Chaleur et explosivité du magma // Magma heat and explosivity

drapeau-francaisUn article intitulé « Vésiculation thermique lors des éruptions volcaniques» et publié dans la revue Nature a récemment démontré le «rôle essentiel des variations de chaleur pendant l’ascension du magma ». L’article est l’aboutissement d’une étude menée par des chercheurs de l’Ecole des Sciences de l’Environnement, dans l’enceinte de l’Université de Liverpool en Angleterre.

Il est bien connu que les volcans connaissent des éruptions explosives lorsque le magma chargé de gaz atteint la surface de la Terre. Plusieurs techniques sont utilisées pour expliquer la formation et la croissance des bulles de gaz au sein du magma. Par exemple, certains scientifiques examinent attentivement de minuscules cristaux pour mesurer des quantités infimes de gaz dissous à l’intérieur, tandis que d’autres utilisent la spectroscopie pour mesurer les panaches de gaz émis par une bouche volcanique. D’autres volcanologues font fondre les roches volcaniques et y insufflent des gaz.
Le magma stocké dans les profondeurs d’un volcan commence son ascension lentement et accélère quand il s’approche de la surface de la Terre. En effet, au cours de l’ascension, il échappe à la surpression, ce qui permet à des bulles de se développer.
Au début, quand le magma commence à monter sous l’édifice volcanique, il est soumis à près d’un millier de fois la pression atmosphérique. À de telles profondeurs, le magma est un fluide visqueux avec abondance de cristaux à l’intérieur, mais il est en grande partie dépourvu de bulles. L’absence de bulles ne veut pas dire qu’il n’y a pas de gaz, mais ce dernier est principalement dissous dans le magma. On estime qu’entre 1 et 5 % de la masse de magma à cette profondeur est composée de gaz piégé à l’intérieur.
Le magma, même dépourvu de bulles, monte en raison de la flottabilité. Il est moins dense que la roche encaissante plus froide qui l’entoure. Au début, il s’élève en général péniblement, mais il accélère en atteignant des profondeurs plus faibles. Des changements importants se produisent dans la masse en fusion, en même temps que la pression de confinement diminue. De plus en plus de bulles commencent à apparaître, qui font chuter la densité globale du fluide. En se dilatant, ces bulles accentuent la perte de densité, ce qui facilite l’ascension du magma. Les bulles transforment ensuite le magma en lambeaux, jusqu’à son expulsion hors du cratère.
La nouvelle étude a essayé de démontrer que si le magma dégaze effectivement durant la phase de décompression, il dégaze encore davantage sous l’effet de sa montée en chaleur. Tout d’abord, le magma dégage de la chaleur lorsque certaines parties commencent à se figer. Tout comme pour l’eau, ce « gel » produit des cristaux, qui libèrent de la chaleur au cours de leur formation. Cette chaleur ajoutée peut inciter le gaz à s’échapper du magma fluide. De plus, le magma monte en température lors de son passage le long de conduits étroits, suite au frottement le long des parois.
Une confirmation des résultats théoriques de l’étude a été obtenue sur le dôme du Santiaguito au Guatemala. Les chercheurs ont étudié des roches qui portent en elles les signes de la chaleur produite par frottement. Ils ont recueilli des roches avec des fissures qui portent en elles les passages fossiles du gaz en train de s’échapper. De retour au laboratoire, ils ont examiné les échantillons au microscope électronique. Les textures des fissures ont révélé des fragments de cendres figés sur place suite à leur transport par des courants de gaz chaud en provenance des bordures des fissures. D’autres manipulations ont appuyé cette hypothèse. Les scientifiques ont utilisé des échantillons de lave de la grosseur du poing et les ont soumis à des forces très importantes. Ils ont ensuite fait lentement tourner un échantillon de roche contre un autre. Cela a généré un frottement et une chaleur intense suffisante pour faire fondre la roche et libérer les gaz emprisonnés à l’intérieur.
Lorsqu’ils étaient sur le terrain, les chercheurs ont observé le comportement d’une partie active du dôme du Santiaguito, là même où les échantillons avaient été prélevés. Quelques secondes après le début d’une séquence éruptive, des colonnes de cendre et des panaches de gaz montaient jusque parfois à plus d’un kilomètre de hauteur. Des blocs incandescents étaient projetés vers le ciel et venaient ensuite se briser sur les flancs du volcan dont ils dévalaient les pentes. Les géophysiciens ont pu observer l’activité interne du Santiaguito en utilisant une batterie d’instruments comme des sismomètres et inclinomètres. Les capteurs ont révélé la profondeur et l’ampleur des mouvements de roche, des données que les chercheurs ont utilisées pour estimer la quantité de gaz accumulée pendant les cycles éruptifs.
Il semble que les mouvements de roches et de magma peuvent induire des gains de température de plusieurs centaines de degrés, ce qui favorise la volatilisation du magma préalablement «stable» et le dégazage violent qui s’ensuit. Les roches émises lors des éruptions du dôme du Santiaguito montrent dans quelle mesure la chaleur produite par le frottement du magma peut conduire à des explosions volcaniques.
Le comportement de Santiaguito pourrait aider à mieux comprendre les processus essentiels qui jouent un rôle dans l’activité explosive d’autres volcans semblables à travers le monde.
Source: Live Science: http://www.livescience.com/

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drapeau anglaisAn article entitled « Thermal vesiculation during volcanic eruptions » and published in the journal Nature recently demonstrated the « critical influence of heat variations in rising magmas. » The article was the result of a study led by researchers within the School of Environmental Sciences at the University of Liverpool in England.

It is well known that volcanoes erupt explosively when gas-charged magma reaches Earth’s surface. Several techniques are used to explain the formation and growth of gas bubbles within the magma. For instance, some scientists carefully examine tiny crystals to measure minuscule amounts of dissolved gas, while others use spectroscopy to measure the gas plumes escaping from a vent. Other volcanologists melt volcano rocks and infuse them with gases.
Magma deep within a volcano starts its ascent slowly, but eventually, it accelerates toward the Earth’s surface. Indeed, as magma rises, it escapes from overpressure and bubbles grow.
When magma starts rising deep beneath the volcanic edifice, it is subjected to nearly a thousand times the pressure that exists in the atmosphere. At such depths, magma is an extremely viscous fluid, often swimming with crystals, but it is largely devoid of bubbles. The absence of bubbles doesn’t mean there is no gas, but that it is mostly dissolved, within the magma. One estimates that between 1 and 5 per cent of the mass of magma at this depth is trapped gas.
Magma, even when devoid of bubbles, ascends because of buoyancy. It is less dense than the colder rock surrounding it. At first, it may rise sluggishly, but as it reaches shallower levels, it can accelerate. Significant changes occur in the melt as the confining pressure diminishes. More bubbles start to appear, and they diminish the overall density of the fluid. As these bubbles expand, the density decreases further, which facilitates a quicker ascent. This cycle continues until the bubbles rend the surrounding magma to shreds, and expel it out of the crater.
The new study tried to demonstrate that while decompressing magma is prone to degas, it further degasses when it heats up. Firstly, magma gives off heat when portions of it start to freeze. Just like in water, the freezing produces crystals, and as the crystals form, they give off heat. That added heat can induce gas to come out of the fluid magma. Secondly, magma heats up as it flows through constricted conduits, due to friction.
A confirmation of the theoretical results of the study was obtained on the dome of Santiaguito volcano in Guatemala. The researchers looked for rocks that bear testament to frictional heating. They collected rocks with cracks which would represent fossil passageways of escaping gas. Back in the laboratory, they examined the samples under an electron microscope. The textures of the cracks revealed ash shards frozen in place following their transport by currents of hot gas originating on the cracks’ margins. More lab experiments also supported the theory. The scientists took fist-size rock samples of lava and pushed them together with tremendous force, then rotated one rock sample slowly against another. This generated intense friction and heat, enough to melt rock and release abundant, previously locked-in gas.
When on the field, the researchers observed the behaviour of an active portion of Santiaguito’s dome where the samples were collected. Within seconds of an eruption’s onset, columns of ash and gas plumes rise to hundreds of meters and eventually reach more than a kilometre high. Incandescent blocks are blown skyward and then crash onto the volcano’s flanks, breaking open and cascading downward. The geophysicists captured the behaviour of Santiaguito using an array of instruments, including seismometers and tiltmeters. These sensors reveal the depth and magnitude of rock movements – data the researchers used to estimate the amount of gas that accumulates during eruptive cycles.
It seems rock and magma movements can induce temperature gains of hundreds of degrees, promoting volatilization of the previously « flat » magma and subsequent violent degassing. The dome rocks and eruptions at Santiaguito serve as en evidence of how frictional heating can lead to volcanic explosions.
Santiaguito’s behaviour might help to understand vital processes that influence volcanic explosivity at other analogous volcanoes.
Source : Live Science : http://www.livescience.com/

Santiaguito 02

Santiaguito 03

Vues du dôme Caliente du Santiaguito (Photos: C. Grandpey)

Volcans du Nicaragua // Nicaragua volcanoes

drapeau-francaisMomotombo :
Le Momotombo continue de présenter une activité sismique en relation avec la circulation de
fluides volcaniques sous le volcan. On observe la nuit une incandescence au niveau du cratère, en raison de la présence de gaz à très haute température. L’amplitude sismique en temps réel reste faible à modérée.
La probabilité d’explosions de gaz, avec projections de cendre et autres matériaux incandescents reste forte.

Masaya :
On observe toujours un tremor volcanique de forte amplitude en raison des mouvements de fluides sous l’édifice volcanique. Un petit lac de lave reste présent dans deux bouches qui percent le plancher du cratère Santiago. On enregistre ondes sonores d’intensité modérée. L’amplitude sismique en temps réel oscille entre modérée et forte. Les émissions de gaz restent abondantes, comme pendant les deux derniers mois. Les panaches se déplacent principalement vers l’ouest et le sud-ouest où ils affectent la végétation sous le vent.

Telica, San Cristobal et Concepciòn :
L’activité de ces volcans reste normale.

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drapeau anglaisMomotombo:
Momotombo continues to evidence seismic activity related to the circulation of fluids beneath the volcano. Some glow can be observed at night, due to the presence of very hot gas. The real-time seismic amplitude remains low to moderate.
The likelihood of gas explosions with ash ejections and other incandescent material remains strong.

Masaya:
A high amplitude volcanic tremor is still recorded because of fluid movements within the volcanic edifice. A small lava lake is still observed in two vents that pierce the floor of the Santaiago crater. Moderate sound waves are recorded. The real-time seismic amplitude varies between moderate and high. Gas emissions are abundant, like during the last two months. The plumes are mostly drifting west and southwest where they affect downwind vegetation.

Telica, San Cristobal and Concepciòn:
The activity of these volcanoes remains normal.

Masaya

Bouche active dans le cratère Santiago du Masaya (Crédit photo: Wikipedia)

Popocatepetl (Mexique), Reventador (Equateur) , Rinjani (Indonésie)

drapeau-francaisComme je l’ai écrit dans une note précédente, l’activité du Popocatepetl a augmenté au cours des derniers jours, avec la fermeture ponctuelle de l’aéroport de Puebla en raison de retombées de cendre sur les pistes. Toutefois, contrairement à ce qu’on peut lire dans certains articles de presse alarmistes, la situation est loin d’être exceptionnelle. Les explosions avec projections de matériaux incandescents ont probablement été causées par la destruction d’un dôme de lave récemment formé dans le cratère. La plupart du temps, le CENAPRED décrit les habituelles « exhalaisons » de gaz et de vapeur. Le niveau d’alerte n’a pas changé: Jaune, Phase 2.

Le Reventador reste très actif, avec des explosions qui génèrent des panaches de cendre jusqu’à 2 km au-dessus du cratère. Les écoulements pyroclastiques parcourent parfois 500 mètres sur les flancs du volcan. Le 19 janvier, une forte explosion, entendue dans le village de El Reventador, a projeté des matériaux incandescents sur le flanc sud-ouest. Selon l’Institut de Géophysique, les 21 et 22 janvier, les projections incandescentes ont parcouru 1,2 km sur le versant ouest.

L’activité du Barujari, dans la caldeira du Rinjani, est en déclin. En octobre-novembre, des matériaux incandescents étaient parfois éjectés jusqu’à 30-150 mètres de hauteur. Des panaches gris jusqu’à 2,5 km de hauteur ont ensuite été observés en novembre-décembre. En décembre 2015-janvier 2016, des panaches blancs s’élevaient à seulement 50 mètres au-dessus du cratère. La sismicité a retrouvé un niveau normal. Le 20 janvier, le niveau d’alerte a été abaissé à 1 (sur une échelle de 1-4), et il a été rappelé à la population de ne pas s’approcher du cratère.

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drapeau anglaisAs I put it in a previous note, activity at Popocatepetl has been increasing in the past days with the punctual closure of Puebla airport because of ashfall on the runways. However, contrary to what can be read in some alarming press articles, the situation is by no means exceptional. The explosions with ejections of incandescent material were probably caused by the destruction of a recently formed lava dome within the crater. Most of the time, CENAPRED describes the usual vapour and gas “exhalations”. The alert level is not changed: Yellow, Phase 2.

Reventador is still quite active, with explosions that generate ash plumes up to 2 km above the crater. Pyroclastic flows sometimes travel 500 metres down the flanks of the volcano. On 19 January, a major explosion, heard in El Reventador village, ejected incandescent material onto the SW flank. According to the geophysics Institute, on January 21st and 22nd, incandescent material travelled 1.2 km down the W flank.

Activity at Rinjani‘s Barujari Crater is declining. In October-November, incandescent material was sometimes ejected 30-150 m high. Gray plumes up to 2.5 km high were then observed in November- December. In December 2015-January 2016 white plumes rose only 50 metres above the crater. Seismicity also decreased to background levels. On January 20th, the alert level was lowered to 1 (on a scale of 1-4), and the public was reminded not to approach the crater.

Popocatepetl (Mexique / Mexico)

drapeau-francaisLe Popocatepetl est bien actif depuis quelques jours, mais les sursauts d’activité sont relativement normaux sur ce volcan et il n’y a pas vraiment de raison d’ameuter les foules comme le font certains médias, et aucune évacuation n’a été décidée. Le niveau d’alerte n’a pas changé; il est maintenu à la couleur Jaune, phase 2. Les différents scénarios prévus pour ce niveau d’alerte sont décrits sur le site web du CENAPRED:
http://www.cenapred.gob.mx/reportesVolcan/BuscarReportesVolcan?optBusqueda=1&idiomaReporte=ing
La dernière mise à jour du CENAPRED indique que pendant un laps de temps de 24 heures, les instruments de surveillance ont enregistrés 57 séismes longue période (LPS), cinq explosions et 92 minutes de tremor de fréquence de 1,2 Hz.
Les images des webcams pendant la nuit montrent une incandescence permanente à l’intérieur du cratère
Le CENAPRED souligne qu’il est interdit de s’approcher du volcan, en particulier du cratère, en raison du danger de projections .

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drapeau anglaisPopocatepetl has been quite active these last days, but there is no real reason to worry as some media tend to say, and no evacuation has been decided. The alert level for the volcano has not changed; Yellow, Phase 2. All the scenarios foreseen for this alert level are described on CENAPRED’s website:
http://www.cenapred.gob.mx/reportesVolcan/BuscarReportesVolcan?optBusqueda=1&idiomaReporte=ing
CENAPRED’s latest update indicates that over 24 hours the monitoring system of Popocatepetl volcano registered 57 long-period earthquakes (LPs), five explosions and 92 minutes of seismic tremor of 1.2Hz.
Webcam images at night show persistent glow sources within the crater
CENAPRED emphasizes that people SHOULD NOT go near the volcano, especially near the crater, due to the hazard caused by ballistic fragments.

Popo Janvier

Exemple d’événement explosif sur le Popocatepetl (Webcam CENAPRED)