Des scientifiques de l'Institution océanographique Scripps de l'Université de Californie à San Diego ont découvert des signatures géochimiques de magma s'accumulant sous la surface lors des incendies de Fagradalsfjall en Islande en 2021.
L'épisode volcanique le plus récent de l'Islande sur la péninsule de Reykjanes, qui devrait durer des siècles, a commencé avec une vaste réserve de magma juste sous la surface.
Des chercheurs de l'Institut océanographique Scripps de l'Université de Californie à San Diego ont détecté une accumulation de magma sous le volcan islandais Fagradalsfjall lors de l'éruption de 2021. Un échantillonnage continu a révélé une contamination de la croûte dans les premières laves, contrairement aux croyances précédentes. Cette étude souligne l'importance du stockage du magma dans la croûte dans l'activité volcanique.
Signatures géochimiques et accumulation de magma
Des scientifiques de l'Institution océanographique Scripps de l'Université de Californie à San Diego ont détecté des signatures géochimiques de magma s'accumulant et fondant sous la surface lors des « incendies de Fagradalsfjall », qui ont commencé sur la péninsule islandaise de Reykjanes en 2021.
L'échantillonnage continu des laves émises par le volcan Fagradalsfjall a permis une analyse détaillée des signaux géochimiques en séries chronologiques. Ces données montrent que le début de l'éruption a commencé par une accumulation massive de magma, ce qui contredit l'hypothèse initiale selon laquelle le magma serait remonté directement depuis le manteau.
Le géologue de Scripps Oceanography, James Day, et ses collègues rendent compte des analyses aujourd'hui (31 juillet) dans la revue Nature.

Des visiteurs assistent à l'éruption du Meradalir en 2022. Crédit : Savannah Kelly/Scripps Oceanography
Analyse géochimique et « sang » volcanique
« En collectant des laves à intervalles réguliers, puis en mesurant leur composition en laboratoire, nous pouvons déterminer ce qui alimente le volcan en profondeur », a déclaré Day, responsable de l'étude. « C'est un peu comme prendre régulièrement des mesures du sang d'une personne. Dans ce cas, le « sang » du volcan correspond aux laves en fusion qui en émanent de manière si spectaculaire. »
Day, des étudiants de Scripps Oceanography et des collègues internationaux ont étudié les laves basaltiques d'autres éruptions volcaniques récentes en plus de celle de l'Islande. Il s'agit notamment de l'éruption du volcan Tajogaite de 2021 sur l'île de La Palma aux îles Canaries et de l'éruption du Mauna Loa de 2022 à Hawaï. Ils ont trouvé des preuves d'une accumulation de magma similaire sous La Palma.
Importance du stockage du magma dans la croûte terrestre
« Ce qui rend l’éruption islandaise si remarquable, c’est l’énorme signal de croûte dans les premières coulées de lave », a déclaré Day. « Avec nos études à La Palma, cela suggère que le stockage du magma dans la croûte pourrait être un processus courant impliqué dans la préparation d’éruptions basaltiques plus importantes comme celles d’Islande ou des îles Canaries. Ces informations seront importantes pour comprendre les risques volcaniques à l’avenir », a-t-il ajouté, « car elles pourraient aider à prévoir l’activité volcanique. »
Des études antérieures avaient suggéré que les incendies de Fagradalsfjall avaient éclaté depuis la surface sans interaction avec la croûte. L'équipe de Day, composée notamment de Savannah Kelly, étudiante de premier cycle à l'Université de Californie à San Diego, a utilisé la composition isotopique de l'élément osmium pour comprendre ce qui se passait sous le volcan.
« L’intérêt de l’osmium, explique Day, c’est que l’un de ses isotopes est produit par la désintégration radiogénique d’un autre métal, le rhénium. Comme ces éléments se comportent différemment lors de la fusion, l’un d’entre eux, le rhénium, est enrichi dans la croûte terrestre. » Day et ses collègues ont profité des comportements distincts du rhénium et de l’osmium pour montrer que les laves primitives des incendies de Fagradalsfjall étaient contaminées par la croûte terrestre.
Les couches terrestres et les processus volcaniques
La Terre peut être divisée en une série de couches. La partie la plus profonde est le noyau métallique. Les couches les moins profondes sont l'atmosphère, l'océan et la croûte rocheuse. Tous les êtres humains vivent sur la croûte, qui est dominée par des types de roches tels que le granite ou le basalte comme celui que l'on trouve dans les laves islandaises. Entre le noyau et la croûte se trouve le vaste manteau de la Terre. C'est dans cette couche du manteau que se produit la fusion pour produire les magmas qui alimentent les volcans comme ceux d'Islande.
Les travaux antérieurs publiés sur les récentes éruptions volcaniques de la dorsale de Reykjanes avaient utilisé d'autres empreintes géochimiques pour étudier les laves. Ces empreintes suggéraient uniquement des contributions du manteau aux laves. Les isotopes d'osmium sont très sensibles à la croûte et ont permis d'identifier sans ambiguïté son ajout dans les laves primitives.
Des découvertes surprenantes dans les laves anciennes
« Le travail a commencé comme une expérience de recherche de premier cycle pour Savannah (Kelly) et nous nous attendions pleinement à voir des signatures du manteau dans les laves tout au long de l'éruption », a déclaré Day. « Vous pouvez imaginer notre étonnement lorsque nous étions assis devant le spectromètre de masse mesurant les premiers échantillons et que nous avons vu des signes évidents de croûte à l'intérieur de ceux-ci. »
L'équipe a analysé les laves ayant jailli du volcan Fagradalsfjall en 2021 et en 2022. Les laves de 2021 étaient contaminées par la croûte terrestre, ce qui n'était pas le cas de celles de 2022. Ils en concluent que les laves les plus anciennes se sont accumulées dans la croûte terrestre et que l'interaction avec celle-ci a pu contribuer au déclenchement de l'éruption.
« Après cela, il semble que le magma des éruptions ultérieures ait utilisé des voies préexistantes pour atteindre la surface », a déclaré Day.
Importance à long terme des études volcaniques
Day et ses collègues prévoient de poursuivre leurs travaux sur l'Islande et d'autres éruptions basaltiques à l'avenir. Les précédentes éruptions sur la péninsule de Reykjanes ont duré des siècles.
« Il semble que les « incendies » volcaniques en Islande me survivront », a déclaré Day. « Les éruptions qui vont probablement se poursuivre dans ce pays fourniront un trésor d’informations scientifiques importantes sur le fonctionnement des volcans et les dangers qui y sont associés. Notre étude montre que le début de l’éruption n’était pas seulement spectaculaire visuellement, mais aussi géochimiquement. »
Outre Day et Kelly, Geoffrey Cook de Scripps Oceanography, William Moreland et Thor Thordarsson de l'Université d'Islande et Valentin Troll de l'Université d'Uppsala en Suède ont participé à la recherche. Le programme de pétrologie et de géochimie de la National Science Foundation (NSF) a financé en partie la recherche.