Dallol : une structure à deux têtes?

Il y a en géologie, comme dans d'autres disciplines, des situations particulières qui mettent en question la façon dont les connaissances sont structurées puis expliquées.

Par exemple : un fossile*, par définition, est la trace d'un organisme (soit l'organisme fossilisé, soit l'empreinte de cet organisme, soit une trace indirecte de son existence comme une empreinte de patte, une crotte etc) laissée dans la roche.
Avec cette définition les "lava trees" formés en 2002 dans les coulées de lave de l'Etna doivent donc être considérés comme des fossiles. Les différents critères sont respectés.... à moins de faire exception pour les roches volcaniques...Auquel cas il faudra enlever de la liste des "fossiles" toutes les traces exceptionnelles d'être vivants trouvés en Chine dans des dépôts d'écoulements pyroclastiques par exemple.

Ou 2002 n'est pas assez ancien pour parler de fossile? Alors se pose la simplequestion : à partir de quel âge peut-on employer le mot "fossile"? Faut-il que la trace dépasse 1000 ans? 10 000 ans? 100 000 ans? Qui va décider du bon âge pour devenir fossile (et celui ou celle qui dit "plus de 40 ans" sera puni!), et sur quel(s) critère(s) objectif(s)?

Voyez qu'une définition a des limites qui peuvent être questionnées. Ces limites nous rappellent avant tout qu'il faut distinguer les connaissances, c'est-à-dire grosso modo la liste des faits connus et leur interprétation à un moment donné, de leur classification. Une connaissance peut-être remise en cause du fait d'une évolution d'une interprétation par exemple, mais on peut aussi faire évoluer la classification avec l'apport de nouvelles connaissances.

Et Dallol est un site où cette évolution pourrait bien avoir lieu.
 

L'équipe que j'avais eu la chance d'accompagner en 2016 a continué de travailler sur le site depuis et a fait d'autres missions sur place, pour la collecte de données.

Et avant de continuer sur l'aspect géologique du site, je tiens à dire que les biologistes de cette équipe, emmenés par la chercheuse Purificacion Lopez-Garcia ont pu déterminer à Dallol des conditions limites du vivant sur Terre. C'est exceptionnel car sur notre planète on ne connait pour ainsi dire pas d'endroits de la surface sans trace de vie : elle est partout, modifie tout, influence tout du cycle des roches jusqu'à la composition de l'atmosphère.  Et donc trouver un site, même minuscule, où la vie n'est pas possible sur Terre est absolument incroyable et donne des clés indispensables pour comprendre comment la vie apparait sur une planète.

Mais une partie de cette équipe a aussi étudié la géologie de Dallol, tentant de comprendre les mécanismes à l’origine de sa formation et de l'activité qui s'y déroule.

L'article qui vient ainsi d'être publié par José María López-García et al, fait le point sur ces découvertes, et les auteurs résument le tout avec une phrase claire : "We propose a detailed hydrogeothermal conceptual model and tentatively predict the future evolution of the dome" (Nous proposons un modèle conceptuel hydrogeothermal et tentons de prévoir l'évolution future du dôme).

L'article est ainsi intitulé : "Origin and Evolution of the Halo-Volcanic Complex of Dallol:
Proto-Volcanism in Northern Afar (Ethiopia)"

Je rappel (car j'en avais rapidement parlé dans un article que j'avais publié sur le blog en 2016) qu'ici le mot "dôme" ne fait pas référence à la structure volcanique appelée "dôme de lave", mais à la forme du site de Dallol, qui émerge littéralement de la plaine de sel alentour.

1- Une datation argumentée de la formation du site!

C'est à coup sûr une des informations essentielles de cet article. Cette datation a pu être faite en réalisant tout d'abord une pure analyse géologique de la région, en particulier une analyse de la stratigraphie sur le site-même. Cette stratigraphie (l'étude de la succession des couches de roches) a ensuite été corrélée avec d'autres sites de la plaine, jusque dans le secteur du volcan Gada Ale.
Il se trouve en effet que sur la partie ouest du dôme de Dallol, il y a les canyons de sel et que la couche la plus haute visible est extrêmement proche de par sa composition et sa structure (y compris à l'échelle microscopique) d'une autre couche située dans la plaine, du côté du volcan Gada Ale, justement.

Or cette couche avait été datée par carbone 14 à environ 6000 ans BP. Composée d'un mélange de gypse (CaSO₄·2H₂O) et d'anhydrite (CaSO₄₎ d'origine sédimentaire lacustre, sa position initiale était horizontale. Cette couche étant datée à environ 6000 ans cela signifie que la formation du dôme, qui a soulevé et déformé cette couche, débute donc il y a moins de 6000 ans : le dôme de Dallol est donc extrêmement récent!

Le dépôt visible au sommet du dôme de Dallol se retrouve sur plusieurs site distants dans la plaine. Images : José María López-García et al; 2020

Les géologues de la mission ont évidemment remarqué que cette couche n'existe pas sur la partie est du dôme et pour expliquer ce fait, ils proposent deux possibilités:

- soit le rift n'est pas symétrique (c'est un cas fréquent) et donc le lac dans lequel cette couche s'est formée n'en occupait que la partie ouest

- soit la formation du dôme a débuté à l'est du rift dans le lac avant le dépôt de cette couche (ou quand elle était très fine), puis sa formation s'est poursuivie plus récemment (après le dépôt) à l'ouest, dans sa position actuelle.

Probablement que d'autres études géologiques approfondies et de la structure du rift et des dépôts seront nécessaires pour en savoir plus sur ce point précis, mais pour l'heure rien n'est tranché.

Quoi qu'il en soit la partie ouest, touristique avec l'activité hydrothermale, date de moins de 6000 ans d'après ces données nouvelles, ce qui est largement plus récent que les 30 000 ans proposés par Franzon et al en 2015 (qui n'avait pas fait d'étude spécifique sur ce point).

2- Décryptage des cycles d'activité hydrothermale

Les analyses et observations réalisées par l'équipe leur permet aussi de décrire dans le détail un cycle d'activité hydrothermal classique, c'est à dire l'ensemble de la construction d'un complexe de cheminées et bassins en concrétions de sels. Voilà les étapes telles que décrites dans l'article : 

1- l'activité démarre sur un site par l'émission d'une saumure. Le refroidissement et la précipitation de sels forme un premier mont assez haut et peu étendu composé de piliers verticaux.

2- la saumure perce à d'autres endroits et le mont s'élargit assez rapidement ce qui provoque un écoulement plus lent de la saumure et organise la précipitation des sels sous la forme de bassins (les fameux bassins, si beaux). Le sommet de ce mont est généralement aplati, du fait des écoulements de saumure et des précipitations de sels.

3- progressivement le débit de saumure diminue et seul un dégazage, généralement assez riche en soufre (ça se sent!) persiste, avec un peu de sel dissout qui précipite au niveau de millions de minuscules évents. C'est là que se forment par exemple les "œufs", superbes concrétions dignes des dentelles du Puy, qu'on pourrait regarder des heures s'il ne faisait pas 40 ou 45 °C!

Un "oeuf" constitué de sels précipité (probablement en majorité la Halite, blanche) autour d'un petit évent de dégazage. Image personnelle

4- L'alimentation en saumures cesse totalement, plus de fumerolles non plus et la dissolution des sels commence. Les couleurs disparaissent et le monticule formé devient monochrome. Il est progressivement dissout par les précipitations, mais il peut rester une accumulation des minéraux les plus résistants à la dissolution, comme l’anhydrite.



Cette activité hydrothermale cyclique (mais très irrégulière) est expliquée par deux hypothèses principales:
- soit la fermeture des circuits hydrothermaux par leur obstruction
- soit des variations du niveau de la nappe phréatique, hypothèse retenue par les chercheurs de cette étude, sur la base de leurs observations au cours des 3 missions qu'il ont effectué sur place.

Les auteurs notent par ailleurs que les différences d'altitude entre les différents point de sortie des fluides hydrothermaux, semblent mieux s'expliquer si chaque point de sortie est reliée à un petit réservoir qui lui est propre, plutôt qu'à un unique grand réservoir qui les alimenteraient tous d'un coup.

3- Un nouveau processus proposé pour les géologues : le "Halovolcanisme"

Ou "volcanisme à base de sels", pour le distinguer du volcanisme à base de silicates : c'est l'autre moment fort de cet article. Ce qui justifie ce terme est la présence des coulées de sels dont je parlais dans le post de 2016 et qui avait été décrit par H.Franzon et al en 2015. Dans cet article, Franzon et ses collègues avaient  bien vu ces masses de sels rouge sombre presque noir, teintés par de l'hématite, dont la surface était découpée en superbes hexagones. Sur place, ça fait penser à du chocolat...une mer, un océan de chocolat !

Étonnant Black Dome. Image personnelle

Toutefois la seule émission de fluides sursaturés en sels (saumures) ne justifierais pas le terme de "volcanisme" au sens où il est acté à ce jour, à savoir (pour mémoire) :

1 - la formation à l'intérieur de la Terre, généralement dans le manteau parfois dans la croûte, d'une roche liquide (dit "magma") par fusion d'une roche pré-éxistante (péridotite sens large dans le manteau par exemple).

2 - le déplacement, par différence de densité, de cette roche liquide jusqu'à la surface de la Terre.

3 - et pour qu'il y ait "volcanisme", le plus important, l'essentiel entre tous les essentiels de cette définition : le fait que cette roche en fusion sorte à la surface de la Terre ("éruption") et subisse dès lors un refroidissement rapide qui lui confère des caractéristiques pétrologiques spécifiques, qui permet de lui donner le nom de "lave" ou son synonyme "roche volcanique".

Bref, pour que le terme volcanisme puisse être employé, il faut : un changement d'état (solide-liquide) à l'intérieur du globe, un déplacement avec ou sans stockage intermédiaire significatif, puis un autre changement d'état (liquide-solide) rapide à la surface du globe.
C'est un transfert de matière, et de chaleur aussi puisque la roche en fusion est plus chaude que ce qu'elle traverse.

Sans ces ingrédients, pas de volcanisme stricto sensu.

C'est là que l'article est intéressant et pointe peut-être un cas spécifique, dont je n'avais jamais entendu parler à ce jour. M’est avis que cet article va en appeler d'autres!

En effet, l'équipe de J-M.Lopez-Garcia refait une chronologie de la formation du dôme de Dallol avec la mise en place d'une masse de magma silicaté classique,  sous la couche de sel qui rempli la plaine. Ceci entraine le soulèvement des couches de sel ce qui forme le bombement appelé "dôme de Dallol".  Ce phénomène est fréquent sur Terre, même si ce n'est pas souvent avec des couches de sels.

La conséquence immédiate de ce soulèvement est l'étirement des couches de surface, donc leur fracturation, qui va favoriser la dissolution des couches de sels : c'est l'origine des canyons du flanc ouest par exemple.

Sur le plus long terme l’interaction entre les couches de sels, la circulation de fluides riches en eau,  et la chaleur intense libérée par la poche de magma, aurait conduit à la fusion d'une partie des sels. Je cite l'article  : "These interactions would promote salt melting and eruption through open fractures".
Or "salt melting" se traduit par "fusion du sel". Le terme s'emploie pour décrire le changement d'état solide-liquide et ne peut être confondu avec "salt dissolving" qui traduirait la dissolution du sel dans l'eau.


Vous aurez peut-être noté toutefois que les chercheurs ont employé "would", marquant ainsi une incertitude sur le processus, qu'ils posent en hypothèse, en une possibilité à explorer. Et s'ils la proposent ce n'est pas pour rien, car l'observation des Black Dome montre des figures,  comme la fracturation hexagonale par exemple, qui s'expliquent généralement par le refroidissement d'une masse liquide. Par ailleurs, il ne faut pas oublier (voir post de 2016) qu'il existe, dans le secteur de Dallol, des émissions d'un sel liquide qui se solidifie en refroidissant, à savoir la bischofite (MgCl₂·6H₂O).

La bischofite est un sel hydraté qui est émis à l'état liquide mais se solidifie assez rapidement. Image personelle

Si la fusion des sels devait être confirmée, alors cela formerait une sorte de "halomagma", qui pourrait percoler jusqu'à la surface du dôme pour sortir (faire éruption) et produire les coulées de sels décrite par Franzon et al.

Et c'est donc là qu'on se retrouverait avec un Dallol "à deux têtes". Car si il n'y avait pas l'hypothèse d'une fusion,  le déplacement de fluides sursaturés en sels ne serait, au fond, "qu'un" phénomène hydrothermal.

Mais il pourrait y avoir eu fusion, et ça change absolument tout car à ce moment-là on se retrouve avec :
- une roche, à base de sels, qui change d'état et devient liquide
- qui se déplace à l'état liquide jusqu'à la surface
- sort à la surface à l'état liquide puis redevient solide.
Bref: on aurait le trio gagnant de la définition du volcanisme...mais avec du sel.

Je titrais en 2016 "Dallol : le non-volcan", et je maintiens absolument ce titre. C'est une évidence, et cela a été redit par cette équipe : la structure géologique nommée Dallol est d'abord et avant tout un bombement de couches sédimentaires et donc, par essence même, pas un volcan, qui est une structure composée de roche(s) volcanique(s) misent en place de manière spécifique (le trio gagnant ci-dessus).
"Et si un jour une éruption volcanique devait avoir lieu?" pourriez-vous demander? Alors, tout simplement, nous verrions un volcan se construire par-dessus Dallol...mais Dallol ne deviendrai pas, comme par magie, un volcan (les roches sédimentaires qui composent le bombement ne deviendraient pas subitement des roches volcaniques, il faut être sérieux). Le bombement : c'est la première tête du titre.
 
MAIS, dans cette histoire, les fameuses coulées de sel de la zone sommitale méritent d'être considérées à part puisque leur mode de formation pourrait être spécifique, et s'approcher d'une forme nouvelle de volcanisme. L'équipe l'a, en toute logique, nommé "halo-volcanisme". Ceci pourrait être la seconde tête du titre.
Toutefois ce n'est pour l'heure qu'une proposition et il falloir maintenant  démontrer que ces sels ont bien été en fusion.

Les études qu'il faudra mener sont spécifiques, et si la fusion des sels devait être prouvée, alors m'est avis que les volcanologues devraient avoir une discussion particulièrement interessante pour valider ou pas l'extension de la définition du volcanisme à cette situation particulière. Notamment parce que ce potentiel "halomagma" ne peut exister, à priori, qu'en présence d'un magma silicaté classique, seule source de chaleur intense capable de provoquer la fusion du sel.

Le problème pourrait peut-être, au fond, se résoudre à cette seule question : pour qu'une roche en fusion puisse être appelée  "magma", et que son éruption puisse donc être décrite comme du "volcanisme" et la structure ainsi construite appelée "volcan", faut-il obligatoirement que la roche qui fonde soit le manteau terrestre ou la partie non sédimentaire de la croûte terrestre?

Notez que je ne parle là que du type de la roche-source (sédimentaire ou pas), et pas du moyen de la faire fondre. Car pour les roches silicatées, il existe déjà trois moyens distinctes de provoquer leur fusion:
- les chauffer jusqu'à ce qu'elles fondent (cas du magmatisme de point chaud)
- les maintenir à même température, mais les amener à plus faible pression (cas du magmatisme de Rifting)
- hydrater la roche, ce qui fait baisser sa température de fusion (cas du magmatisme de subduction).

On peut aussi appliquer ça au "halo-magma" (s'il existe) : une condition particulière qui est d'être produit par augmentation de température.

Par ailleurs, pour définir le volcanisme classique, la profondeur de formation du magma n'a que peu d'importance : ça varie de quelques kilomètres à plusieurs dizaines de kilomètres sous la surface!
On ne voit donc pas pourquoi ce sera un souci que le "halomagma" ne puisse se former qu'à faible profondeur.


Pour dire tout ça autrement : pour faire un "magma" tous les moyens (non anthropiques) sont bons...mais est-ce que toutes les roches sont bonnes? Voilà peut-être la seule question qui doive être tranchée par les spécialistes.
Bref: la définition du volcanisme pourrait s'étendre à d'autres matériaux qu'aux laves silicatées ou carbonatées... non mais halo quoi!**


Source : "Origin and Evolution of the Halo-Volcanic Complex of Dallol: Proto-Volcanism in Northern Afar (Ethiopia)"; José M. López-García1 et al; 2020, dans Frontiers in Earth Science

* les paléontologues avec qui j'ai eu le plaisir de travailler une temps me pardonnerons, je l'espère, les éventuelles erreurs de cette définition, mais il me semble que c'est quand même ça l'idée.

** désolé, j'ai pas pu m'empêcher....