Les volcans sont des éléments géologiques les plus puissants de la Terre, capables de créer des paysages entièrement nouveaux et de remodeler radicalement les structures existantes. Ces magnifiques structures naturelles sont nées du mouvement et de l'éruption de la roche fondue de magma qui provient profondément sous la surface de la Terre. Comprendre les processus complexes derrière la formation des volcans et les diverses formes de terre qu'ils créent fournit des indications cruciales sur la nature dynamique de notre planète et les forces qui continuent de façonner sa surface.

De quoi est-ce que Magma et d'où vient-il ?

Magma est un mélange de roches fondues et semi-moltées trouvées sous la surface de la Terre, et il atteint des températures extrêmement élevées entre 700° et 1300° Celsius (1 292° et 2 372° Fahrenheit). Cette chaleur intense rend le magma très fluide et dynamique, lui permettant de se déplacer à travers la croûte terrestre et de créer de nouvelles caractéristiques géologiques.

Au fond de la Terre, il fait si chaud que certaines roches fondent lentement et deviennent une substance qui coule épaisse appelée magma, et comme elle est plus légère que la roche solide qui l'entoure, la magma s'élève et se collecte dans les chambres de magma. Magma est constituée de roches liquides qui contiennent généralement des cristaux solides suspendus, et à mesure que la magma approche de la surface et que la pression surfeur diminue, des gaz dissous bullent du liquide.

Les trois mécanismes principaux de la formation de Magma

Le magma est généré à partir de matériaux de manteau dans plusieurs situations de tectonique de plaques par trois types de fusion : la fonte de la décompression, la fusion du flux ou la fusion induite par la chaleur.

Décompression Melting

La fonte de la décompression se produit lorsque le matériau du manteau augmente et subit une réduction de pression sans changement significatif de température. Ce processus est particulièrement fréquent aux limites divergentes des plaques, comme les crêtes du milieu de l'océan, où les plaques tectoniques se séparent les unes des autres. Magma monte continuellement du manteau vers cette limite, construisant de nouveaux matériaux de plaques des deux côtés de la limite de la plaque. La réduction de pression permet à la roche du manteau de fondre partiellement, générant du magma basaltique qui crée une nouvelle croûte océanique.

Melting de flux

La fonte du flux représente un processus crucial dans l'activité volcanique dans les zones de subduction. Alors que la plaque océanique subductifiée s'écoule et se réchauffe, l'eau est progressivement libérée des sédiments et des minéraux dans la « lamb » de la plaque, et l'eau a pour effet de réduire la température de fusion du manteau d'environ 60 à 100 °C, ce qui permet la génération de magma à la profondeur qui alimente les volcans qui se forment à la surface.

Melting induit par la chaleur

Les volcans peuvent se former au-dessus d'une colonne de magma surchauffé appelé panache de manteau, qui peut se produire dans des zones éloignées des limites des plaques, et est également appelé «volcanisme de point chaud ou intraplaque». Les îles hawaïennes fournissent un exemple classique de volcanisme de point chaud, où un panache stationnaire de manteau crée une chaîne d'îles volcaniques au cours de la traversée de la plaque du Pacifique.

Le voyage de la chambre de Magma à l'éruption de surface

Une fois le magma formé, il commence un voyage vers le haut à travers la croûte terrestre. Après sa formation, le magma se lève de façon flottante vers la surface terrestre, en raison de sa densité inférieure à la roche source. En migreant à travers la croûte, le magma peut se recueillir et résider dans les chambres du magma, et le magma peut rester dans une chambre jusqu'à ce qu'il se refroidisse et se cristallise pour former une roche intrusive, qu'il éclate comme un volcan, ou qu'il se déplace dans une autre chambre du magma.

Tous les volcans sont reliés à un réservoir de roche fondue, appelé chambre de magma, sous la surface de la Terre, et lorsque la pression à l'intérieur de la chambre s'accumule, le magma flottant voyage vers un évent ou une série d'évents de surface, à travers un tuyau intérieur central ou une série de tuyaux, créant des éruptions qui varient en taille, en matériau et en explosivité.

Comment la Tectonique des plaques contrôle l'activité volcanique

La plupart des volcans se forment aux limites des plaques tectoniques de la Terre, qui sont d'énormes dalles de la croûte terrestre et du manteau supérieur qui s'alignent comme des morceaux d'un puzzle et se déplacent constamment à une vitesse très lente.

Limites des plaques divergentes

À des limites divergentes, les plaques tectoniques s'éloignent les unes des autres, créant de l'espace pour que le magma puisse se lever du manteau. L'océan Atlantique abrite une limite de plaques divergentes, un endroit appelé la crête du milieu de l'Atlantique.

Limites des plaques convergentes

Les volcans se forment ici dans deux milieux où soit la plaque océanique descend sous une autre plaque océanique, soit une plaque océanique descend sous une plaque continentale, avec des volcans arc-océan-océan et des volcans de type andin qui produisent des volcans arc-océan-continent. Ces volcans de zone subduction sont souvent les types les plus explosifs et dangereux de systèmes volcaniques sur Terre.

Volcanisme des points chauds

Un panache de manteau, ou point chaud, produit l'activité volcanique lorsque le magma surchauffé monte à travers le manteau, fond la croûte au-dessus, et s'écoule sur la surface formant un volcan. Les volcans Hotspot sont formés avec la lave « runny » et ont un profil flatteur, moins de cônes, et sont appelés volcans boucliers. Contrairement aux volcans de limite de plaque, les volcans hotspot peuvent se former au milieu des plaques tectoniques, créant des chaînes distinctives d'îles volcaniques lorsque la plaque se déplace sur le point chaud stationnaire.

Le processus complet de formation du volcan

La formation de volcans est un processus graduel qui se produit par des éruptions répétées sur de longues périodes. Le terrain volcanique est construit par la lente accumulation de lave éruptée. Par une série de fissures à l'intérieur et sous le volcan, le vent se connecte à une ou plusieurs zones de stockage reliées de roches fondues ou partiellement fondues (magme), et cette connexion au magma frais permet au volcan d'éruptionr de nouveau et encore au même endroit, ce qui fait que le volcan s'élargit, jusqu'à ce qu'il ne soit plus stable.

Le magma peut être ébranlé de diverses façons, parfois par des roches fondues qui s'écoulent simplement du vent comme des coulées de lave fluide, mais il peut aussi s'enfoncer violemment dans l'air comme des nuages denses de durs rocheux (tephra) et de gaz.

Comprendre la composition et la viscosité de Magma

La composition du magma est déterminée par les différences de température de fusion des composants minéraux (série de réaction de Bowen). La composition du magma influence de façon significative son comportement, son style d'éruption et le type de volcan qu'il crée. Magma peut varier de mafique (faible teneur en silice) à felsique (haute teneur en silice), avec des compositions intermédiaires tombant entre ces extrêmes.

L'explosion d'une éruption dépend de la composition du magma, si le magma est mince et écoulement, les gaz peuvent s'en échapper facilement, et quand ce type de magma éclate, il sort du volcan. Le magma basaltique, qui est faible en silice et a une faible viscosité, produit généralement des éruptions douces et effusives.

Les principaux types de volcans

Les types les plus connus de volcans sont les cônes de cidre, les volcans composites (stratovolcanes) et les volcans de bouclier. Chaque type a des caractéristiques distinctives déterminées par la composition magma, le style d'éruption et le cadre tectonique.

Volcans du bouclier

Les volcans de bouclier forment de très grandes monticules, légèrement inclinées, à partir d'éruptions effusives, avec de la lave qui est fluide et qui coule facilement, créant la forme de bouclier. Les volcans de bouclier ont des pentes douces qui sont de moins de 10° et éruption plus de lave fluide appelée basalte, et quand un volcan de bouclier éruption, le basalte peut écouler de grandes distances loin de la ventilation pour produire de larges pentes douces.

Shield volcanoes are built by many layers over time and the layers are usually of very similar composition, and the low viscosity also means that shield eruptions are non-explosive. Hawaii's Mauna Loa is the largest active volcano on our planet, with submarine flanks that descend to the sea floor an additional 5 km (3 mi), and the sea floor in turn is depressed by Mauna Loa's great mass another 8 km (5 mi), making the volcano's summit about 17 km (10.5 mi) above its base.

Stratovolcanes (Volcans composites)

Un stratovolcan, aussi connu comme volcan composite, est un volcan typiquement conique construit par de nombreuses couches alternées (strata) de lave durcie et de tephra, et contrairement aux volcans boucliers, les stratovolcanes sont caractérisés par un profil raide avec un cratère de sommet et des éruptions explosives. Certaines des plus grandes montagnes de la Terre sont des volcans composites, qui sont généralement des cônes symétriques de parois abruptes de grande dimension construits de couches alternées de lave, cendres volcaniques, cendres, blocs et bombes et peuvent s'élever jusqu'à 8 000 pieds au-dessus de leurs bases.

La lave qui coule des stratovolcanes se refroidit et se solidifie généralement avant de s'étendre loin, en raison de la viscosité élevée, et le magma formant cette lave est souvent felsique, ayant des niveaux élevés à intermédiaires de silice (comme dans la rhyolite, la dacite, ou l'andésite). Les stratovolcanes sont plus susceptibles de produire des éruptions explosives dues au gaz accumulé dans le magma visqueux.

Cônes de cidre

Les cônes de cidre sont le type le plus simple de volcan, fait de petits morceaux de lave solide, appelé cendrage, qui sont éparpillés d'un évent. Les cônes de cidre sont construits à partir de particules et de blobs de lave congelée éjectés d'un évent unique, et comme la lave chargée de gaz est soufflée violemment dans l'air, il se brise en petits fragments qui solidifient et tombent comme des cendres autour du évent pour former un cône circulaire ou ovale.

Le sol tremble lorsque le magma se lève de l'intérieur de la Terre, puis un puissant souffle jette des roches fondues, des cendres et du gaz dans l'air, et les roches refroidissent rapidement dans l'air et tombent sur la terre pour se briser en petits morceaux de cylindre qui s'accumulent autour du vent, s'accumulant comme un petit cône de cylindre qui peut être aussi haut qu'un millier de pieds au-dessus du sol environnant.

Dômes de lava

Les dômes de lave se forment quand la lave visqueuse est extrudée d'un évent volcanique. Comme la lave visqueuse n'est pas très fluide, elle ne peut s'éloigner facilement de l'évent lorsqu'elle est extrudée, alors elle s'empile au-dessus de l'évent formant une grande masse de matériau en forme de dôme.

Calderas et supervolcanes

Les dépressions formées par l'effondrement des volcans sont connues sous le nom de calderas, qui sont généralement de grandes dépressions en forme de bassin, à parois abruptes, formées par l'effondrement d'une grande zone au-dessus, et autour, un ou des évents volcaniques, et calderas varient en forme et en taille de dépressions circulaires approximatives de 1 à 15 miles de diamètre à des dépressions allongées énormes jusqu'à 60 miles de long.

Les éruptions de supervolcan sont extrêmement rares dans l'histoire de la Terre, et un supervolcan doit éclater plus de 1000 km cube (240 miles cubes) de matériel, contre 1,2 km3 pour le mont Sainte-Hélène ou 25 km3 pour le mont Pinatubo. Les supervolcans sont le type de volcan le plus dangereux.

Les formes volcaniques créées par Magma

Au fur et à mesure que le magma éclate et se refroidit, il crée une variété de formes de terre qui modifient radicalement la surface de la Terre. Ces caractéristiques vont de montagnes volcaniques massives à de vastes plateaux de lave, chacun racontant une histoire des processus volcaniques qui les ont formés.

Flux de lava et Plateaus de lava

Les coulées de lava représentent l'une des formes de terre volcanique les plus courantes. Lorsque la lave basaltique liquide éclate, elle peut parcourir de grandes distances de l'évent, se propager dans le paysage et se solidifier en grandes couches de roche. Les plateaux de lava se développent à partir d'effusions répétées de lave basse viscosité qui se propagent sur de vastes zones et se solidifient en paysages plats.

Cones et montagnes volcaniques

Un volcan est un type de formation de terrain créé lorsque la lave se solidifie en roche. L'accumulation de matériel érupté au fil du temps construit des cônes volcaniques et des montagnes. Si des éruptions de cendrage et de lave se produisent à plusieurs reprises depuis le même évent, les couches recoupantes peuvent former un volcan composite (stratovolcan).

Calderas

Les calderas se forment lorsqu'une grande éruption vide une chambre de magma, provoquant l'effondrement du sol au-dessus. Crater Lake, Oregon, États-Unis, est dans une caldera d'environ 10 kilomètres de large, et la caldera de Crater Lake est le résultat d'une éruption qui a eu lieu il y a plus de 7 000 ans lorsque la chambre de magma du volcan s'est effondrée, puis remplie d'eau de pluie et de neige, créant le lac, qui est le lac le plus profond des États-Unis.

Îles volcaniques

Les îles volcaniques sont formées lorsque les éruptions volcaniques s'accumulent du fond de l'océan jusqu'à ce qu'elles se dressent au-dessus du niveau de la mer, créant ainsi de nouvelles terres. Les îles hawaïennes sont l'exemple le plus célèbre de ce processus, où le volcanisme des points chauds a créé une chaîne d'îles sur des millions d'années.

Des reliefs intrusifs

Le magma peut nourrir un volcan et être extrudé comme lave, ou bien il peut solidifier sous terre pour former une intrusion, comme une digue, une sill, un laccolithe, un pluton ou un batholithe. Magma peut pénétrer dans une zone de faible densité d'une autre formation géologique, comme une structure rocheuse sédimentaire, et quand il se refroidit à une roche solide, cette intrusion est souvent appelée un pluton, qui est une intrusion de magma qui se trouve en dessous de la surface.

Le rôle des gaz volcaniques

Les volatiles sont des constituants gazeux, tels que la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le soufre et le chlore, dissous dans le magma. Ces gaz jouent un rôle crucial dans les éruptions volcaniques et peuvent influencer de façon significative le style et l'explosivité des éruptions.

La teneur en gaz du magma varie selon sa composition et son origine. Le magma généré dans les zones de subduction contient généralement plus d'eau et d'autres matières volatiles que le magma provenant de points chauds ou de crêtes du milieu de l'océan.

Styles d'éruption volcanique

Le volcanisme est le processus dans lequel la lave est ébranlée, et selon les propriétés de la lave qui est ébranlée, le volcanisme peut être radicalement différent, de lisse et douce à dangereuse et explosive, conduisant à différents types de volcans et de risques volcaniques différents.

Eruptions effusives

Les éruptions aux volcans d'Hawaii, où les coulées de lave tuent rarement les gens parce qu'ils se déplacent assez lentement pour que les gens puissent s'en sortir, sont un bon exemple. Ces éruptions construisent des volcans de boucliers par l'accumulation de coulées successives de lave. Bien que les éruptions effusives soient généralement moins dangereuses que les éruptions explosives, elles peuvent encore causer des dommages matériels importants et modifier les paysages de façon spectaculaire.

Éruptions explosives

Les stratovolcanes de la zone de subduction se déclenchent généralement par une force explosive parce que le magma est trop visqueux pour permettre une évasion facile des gaz volcaniques, et par conséquent, les énormes pressions internes des gaz volcaniques piégés demeurent et s'entremêlent dans le magma pasty, et après la rupture de l'aération et l'ouverture du cratère, le magma dégasse de façon explosive avec le magma et les gaz qui s'évaporent à grande vitesse et à pleine force.

La formation de Gradient et de Magma géothermiques

Sous la surface, la température de la Terre augmente en raison de la chaleur résiduelle due à la formation de la Terre et à la désintégration radioactive continue, et la vitesse à laquelle la température augmente avec la profondeur est appelée le gradient géothermique. Le gradient géothermique moyen dans les 100 km supérieurs (62 mi) de la croûte est d'environ 25°C par kilomètre de profondeur, de sorte que pour chaque kilomètre de profondeur, la température augmente d'environ 25°C.

Cette augmentation de la température avec la profondeur est fondamentale pour comprendre où et comment le magma se forme. Cependant, la température seule ne détermine pas si la roche va fondre. La pression augmente aussi avec la profondeur, et la pression plus élevée augmente le point de fusion des roches. L'interaction entre la température, la pression et la présence de matières volatiles détermine où se produit la fusion et quel type de magma est produit.

Magma Différenciation et évolution

Les processus affectant la composition du magma comprennent la fusion partielle, la différenciation magmatique, l'assimilation et la collision. Comme le magma réside dans une chambre, il peut subir des changements importants dans la composition par divers processus.

Lorsque les cristaux se séparent d'un magma, le magma résiduel diffère de celui des parents, et par exemple, un magma de composition gabbroïque peut produire une fusion résiduelle de composition granitique si les cristaux formés tôt sont séparés du magma. Ce processus, connu sous le nom de cristallisation fractionnelle, permet à un magma parent unique de produire une variété de types de roches comme il évolue au fil du temps.

Risques volcaniques et leur impact

Parce que le volcanisme présente de graves dangers pour la civilisation humaine, les géologues surveillent attentivement l'activité volcanique pour atténuer ou éviter les dangers qu'elle présente.Depuis 1600, près de 300 000 personnes ont été tuées par des éruptions volcaniques, la plupart des décès causés par les flux pyroclastiques et les lahars, des risques mortels qui accompagnent souvent des éruptions explosives de stratovolcanes de zone subduction.

Les dangers volcaniques comprennent les coulées de lave, les coulées de pyroclastiques, la chute de cendres, les gaz volcaniques, les lahars (flux de boue volcanique) et les tsunamis générés par l'activité volcanique. Le frêne, minuscules morceaux de tephra, peut être transporté par le vent seulement pour tomber au sol à plusieurs kilomètres de là, et les plus petites particules de cendres peuvent être éruptions des miles dans le ciel et transportés à de nombreuses reprises dans le monde par des vents élevés dans l'atmosphère avant qu'elles ne tombent au sol.

Avantages de l'activité volcanique

Malgré leur potentiel destructeur, les volcans apportent également des avantages importants à la civilisation humaine. Au fil du temps géologique, les éruptions volcaniques et les processus connexes ont directement et indirectement profité à l'humanité, les matières volcaniques se détruisant et les conditions météorologiques formant certains des sols les plus fertiles de la Terre, dont la culture a produit de la nourriture abondante et favorisé les civilisations, et la chaleur interne associée aux systèmes volcaniques jeunes a été mise à profit pour produire de l'énergie géothermique.

Les régions volcaniques soutiennent souvent de riches écosystèmes et fournissent des ressources minérales précieuses. Le potentiel énergétique géothermique des régions volcaniques offre une source d'énergie renouvelable que de nombreux pays utilisent de plus en plus.

Exemples célèbres de volcans dans le monde

La compréhension des volcans devient plus tangible en examinant des exemples spécifiques. L'éruption du mont Vésuve en 79 AD est l'exemple le plus célèbre d'une éruption stratovolcane dangereuse, avec des ondes pyroclastiques qui étouffent complètement les villes antiques voisines de Pompéi et Herculaneum avec des dépôts épais de cendres et de pumices de 6 à 7 mètres de profondeur.

Le 15 juin 1991, le mont Pinatubo a éclaté et a provoqué la mort d'un nuage de cendres qui a fait 40 km (25 mi) dans l'air, et le mont Pinatubo, situé dans le centre de Luzon à 90 km (56 mi) à l'ouest-nord-ouest de Manille, était en sommeil pendant six siècles avant cette éruption, qui a été la deuxième plus importante au 20e siècle et a produit un grand nuage de cendres volcaniques qui a affecté les températures mondiales, les abaissant jusqu'à 0,5 °C.

Les îles hawaïennes présentent la formation de volcans boucliers en action. Les volcans hawaïens sont des volcans boucliers quintessence, le kilauea étant l'un des volcans les plus actifs au monde.

Surveillance et prévision de l'activité volcanique

Les scientifiques mesurent la déformation du sol à l'aide de GPS et de radars satellitaires, surveillent l'activité sismique pour détecter les mouvements de magma, analysent les émissions de gaz volcaniques et suivent les changements thermiques à l'aide de capteurs infrarouges. Ces efforts de surveillance aident à protéger les communautés vivant près de volcans actifs en leur donnant l'alerte rapide d'éruptions potentielles.

L'intégration de multiples techniques de surveillance fournit une image complète des systèmes volcaniques.Les changements de tout paramètre surveillé – qu'il s'agisse d'une sismicité accrue, d'un gonflement du sol, d'émissions de gaz élevées ou de températures élevées – peuvent indiquer que le magma se déplace sous un volcan et qu'une éruption peut être imminente.

Le cycle de la roche et les processus volcaniques

La lave se refroidit rapidement à la surface de la terre et forme de minuscules cristaux microscopiques, appelés roches ignées extrusives à grains fins, ou volcaniques. En revanche, le magma qui se refroidit lentement sous la surface de la terre forme des cristaux plus grands qui peuvent être vus à l'œil nu, et qui sont connus comme roches ignées intrusives à grains grossiers, ou plutoniques.

Cette relation entre la vitesse de refroidissement et la taille des cristaux fournit aux géologues des indices importants sur la formation de roches ignées. Les roches volcaniques avec de minuscules cristaux indiquent un refroidissement rapide à la surface ou près de la surface, tandis que les roches plutoniques avec de grands cristaux visibles révèlent un refroidissement lent profond souterrain.

Les formes volcaniques et l'évolution du paysage

À l'heure actuelle, les phénomènes volcaniques ont suscité un intérêt scientifique intense parce qu'ils fournissent la clé de la compréhension des processus qui ont créé et façonné plus de 80 % de la surface de la Terre. L'activité volcanique a été fondamentale pour l'évolution géologique de la Terre, créant de nouvelles croûtes, construisant des montagnes et recyclant des matériaux entre la surface et le manteau.

La caractéristique essentielle d'un volcan composite est un système de conduit par lequel le magma d'un réservoir profond dans la croûte terrestre monte à la surface, et le volcan est construit par l'accumulation de matériaux éruptés par le conduit et augmente en taille comme lave, cendres, cendres, etc., sont ajoutés à ses pentes. Au fil du temps, l'érosion commence à modifier les formes des terres volcaniques, créant des vallées, exposant des structures internes, et réduisant progressivement la hauteur des pics volcaniques.

L'avenir de la recherche volcanique

Les scientifiques développent des modèles plus sophistiqués de dynamique de la chambre magma, améliorent les techniques de prévision des éruptions et explorent les connexions entre l'activité volcanique et le changement climatique. Les technologies émergentes, y compris la surveillance par satellite avancée, les observations basées sur des drones et les algorithmes d'apprentissage automatique, révolutionnent la façon dont nous étudions et prédisons le comportement volcanique.

La compréhension des volcans demeure essentielle pour protéger les populations vulnérables, gérer les ressources naturelles et comprendre les systèmes dynamiques de la Terre. À mesure que nos connaissances s'agrandissent, nous devenons mieux équipés pour coexister avec ces magnifiques caractéristiques potentiellement dangereuses de notre planète. Pour plus d'informations sur les processus volcaniques et la surveillance, visitez le U.S. Geological Survey Volcan Hazards Program ou explorez les ressources de la British Geological Survey.

Conclusion

La naissance d'un volcan représente l'un des processus les plus dramatiques de la nature, transformant la roche fondue de profondeur dans la Terre en de nouvelles formes de terre qui façonnent la surface de notre planète. Du doux versant des volcans de bouclier hawaïen à la puissance explosive des stratovolcanes comme le mont Pinatubo, l'activité volcanique démontre la nature dynamique de notre planète.

Les volcans créent une extraordinaire variété de formes de terre, allant des sommets volcaniques imposants et des vastes plateaux de lave aux calderas massives et aux îles volcaniques. Bien que les éruptions volcaniques posent des risques importants pour les populations humaines, elles procurent également des avantages, notamment des sols fertiles, de l'énergie géothermique et des ressources minérales précieuses.