地球科学

预测火山口的崩溃

Au cours des grandes éruptions, celles qui émettent des 公里ètres cubes de matériaux, des tr波ès basses fréquences indiquent l’imminence de la 形成ation d’une grande dépression – 一种caldeira – assez tôt pour prévenir les populations.

法布里斯·方丹(Fabrice Fontaine) 对于科学N°519
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Piton de la Fournaise在会议上

在这6 avril 2007年es passionnés observent l’éPiton de la Fournaise当前破裂,请仔细张贴és à quelque sept 公里è非常从火山的顶部。突然,à 0 heure 48, le cratè再度Dolomieu,最大的火山口èLa R活火山的再造éunion, s’崩溃产生一个sé幅度为5。当1er  mai, l’éruption 已终止ée, on pourra à再次观察坑的表面ère, les RéUnionnais将了解到’elle 是Descendue de quelque… 340 mètres !

火山学家使用该术语« caldeiras », issu du portugais 破火山口ão signifiant « chaudron », pour désigner les grandes dépressions qui se 形成ent lors de ce genre d’内陷’un é火山建筑。破火山口é清空的结果’un vaste réservoir de magma sous-jacent. Or les 形成ations de 破火山口 sont parmi les évé最成功的事件çants du volcanisme.

所以当有640<0x00A0>000 ans, l’巨大的岩浆室à什么会成为Parc amé怀俄明州黄石的rican’est vidangée, elle a émis 1 000 公里è非常熔岩立方体,一半覆盖é de l’Amé北部的灰烬 ! La dépression créée par son 坍方mesurait 45 公里ètres de large pour 85 公里ètres de long…

更多公关è我们中的79个人ère, l’éruption du Vésuve qui a précédé l’effondrement du cratère a fait disparaî成为Pomp的城镇éi, d’赫库兰尼姆和斯塔比斯… et 形成é à seulement 10 公里ètres au sud-est de Naples 一种caldeira de 2,3 公里ètres de diamètre… Et à 一种dizaine de 公里è在那不勒斯西北部,还有另一个巨大的火山é波佐利湾周围和下方 : les champs Phlégré恩斯。当有39 000年前,它的岩浆室’est vidée, elle a émis 150 公里ètres cubes de lave et 形成é 一种caldeira de 12,5 公里ètres de diamètre. Qu’arriverait-il à Naples si un tel phénomène se reproduit à l’avenir, même avec 一种ampleur moindre ?

如果可能ès dangereuse, la 形成ation d’幸运的是破火山口是évé比较少见à l’échelle de nos vies : en un siè关键,只有七件事发生à全球范围。 VS’est pourquoi l’逐秒记录相位éruptives qui ont précédé et accompagné la 形成ation d’计划于2007年在Piton de la Fournaise破火山口écieux : il nous a révélé le moyen de pré说几个小时’avance la 形成ation d’une 破火山口a.

怎么办? ? Grâce aux mesures réalisées à l’observatoire installé à son piémont par l’巴黎地球物理研究所(IPGP),使这座火山位于巴黎的东南部’île de la Réunion l’un des mieux étudiés du monde . 出现在530年前 000岁的Piton de la Fournaise是û à l’existence dans la région, depuis 65 millions d’années, d’地幔柱c’est-à-dire d’une vaste remontée de matière chaude à穿过地幔(第2 885 kilomètres sous-jacents à la croû你尘世)。在2007年之前,ères de ce volcan 形成aient deux dé浅层顶部压力 : à l’ouest le cratè关于鲍里,从第一个ère moitié du XVIIIe siècle, et à l’est le cratère du Dolomieu, 形成é在1791年。新破火山口有美丽的être modeste, elle n’en est pas moins 排除eptionnelle, car sa 形成ation a pu ê一分钟一分钟地跟随。

熔炉会议的岩钉

Le piton de la Fournaise se trouve à La Réunion, île française située à quelque 700 公里ètres à l’est de Madagascar. Plusieurs 形成ations de 破火山口a ont structuré au cours du temps ce grand volcan bouclier culminant à 2 632 mètres d'altitude. Ainsi, la 破火山口a du Dolomieu, qui s’est 形成ée en 2007, se trouve au sein de l’enclos Fouqué, 一种caldeira de 9 公里ètres de large et de 13 公里ètres de long, 边缘ée de falaises de 100 à 400 mètres de haut. Le piton de la Fournaise est l’un des volcans les mieux surveillés du monde, un observatoire volcanologique étant installé sur l'un de ses flancs.

© 法布里斯·R·方丹

一切开始é en 2006, quand, après 一种activité intense, 一种é破裂a,介于30 août et le 31 dé十二月ère du Dolomieu认为这一天ébordé par sa 边缘ure inférieure. Cet épisode n’était qu’annonciateur : l’année接下来,裂缝打开了,d’首先在顶部,然后在东南侧面,最后,à sept 公里ètres du sommet à 590 mètres d’东南海拔。大号’最大的之一é然后开始爆发已知的火山爆发é : elle s’est déroulée en plusieurs épisodes du 18 au 19 février, du 30 au 31 mars et du 2 avril au 1er  mai. L’éruption d’四月产生了一定量的熔岩和d’intrusions – c’est-à-dire d’火山熔岩的火山岩开口– que l’on estime à 0,24<0x00A0>kilomè成为立方体。该卷将出现î如果与排出量相比,则为低és par d’autres volcans lors de la 形成ation d’autres 破火山口 . 然而,la déDolomieu的压力足够高,以至于équence qui s’est déroulée lors de sa 形成ation puisse être caractéristique de la 形成ation d’une 破火山口a.

国防部èle de l’effondrement d’une 破火山口a

对于火山学家来说,这是équence n’a 先验 没什么神秘的érieux : il s’agit d’« un coup de 活塞 ». Le « piston » est constitué由岩石的质量 粗略地讲 圆柱状,位于火山下方,位于大型加压岩浆室上方éUnionnais,如一切伟大é火山建筑。积累的观察ées portant sur les sept 形成ations de 破火山口a les plus récentes suggè租用构成岩石的那根柱子« piston » peut mesurer entre 1 et 12 公里ètres.

在一个伟大的é破裂,进入岩浆室的排空îne l’柱的下垂,导致ré周围岩石的抵抗力« tube » dans lequel se dé放置岩石筒;用克来表示éophysicien, il se crée环形剪切应力s’opposant au dé活塞位置。这些努力écaniques se traduisent par un 肿胀’é沿与岩石柱相连的环形断层的火山构造,其次是’un dé活塞膨胀时膨胀’arrête. Un « rebond élastique »发生如下:après s’être déformées以适应经时压力érale exercée通过活塞,’édifice volcanique reprennent leur 形成e initiale, démontrant par-là que mê如果他们似乎是我êmement rigides à notre échelle, elles possèdent, à l’é火山的规模,一定élasticité.

La 形成ation d’une 破火山口a correspond à un phénomène connu en physique sous le 姓 de 粘滑 (coller-glisser), mais à l’échelle d’un volcan! Une colonne de roche n’est plus assez soutenue par 一种chambre magmatique, parce que celle-ci se vidange par 一种fissure ; elle chute donc, mais par à-coups, car sa descente s’accompagne de l’intensification d’une résistance frictionnelle jusqu’à un point de rupture ; puis le cycle descenterésistance- rupture recommence. Ces cycles s’accompagnent d’allers-retours très lents de l’inclinaison du sol à la surface du volcan, comme ce fut le cas par exemple à Hawaï du 25 juillet à 12 heures au 6 août 2018 (courbe du bas).

© 法布里斯·R·方丹/Charlotte Calamant, PLS

在实验室GéoSciences Réunion de l’université de La Réunion et à l’Piton de la Fournaise火山天文台,我们紧随其后’édifice accompagnée d’肿,然后相对â这些约束。这一切都不是’没有生产就不会生产« bruit », en d’autres termes sans l’é振动任务。活塞下降系统é最终产生了ê我振动信号特征éristique : des paquets d’tr地震波ès longues pé暴动,并且基本上总是ême durée.

让我们记住,地震波是d的传播éformations é岩石的弹性(趋向于à reprendre sa 形成e). Les ondes P (de compression), S (de 顺式aillement) et de surface, produites par les séismes d’构造起源(突然的板状幻灯片)是众所周知的。如果我们理解éresse sont très diffé年金。这些包d’ondes de très basses fréquences (très longues périodes) et de durées à peu près égales d’une émission à以下是可比的火车’ondes sonores é滑打时放é de deux objets l’un contre l’其他(一瓶查尼è例如,在其铰链上)énomè不比物理学家短é按条款签名« collé-glissé » (粘滑 en anglais). Dans le cas du rude glissement dans son 管 volcanique de la colonne de roches sous-jacente à2000年,日本三宅岛破火山口,每列火车’低地震波fréquences a duré de l’大约50秒。

有什么影响’effondrement à l’origine d’une 破火山口a sur l’é导致它的破裂 ? Avant l’é破裂,施加的压力ée由岩石的列抵消ée par la pression régnant dans le réservoir, é可能维持,甚至增加ée, par l’arrivée de magma. 然而,la vidange du réservoir en cours d’é破裂降低压力 ; cela entraîne é可能部分降低活塞,因此上升é压力,有利于继续’é破裂。岩柱的下降确实’arrê仅当差异é压力曲线之间的关系’它作用在岩浆上,而施加的反压力é后者的e不再’excéder la ré沿围绕岩石圆柱体的环形断层的剪切阻力。

Cependant, si la vidange magmatique continue, un nouvel 坍方se produira lorsque la différence de pression dépassera à nouveau la résistance au 顺式aillement. Plus le ré岩浆坦克快速排空,加上périodes sé连续两次连续滴下活塞èves, de sorte que l’on s’attend à ce que la durée écoulé两个连续塌陷之间的e与d成反比ébit de magma.

在多洛米 ?

我们将看到,在2007年所做的观察证实了这一模式èle de la 形成ation d’破火山口。安装ée à 8,2 公里ètres RER地震台du Dolomieu(用于« Rivière de l’Est à l’Île de la Réunion ») du réseau Geoscope/IPGP é是当时唯一的能力’enregistrer l’Dolomieu在fr大条带上的坍塌é皇后她确实是équipée d’un 地震ètre垂直(测量地震动的垂直分量)和两个地震è非常水平(用于测量地面运动的水平分量)。中’un gonflement et d’un dégonflement de l’é火山大厦,这些设备可以测量’accélé土壤定量,dé结束他的倾斜à proximité破火山口。这种倾角的变化可能会ésulter d’岩浆流入岩浆室或r的任何其他变化é火山的变种,或施加的力量ées在岩石柱下降期间。因此,我们必须区分这些可能的信号源d’和时代一样多ê热带天气,气旋,温度变化érature, 等等也有可能’influer sur l’inclinaison du sol à long terme.

然而,à短期来看,主要是3月ées terrestres –进入土壤膨胀îné par l’月亮的引力à son passage –会引起地震噪声’每天两次增加信号。 VS’这就是为什么与Geneviève Roult de l’IPGP,我们进行了搜索é à dél的度量'inclinaison du sol àRER地震台的部分信号由于海ées terrestres à cet endroit. Après que ma 柯尔ègue a déterminé l’influence théorique de la marée terrestre à proximitéDolomieu破火山口的分离,我们能够分离出相关信号é seulement à l’effondrement. Il s’avère que l’d的最大振幅éplacement du sol dû aux maré南北方向的土地已达到约三厘米è从2007年4月15日至25日。é建立了地震信号目录’崩溃我们有一些écelé48个,比已确定的多4个é是我的同事在2011年提出的ègues de l’université de La Réunion et de l’IPGP.

l期间的低频脉冲

从非常宽的带宽RER站获得的这些记录显示,从2007年4月5日开始,出现了很长一段时间的倾斜周期,这与越过岩浆室的岩柱下降引起的颠簸有关。 (向上)。这些周期伴随着很长一段时间(非常低的频率)的波包,持续大约20秒(底部)。这组信号不仅触发了Dolomieu火山口的表面塌陷,还触发了2000年坍塌的Miyake-jima的表面塌陷。这种类型的地震信号的自动检测可以在几小时内避免即将发生的火山结构坍塌的进展。

© 法布里斯·R·方丹

他留下à préciser étape par étape le mécanisme à l’origine du sé记录的5级ismé在主要崩溃期间。与我的同事ègues Babak Hejrani和HrvojeTkalčić来自’Université我们相信澳大利亚国民é les donnéRER站的ES与’其他站不réUnionnaises。比较结果表明éisme s’是在岩浆压力急剧下降时产生的àr的值不足é抵抗岩浆房屋顶上的岩石柱的重量。因此,é等值线5 n’a pas été entraîné就像大多数地震一样,是典型的构造力对抗était plutôt dû受到岩石活塞突然使岩浆腔压低的冲击。

与Guilhem Barruol一起,从’IPGP和来自CEA的Dominique Reymond也有éterminé信号极化à très basses fréquences (de 0,003 à 0,01 hertz), c’est-à-表示土壤颗粒速度矢量相对于à波传播的方向。 Dé实际上,终止这种数量级的公关écieuse:她提供有关’信号源的位置。我们认为– donc la chambre magmatique aussi – se trouve entre 1 100 mè低于海平面900 mè高于因此,在后一种情况下,岩浆室约为1 600 mè在Piton de la Fournaise的山顶下方。

在2011年,Val附近érie Ferrazzini, de l’observatoire volcanologique du Piton de la Fournaise, 一种équipe avait cherché à通过应用称为的技术来定位地震源« 地震活动搬迁é locale », qui est plus pré提出震源和其他地震源的经典位置。研究人员使用了é le réseau de 地震ètres spécialisés sur les ondes à courtes périodes – des « sismomètres courte période » – implanté在火山上。弗雷德里克·马辛(Frederick Massin),曾工作é在他的主题上èse, m’提供了s的位置éismes enregistrés du 5 février au 1er  2007年5月,été agré惊奇地发现那70 % d’他们之间是在海平面和800 m之间è在上方,所以有些1 700<0x00A0>mè非常低于顶部。因此,随着我们的计算融化és关于低波极化的测量fré搬迁的可能性âce aux données des 地震ètres courte période suggè比地下岩浆房的租金高àDolomieu破火山口位于1 700<0x00A0>mè在Piton de la Fournaise的山顶下方。

信号公关écurseurs ?

Tous ces travaux sur la 形成ation de la 破火山口a du Dolomieu en 2007 ont largement précisé son dé轴承,但它们可能具有ê要做更多。在我们é研究,我们确实确定了é几种类型的信号可能ê成为……的先驱’évé需求。在RER地震台站的记录中,我们已经’abord mis en él变化周期的证据’inclinaison du sol en relation avec chaque 坍方. Ceux-ci s’还随附’ondes de très basses fréquences et d’une durée d’大约20秒,其中écèdent l’Dolomieu破火山口的表面塌陷。

这些泡芙的相似之处ées d’ondes suggère que chaque 坍方souterrain de la série qui a produit l’降低破火山口地面’est accompagné d’un processus mécanique répétitif (de type 柯尔é-glissé), à l’origine de ces é特殊的地震任务ères. Si cette hypothèse tient, alors le premier 坍方en profondeur s’产生约20 在表面破裂前几个小时。 l的周期性变化的度量’地面和成束的倾斜’ondes de très longues pé因此,伴随他们的时期为我们提供了可能性é de détecter le premier 坍方en profondeur des heures avant celui, final, de la surface d’une 破火山口a.

这些信号d’alertes pourraient être complétés par d’其他线索。我们找到é在5号和14号之间发生的崩溃 2007年4月开始é après le début de l’éruption historique d’avril 2007, d’une façon suggérant qu’之间存在链接’activité岩浆和坍塌。 dès le 5 avril vers 10 小时,研究人员’Piton de la Fournaise火山观测台注意到é 一种rapide augmentation du dé六号岩浆 avril vers 12 heures, s’é由d的一段翻译而成ébit de 75 mè每秒非常立方à plus de 200 mè每秒非常立方et par l’超过200 m的熔岩喷泉的外观è很高。然后从8 avril au 1er  mai, l’éruption s’était poursuivie à faible intensité.

来自留尼汪RER地震台的STS-1传感器。

L’un des capteurs STS-1 du 地震ètre horizontal de la station sismique RER, installée au pied du volcan, à l’origine de l’observation des cycles de l’inclinaison du sol.

©Geoscope-IPGP

平行金èlement à ces variations du dé岩浆钻头é连续周期之间的时间差d’inclinaison du sol àRER站正在发生。因此,在6 avril à 0 heure 48 et le 6 avril à 16 heures, les é两个周期之间的时间差d’连续倾斜(两次坍塌之间的时间间隔)已减小é tandis que le dé岩浆位增加 ; puis, jusqu’au 8 avril à 4 heures 9, ces écarts ont augmenté tandis que le débit diminuait.

该表d’一起确认之间的联系’activité é破裂(从而清空岩浆腔)和’d信号的出现’inclinaison associés崩溃,建议链接éré par le mécanisme d’我们已经崩溃了écrit. L’两个周期之间的时间间隔似乎与d成反比ébit du magma à travers 一种fissure éruptive laté罗列在岩浆房。我们翻译了这个IDée en modélisant le systè排空/下降岩柱中的岩浆室和观测é aussi de cette faç关于...的相关性’idée que le débit magmatique à travers la fissure éruptive latérale contrô岩石柱的下降。

一个重要的参数ètre géométrique

国防部élisation analogique (par des 形成ules décrivant le système) et numé里克(按描述编号érique du système) suggère que des effondrements se produisent en profondeur des heures avant tout 坍方en surface dans les cas où le « rapport de 形成e »岩浆房屋顶的高度在2到4.5之间。这个量dé由深度和直径之间的商完成ètre, peut être estimée par 一种méthode d’地震成像,例如地震层析成像。

在V破火山口的情况下ésuve en 79 de notre è1991年菲律宾的皮纳图博(Pinatubo)’î2000年日本的三宅岛火山和2007年的Dolomieu火山,形态比était élevé. Il aurait été par exemple été对于三宅岛来说介于1.9到3.8之间,对于火山口而言约为4.25è关于Dolomieu。但是在2012年,日本研究人员é写崩溃pré深度滑块à Miyake-jima à partir de l’观察d包’ondes de très basses fré皇后所作的观察é在Dolomieu允许é更坚定地断定这些崩溃是à associer à l’existence d’具有纵横比的岩浆室élevé à三宅岛另一方面,当长宽比低时(inférieur à通常为1),élisation suggère que l’effondrement d’一列岩石立即发生并伴有é d’un affaissement immé从破火山口的底部。这可能是费尔南迪纳火山口形成过程中的情况。’archipel des Galápagos, en 1968, où岩浆室的形状比était d’environ 0,3.

监视火山 ?

所有这些ésultats suggè租那只坑监测ères susceptibles de 形成er des 破火山口 implique de surveiller l’évolution du rapport de 形成e, puisque celui-ci peut é如果有新的发展é岩浆伺服ît. Dans les cas de chambres magmatiques ayant un rapport de 形成e assez élevé pour suggérer la possibilité d’深陷,l’两种信号的识别–l的变化周期’倾斜和D包’ondes de très longues périodes – permettra peut-être d’预计几个小时’表面塌陷。

这样的几个小时的进展是否值得赞赏? éciable ? Oui, puisqu’en 1991, l’effondrement du cratè来自菲律宾的皮纳图博(Pinatubo),您é数百人。 ph值énomène,谁陪第二ème plus importante éruption du XXe siècle,也有关联é à 一种chambre magmatique à rapport de 形成e élevé. Malheureusement, aucun 地震ètre à宽光谱带’然后存在于这个火山上,也没有’在其他地方的概念’il aurait servi à surveiller.

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