Géophysique interne / Internal Geophysics
Variation d'origine sismique du flux de chaleur convectif dans La Fossa de Vulcano (Italie)Hydrothermal convective flux variation related to a seismo-tectonic crisis in the La Fossa of Vulcano (Italy).

Xavier Le Pichon
https://doi.org/10.1016/S1251-8050(00)00196-8Get rights and content

Abstract

Temperature, composition and extent of fumaroles at La Fossa of Vulcano (Italy) have been measured since 1978. Variations are attributed to changing regional tectonic factors, or to changes in magmatic activity. Hydrothermal heat discharge on a hot zone of La Fossa has been measured since 1997. An important increase in this flux is clearly related to a regional seismo-tectonic crisis that occurred in 1998, which opened the volcano's fracture system. The upper part of the aquifer has since cooled, without any apparent effect on the magmatic system below.

Résumé

Des variations de température, de composition et d'extension des fumerolles émises par le Vulcano (Italie) ont été mesurées depuis 1978, attribuables soit à une modification de la contrainte tectonique régionale, soit à une migration magmatique. Une mesure du flux hydrothermal réalisée depuis 1997 dans une zone chaude de La Fossa a mis en évidence une fluctuation importante de ce flux, liée à la crise sismo-tectonique de novembre 1998. Cette fluctuation, très localisée, est attribuée à l'ouverture du système fissural liée à la modification de la contrainte tectonique régionale, suivie d'un rééquilibrage thermique dans l'aquifère supérieur.

Introduction

Depuis sa dernière éruption en 1890, l'activité la plus évidente du Vulcano (îles Éoliennes, Italie) consiste en l'émission de fumerolles localisées essentiellement sur le bord nord du cratère central et sur la plage située au bas du flanc nord du cône (Porto di Levante). Une augmentation de l'activité thermique, sismique et géochimique a été enregistrée depuis 1978, à la suite d'un séisme de magnitude 5,5 qui a affecté la région [13]. Des études décrivent les différents événements qui se sont déroulés depuis, et les hypothèses pouvant expliquer en particulier les variations observées dans le fonctionnement du système hydrothermal [2], [8], [10]. Schématiquement, ces variations sont attribuées, soit à des variations de la contrainte tectonique régionale liée à la sismicité, soit à la migration du système magmatique engendrant des variations de pression interne. La distinction entre ces deux causes possibles est évidemment importante, dans la perspective de disposer, sans fausse alerte, de signaux précurseurs d'une nouvelle phase magmatique.

Nous avons mis en place, depuis 1997, un dispositif de mesure du flux hydrothermal sur le flanc interne sud de la Fossa, dans le but d'apporter une nouvelle information sur la relation liant le système hydrothermal à la contrainte régionale et à la source thermique magmatique.

Section snippets

Dispositif de mesure du flux thermique convectif

L'un de nous a montré [1] que, sous certaines conditions, l'estimation de la valeur du flux convectif était possible en mesurant les températures T en une station le long d'un profil vertical. Ces conditions concernent, d'une part, la nature du terrain, qui doit être homogène et granulaire sur la longueur du profil où s'effectuent les mesures (0,65 m dans notre étude), d'autre part la valeur du flux, qui doit être inférieure à 300 W·m–2 environ. Dans ce cas, il est démontré que la vapeur d'eau

Mesures thermiques

Le flux hydrothermal a été mesuré selon la procédure indiquée plus haut, pendant une période s'étalant de novembre 1997 à juin 1999. Les capteurs utilisés pour ces mesures sont des thermistances de différents types, dont la résolution la plus élevée reste inférieure à 0,5 °C.

La zone étudiée est située sur le flanc interne sud de la Fossa, dans un secteur où une carte de T à profondeur constante avait été réalisée en août 1996 (Chebli, inédit). À partir de ce document, nous avons sélectionné (

Caractéristiques générales de la sismicité à Vulcano

La surveillance sismique de Vulcano est assurée par un réseau permanent de 14 stations, dont 4 sont situées sur Vulcano (figure 1). L'origine des séismes est associée aux mécanismes de fracturation et de dégazage [4]. L'activité sismique liée strictement au système structural de Vulcano se manifeste essentiellement par des secousses de magnitude inférieure à 2,5, avec des foyers dont la profondeur est inférieure à 5 km [3]. Les micro-séismes localisés sous La Fossa sont caractérisés par une

Interprétation de la crise du 17 novembre 1998 et conclusion

La comparaison des événements thermiques et sismiques enregistrés durant la période s'étalant du 11 novembre 1997 au 3 juin 1999 n'indique qu'une seule corrélation nette : la crise sismique des 17, 18 et 19 novembre et l'événement thermique mesuré le 21 novembre 1998. Les autres événements sismiques n'ont, semble-t-il, exercé aucun effet sur la valeur de gradT, si l'on admet qu'une variation d'amplitude inférieure à 10 °C·m–1 n'est pas significative. Une autre corrélation de même type pourrait

Remerciements

Cette étude a été réalisée dans le cadre des contrats EC Tekvolc, PL950250 et PL970584. Elle n'aurait pu se faire sans la collaboration constante sur le terrain de J.-M. Barnagaud. Merci aussi à A. Prud'Homoz pour l'aide au dessin des figures, à B. van Wik de Vries pour la relecture de l'anglais, au rapporteur anonyme pour ses remarques constructives.

Références (13)

There are more references available in the full text version of this article.

Cited by (19)

  • Review of the evolution of geochemical monitoring, networks and methodologies applied to the volcanoes of the Aeolian Arc (Italy)

    2018, Earth-Science Reviews
    Citation Excerpt :

    Their cyclic character and the increased heat release involved an area of the active cone that was larger than the ones identifiable around the main fumarole emissions. The thermal areas at the margins of the main fumaroles or located elsewhere are SHS zones, and they were identified and described for the first time at the top of La Fossa cone by a survey of temperature measurements at a depth of 0.3 m (Aubert and Alparone, 2000). Aubert et al. (2008) subsequently reported the results from a new system monitoring the heat flux variations reaching the ground surface during a first testing period (the site location is indicated as “SHST” in Fig. 15a).

  • Long-term monitoring on a closed-conduit volcano: A 25 year long time-series of temperatures recorded at La Fossa cone (Vulcano Island, Italy), ranging from 250 °C to 520 °C

    2017, Journal of Volcanology and Geothermal Research
    Citation Excerpt :

    For example, one indicator was the content of carbon dioxide, increasing from its background content of 5% molar to the maximum content of 15% molar in the hottest vent (Diliberto, 2013). At the top of La Fossa cone a temperature increase was measured in the same days also on the ground outside of the main fumarole area, just around the SHS site location (Fig. 2d) (Aubert and Alparone, 2000; Aubert et al., 2008). Approximately 3.5 years after minimum values were registered, the hydrothermal system underwent increased fluid circulation again in November 2004.

  • Time series analysis of high temperature fumaroles monitored on the island of Vulcano (Aeolian Archipelago, Italy)

    2013, Journal of Volcanology and Geothermal Research
    Citation Excerpt :

    The summit area of this stratocone presents a surface thermal anomaly with many fumarole vents that release fluids at temperatures ranging from boiling point to over 450 °C. Moreover, high-temperature gradients in the soil and high CO2 fluxes are indicative of other ground surfaces where the hydrothermal fluids ascend and subterranean steam condensation occurs (Aubert and Alparone, 2000; Granieri et al., 2006; Aubert and Alparone, 2008; Inguaggiato et al., 2012a,b). The chemical and isotope composition of surface emissions and temporal variations of their fluxes indicates a hydrothermal system with equilibrium temperature of around 200 °C that coexists with a magmatic source of gas (Capasso and Inguaggiato, 1997, 1998, 1999; Paonita et al., 2002; Granieri et al., 2006; Federico et al., 2010).

  • Relocation and focal mechanisms of earthquakes in the south-central sector of the Aeolian Archipelago: New structural and volcanological insights

    2012, Tectonophysics
    Citation Excerpt :

    The occurrence of seismicity in North Vulcano area is fairly low (few events/year with 1.0 < Md < 2.6), so that it is difficult to obtain reliable focal mechanisms, and is uniformly distributed along the considered period (Fig. 6). This kind of seismicity seems to have preceded the ascent of hot fluids to the surface (Aubert and Alparone, 2000; Chiodini et al., 1992; Gambino et al., 2007; Montalto, 1996). In order to consider the possible relationships with the Vulcano magmatic system, we take into consideration the model proposed by Peccerillo et al. (2006), which integrates petrological, geophysical, and fluid-inclusion models for the internal structure of the volcano, concluding that the present structure of the magma storage system in the crust consists of two major deep accumulation zones located at 17–21 km (at the Moho) and 8–13 km depth, plus a shallow minor one at 3–5 km (1–3 km under the La Fossa of Vulcano) (Fig. 7).

  • Diffuse CO<inf>2</inf> soil degassing and CO<inf>2</inf> and H<inf>2</inf>S concentrations in air and related hazards at Vulcano Island (Aeolian arc, Italy)

    2011, Journal of Volcanology and Geothermal Research
    Citation Excerpt :

    Since the 1888–90 eruption, La Fossa has been in a quiescent state, with episodic occurrences of “crises”, characterized by increases in temperature (T) and gas output of the crater fumaroles, expansion of the fumarolic field and chemical and isotopic changes (e.g. increase of CO2, He, N2, 3He/4He) indicating an increasing output of magmatic gas (Sicardi, 1941; Barberi et al., 1991; Chiodini et al., 1993; Nuccio and Paonita, 2001). Only minor ground uplift (Bonforte and Guglielmino, 2008) and a characteristic shallow seismicity accompany these crises, which sometimes occur after significant regional earthquakes (Montalto, 1994a; Aubert and Alparone, 2000). Both shallow seismicity and minor uplift of the fumarolic zone of La Fossa cone are likely related to gas and steam pressure increase in shallow fractures within a geothermal system (Montalto, 1994b; Gambino and Guglielmino, 2008; Alparone et al., 2010).

  • Tornillos at Vulcano: Clues to the dynamics of the hydrothermal system

    2010, Journal of Volcanology and Geothermal Research
    Citation Excerpt :

    Here the different types of these earthquakes are briefly classified, mainly on the basis of waveforms and spectral contents, and their similarities or differences with the most recent classifications of seismic signals in volcanic areas (e.g., Chouet, 1996; McNutt, 2005; Wassermann, 2009) are shown. The first group of events comprises the volcano-tectonic (VT) earthquakes, characterized by high-frequency content (> 5 Hz), low magnitude (generally M ≤ 2.5) and clear P and S phases (Aubert and Alparone, 2000). Similar to the VT earthquakes defined in other classifications (e.g., Wassermann, 2009), they are originated by shear failure caused by stress buildup and resulting in a slip on a fault plane.

View all citing articles on Scopus
View full text