Volcanologie et structure de la Terre, cycle de la matière
1 Etude du volcanisme
On appelle magma l'élément rocheux basaltique en fusion sous le niveau de la surface terrestre. Le magma remonte à la surface par des cheminées appelés volcans suite à des mouvements de convection dans le manteau terrestre. En s'épanchant sur la surface, le magma devenu lave refroidit et se solidifie créant ainsi les vastes champs d'épanchements basaltiques qui entourent parfois les volcans.
Les volcans sont la seconde grande illustration de la vie de la Terre. C'est par les volcans que s'échappe quotidiennement une partie du flux de chaleur terrestre interne. Les volcans mettent directement en relation la surface, l'atmosphère et l'intérieur de la Terre. De plus les volcans sont directement l'une des causes de l'apparition de la vie sur Terre. Phénomènes spectaculaires, leur étude est donc doublement intéressante car elle fournit également des clefs aux théories géologiques de la structure de la Terre.
1.1 Les différents types de volcans
Les volcans peuvent être classés en plusieurs types. Diverses classifications ont été proposées depuis que l'Homme s'intéresse aux volcans. Aujourd'hui, l'on distingue essentiellement deux familles de volcans :
- les volcans rouges connaissent des éruptions non ou peu explosives et déversent des laves très
fluides sous forme de coulées
- Piton de la Fournaise à la Réunion, Kilauea et Mauna Loa à Hawaï.
- les volcans gris connaissent des éruptions très explosives et rejettent des laves acides, pâteuses peu fluides
- Vésuve en Italie, Montagne Pelée en Martinique, Pinatubo aux Philippines, Unzen au Japon, St Hélens aux Etats-Unis.
1.2 Les produits rejetés par les volcans
Il est très important d'étudier les produits rejetés par les volcans afin de mieux connaître les dangers liés au volcanisme. Les volcans rejettent :
- des gaz dans lesquels la vapeur d'eau est majoritaire, du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone très dangereux car asphyxiants, de l'hydrogène dans les magmas basiques et du méthane également dangereux car c'est lui qui cause les explosions. Enfin on trouve du soufre sous plusieurs formes expliquant la présence de nappes jaunes dans les cratères. La présence de gaz dissous dans la lave accentue sa fluidité tandis que son évacuation dans l'atmosphère contribue à solidifier la lave
- des laves sous forme de coulées qui ont des températures comprises entre 600°C et 1200°C selon la proportion de gaz qu'elles contiennent. Les laves basiques sont très chaudes et très fluides et coulent facilement : leur vitesse peut atteindre les cinquante km/h sur des pentes importantes. Leur surface revêt deux aspects différents : lisse lorsque la température de la coulée est élevée et que celle-ci coule facilement - type "pahoehoe" (mot hawaïen) -, ou rugueux et hérissé lorsque, à la fin de la coulée, la température a baissé - type "aa" (autre mot hawaïen) -. Les laves acides donnent des coulées irrégulières avec des blocs et des éboulis. Sous l'eau, les laves prennent la forme d'oreillers aplatis et empilés. Enfin, certaines coulées, les basaltiques, donnent un résultat spectaculaire avec des formes géométriques en prismes du fait qu'elles ont refroidi progressivement alors qu'elles étaient déjà immobilisées. Les orgues en résultent
- les lahars sont aussi caractéristiques des volcans car ce sont des coulées de boue mêlée à de la neige ou de la glace fondue à cause d'une éruption et qui dévalent à toute vitesse les pentes des volcans en détruisant tout sur leur passage
- les projections sont des fragments propulsés dans l'atmosphère par la détente des gaz emprisonnés dans le magma. Les bombes et les blocs sont des projections spectaculaires de morceaux de lave de taille parfois respectables tandis que les lapillis peuvent être dispersés dans l'atmosphère ou retomber sous forme de pierres ponces très légères ou de cendres et poussières
- les ignimbrites et les nuées ardentes sont des écoulements de matériel en fusion sous forme de nappes atmosphériques à très haute température et se déplaçant à des vitesses redoutables
1.3 Répartition des volcans
La répartition du volcanisme sur Terre est très voisin de celle des tremblement de terre. Ainsi, l'on constate à nouveau que les limites des plaques tectoniques sont les lieus d'échappement du flux de chaleur interne. Les volcans se situent ainsi :
- dans des zones d'accrétion (extension) - rifts ou dorsales médio-océaniques -. Il s'agit d'un volcanisme fissural, calme et souvent de volcans rouges. Au centre de l'Atlantique, on trouve : Jan Mayen, Islande, Açores, Ste Hélène, Ascension, Tristan da Cunha. Sur le rift africain, on trouve : l'Afar, le Nyiragongo, le Nyamuragira.
- dans des zones de subduction (disparition). Il s'agit d'un volcanisme plus brutal, de volcans essentiellement gris. On le trouve le long de la ceinture de feu du Pacifique avec les Andes, les Cascades, le Japon, les Philippines… mais aussi en Méditerranée et au Moyen-Orient.
- le point chaud : Il s'agit d'une remontée de magma due à des mouvements de convection du manteau qui se fait en un lieu fixe et, comme les plaques tectoniques se déplacent, un chapelet de volcans se forme. On a ainsi les îles Hawaï, celles de la Ligne et celles de la Société dans le Pacifique.
Le volcanisme est donc une nouvelle preuve de la justesse de la théorie de la tectonique des plaques car il illustre les limites et les déplacements des plaques terrestres ainsi que les mouvements existant dans l'asthénosphère. Les volcans participent au dégagement du flux de chaleur interne de la Terre puisqu'ils sont de véritables cheminées pour le manteau terrestre.
D'autre part, les volcans sont directement à l'origine de la vie sur Terre puisque leur dégazage du manteau terrestre a permis l'apparition de la première atmosphère terrestre il y a quatre milliards d'années, atmosphère de vapeur d'eau, dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre, d'ammoniac, d'hydrogène et de méthane qui a commencé à protéger la surface du rayonnement solaire et qui a créé la première soupe nutritive pour la vie.
Répartition des principaux volcans actifs sur la Terre
Comparer avec la carte des plaques tectoniques.
Mots-clés : magma ; lave ; volcan rouge ; volcan gris ; point chaud.
2 Conclusions sur le cycle de la matière
La Terre peut être considérée comme une machine thermique. Elle possède deux sources de chaleur, l'une interne, l'une externe. Il existe une différence fondamentale entre ces deux sources : la source thermique externe apportera sa chaleur à la Terre tant qu'elle existera, elle semble donc inépuisable, tandis que la source thermique interne, elle, s'épuise et finira par s'éteindre.
La source d'énergie externe est causée par le rayonnement solaire. Elle est bien plus importante que la source d'énergie interne, causée par la radiation de la chaleur de l'intérieur de la Terre.
Ces sources d'énergie sont essentielles à la vie sur Terre.
- D'une part, elles sont à l'origine de l'atmosphère et régulent les climats grâce aux réserves que constituent les océans et les transformations opérées par les plantes notamment. Elles entretiennent également la sédimentation par l'altération des roches continentales et crée ainsi la diversité des roches de surface.
- D'autre part, elles sont à l'origine de la tectonique des plaques due :
- à la déformation et au déplacement des plaques terrestres lithosphériques sur l'asthénosphère
- et à la création et à la destruction de matériel lithosphérique par accrétion et subduction. Cette tectonique des plaques explique également la formation des massifs montagneux.
Le schéma suivant, très simplifié, donne une idée de l'importance des flux énergétiques et du cycle de la
matière sur l'environnement.
