données satellitaires ont montré une grande prolifération de phytoplancton dans l’océan après l’éruption, qui s’est nourrie des nutriments libérés par l’explosion, explique Seabrook. Et sur les collines voisines qui s’élevaient au-dessus du fond marin à seulement 15 kilomètres de l’éruption, la vie était florissante, dit Mackay. « Nous nous attendions à ce que la vie soit universellement détruite. »

Panache de vapeur d’eau

D’autres recherches présentées à l’EGU par Philippe Heinrich au Commissariat aux énergies alternatives et à l’énergie atomique près de Paris ont montré que l’onde de pression de l’éruption a produit un tsunami jusqu’à la côte méditerranéenne française, à 17 000 kilomètres, avec plusieurs centimètres d’élévation du niveau de la mer enregistrés. . Luis Millán du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, a également découvert que l’éruption avait envoyé un panache de vapeur d’eau qui avait atteint une hauteur de 53 kilomètres, bien dans la stratosphère. Ce panache, qui a maintenant encerclé le globe, a augmenté la teneur en vapeur d’eau de la stratosphère de 146 téragrammes (146 billions de grammes), soit 10 %, et restera probablement dans l’atmosphère pendant au moins un an. « Nous n’avons jamais rien vu de tel auparavant dans toute l’ère des satellites », déclare Millán.

Certaines recherches suggèrent qu’il y avait des indices de ce qui allait arriver. Thomas Walter, du Centre allemand de recherche en géosciences à Potsdam, a déclaré que les lectures sismologiques indiquent un possible effondrement partiel du mur de la caldeira dans les heures précédant l’événement. « C’est un indice très faible, » dit-il. « Mais cela peut indiquer que nous avons d’abord un effondrement, puis l’explosion. »

Cronin convient qu’il y a peut-être eu des avertissements. L’imagerie satellite a montré qu’une partie du bord nord en saillie du volcan tombait dans la mer la veille de l’éruption. « Cela aurait pu indiquer les premiers stades de l’effondrement de la caldeira », dit-il. Cela pourrait être un outil crucial pour prédire les futures éruptions sous-marines. « Si nous avons raté le gros indice que ce gros arrivait, alors c’est évidemment une leçon que nous allons suivre », déclare Cronin.