Pour les communautés vivant à l'ombre d'un volcan, les systèmes d'alerte précoce sont une bouée de sauvetage, mais la méfiance de ces avertissements peut avoir des conséquences mortelles. Pour éviter les fausses alarmes, il est essentiel que les scientifiques recherchent des moyens plus fiables de surveiller les volcans.
Une nouvelle étude publiée cette semaine dans la revue Seismica Par les chercheurs de l'Université d'Oxford, a étudié un signal sismique connu sous le nom de division des ondes de cisaillement pour fournir aux scientifiques et aux communautés un avertissement précoce essentiel d'une éruption dangereuse.
De grands mouvements de magma et de roche à l'intérieur d'un volcan provoquent la libération des ondes sismiques, mais ces signaux peuvent être difficiles à démêler. Le but de cette recherche était de rechercher un paramètre utilisable qui pourrait non seulement prédire si une éruption devait se produire, mais aussi si l'éruption allait être particulièrement dommageable.
Clissage à l'onde de cisaillement
Le fractionnement des ondes de cisaillement est un phénomène où les ondes de cisaillement sismiques se déplacent à différentes vitesses en fonction de leur polarisation. Les fissures et les fractures à l'intérieur de la roche peuvent ralentir les ondes sismiques, mais ont un effet de retard plus important sur les ondes sismiques qui voyagent à travers les mailles du filet et les fractures. Si les fissures sont alignées dans une direction, la quantité de division des ondes de cisaillement augmente.
Le magma et les fluides se déplaçant sous un volcan exercent des contraintes sur les roches environnantes, ce qui fait ouvrir des fissures dans certaines orientations et se fermer dans d'autres. L'examen des modifications de la division des ondes de cisaillement dans le temps peut être très utile pour les scientifiques, car il leur dit où ces fissures s'ouvrent et se ferment.
Mais l'équipe de recherche voulait aller plus loin – et tester si le plus grand changement de stress lors d'une éruption explosive a également provoqué un changement plus important à la quantité de division des ondes de cisaillement.
« L'anisotropie sismique – ou l'effet de la composition rocheuse et des fractures internes sur la vitesse des ondes de cisaillement oscillant à angle droit – est un phénomène bien documenté », a déclaré le professeur Mike Kendall (Département des sciences de la Terre, Université d'Oxford).
« Lorsque nous avons réfléchi à la façon dont l'anisotropie augmente à mesure que la pression à l'intérieur d'un volcan se construit, nous étions ravis d'explorer si nous pouvions détecter ces changements, et si cela pouvait être un signal distinctif qui pourrait être appliqué aux systèmes d'alerte précoce. »
Observations au volcan Ontake
L'équipe de recherche a mis cette théorie à l'épreuve en examinant les signaux sismiques lors de deux éruptions de volcan Ontake, sur l'île Honshū au Japon. L'éruption de 2007 était petite et avait beaucoup moins d'impact sur la communauté environnante, tandis que l'éruption de 2014 était plus grande, plus explosive et malheureusement plus mortelle.
Ils étaient ravis de découvrir que pendant la plus petite éruption, la quantité de division des ondes de cisaillement est restée constante tout au long, mais pendant l'éruption plus importante, la quantité de fractionnement a doublé juste avant l'explosion d'Onfake. L'équipe pense que le changement de stress plus important au cours de l'éruption de 2014 a augmenté le fractionnement de l'onde de cisaillement observé, indiquant une relation utile entre la quantité de division et la taille de l'éruption.
Le co-auteur, le professeur Toshiko Terakawa (Université de Nagoya), a noté: « Les mécanismes focaux des tremblements de terre volcano-tectoniques ont radicalement changé avant et après l'éruption de 2014. L'intégration des données de la division des ondes de cisaillement et des mécanismes focaux des tremblements de terre pourrait fournir des informations plus profondes dans des conditions nécessaires à une éruption. »
Le co-auteur, le professeur Martha Savage (Victoria University of Wellington), a ajouté: « Les enregistrements autour de deux éruptions sur le volcan Ontake au Japon ont pu montrer que la méthode peut non seulement montrer des changements avant les éruptions, mais qu'ils peuvent potentiellement aider à prédire la taille d'une éruption. Ce travail était un exemple de la coopération parmi les personnes provenant du monde entier peut aborder des problèmes de sociétale importants. »
Un précieux système d'alerte précoce
Étant donné que le changement de division des ondes de cisaillement s'est produit avant le début de l'éruption de l'Onfake, les scientifiques surveillant le volcan pourront utiliser ce paramètre comme un système vital pour le début de l'ocktissement et un indicateur de la dommage à l'éruption. Cela offre une nouvelle façon de protéger les communautés locales contre les impacts dévastateurs d'une éruption volcanique.
« Nous nous attendons à voir ces effets dans d'autres volcans du monde entier, pas seulement au volcan Ontake », a déclaré le co-auteur du Dr Tom Kettlety (Département des sciences de la Terre, Université d'Oxford).
« Alors que des changements dans le stress volcanique se produisent avant une éruption, nous prévoyons que nous verrions des changements dans le fractionnement des ondes de cisaillement. Cela pourrait être un outil précieux pour avertir précoce des éruptions volcaniques, en particulier pour les communautés locales. »
Ce travail fait partie d'un programme de recherche dynamique en volcanologie et en énergie géothermique à Oxford. Des travaux récemment publiés basés sur le volcan « Zombie » UtUruncu ont montré des informations uniques sur l'architecture des volcans, qui complètent le type de surveillance des dangers menée au volcan Ontake.
