Caldeira

Chronologie de l'éruption du mont Mazama , un exemple de formation de caldeira

Une caldeira ( cavité en forme de chaudron magmatique lors d'une éruption volcanique . L'éjection de cratère , cette formation est en réalité un type de doline , car elle résulte d' un affaissement et d'un effondrement plutôt que d'une explosion ou d'un impact. Comparée aux milliers d'éruptions volcaniques qui se produisent au cours d'un siècle, la formation d'une caldeira est un événement rare, ne survenant que quelques fois par siècle. Seuls neuf effondrements de caldeira ayant formé une caldeira sont connus entre 1911 et 2022, les plus récents étant ceux du Kīlauea ( Hawaï) en 2018 et du Hunga Tonga-Hunga Haʻapai en 2022. Les volcans ayant formé une caldeira sont parfois appelés « volcans à caldeira ».

l’espagnol « caldera » et du latin « caldaria », signifiant « marmite ». Dans certains ouvrages, le terme anglais « cauldron » est également employé, bien que dans des travaux plus récents, ce terme désigne une caldeira profondément érodée, exposant ainsi les couches sous-jacentes. Le terme « caldeira » a été introduit dans le vocabulaire géologique par le géologue allemand Leopold von Buch lors de la publication de ses mémoires de son voyage aux îles Canaries en 1815 , où il observa d’abord la caldeira de Las Cañadas à Tenerife , dominée par le mont Teide , puis la Caldera de Taburiente à La Palma .

Formation de caldeira

Un effondrement est déclenché par la vidange de la chambre magmatique située sous le volcan, parfois à la suite d'une éruption volcanique explosive majeure (voir le Tambora en 1815), mais aussi lors d'éruptions effusives sur les flancs d'un volcan (voir le Piton de la Fournaise en 2007) ou dans un système de fissures interconnectées (voir le Bárðarbunga en 2014-2015). Si la quantité de magma éjectée est suffisante, la chambre vidée ne peut plus supporter le poids de l'édifice volcanique situé au-dessus. Une fracture approximativement circulaire , la « faille annulaire », se forme alors autour de la chambre. Les fractures annulaires alimentent les intrusions de faille , également appelées dykes annulaires Des évents volcaniques secondaires peuvent se former au-dessus de la fracture annulaire. À mesure que la chambre magmatique se vide, le centre du volcan, à l'intérieur de la fracture annulaire, commence à s'effondrer. Cet effondrement peut survenir à la suite d'une seule éruption cataclysmique, ou en plusieurs étapes, à la suite d'une série d'éruptions. La superficie totale effondrée peut atteindre plusieurs centaines de kilomètres carrés.

Minéralisation dans les caldeiras

Certaines caldeiras sont connues pour abriter de riches gisements de minerais . Des fluides riches en métaux peuvent circuler à travers la caldeira, formant des gisements hydrothermaux de métaux tels que le plomb, l'argent, l'or, le mercure, le lithium et l'uranium. L'une des caldeiras minéralisées les mieux préservées au monde est la caldeira de Sturgeon Lake, dans le nord-ouest de l'Ontario , au Canada, qui s'est formée au cours du Néoarchéen [ il y a environ 2,7 milliards d'années. Dans le champ volcanique de San Juan , des filons de minerai se sont mis en place dans des fractures associées à plusieurs caldeiras, la minéralisation la plus importante se trouvant à proximité des intrusions les plus jeunes et les plus siliceuses associées à chaque caldeira.

Types de caldeira

Éruptions explosives de caldeira

le magma est riche en silice . Ce magma, très visqueux , ne s'écoule pas aussi facilement que le basalte Il contient généralement une grande quantité de gaz dissous, jusqu'à 7 % en poids pour les magmas les plus riches en silice . Lorsque le magma atteint la surface terrestre, la chute de pression provoque la libération rapide des gaz emprisonnés, ce qui fragmente le magma et produit un mélange de cendres volcaniques et d'autres téphras avec les gaz très chauds

Le mélange de cendres et de gaz volcaniques s'élève initialement dans l'atmosphère sous forme de colonne éruptive . Cependant, à mesure que le volume de matériaux éjectés augmente, la colonne éruptive ne parvient plus à entraîner suffisamment d'air pour se maintenir en suspension et s'effondre en une fontaine de téphra qui retombe à la surface pour former des coulées pyroclastiques . Les éruptions de ce type peuvent disperser les cendres sur de vastes zones, de sorte que les tufs de coulées de cendres mis en place par les éruptions de caldeiras siliceuses sont les seuls produits volcaniques dont le volume rivalise avec celui des basaltes de plateau . Par exemple, lors de sa dernière éruption il y a environ 650 000 ans, la caldeira de Yellowstone a libéré environ ¹ 000 km³ de matériaux (mesurés en équivalent roche dense (ERD)), recouvrant une partie importante de l'Amérique du Nord sous une couche de débris pouvant atteindre deux mètres d'épaisseur.

Des éruptions formant des caldeiras encore plus grandes sont connues, comme la caldeira de La Garita dans les montagnes de San Juan au Colorado , où le tuf de Fish Canyon

de rhyolite et d'autres roches ignées . La caldeira est entourée d'une nappe de tuf pyroclastique (également appelée nappe pyroclastique ).

Si du magma continue d'être injecté dans la chambre magmatique effondrée, le centre de la caldeira peut être soulevé sous la forme d'un dôme de résurgence comme on le voit dans la caldeira de Valles , le lac Toba , le champ volcanique de San Juan, Cerro Galán , Yellowstone , et de nombreuses autres caldeiras.

Puisqu'une caldeira siliceuse peut projeter des centaines, voire des milliers de kilomètres cubes de matériaux en une seule éruption, elle peut engendrer des conséquences environnementales catastrophiques. Même des éruptions de petite taille, comme celle du Krakatoa en 1883 ou du mont Pinatubo en 1991 peuvent provoquer d'importantes destructions locales et une baisse notable des températures à l'échelle mondiale. Les grandes caldeiras peuvent avoir des effets encore plus dévastateurs. Les conséquences écologiques de l'éruption d'une grande caldeira sont illustrées par l'exemple de l' éruption du lac Toba en Indonésie .

À certaines périodes géologiques , des caldeiras rhyolitiques sont apparues en groupes distincts. Les vestiges de tels groupes se retrouvent dans des endroits comme le complexe éocène de Rum en Écosse , les monts San Juan au Colorado (formés durant les époques oligocène , miocène et pliocène ) ou la chaîne de montagnes Saint-François au Missouri (entrée en éruption durant l' éon protérozoïque )

Vallées

tuf de Bandelier , ont été parmi les premiers à être caractérisés en détail.

Toba

de roches denses sous forme d'éjectas. Il s'agit de la plus importante éruption connue du Quaternaire (les 2,6 derniers millions d'années) et de la plus importante éruption explosive connue des 25 derniers millions d'années. À la fin des années 1990, l'anthropologue Stanley Ambrose a suggéré qu'un hiver volcanique induit par cette éruption aurait réduit la population humaine à environ 2 000 à 20 000 individus, provoquant un goulot d'étranglement démographique . Plus récemment, Lynn Jorde et Henry Harpending ont avancé le chiffre de 5 000 à 10 000 individus . Cependant, aucune preuve directe ne permet de confirmer ou d'infirmer ces théories, et aucun autre déclin ou extinction animale n'a été constaté, même chez les espèces sensibles à l'environnement . Des preuves attestent de la persistance de l'occupation humaine en Inde après l'éruption.

Caldeiras non explosives

Certains volcans, comme les grands volcans boucliers Kīlauea et Mauna Loa sur l'île d' Hawaï , forment des caldeiras d'une manière différente. Le magma qui alimente ces volcans est du basalte , pauvre en silice. De ce fait, ce magma est beaucoup moins visqueux que celui d'un volcan rhyolitique, et la chambre magmatique est vidée par d'importantes coulées de lave plutôt que par des éruptions explosives. Les caldeiras ainsi formées sont également appelées caldeiras d'affaissement et peuvent se former plus progressivement que les caldeiras explosives. Par exemple, la caldeira située au sommet de l'île Fernandina s'est effondrée en 1968 lorsque des portions de son plancher se sont affaissées Système solaire . Grâce aux sondes spatiales habitées et non habitées, du volcanisme a été découvert sur Vénus , Mars , la Lune et Io , un satellite de Jupiter . Aucun de ces corps célestes ne présente de tectonique des plaques , qui contribue à environ 60 % de l'activité volcanique terrestre (les 40 % restants étant attribués au volcanisme de point chaud ). La structure des caldeiras est similaire sur tous ces corps planétaires, bien que leur taille varie considérablement. Le diamètre moyen des caldeiras sur Vénus est de Paterae est probablement la plus grande caldeira, avec un diamètre de Lune possède une enveloppe externe de roche cristalline de faible densité, d'une épaisseur de quelques centaines de kilomètres, formée lors d'une période de formation rapide. Les cratères lunaires, remarquablement bien conservés au fil du temps, étaient autrefois attribués à une intense activité volcanique, mais on pense aujourd'hui qu'ils se sont formés par des météorites, presque toutes impactées durant les premiers centaines de millions d'années suivant la formation de la Lune. Environ 500 millions d'années plus tard, le manteau lunaire a pu fondre en grande partie sous l'effet de la désintégration d'éléments radioactifs. D'importantes éruptions basaltiques se sont produites, généralement à la base des grands cratères d'impact. Des éruptions ont également pu se produire à partir d'un réservoir magmatique situé à la base de la croûte. Ce réservoir forme un dôme, dont la morphologie pourrait être similaire à celle d'un volcan bouclier, où l'on observe la formation de caldeiras à l'échelle planétaire. Bien que les structures de type caldeira soient rares sur la Lune, elles ne sont pas totalement absentes. Le complexe volcanique Compton-Belkovich sur la face cachée de la Lune est considéré comme une caldeira, possiblement une caldeira de coulée de cendres .

Mars

Mars est concentrée dans deux provinces principales : Tharsis et Elysium . Chaque province abrite une série de volcans boucliers géants, semblables à ceux que l'on observe sur Terre et probablement issus de points chauds du manteau . Leurs surfaces sont dominées par des coulées de lave et présentent toutes une ou plusieurs caldeiras d'effondrement. Mars possède le plus haut volcan du Système solaire, Olympus Mons , qui culmine à plus de trois fois la hauteur du mont Everest et mesure 520 km de diamètre. Son sommet est composé de six caldeiras emboîtées.

Vénus

de tectonique des plaques sur Vénus , la chaleur est principalement dissipée par conduction à travers la lithosphère . Ce phénomène est à l'origine d'énormes coulées de lave, qui représentent 80 % de la surface de Vénus. De nombreuses montagnes sont de grands volcans boucliers dont le diamètre varie de marées de Jupiter et à la résonance orbitale d'Io avec ses grandes lunes voisines, Europe et Ganymède , qui maintiennent son orbite légèrement excentrique . Contrairement aux planètes mentionnées, Io est volcaniquement active en permanence. Par exemple, les sondes Voyager 1 et Voyager 2 de la NASA ont détecté neuf volcans en éruption lors de leur passage près d'Io en 1979. Io possède de nombreuses caldeiras dont le diamètre atteint plusieurs dizaines de kilomètres.

Liste des caldeiras volcaniques

Image topographique en fausses couleurs de la NASA montrant les caldeiras volcaniques de Nabro (en haut) et de Mallahle (au centre gauche).

Cap-Vert
- Mont Fogo ( Fogo )
Érythrée
- Volcan Nabro ( région sud de la mer Rouge )
Ethiopie
- Erta Ale ( Région Afar )
- Mallahle (Région Afar)
Kenya
- Cratère Menengai ( Vallée du Grand Rift , comté de Nakuru )
- Mont Elgon ( comté de Bungoma et comté de Trans Nzoia , partagés à la frontière avec l'Ouganda)
- Mont Longonot (Vallée du Grand Rift, comté de Nakuru)
Tanzanie
- Mont Meru ( région d'Arusha )
- Cratère du Ngorongoro (Région d'Arusha)
Ouganda
- Mont Elgon ( Région orientale , partagée avec le Kenya)
Voir Europe pour des exemples de caldeiras aux îles Canaries et aux Açores

Antarctique

Caldeiras volcaniques extraterrestres

Mars
- Caldeira du mont Olympe
Vénus
- Caldeira de Maat Mons

caldeiras d'érosion

Amériques
- Guaichane-Mamuta (Chili)
- Mont Tehama ( Californie , États-Unis)
Europe
- Caldera de Taburiente (Espagne)
Océanie
- Vallée de Tweed ( Nouvelle-Galles du Sud , Queensland , Australie)
Asie
- Caldeira de Chegem ( République Kabardino-Balkarienne , Région du Caucase du Nord, Russie)

Formation de caldeira

Minéralisation dans les caldeiras

Types de caldeira

Éruptions explosives de caldeira

Vallées

Toba

Caldeiras non explosives

Mars

Vénus

Liste des caldeiras volcaniques

Antarctique

Asie

Europe

Amérique du Nord et centrale

Océan Indien

Océanie

Amérique du Sud

Caldeiras volcaniques extraterrestres

caldeiras d'érosion