ÉMISSIONS DE LAYES

(ants de Catane. Trente ans après il revit cette môme glace à Tétat solide. Une couche de sable volcanique de trois mètres avait suffi pour la protéger contre la chaleur de la coulée. En 1879, H. Henri de Saussure a encore constaté que la lave de l'Etna s était répandue par-dessus des champs de neige dont elle n' avai* fondu qu'une partie. Il arrivait de rencontrer une épaisse tranche de neige presque immédiatement à côté d'une bouche vomissant des scories, tant le plancher refroidi de la lave constituait une protection efficace contre le rayonnement.

Enfin rimpuissance habituelle des produits volcaniques à fondre les neiges et les glaces voisines est encore plus sensible en Islande, où certains champs de neige dissimulent aux yeux des volcans actifs, qui ne provoquent des inondations que dans leurs périodes de paroxysmes extraordinaires. En 1860, d'après Wallich (1), le cratère de Kutlayaga lançait dans les airs des blocs de lave et des morceaux de glace entremêlés.

Rien ne. prouve mieux que ces exemples à quel point les effets calorifiques proprement dits, c'est-à-dire ceux qui s'exercent par conductibilité ou par rayonnement, sans l'intermédiaire de véhicules gazeux ou liquides, sont localisés dans le voisinage immédiat de la source qui les produit.

BlBieBsioBs de quelques eouiées. — La plus grande coulée qu'on ait observée dans les temps modernes est celle qui, en 1855 et 1856, s'échappa du Mauna Lda. Quelques mois après le commencement de l'éruption, elle avait, avec tous ses détours, près de 100 kilomètres de long, 4800 mètres de largeur moyenne et, en certains points, sa hauteur atteignait 100 mètres. Néanmoins à 16000 mètres de son origine, on pouvait encore entrevoir la lave bouillante à travers sa croûte de scories. La coulée de 1880, sur le même volcan, avait de 60 à 80 kilomètres.

En 1783, le Skaptar Jôkull d'Islande laissa s'épancher trois courants de lave qui, après avoir comblé les inégalités de leur lit dans la montagne, s'épanouirent dans la plaine sous la forme de lacs de lave ayant de 20 à 24^kilomètres de diamètre sur 30 mètres de profondeur. La plus grande de ces coulées avait 81 kilomètres. Une autre atteignait 65 kilomètres.

On a observé à l'île Bourbon, en 1776 et 1787, des coulées dont les volumes respectifs étaient d'environ 68,700,000 et 86,000,000 de mètres cubes, soit, pour la première, un cube de 410 mètres de côté et, pour la seconde, un cube de 440 mètres.

Le courant de lave qui, sorti du Vésuve, détruisit en 1794 le village de Torre del Greco, avait 5700 mètres de long avec un front de 650 mètres de largeur sur 13 mètres de hauteur; son volume a été évalué à 15,600,000 mètres cubes. En y comprenant une branche latérale, dirigée vers Moro, on arrivait à un total de 23,400,000 mètres cubes, soit un cube de 286 mètres de côté.

(1) North atlantie iea-bed, in Reclus, la Terre, II, p. 601.

410 DYiNAMIQUE INTERNE.

ÉMAHATIOHS GAZEUSES DES TOLCAHS

Fomeroiles. Bécolte des gmm» — Les manifestations volcaniques ne se bornent pas à la projection de débris et à l'émission de laves; elles se révèlent encore sous un jour particulièrement intéressant lorsqu'on étudie les produits gazeux émis en divers points par le volcan et spécialement ceux qui, sortant sans pression sensible de la lave, de la fissure ou des cratères, donnent naissance à ces petits nuages de fumée qu'on a désignés sur le nom de fumerolles.

L'étude de ces fumerolles, commencée en 4846 en Islande par Bunsen, a été surtout développée par Ch. Sainte-Claire Deville (1), qui l'a poursuivie au Vésuve et aux Iles Lipari en 1855 et 1861. En 1865, M. Fouqué se livrait, sur l'Etna, au même genre d'observations qui, depuis, n'a cessé d'attirer l'attention des savants.

L'étude des fumerolles est fort dificile. Indépendamment des dangers auxquels l'observateur est exposé, il faut, pour la récolte des gaz, des précautions spéciales. L'un des meilleurs moyens recommandés par Deville est l'emploi d'un tube de verre dont l'extrémité effilée porte un renflement en forme de boule. Après avoir fait le vide dans le tube et fermé sa pointe à la lampe, on Tintroduit, aussi profondément que possible, dans le foyer d'émanations gazeuses et on casse la pointe avec une pince. L'appareil une fois rempli, on le retire rapidement et, sur-le-champ, on soude à la lampe la partie effilée comprise entre le tube et le renflement. Tout en réservant les appareils ainsi soudés pour l'étude ultérieure dans le laboratoire, MM. Deville et Fouqué ne négligeaient pas de procéder sur place à une analyse qualitative sommaire, à l'aide d'instruments portatifs.

Quelquefois, pour éviter le mélange de l'air extérieur avec les gaz des fumerolles, on peut chercher à augmenter la pression de ces derniers en mastiquant l'orifice par lequel ils se dégagent.

L'application de ces procédés a permis de reconnaître l'existence de plusieurs classes de fumerolles, dont chacune est caractérisée par la nature et la température des gaz dégagés, ainsi que par la position que les fumerolles correspondantes occupent, à un moment donné, sur l'appareil adventif.

Fomeroiles sèches. La première classe est celle des fumerolles sèches ou anhydres. Leur température est très élevée et dépasse celle de la fusion du zinc (500«). Elles ne se dégagent que de la lave en fusion et sortent, sans aucun tourbillonnement, à l'état de fumées blanches, de la surface de la lave, près du centre de la coulée. Ces fumerolles ont peu d'odeur; elles rougissent le papier de tournesol. Elles sont entièrement sèches; mises dans un mélange réfrigérant à 15», elles ne déposent pas la moindre gouttelette d'eau.

(I) Comptée rendus, XL, p. 1247 ; XLIIÏ, p. 745,

Les fumerolles sëcbes sont presque uniquement formées de chlorures anhydres, parmis lesquels domine le chlorure de sodium. On a trouvé jusqu*à 94,50 pour 100 de ce chlorure dans les gaz du Vésuve. Avec lui s'observent le chlonire de potassium (dont la proportion pouvait atteindre 16 pour cent dans les fumerolles du Vésuve en 1861) et les chlorures de manganèse, de fer et de cuivre. Ces trois derniers se dégagent non de fa lave, mais des petits cônes adventifs voisins et paraissent, selon M. Fouqué (i], constituer une classe de fumerolles intermédiaire entre la catégorie que nous décrivons et celle qui va suivre.

Le chlorure de sodium vient se déposer sur les blocs qui entourent la coulée et forme à leur surface un enduit blanc. Des recherches faites par M. Scacchi ont indiqué aussi la présence du fluor, qui n apparaît guère qu'au début de l'éruption. De plus, les fumerolles sèches contiennent un peu de sulfates de fer, de potasse et de magnésie.

Leur caractère fondamental est celui d'une émanation gazeuse se produisant par évaporation superficielle, à une température qui permet l'existence du chlorure de sodium à l'état de vapeur.

Famerolles acidei». — Les fumerolles acide», qui se dégagent sur la crête des moraines latérales, plus loin que les précédentes de la lave en fusion, sont constituées par un mélange d'acide chlorhydrique et d'acide sulfureux avec une énorme quantité de vapeur d'eau. Aussi leur donne-t-on parfois le nom de fumerolles chlorhydrO'Sulfureusei. C'est l'acide sulfureux qui, en raison de son odeur suffocante, leur imprime leur caractère dominant, bien qu'en réalité elles ne contiennent qu'une partie de ce gaz pour dix d'acide chlorhydrique et que ces deux substances réunies soient à la vapeur d'eau dans la proportion de un à mille. La température de ces fumerolles varie de 300» à 400® et d'abondants dépôts de chlonire de fer se forment dans leur voisinage. H. Fouqué les considère comme le produit d'une volatilisation opérée à une température qui ne suffit plus pour entraîner les chlorures alcalins que la lave peut encore contenir.

FomcroUei» alcalines, FmneroUes froides. Mofettes. — Les fumerolles^ alcalines ou ammoniacales tirent leur caractère essentiel de la présence du chlorhydrate d'ammoniaque; ce corps, décomposé par la volatilisation, dégage de l'ammoniaque libre. M. Fouqué y a également obsei*vé le carbonate d'ammoniaque. La vapeur d'eau s'y trouve en quantités énormes et on peut aussi constater la présence de l'hydrogène sulfuré, dont la décomposition donne lieu à des dépôts de soufre. La températiu'e de ces fumerolles est voisine de cent degrés.

Les fumerolles froides consistent en vapeur d'eau presque pure. Leur température est nettement inférieure à cent degrés. Elles renferment environ 5 Vo d'acide carbonique et de l'hydrogène sulfuré qui permet de les désigner sous le nom de fiunerolles svlfhydriques.

(1) Compte* rendue t LX, p. 1189.

Les mofettes ou émanations d*acide carbonique marquent la fin de Téruption. Jamais, sur le Vésuve, on ne les a observées au-dessus de 400 mètres d*altitude. Le fait a encore été vérifié en 1872 par M. Palmieri. Elles se concentrent sur le sol, à la surface duquel elles forment une couche de 0'",30 à O^jOO. Les dégagements de mofettes durent souvent des mois entiers après une éruption du Vésuve.

Toutes les fumerolles contiennent une certaine proportion d*aîr atmosphérique. On le reconnaît à la présence de Toxygène et de Tazote libres. Dans les fumerolles sèches, les proportions de ces deux gaz sont sensiblement les mêmes que dans Tair normal. Dans les fumerolles acides, Tazote est en excès relativement à Toxygène. Les fumerolles alcalines donnent aussi un air pauvre en oxygène et les mofettes ne contiennent que 49,4 de ce gaz pour 80,6 d'azote.

«az combnstibles des fkimeroiies. — Mais il est d'autres éléments gazeux qui se font jour dans les éruptions volcaniques et dont la présence offre un intérêt de premier ordre ; nous voulons parler de Vhydrogène et des hydrocarbures. C'est à Torre del Greco, en 1861, que ces gaz ont été recueillis et étudiés par MM. Deville et Fouqué. La lave ayant coulé sous la mer, c'est-à-dire dans des conditions qui rendaient impossible l'oxydation de ses gaz combustibles, on put recueillir ces derniers et constater qu'ils étaient formés par un mélange d'hydrogène et de carbure C* H*, dans la proportion de 88,46 «/o, avec 11,54 Vo d'acide carbonique.

A mesure qu'on s'éloigne du centre d'éruption, l'hydrogène diminue et l'hydrocarbure augmente. Ainsi l'on trouve :

à 1 mètre du rivage, 1 de C*Ii* pour 3,07 H à 15 — 1 — 2,70 H

A Santorin, en 1876, dans les fumerolles les plus chaudes, M. Fouqué a constaté la présence d'une notable quantité d'hydrogène libre, coexistant dans la lave avec l'oxygène également libre, sans doute en vertu de la haute température des laves, qui produisait la dissociation des éléments de l'eau.

Il est juste de rappeler que la présence des hydrocarbures dans les émanations volcaniques avait été devinée, en raison de l'odeur d'huile minérale qu'elles répandent quelquefois, par de Buch, Ferrara, Poulett-Scrope et Hoffmann. Même, d'après Serrao, Dolomieu et Ferrara, on a vu des morceaux de scories, fraîchement rejetés par le Vésuve, offrir des traces reconnaissables de naphte. Quant à l'hydrogène, Bunsen l'avait signalé, en 1846, dans les solfatares d'Islande.

En 1878 et 1879 on a pu constater que l'éruption de l'Etna avait été précédée, neufmois à l'avance, par d'abondants dégagements de boues chargées de matières salines avec acide carbonique et hydrogène protocarboné, à des températures variables entre 7» et 33*.

L'existence de gaz combustibles dans les fumerolles rend facile à comprendre celle des flammes volcaniques, dont la réalité a été si souvent contestée. Niées par Spallanzani et par Gay-Lussac, ces flammes ont été vues par La Condaminc,

Humboldt, Boussingault et Bory de Saint-Vincent. En 1750, Soufflot étant descendu avec un Anglais dans le cratère de l'Etna, ils y virent des flammes bleuâtres, qu'ils comparaient à des feux follets. En 1856 et 1859, Verdet observa au Vésuve des flammes analogues à celles que donne la combustion du cyanogène. Enfin MM. Deville et Fouqué en ont vu au Vésuve, à Santorin et à Vulcano.

Les flammes sont dues à la combustion de l'hydrogène, de l'hydrogène sulfuré et des hydrocarbures qui ont échappé à l'oxydation dans l'intérieur de la cheminée volcanique.

Prodaiui de rabUmatlon. — Aux produits gazeux qui viennent d'être énumérés, il convient d'ajouter un certain nombre de substances qui se déposent après sublimation au voisinage des coulées de lave. Ce sont :

Le Fer oîigiste, produit par la décomposition du chlorure de fer en présence de la vapeur d'eau. Le dépôt se faitd'abord, sous la forme d'une poussière rouge amorphe, sur les lèvres d'une fissure ; mais si le dégagement de gaz continue longtemps, l'oligiste cristallise et finit par donner des lamelles brillantes conune celles qu'on observe en Auvergne ;

Le Chlorure de plomb ou Cotunnite;

U Acide borique, observé au Vésuve, ainsi qu'à Vulcano (îles Lipari) ;

Le Réalgar et V Orpiment.

Ainsi que l'a depuis longtemps fait remarquer Élie de Beaumont (1), tous ces produits ont été sublimés dans un véhicule aqueux et non par distillation sèche.

BépartitioB de» fomeroUes dans le temps et dans l'espaee. Un grand intérêt s'attache à l'étude de la répartition des fumerolles, à la fois dans le temps et dans l'espace. Aussi peut-on dire que la découverte des lois de cette répartition, telles qu'elles ont été établies par Cli. Sainte-Claire Deville, constitue le titre le plus solide de ce savant à l'estime des géologues.

Il convient tout d'abord d'établir une différence entre la fente et la coulée, La fente ne dégage jamais de fumerolles sèches, mais elle donne successivement toutes les autres. La coulée, une fois sortie de la fente, ne reçoit plus rien de l'intérieur et ne communique plus avec l'appareil central. Donc tout ce qu'elle dégage lui appartient en propre et a dû être amené avec elle. Or à un moment donné, elle présente toute la série des fumerolles, y compris les sèches, se succédant à mesure qu'on s'éloigne du centre d'activité. Toutefois l'hydrogène sulfuré y est peu abondant et l'acide chlorhydrique tend à dominer relativement à l'acide sulfureux. L'acide carbonique y est rare.

Cela posé, si l'on part du point où s'épanche la lave, c'est-à-dire où a lieu le maximum d'activité, et qu'on remonte le long de la fissure, on y observe les diverses fumerolles dans l'ordre qui a été indiqué et qui, par suite, correspond à l'ordre décroissant quant à l'activité volcanique.

La même chose s'observe si l'on étudie leur distribution transversalement à la

(1) Note sur Us émanations volcaniques et métallifères, p. 11. — Bull, de la Soc, géologique de France, 2* série, IV, p. 1259.

fente principale et M. Fouqué (1) a pu constater en 1865, sur la coulée de l'Etna, l'existence simultanée des trois catégories de fumerolles sèches, acides et alcalines, se succédant, à moins de 50 mètres les unes des autres, depuis le centre de la coulée jusqu'aux bords.

Quant à la succession dans le temps, elle se traduit par la transformation successive des fumerolles sèches en fumerolles acides et de celles-ci en fumerolles ammoniacales, enfin en fumerolles froides.

Seulement, tandis que cette décroissance a lieu le long de la fente, c'est-àdire dans l'appareil adventif, l'activité se concentre de nouveau dans le cratère central, qui émet environ 90 Vo de vapeur d'eau, avec acide chlorhydrique et acide sulfureux; en même temps la température de ces émanations s'élève jusqu'à ce que des éboulements, survenus dans le cratère, y restreignent le dégagement des gaz.

Un fait très caractéristique est la localisation des dégagements d'hydrocarbures. A Torre del Greco, on a pu constater que leur siège était à la plus grande distance possible du centre éruptif et qu'ils avaient marqué la fin du paroxysme. Ces dégagements continuaient encore en 1865. Mais l'hydrogène libre en avait disparu (2).

De môme, c'est par des émanations d'hydrocarbures, accompagnés d'eau salée, et prolongés durant neuf mois, que s'est annoncée l'éruption survenue en mai 1879 à l'Etna. Pendant toute celte période, ni le cratère principal, ni les cratères secondaires ne donnaient le moindre signe d'activité. Néanmoins les exhalaisons hydrocarbonées se produisaient, à la base méridionale du grand cône, c'est-à-dire très loin de la cheminée centrale, entre Nicolosi et Paterno, par de petits cratères de 0",50 à 1 mètre de diamètre, alignés sur une fente nord-sud et projetant parfois, sur un espace d'un hectare, des fragments des parois.

En se fondant sur ce double exemple, il semble permis de dire que les dégagements d'hydrocarbures marquent le commencement ou le déclin de l'activité volcanique et qu'ils se produisent toujours plus loin de l'appareil volcanique central que les autres émanations gazeuzes.

Maintenant cette localisation des éléments caractéristiques des fumerolles estelle absolue ? les différents produits apparaissent-ils les uns après les autres en se succédant et un élément nouveau vient-il chaque fois renjplacer un élément disparu ? M. Fouqué ne le croit pas et, à la suite de ses études sur l'éruption de Santorin (5), en 1866, il a été amené à penser que les produits des dernières périodes existent déjà dans les fumerolles de la première catégorie, où ils sont seulement plus ou moins masqués par d'autres. De cette manière, c'est plutôt par la disparition de certains éléments que par l'apparition de certains autres que les diverses classes d'émanations gazeuzes devraient être distinguées. Ainsi,

(1) Comptes rendutt LX, p. 552.

(2) Ch. Sainte-Glaire Deville, Comptes rendus, LXU, 1374.

(3) Santorin et ses éruptions, Paris, 1879.

au début» quand un volcan est en pleine activité, les produits de toutes les périodes se montreraient simultanément : mais les sels de soude et de potasse, n*étant volatils qu'au rouge et, par suite, ne se rencontrant pas dans les gaz des fumerolles moins chaudes que le rouge, permettent de caractériser une première période. Ensuite viendraient les chlorures de fer, Facide chlorhydrique, Tacide sulfureux qui, manquant aux températures inférieures, serviraient à distinguer une seconde période, bien qu'ils soient accompagnés déjà des produits des dernières phases et ainsi de suite. C'est de cette manière qu'à Santorin on a vu les gaz combustibles, hydrogène et carbure d'hydrogène, se dégager du sein de la lave en fusion, sous la mer, en même temps que les sels de potasse et de soude et tous les produits intermédiaires.

Mais cette remarque, qui ne fait que compléter la série établie par H. Ch. Sainte-Claire Deville, n'enlève rien à la valeur des considérations théoriques auxquelles l'examen de cette série peut conduire et dont la plus importante est la suivante :

Bôle des voleans as polot de voe de l'oxjdatlon. — Si nous observons que les diverses classes de fumerolles, telles qu'elles ont été énumérées, peuvent être distinguées les unes des autres, à partir des fumerolles sèches, par leur richesse de plus en plus grande en produits combustibles, hydrogène sulfuré d'abord, produits carbonés ensuite, il paraîtra légitime d'en tirer, avec Deville, la conclusion que voici :

Un volcan est un centre où viennent converger les produits de la combustion de divers composes gazeux, A mesure qu'on s'éloigne de ce centre^ on trouve les indices d'une combustion de moins en moins énergique. L'appareil central du volcan fonctionnerait donc comme une gigantesque cheminée d'appel, attirant l'air atmosphérique pour y brûler les gaz combustibleâ venus de la profondeur. L'appel serait d'autant plus énergique que le point observé serait plus rapproché du centre éruptif et l'époque du dégagement plus voisine du moment du maximum d'activité.

On conçoit que cette conclusion ne soit pas mise eu défaut par les observations faites à Santorin; car lorsque les laves se dégagent sous la mer, l'appel d'air extérieur ne peut pas se produire et les gaz combustibles doivent demeurer inaltérés même au voisinage du foyer d'émanation le plus actif.

Fumeroiiee des voieans éqoatorlaux. — Les lois de la succession des fumerolles ont été établies à l'aide d'observations faites au Vésuve et vérifiées sur l'Etna, au Stromboli, aux îles Lipari et à Santorin. Il était intéressant de savoir si elles s'appliquaient aussi à d'autres régions volcaniques ou si elles étaient exclusivement caractéristiques du mode d'activité qui prévaut dans le district méditerranéen. Cette vérification demandait surtout à être faite dans la région des Andes; car Humboldt avait affirmé que les volcans de l'Amérique du Sud ne donnaient ni chlore, ni acide chlorhydrique, leurs exhalaisons gazeuzes étant surtout composées d'acide carbonique. Dans les solfatares américaines, Boussin-

gault admettait la présence de Thydrogène, de l*acide sulfureux, de Tacide carbonique, mais pas celle du chlore.

L'éruption survenue en 1877 au Cotopaxi et dont nous avons déjà plus d*une fois parlé, offrit une excellente occasion de savoir si l'assertion de Humboldt était fondée. Déjà, en 1872, alors que, depuis plusieurs années, le volcan était en repos, H. Reiss avait observé, au sommet du cratère, des fumerolles à ime température de 68^, contenant de Tacide sulfureux et du chlore. Lorsque, en août 1877, six semaines après l'éruption, M. Wolff fit l'ascension du volcan (1), il sentit, de 4600 à 5000 mètres, une forte odeur d'hydrogène sulfuré et parfois d'acide sulfureux. Hais, dans le voisinage du sommet du cratère, ces deux gaz disparurent entièrement et firent place à d'innombrables fumerolles d'acide chlorhydrique, si actives qu'elles attaquaient les vêtements en leur donnant une couleur rouge de fuchsine. La température de ces émanations variait de 96® à 160* C. A 400 mètres du sommet, M. Wolff crut reconnaître la présence du chlore libre.

En janvier 1878, M. de Thielmann (2), visitant le cratère, dont la neige avait de nouveau envahi toute la hauteur, n'y trouvait plus de traces de chlore, mais seulement des fumerolles de vapeur d'eau et d'hydrogène sulfuré.

Ainsi l'analogie est complète avec la succession, dans le temps et dans l'ei^pace, des fumerolles dégagées par les volcans d'Europe. En même temps que les idées de Deville y trouvent une précieuse confirmation, il en ressort cette conséquence importante, que le phénomène volcanique offre une constance et une uniformité de caractères dont le principe ne peut être chercné que dans une cause tout à fait générale.

•rl^liie probable des éiémeiits des fomerolles. — Si nous laissons de CÔté le fluor, dont on s'est borné à constater la présence assez fugitive, le chlorure de sodium apparaît comme l'élément initial des produits des fumerolles.

Or Gay-Lussac et Thénard ont montré qu'en soumettant à l'action de la vapeur d'eau, dans un tube chauffé au rouge, un mélange de chlorure de sodium et de silice, on obtenait de l'acide chlorhydrique, avec un silicate de soude. La même expérience, répétée sur un silicate alcalin non saturé, comme il en existe certainement dans les laves, suffirait à expliquer la formation de l'acide chlorhydrique et, par suite, celle des divers chlorures, qui se dégagent principalement entre les fumerolles sèches et les fumerolles acides.

Ces chlorures, à leur tour, au contact de la vapeur d'eau, donneront des oxydes : c'est ainsi que le chlorure de fer produit du fer oligiste.

Le chlorhydrate d'ammoniaque a souvent été regardé comme le produit de la distillation des matières organiques recouvertes par les coulées de lave. Telle est, en particulier, l'origine que Bunsen attribuait à ce sel en Islande. Il avait même calculé qu'un mètre carré de prairie pouvait fournir assez d'ammoniaque

(1) Neues Jahrbuch, 1878, loc cit,

(2) Ibid,, p. 508.