Les scientifiques ont utilisé des techniques d’imagerie modernes pour étudier l’éruption du volcan sous-marin Kolumbo en 1650, révélant qu’un glissement de terrain suivi d’une éruption a provoqué le tsunami historique. Leurs découvertes contribuent à l’avancement de la surveillance de l’activité volcanique sous-marine.
Les chercheurs de GEOMAR reconstituent une éruption volcanique historique à l’aide de la sismique 3D.
L’explosion du volcan sous-marin Kolumbo dans la mer Égée en 1650 a déclenché un tsunami destructeur décrit par des témoins oculaires historiques. Un groupe de chercheurs dirigé par le Dr Jens Karstens du Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel a étudié le cratère sous-marin de Kolumbo avec une technologie d’imagerie moderne et a reconstitué les événements historiques. Ils ont découvert que les témoignages oculaires de la catastrophe naturelle ne peuvent être décrits que par une combinaison d’un glissement de terrain suivi d’une éruption explosive. Leurs conclusions ont été publiées le 26 octobre dans la revue Communications naturelles.
Observations et enquêtes
Depuis l’île grecque de Santorin, l’éruption était visible depuis plusieurs semaines. À la fin de l’été 1650, des gens rapportèrent que la couleur de l’eau avait changé et que l’eau bouillait. À environ sept kilomètres au nord-est de Santorin, un volcan sous-marin est sorti de la mer et a commencé à éjecter des roches incandescentes. Du feu et des éclairs étaient visibles, et des panaches de fumée assombrissaient le ciel. Puis l’eau s’est soudainement retirée, pour ensuite déferler quelques instants plus tard vers le littoral, le frappant avec des vagues pouvant atteindre 20 mètres de haut. Une énorme détonation a été entendue à plus de 100 kilomètres, de la pierre ponce et des cendres sont tombées sur les îles environnantes et un nuage mortel de gaz toxique a fait plusieurs morts.
Le paysage pittoresque de la caldeira de Santorin aujourd’hui. Crédit : Jonas Preine
« Nous connaissons ces détails de l’éruption historique de Kolumbo car il existe des rapports contemporains qui ont été compilés et publiés par un volcanologue français au 19ème siècle », explique le Dr Jens Karstens, géophysicien marin au Centre GEOMAR Helmholtz pour la recherche océanique de Kiel.
Mais comment ces événements dévastateurs se sont-ils produits ? Pour le savoir, lui et ses collègues allemands et grecs se sont rendus en 2019 dans la mer Égée grecque pour étudier le cratère volcanique avec une technologie spéciale.
Karstens : « Nous voulions comprendre comment le tsunami s’est produit à ce moment-là et pourquoi le volcan a explosé si violemment. »
Deux panneaux de chalut, entre lesquels une source de signal et 15 câbles de mesure (streamers) sont remorqués derrière le navire de recherche : Cette technique spéciale a été utilisée pour créer une image tridimensionnelle du volcan Kolumbo, qui se trouve aujourd’hui entre 18 et 500 mètres sous le surface de l’eau. Crédit : Thiès Bartels
Analyse scientifique et surveillance future
À bord du navire de recherche POSEIDON, désormais désaffecté, l’équipe a utilisé des méthodes sismiques 3D pour créer une image tridimensionnelle du cratère, qui se trouve désormais à 18 mètres sous la surface de l’eau.
Dr Gareth Crutchley, co-auteur de l’étude : « Cela nous permet de regarder à l’intérieur du volcan. » Non seulement l’imagerie 3D a montré que le cratère mesurait 2,5 kilomètres de diamètre et 500 mètres de profondeur, suggérant une explosion véritablement massive, mais les profils sismiques ont également révélé qu’un flanc du cône avait été gravement déformé.
Crutchley : « Cette partie du volcan a certainement glissé. » Les chercheurs ont ensuite adopté une approche policière, comparant les différents mécanismes qui auraient pu provoquer le tsunami avec les récits de témoins oculaires historiques. Ils ont conclu que seule la combinaison d’un glissement de terrain suivi d’une explosion volcanique pouvait expliquer le tsunami. Leurs conclusions sont publiées dans la revue Communications naturelles.
Ces coupes à travers le volume sismique montrent les structures géologiques qui enregistrent l’histoire du cratère. Crédit : Karstens et al. 2023
En combinant la sismique 3D avec des simulations informatiques, les chercheurs ont pu reconstituer la hauteur des vagues si elles avaient été générées par la seule explosion.
Karstens : « D’après cela, on aurait pu s’attendre à des vagues de six mètres de haut à un endroit précis, mais nous savons, d’après les rapports de témoins oculaires, qu’elles atteignaient là 20 mètres de haut. »
En outre, on dit que la mer s’est d’abord retirée à un autre endroit, mais dans la simulation informatique, une crête de vague atteint d’abord la côte. Ainsi, l’explosion ne peut à elle seule expliquer le tsunami. Cependant, lorsque le glissement de terrain a été inclus dans les simulations, les données concordaient avec les observations historiques.
Jens Karstens explique : « Kolumbo est constitué en partie de pierre ponce aux pentes très raides. Ce n’est pas très stable. Au cours de l’éruption, qui durait depuis plusieurs semaines, de la lave était continuellement éjectée. En dessous, dans la chambre magmatique, qui contenait beaucoup de gaz, régnait une pression énorme. Lorsqu’un des flancs du volcan glissait, l’effet était comme si on débouchait une bouteille de champagne : la soudaine libération de pression permettait au gaz présent dans le système magmatique de se dilater, provoquant une énorme explosion.
Quelque chose de similaire aurait pu se produire lors de l’éruption en 2022 du volcan sous-marin Hunga Tonga, dont le cratère volcanique a une forme similaire à celle de Kolumbo.
L’avant-dernière expédition du RV POSEIDON, désormais désaffecté, s’est rendue dans la mer Égée grecque, où des scientifiques allemands et grecs ont étudié le volcan sous-marin Kolumbo, qui est entré en éruption en 1650. Crédit : Paraskevi Nomikou
L’étude fournit ainsi des informations précieuses pour le développement de programmes de surveillance de l’activité volcanique sous-marine active, tels que SANTORY, dirigé par le co-auteur, le professeur Paraskevi Nomikou de l’Université nationale et capodistrienne d’Athènes (NKUA). « Nous espérons pouvoir utiliser nos résultats pour développer de nouvelles approches de surveillance des troubles volcaniques », explique Jens Karstens, « peut-être même un système d’alerte précoce, collectant des données en temps réel. Ce serait mon rêve.
À propos de la sismique réflexion marine 3D
La sismique 3D est une technique géophysique qui exploite le fait que les ondes sonores sont partiellement réfléchies aux limites des couches. Cela permet de créer des profils transversaux de structures géologiques sous le fond marin. Contrairement à la sismique réflexion 2D, la sismique réflexion marine 3D utilise plusieurs câbles de mesure (boîtiers récepteurs) remorqués en parallèle derrière le navire de recherche. Le résultat est une image tridimensionnelle, appelée volume sismique, qui nous permet d’observer sous le fond marin et d’analyser la géologie en détail.
