La vaste caldeira volcanique du parc national de Yellowstone n’est que la dernière d’une longue série de sites volcaniques, qui semblent tous être liés à une goutte de matière chaude qui peut descendre jusqu’au manteau terrestre. Beaucoup d’efforts ont été déployés pour retracer ce matériau chaud, étant donné que certaines des éruptions précédentes ont été tout à fait énormes.
Mais il existe également un lien entre ce matériau chaud et les caractéristiques, comme les geysers et les sources chaudes, qui font de Yellowstone une destination touristique majeure. Et ces connexions sont très difficiles à retracer. Mais une nouvelle étude a proposé une carte qui montre comment l’eau chaude de Yellowstone coule sous les pieds des visiteurs et pourquoi elle atteint la surface sur des sites spécifiques.
Cartographier la plomberie
Nous avons tendance à parler de l’eau sous nos pieds comme voyageant à travers des rivières souterraines, mais cela crée une image trompeuse. En réalité, l’eau se glisse le long d’un large flux à travers des matériaux perméables, son chemin étant modifié par des choses comme des failles et des roches dures et imperméables, comme le granit. Le suivre n’est pas la chose la plus simple.
Pour obtenir une image claire de Yellowstone, les chercheurs ont fait voler un hélicoptère à travers la caldeira le long d’une série de lignes espacées d’aussi peu que 250 mètres. A son bord se trouvait un instrument sensible aux champs électromagnétiques, permettant une mesure de la résistivité et de la susceptibilité magnétique de la zone sous l’hélicoptère. Avec toutes ces données en main, les chercheurs ont pu construire un modèle des propriétés jusqu’à quelques centaines de mètres sous la surface.
L’eau est un liquide très polaire qui altère les propriétés électromagnétiques de toutes les roches qu’elle traverse. L’eau qui a interagi avec les roches chaudes sous Yellowstone contiendra beaucoup de matières dissoutes, modifiant encore plus la conductivité électrique de l’eau.
Nous savons quelque chose sur la structure des roches sous Yellowstone pour avoir foré des trous de forage à des endroits spécifiques du site. Il existe des roches consolidées plus anciennes, du tuf volcanique meuble produit par des éruptions explosives et une variété d’argiles, qui peuvent ou non contenir de l’eau chaude. Les informations sur tous ces matériaux ont contribué à éclairer le modèle tridimensionnel que les chercheurs ont produit.
Il se passe beaucoup de choses
Comme on pouvait s’y attendre, il y avait des preuves de vastes régions remplies d’eau chaude sous de nombreux bassins de geyser dans la caldeira. Mais ces zones n’étaient souvent pas directement en dessous des champs de geysers eux-mêmes. Au lieu de cela, ils étaient souvent recouverts de roches et d’argiles qui ne permettaient pas des flux ascendants fluides. Dans de nombreux cas, l’eau chaude s’est déplacée vers le haut à travers des failles qui ont créé des lacunes dans la roche autrement imperméable – les failles apparaissant comme des bandes d’eau chaude bien définies.
Une fois plus près de la surface, l’eau chaude coulait souvent dans une calotte de dépôts volcaniques imperméables. En général, les champs de geysers sont définis comme une lacune dans ces dépôts, qui permet à l’eau chaude d’atteindre la surface sur une zone relativement large.
En plus d’alimenter les champs de geysers, une partie de l’eau chaude se déplaçait horizontalement le long de lignes de matériau perméable plus près de la surface. Parfois, cela a conduit à de l’eau chaude provenant de multiples failles se mélangeant avant d’émerger dans un geyser. Dans d’autres cas, l’eau chaude s’est mélangée aux eaux souterraines présentes dans la région, créant des températures modérées qui alimentent les sources chaudes autour de la caldeira. Sur certains sites, cette eau chaude sortait directement de la zone couverte par l’hélicoptère.
La résolution de cette imagerie n’est pas excellente et de nombreux détails (tels que les réservoirs et les fissures sous les geysers individuels) ne peuvent pas être résolus. Mais l’imagerie aide à donner un sens à certains phénomènes que nous avons déjà observés. Il montre qu’un site associé à des essaims de petits tremblements de terre sous le lac Yellowstone est une zone où l’eau chaude se déplace vers la surface. L’association entre certains geysers et des sources spécifiques pourrait aider à expliquer la différence de composition minérale dissoute dans l’eau sur les différents sites.
Ainsi, bien que le nouveau travail ne soit pas une image complète de Yellowstone, il rassemble des informations que nous avons déjà et pourrait aider à orienter les efforts futurs pour comprendre l’un des volcans les plus emblématiques d’Amérique du Nord.
Nature, 2022. DOI : 10.1038/s41586-021-04379-1 (À propos des DOI).