Dr Pierre-Simon Ross - Explosive eruption styles, processes and hazards in monogenetic volcanic fields

Les éruptions dans les champs volcaniques monogénétiques durent quelques jours à quelques années et vont d’explosives à effusives (dômes et laves). Les éruptions explosives sont typiquement les plus dangereuses pour les humains et elles feront l’objet de cette présentation, avec une emphase sur les magmas de composition allant d’ultramafique à andésite basaltique. Quatre types de petits volcans peuvent être produits dans ce contexte : les cônes de scories, les maar-diatrèmes, les anneaux de tuf et les cônes de tuf. Ces volcans sont associés à différents styles éruptifs, processus volcaniques et risques naturels.
Les cônes de scories se forment grâce à l’explosivité intrinsèque du magma, à cause des bulles de gaz et de l’accélération du magma dans le conduit. Les styles éruptifs varient de très faiblement explosif (strombolien) à des colonnes de plus de 10 km de haut (sub-plinien) et ces dernières peuvent disperser des cendres volcaniques sur des milliers de kilomètres.
Les trois autres types de petits volcans se forment en réponse au contact explosif entre le magma et l’eau externe (phréatomagmatisme). Les maars-diatrèmes et les anneaux de tuf apparaissent sur les continents et les îles, en présence d’eau souterraine ou d’eau de surface. Sans cette eau externe, le même magma aurait pu former un cône de scories ou une coulée de lave. Les explosions souterraines produisent des diatrèmes. Ces explosions ont été comparées à un type d’accident industriel appelé “fuel-coolant interaction” et peuvent être recréées et étudiées en laboratoire. Les cônes de tuf se forment plutôt en contexte émergent ou en eau peu profonde. Les processus explosifs des cônes de tuf pourraient différer de ceux des anneaux de tuf et des maars, mais les recherches continuent sur ce sujet. En général, les éruptions phréatomagmatiques produisent des retombées pyroclastiques et des courants de densité pyroclastiques. Ces derniers peuvent s’écouler radialement (dans toutes les directions) et sont le phénomène le plus dangereux associé aux volcans monogénétiques, puisqu’ils peuvent dévaster plusieurs km autour de l’évent.
Les magmas plus visqueux (andésite à dacite) forment souvent des dômes, qui peuvent avoir des phases explosives. Si le phréatomagmatisme domine, des maars felsiques peuvent se former. En cas d’éruption explosive magmatique, les styles éruptifs peuvent aller jusqu’à sub-plinien.

Eruptions in monogenetic volcanic fields last from days to years and range from explosive to effusive (domes and lavas). Explosive eruptions are typically more dangerous to humans and I will explore them here, mostly focusing on ultramafic to basaltic andesite magmas which are much more common than intermediate to felsic magmas in most monogenetic fields. The explosive eruption of such magmas can produce four types of small volcanoes: scoria cones, maar-diatremes, tuff rings and tuff cones. These volcanoes have different eruptive styles, processes and hazards, so the distinction is important.

Scoria cones (a.k.a. cinder cones) form due to magmatic explosivity: the magma fragments itself without external help, due to gas bubble growth and magma acceleration in the conduit. Scoria cones have eruptive styles ranging from very mild (weak strombolian) to eruptive columns over 10 km tall (sub-plinian) and the latter can distribute volcanic ash over thousands of kilometers.

The other three types of small ultramafic to basaltic andesite volcanoes form in response to explosive magma-water interaction (phreatomagmatism). Maar-diatremes and tuff rings appear on continents and islands, in the presence of groundwater or surface water. Without the external water, the same magma might have formed a scoria cone or a lava flow. Subterranean explosions create diatremes, the underground (sub-crater) portions of these volcanoes. Phreatomagmatic explosions in diatremes have been compared to a type of industrial accident called “fuel-coolant interaction” and these explosions can be recreated and studied in the laboratory. Tuff cones form in shallow water to emergent settings. The explosive process in tuff cones may or may not be exactly the same as for maars and tuff rings: research is ongoing. In general, phreatomagmatic eruptions produce pyroclastic fallout and pyroclastic density currents. PDCs can flow radially (in all directions) and are the most hazardous phenomena associated with monogenetic volcanoes, since they can cause quick devastation several km around the vent.

More viscous magmas tend to form domes, which can have explosive phases. If phreatomagmatism dominates, felsic maars can form before, or instead of, domes. Magmatic eruptive styles ranging in intensity up to sub-plinian may also be associated with domes.