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Étude de l'origine et de la dynamique des éruptions passées de La Soufrière de Guadeloupe à partir de l'étude des inclusions vitreuses et des minéraux : implications pour une réactivation éruptive future et son impact environnemental

par Abigail Metcalfe

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'environnement

Sous la direction de Jean christophe Komorowski.

Thèses en préparation à l'Université Paris Cité , dans le cadre de ED 560 Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers, Paris .


  • Résumé

    Cette étude se concentre sur le système magmatique du volcan La Soufrière de Guadeloupe dans les Petites Antilles en mettant l'accent sur les éruptions explosives passées. Les minéraux volcaniques et les verres sont utilisés pour étudier les éruptions passées de différents styles et mieux contraindre le rôle de la composition et des processus magmatiques en profondeur et/ou dans le conduit sur le style éruptif. En combinant les minéraux et les verres, les conditions pré-éruptives telles que la pression, la température et le fO2 peuvent être calculées et les échelles de temps des processus magmatiques peuvent être estimées. Au total, il nous permet de caractériser différents processus se produisant en profondeur. Les processus précédant un style d'éruption peuvent être liés aux données de surveillance, lier les processus en profondeur aux phénomènes de surface observables améliorera l'efficacité des systèmes d'alerte précoce, des modèles de prévision, de la planification de la réduction des risques à long terme et de la gestion des réponses aux crises selon différents scénarios. Cela nous permettra également de mieux comprendre l'impact qu'auront les différents styles d'éruption sur les populations et l'environnement. Ici, nous nous concentrons sur quatre éruptions de La Soufrière de Guadeloupe se produisant dans une période d'environ. 7000 ans : le 5680 Cal. BCE éruption plinienne (VEI 4), le ca. 341 CE Éruption strombolienne de l'Echelle. (VEI 2), le 1010 Cal. L'éruption plinienne CE (VEI 4) et le 1657 Cal. CE Éruption Vulcanienne (VEI 2). Nous comparons également au 1530 Cal. Eruption sub-plinienne CE (VEI 3) et contextualiser les données géochimiques en enquêtant sur le magma parental des Monts Caraïbes. Les principaux résultats de la thèse incluent une étude détaillée des échelles de temps de diffusion, où la chronométrie de diffusion de l'orthopyroxène est utilisée pour calculer l'échelle de temps se produisant entre le dernier événement de recharge/mélange dans le réservoir de magma et l'éruption. Les populations d'échelle de temps sont modélisées comme des processus aléatoires dont les distributions de probabilité fournissent des échelles de temps attendues (« moyenne ») et les erreurs standard associées pour chaque éruption. Cela fournit une nouvelle méthode statistique pour comparer les échelles de temps magmatiques entre des éruptions disparates. De là, nous obtenons des échelles de temps de stockage de magma à La Soufrière de Guadeloupe allant de 18,8 ± 0,37 jours à 361,0 ± 0,40 jours, sans distinction claire entre le style/taille d'éruption et les échelles de temps observées. Sur la base de ces données, les échelles de temps des interactions magmatiques sont un mauvais prédicteur du style/taille des éruptions, mais montrent que les éruptions peuvent être générées à partir de périodes de troubles relativement courtes. Ces résultats ont été évalués par des pairs et publiés dans Frontiers in Earth Science. Un autre résultat majeur de la thèse provient des études sur le verre volcanique. Les éléments majeurs et volatils des inclusions fondues à travers la série d'éruptions montrent que la composition et les propriétés physiques de la zone de stockage alimentant les éruptions sont restées cohérentes. Cela indique que la vitesse d'ascension et les processus se produisant de haut en bas ont un style d'éruption contrôlé. Ceci est mis en évidence par les différences de viscosité du verre de masse broyée, les pourcentages volumiques de microlite et les taux d'ascension. Une ascension rapide en l'absence de contrôles descendants entraînera des éruptions explosives conduites de bas en haut (par exemple, 1010 Cal. CE dans le cas d'une ascension très rapide ou 1657 Cal. CE d'une ascension rapide). Cependant, nous soulignons également l'importance des contrôles descendants avec une lente ascension du magma combinée aux effets descendants de l'étanchéité des conduits peuvent également entraîner des éruptions explosives conduites d

  • Titre traduit

    Insights into the origin and dynamics of past eruptions of La Soufriere de Guadeloupe from melt inclusions: implications for future unrest & environmental impact.


  • Résumé

    This study focuses on the magmatic system of La Soufrière de Guadeloupe Volcano in the Lesser Antilles with emphasis on past explosive eruptions. Volcanic minerals and glasses are used to investigate past eruptions of different styles and better constrain the role of the magma composition and processes at depth and/or in the conduit on the eruptive style. Combining minerals and glasses, pre-eruptive conditions such as pressure, temperature and fO2 can be calculated, and magmatic process timescales can be estimated. Altogether, it allows us to characterise different processes occurring at depth. The processes preceding an eruption style can be related to monitoring data, linking the processes at depth with observable surface phenomena will improve efficiency of early-warning systems, forecast models, long-term risk reduction planning and different scenario crisis response management. This will also allow us to better understand the impact different eruption styles will have on populations and the environment. Here, we focus on four La Soufrière de Guadeloupe eruptions occurring within a period of ca. 7000 years: the 5680 Cal. BCE Plinian eruption (VEI 4), the ca. 341 CE Strombolian eruption of Echelle. (VEI 2), the 1010 Cal. CE Plinian eruption (VEI 4) and the 1657 Cal. CE Vulcanian eruption (VEI 2). We also compare to the extensively studied 1530 Cal. CE sub-Plinian eruption (VEI 3) and provide context to the geochemical data by investigating the parental magma of Monts Caraïbes. Major results of the thesis include a detailed diffusion timescales study, where orthopyroxene diffusion chronometry is used to calculate the timescale occurring between the last recharge/mixing event in the magma reservoir and the eruption. The timescale populations are modelled as random processes whose probability distributions provide expected ('mean') timescales and the associated standard errors for each eruption. This provides a new statistical method for comparing magmatic timescales between disparate eruptions. From this, we obtain timescales of magma storage at La Soufrière de Guadeloupe ranging from 18.8 ±0.37 days to 361.0 ±0.40 days, with no clear distinction between eruption style/size and timescales observed. Based on these data, magmatic interaction timescales are a poor predictor of eruption style/size, but do show that eruptions can be generated from relatively short periods of unrest. These results have been peer-reviewed and published in Frontiers in Earth Science. Another major result of the thesis is from the volcanic glass studies. Major and volatile elements of melt inclusions across the eruption series shows the composition and physical properties of the storage zone feeding the eruptions has remained consistent. This indicates ascent rate and processes occurring from the top-down have controlled eruption style. This is highlighted in the differences in groundmass glass viscosity, microlite volume percentages and ascent rates. Rapid ascent in the absence of top-down controls will result in explosive eruptions driven from the bottom-up (e.g., 1010 Cal. CE in the case of very rapid ascent or 1657 Cal. CE of rapid ascent). However, we also highlight the importance of top-down controls with slow ascent of magma combined with the top-down effects of conduit sealing can also result in explosive eruptions driven from the top-down (e.g., 5680 Cal. BCE). External effects can also result in explosive eruptions with flank collapses involved in some scenarios (e.g., 1530 Cal. CE). These results have been submitted for peer-review to the Journal of Volcanology and Geothermal Research. Finally, volatile data collected as part of the volcanic glass studies allows investigation of the evolution of volatiles from the parental magma to the surface. Using the petrologic method, the emissions of each eruption are investigated. This provides valuable information for the potential volatile emissions to the atmosphere for a future eruption.