« Il est important d’estimer la source du dioxyde de carbone pour reconstruire correctement ce qui se passe dans le système magmatique et le système hydrothermal », explique Gianmarco Buono, volcanologue à l’Institut national italien de géophysique et de volcanologie et auteur principal de l’étude. « Notre objectif est de fournir un outil pour mieux discriminer la contribution du dioxyde de carbone magmatique et non magmatique qui peut également être appliqué à d’autres systèmes. »

Lorsque le magma se déplace vers la surface de la Terre, la pression décroissante sur le magma entraîne un dégazage – la libération de gaz qui étaient auparavant piégés à l’intérieur du magma – notamment la vapeur d’eau, le dioxyde de carbone et le dioxyde de soufre. Les scientifiques surveillent les volcans pour les troubles et les éruptions possibles en utilisant une variété d’observations – détection des tremblements de terre et des tremblements liés au mouvement du magma, prise de mesures détaillées de la déformation du sol et évaluation des types et volumes de gaz libérés à la surface par les fumerolles – ouvertures dans le terre qui émettent de la vapeur et d’autres gaz.

Les éruptions sont souvent précédées d’une augmentation des flux de gaz, mais cela ne signifie pas que chaque augmentation des émissions de gaz sera suivie d’une éruption. Il est également possible que le dioxyde de carbone provienne de sources autres que le magma. L’interaction entre les fluides souterrains chauds et les roches hôtes peut également libérer du dioxyde de carbone.

L’Institut national italien de géophysique et de volcanologie surveille les émissions de gaz du cratère Solfatara depuis 1983, fournissant un long enregistrement des changements de volume et de composition des gaz qui y sont libérés. En comparant les ratios d’azote, d’hélium et de dioxyde de carbone dans les émissions, les chercheurs avaient précédemment établi que les gaz provenaient de sources profondes de magma.

« Nous nous sommes concentrés principalement sur les variations géochimiques, en particulier pour le dioxyde de carbone, l’hélium et l’azote, car ce sont des espèces non réactives. Ils contiennent des informations sur ce qui se passe dans le magma », explique Buono.

Mais lorsque la région a commencé à connaître une augmentation des troubles en 2005, les données ont commencé à s’écarter des empreintes chimiques des magmas, une tendance qui a continué d’augmenter au fil du temps parallèlement à la hausse des températures dans le système hydrothermal peu profond. Les troubles se sont poursuivis et, en 2012, le niveau d’alerte est passé du vert au jaune, indiquant qu’il y a une activité accrue mais pas une menace imminente d’éruption.

En plus de petits tremblements de terre et d’émissions de gaz plus élevées, la région a également connu une déformation de la surface du sol. La circulation souterraine de fluides chauds pourrait expliquer la hausse des températures, la déformation du sol et l’augmentation des émissions de gaz – l’interaction des fluides acides chauds avec la calcite dans les roches libère également du dioxyde de carbone. Les carottes de forage des roches des études précédentes révèlent que la calcite dans les roches a une composition similaire aux émissions de gaz. Les chercheurs estiment que 20% à 40% du dioxyde de carbone sur le site du cratère Solfatara provenait de l’élimination de la calcite dans la roche hôte.