Catégorie : Science

Colorimétrie de la pièce d’eau de l’Halema’uma’u (Hawai) // Colorimetry of Halema’uma’u’s water pond (Hawaii)

Aujourd’hui, le Kilauea n’est plus en éruption. Sans coulées de lave à étudier, les scientifiques du HVO se tournent désormais vers la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u. Cela fait maintenant 15 mois que des eaux souterraines chaudes s’infiltrent dans le cratère d’effondrement apparu suite à l’évacuation du lac de lave et d’une partie de la chambre magmatique sommitale en 2018. Étant donné que le fond du cratère d’effondrement et la pièce d’eau sont physiquement inaccessibles, le HVO utilise des techniques à distance pour surveiller cet environnement changeant et potentiellement dangereux. Le HVO utilise des drones pour collecter des échantillons d’eau et les analyses chimiques donnent une idée de leur composition. Des caméras conventionnelles et thermiques surveillent en permanence la surface du lac et les fumerolles tout autour. Le LiDAR (Light Detection and Ranging) permet d’analyser l’évolution de la morphologie du lac. Un modèle numérique de terrain (MNT) est intégré aux mesures du niveau d’eau pour calculer la profondeur, le volume et le débit du lac. Ces ensembles de données quantitatives sont complétés par les comptes rendus écrits fournis par les scientifiques du HVO. Lorsque la pièce d’eau a été observée pour la première fois, c’était une mare de couleur turquoise à l’aspect laiteux. Plus tard sont apparues des teintes jaunes et des bordures vertes. Aujourd’hui, la surface du lac présente des lobes d’eau couleur rouille au-dessus d’une couche de couleur brun foncé, avec des taches brun clair. Des apports d’eau verdâtre émergent de la berge rocheuse le long de laquelle plusieurs taches rouges ont récemment été observées. La surface de l’eau est une mosaïque en mouvement constant. Ce patchwork de couleurs indique probablement des zones de température et des composants dissous différents. Leur mouvement est probablement provoqué par des différences de densité et d’apport d’eau douce.

Les scientifiques du HVO ont jugé nécessaire d’ajouter des mesures quantitatives à ces  observations visuelles de la couleur du lac.

Un colorimètre portatif, capable de mesurer la chromaticité et la luminosité, est actuellement testé sur le terrain. Ce type d’instrument a été utilisé sur le volcan Aso au Japon en 2010, et les scientifiques du HVO s’en sont inspirés. Les colorimètres sont  plus fréquemment utilisés dans l’industrie alimentaire et textile qu’en volcanologie.

La colorimétrie consiste à mesurer la longueur d’onde et l’intensité de la lumière. La quantification de la couleur peut être divisée en deux parties. La luminosité est la quantité de lumière réfléchie, émise par un objet ou qui le traverse. La chromaticité mesure la teinte et la couleur, indépendamment de la luminosité. La colorimétrie relie ces variables à la réception de la couleur par l’œil humain et à notre jugement sur le stimulus physique de la lumière. Sur le terrain, les scientifiques font des observations visuelles sur un champ large, puis orientent le colorimètre vers un centre d’intérêt. L’enregistrement de la chromaticité et de la luminosité s’appuie sur des ensembles de données hydrologiques et géologiques ; cela contribue à fournir des informations qui peuvent compléter d’autres observations à distance. Grâce à cette technique expérimentale, les scientifiques sont en mesure d’expliquer les couleurs dynamiques observées dans la pièce d’eau de l’Halema’uma’u. Il se peut que le changement de couleur du lac indique un jour une évolution de l’activité volcanique sur le Kilauea. En effet, des changements de couleur et d’apparence de l’eau ont déjà été observés dans d’autres lacs de cratère actifs dans le monde. Par exemple, sur le volcan Aso au Japon en 2003, le lac Yudamari est passé du bleu-vert au vert uni avant qu’une éruption se produise au fond du lac. Bien que l’on ne sache pas si le lac au fond de l’Halema’uma’u montrera un changement de couleur similaire avant une éruption, c’est un indicateur potentiel que les scientifiques du HVO vont continuer à étudier dans le cadre de la surveillance de l’activité du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Today, Kilauea is no longer eruptive. With no lava flows to study, HVO scientists are turning to the water like at the bottom of Halema’uma’u Crater.

For 15 months now, hot groundwater has been seeping into the collapse pit created by the evacuation of the 2008–2018 Halema‘uma‘u lava lake and part of the underlying summit magma chamber. Since the gaping pit and the water lake rising within are physically inaccessible, HVO uses remote techniques to monitor this changing, and potentially hazardous, environment.

HVO uses Unoccupied Aircraft Systems (UAS, or drones) to collect water samples, the chemical analyses of which are snapshots of lake composition. Visual and thermal cameras keep constant watch on the lake surface and the hot fumaroles surrounding it. LiDAR (Light Detection and Ranging) helps to reveal the lake’s growing form. A Digital Elevation Model (DEM) is integrated with frequent water level measurements to calculate lake depth, volume, and inflow rate. These quantitative data sets are complemented by the written accounts of HVO scientists.

When the water pond first emerged, it was described as a pond of milky turquoise water. Later, it developed yellow hues and green shoreline margins. Today, the lake surface has lobes of rust orange water over expanses of deep brown, with patches of light brown and tan. Elongated green inflows emerge from the rocky shoreline, along which several ruddy spots have recently upwelled.

The water surface is a mosaic in constant motion. This patchwork may indicate zones of distinct temperature and dissolved constituents, and their movement is likely driven by differentials of density, wind, and fresh groundwater inflow.

HVO scientists recognized the need to define these valuable visual observations of colour with quantitative measurements.

A colorimeter instrument, a handheld optical device that measures chromaticity and brightness, is being field-tested for this purpose. A similar type of colour measurement was conducted at Aso Volcano in Japan in 2010, inspiring the techniques used by HVO. Colorimeters are more commonly used in industries like food processing and textile manufacturing than in volcanology.

Colorimetry is the measurement of the wavelength and intensity of light. The quantification of colour can be divided into two parts. Brightness, or luminicity, is the quantity of light that is reflected, emitted from, or passes through an object. Chromaticity is a measurement of hue and colorfulness, independent of brightness. Colorimetry relates these variables to the human eye’s sensation of colour, and to our judgment of the physical stimulus of light.

In the field, scientists make broad visual observations, then sight the colorimeter at a point of interest. The record of chromaticity and brightness builds upon hydrologic and geologic data sets, contributing insight that may help link other remote observations. Analysis of the colorimetry data from this experimental technique may help scientists explain the dynamic colours seen at the Halema‘uma‘u lake.

Lake colour changes may possibly even signal changing volcanic conditions beneath the watery depths.  Water colour and appearance changes have been observed at other active crater lakes around the world. For example, at Aso Volcano in Japan in 2003, Yudamari lake changed from blue-green to solid green before an eruption occurred at the lake bottom.

While it is not known if the water lake within Halema‘uma‘u would have a similar colour change prior to an eruption, it is a potential indicator that HVO scientists will be looking for as part of routine monitoring of Kīlauea activity.

Source: USGS / HVO.

Vue de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u fin octobre 2020 (Source : HVO)

Arrêtons de jouer les apprentis sorciers! // Let’s stop playing the sorcerer’s apprentice!

Alors que les effets du réchauffement climatique deviennent dévastateurs, de plus en plus d’instituts de recherche et des agences gouvernementales financent des projets dont la finalité est de refroidir artificiellement notre planète. Cela s’appelle la géoingénierie, ou géoingénierie solaire, et je n’aime pas ça! Elle consiste à renvoyer une grande partie de l’énergie solaire vers l’espace. Le processus est censé réduire la température de manière significative, comme le font les nuages ​​de cendres lors des éruptions volcaniques.
SilverLining, une organisation à but non lucratif, a attribué une subvention de 3 millions de dollars à l’Université Cornell, l’Université de Washington, l’Université Rutgers, le Centre national de recherche atmosphérique et d’autres organismes. Les recherches ainsi financées se concentreront sur des questions pratiques, telles que la hauteur à laquelle on pourra injecter dans l’atmosphère des aérosols capables de réfléchir la lumière du soleil, comment injecter des particules de taille adaptée dans les nuages ​​pour les rendre plus brillants, et étudier les effets de ces mesures sur l’approvisionnement alimentaire dans le monde
En décembre 2019, le Congrès américain a alloué 4 millions de dollars à la National Oceanic and Atmospheric Administration pour entamer des recherches sur cette technologie. La NOAA commencera également à collecter des données qui lui permettront de savoir si d’autres pays ont commencé à utiliser secrètement la géoingénierie.

Une façon de refroidir la Terre consiste à injecter des aérosols dans la couche supérieure de l’atmosphère où ces particules réfléchissent la lumière du soleil. On sait que cette technologie fonctionne, mais on ne sait pas quelles en sont les conséquences.
Le National Center for Atmospheric Research, basé à Boulder (Colorado) et financé par la National Science Foundation, a reçu lui aussi de l’argent de Silver Lining. La subvention permettra de gérer et d’analyser des centaines de simulations d’injection d’aérosols, en testant les effets sur les conditions météorologiques extrêmes dans le monde. L’un des objectifs de la recherche est de détecter la quantité de refroidissement artificiel susceptible de réduire les événements météorologiques extrêmes sans entraîner d’importantes variations dans les régimes de précipitations régionales.
La NOAA lance ses propres recherches en matière de géoingénierie solaire. En août 2020, l’agence a annoncé qu’elle commencerait à mesurer les niveaux d’aérosols dans la stratosphère afin de mettre en place une base de référence.
L’injection d’aérosols dans la stratosphère n’est pas le seul moyen de renvoyer les rayons du soleil vers l’espace. Le gouvernement australien finance un projet qui vise à rendre les nuages ​​plus « réfléchissants » en pulvérisant de l’eau salée dans l’air. Le but est de faire en sorte que les particules de sel agissent comme des noyaux dans ces nuages et favorisent la formation de nombreuses petites gouttelettes d’eau, ce qui augmentera la luminosité des nuages. Les chercheurs australiens disent qu’ils espèrent ainsi sauver la Grande Barrière de Corail. La hausse de la température de l’eau pendant les vagues de chaleur accélère la disparition du récif. En augmentant le pouvoir réfléchissant des nuages au-dessus de la mer, on sera peut-être en mesure de refroidir suffisamment l’eau pour ralentir ou arrêter la mort des coraux. L’un des défis consistera à utiliser la technologie à grande échelle. Il faudra probablement 500 à 1000 stations telles que des barges ou des plates-formes pour pulvériser de l’eau et couvrir tout le récif.
L’Université de Washington travaille également sur le pouvoir réfléchissant des nuages ​​en mer et a également reçu une subvention de SilverLining. Le défi sera de fabriquer des buses de pulvérisation projetant des particules de la bonne taille – entre 30 et 100 nanomètres – et de trouver des moyens de les empêcher de s’agglutiner. Le but du projet est de comprendre comment les nuages ​​réagissent et prévoir la réponse climatique à l’échelle régionale et mondiale. Des essais sur le terrain du système de pulvérisation auront lieu dans les 12 à 18 prochains mois.
Source: Le New York Times.

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As the effects of climate change become more devastating, prominent research institutions and government agencies are focusing new money and attention on the possibility of artificially cooling the planet. This is called geoengineering, and I don’t like it! Also called solar geoengineering, it entails reflecting more of the sun’s energy back into space, abruptly reducing global temperatures in a way that mimics the effects of ash clouds spewed by volcanic eruptions.

A nonprofit organization called SilverLining has announced $3 million in research grants to Cornell University, the University of Washington, Rutgers University, the National Center for Atmospheric Research and others. The work will focus on practical questions, such as how high in the atmosphere to inject sunlight-reflecting aerosols, how to shoot the right-size particles into clouds to make them brighter, and the effect on the world’s food supply.

In December 2019, the U.S. Congress gave the National Oceanic and Atmospheric Administration $4 million to research the technology. NOAA will also start gathering data that will let it detect whether other countries start using geoengineering secretly.

One way to cool the earth is by injecting aerosols into the upper layer of the atmosphere, where those particles reflect sunlight away from the earth. That process works. What is still unclear is what happens next.

Another institution getting money from Silver Lining is the National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, which is funded by the National Science Foundation.

The grant will pay for the center to run and analyze hundreds of simulations of aerosol injection, testing the effects on weather extremes around the world. One goal of the research is to look for the amount of artificial cooling that can reduce extreme weather events without causing broader changes in regional precipitation patterns or similar impacts.

NOAA is starting its own research into solar geoengineering. In August 2020, the agency announced that it would begin measuring aerosol levels in the stratosphere, creating a baseline so the agency can tell if those levels change later.

Injecting aerosol into the stratosphere is not the only way to bounce more of the sun’s rays back into space. The Australian government is funding research into “marine cloud brightening,” which is meant to make clouds more reflective by spraying saltwater into the air. The goal is to get salt particles to act as nuclei in those clouds, encouraging the formation of many small water droplets, which will increase the brightness of the clouds. Australian researchers say they hope the technique can save the Great Barrier Reef. Rising water temperatures during so-called marine heat waves are accelerating the die-off of the reef. Making marine clouds more reflective may be able to cool water temperatures enough to slow or stop that decline. One of the challenges will be using the technology on a large enough scale. It would probably take 500 to 1,000 stations such as barges or platforms spraying water to cover the entire reef.

The University of Washington is also working on marine cloud brightening and was another recipient of a SilverLining grant. The challenge will be building spray nozzles that consistently produce the right-size particles — between 30 and 100 nanometers — and finding ways to prevent them from sticking together. The project aims to understand how the clouds respond and to predict the regional and global climate response. Field-tests of the spray system will take place in the next 12 to 18 months.

Source: The New York Times.

Photo : C. Grandpey

Des solutions pour contrer le réchauffement climatique dans l’Arctique// Solutions to counter global warming in the Arctic

Alors que la fonte de l’Arctique s’accélère à cause du réchauffement climatique d’origine anthropique, des projets de géoingénierie sont apparus, avec des scientifiques à la recherche de solutions de dernier recours.

Une solution suggérée par un organisme à but non lucratif, l’Arctic Ice Project, consiste à répandre une fine couche de billes de verre sur certaines parties de l’Arctique, ce qui  augmenterait la réflectivité de la surface et apporterait plus de glace. Eu final, on pourrait donner naissance à une boucle de rétroaction de refroidissement. Les minuscules perles sont faites de dioxyde de silicium, ou silice (SiO2), un composé censé réfléchir 90% de la chaleur du soleil. Arctic Ice Project a testé les perles sur des lacs recouverts de glace dans les montagnes de la Sierra Nevada, dans le Minnesota et en Alaska, et les premiers résultats ont montré qu’elles augmentent la réflectivité et l’épaisseur de la glace. Les auteurs du projet ciblent des parties fragiles de la région arctique, en particulier le détroit de Fram entre le Groenland et le Svalbard. Le coût de l’opération serait d’environ 300 millions de dollars.

Afin de ralentir la fonte des glaciers, plus particulièrement celle du glacier de Thwaites, en Antarctique, des scientifiques du Centre Arctique de l’Université de Laponie ont proposé en 2018 la construction d’une digue ou d’une structure flottante qui empêcherait les courants océaniques chauds de faire fondre le glacier par le bas. Dans le cas du glacier Jakobshavn au Groenland, qui draine environ 7% de l’ensemble de la calotte glaciaire du Groenland, une barrière pourrait être construite à travers le fjord d’Ilulissat pour bloquer les courants océaniques chauds qui atteignent sa partie inférieure.

La fonte du pergélisol dans la toundra arctique contribue largement à l’émission de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et le méthane. Afin de réduire ces émissions, le projet familial Pleistocène Park a progressivement réintroduit l’écosystème de prairie de steppe – celle que fréquentaient les mammouths – dans des parties de la toundra arctique du nord de la Sibérie au cours des deux dernières décennies.
Cette initiative a été rendue possible par l’introduction d’animaux tels que les bisons, les rennes et les chevaux qui peuvent remodeler le paysage en piétinant ou en mangeant des jeunes arbres. Ces grands herbivores piétinent également la couverture de neige, ce qui réduit son pouvoir isolant et expose la couche de pergélisol en dessous à des températures plus froides. Le projet est censé préserver 80% du pergélisol à l’échelle de la planète.

La proposition de géoingénierie la plus ambitieuse à ce jour est peut-être la construction de 10 millions de pompes éoliennes (aussi appelées éoliennes de pompage) dans tout l’Arctique. Elles répandraient continuellement l’eau de mer sur la glace de surface où elle gèlerait ensuite. L’idée, initialement proposée en 2017 par des chercheurs de la revue Earth’s Future de l’American Geophysical Union, visait à la fois à augmenter la quantité de glace dans l’Arctique et à réduire l’effet albédo en créant une couche de glace plus épaisse qui survivrait à la fonte estivale.
En 2019, des chercheurs de l’Institut Alfred Wegener ont utilisé un modèle climatique pour tester cette approche. Leurs résultats ont montré que l’utilisation de pompes éoliennes retarderait de quelques décennies la perte totale de la glace de mer estivale, mais qu’elle n’offrait pas de solution permanente.

Ces dernières années, la géoingénierie solaire a été proposée comme solution potentielle, mais controversée, au réchauffement de l’Arctique. Le principe de la géoingénierie solaire est identique à l’effet de refroidissement que les événements naturels tels que les éruptions volcaniques ont sur la surface de la Terre, lorsqu’ils libèrent des particules qui bloquent le rayonnement solaire dans l’atmosphère.
Le programme de géoingénierie solaire le plus connu est le Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx) – Expérience de perturbation stratosphérique contrôlée – de l’Université de Harvard, qui vise à réfléchir la chaleur du soleil en libérant du carbonate de calcium dans la stratosphère. Les chercheurs de Harvard prévoient d’effectuer les premiers tests en envoyant de petites quantités d’aérosol dans la stratosphère à l’aide d’un ballon. Cependant, l’idée a soulevé des inquiétudes sur les dégâts que le projet pourrait causer à l’environnement, en particulier à la couche d’ozone.

Dans des notes précédentes, j’ai expliqué qu’un projet était en cours en Islande pour transformer le CO2 en roche. Dans la centrale géothermique de Hellisheidi, les chercheurs ont capté le carbone en injectant les émissions de la centrale dans la roche basaltique. Le projet, baptisé CarbFix, a été mené à bien sans aucune perte d’émissions. Le carbone a été entièrement converti en une partie organique non polluante de la roche islandaise.
Après le succès du premier projet CarbFix 1, CarbFix 2 a pour but de faire passer le captage de carbone de plusieurs centaines de tonnes à plusieurs millions de tonnes par an..

Source: Yahoo News.

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As the melting if the Arctic is accelerating because of human-caused global warming, geoengineering projects have appeared, with scientists looking for last resort solutions.

One solution suggested by a nonprofit called Arctic Ice Project consists in sprinkling parts of the Arctic with a thin layer of glass beads that would boost surface reflectivity and create more ice, potentially starting a cooling feedback loop. The tiny beads are made from silica; a compound made up of oxygen and silicon, which is supposed to reflect 90% of the sun’s heat. Arctic Ice Project has tested the beads on ice-covered lakes in the Sierra Nevada mountains, Minnesota and Alaska and initial results have shown that they do increase ice reflectivity and thickness. The group is targeting critical parts of the Arctic region, in particular the Fram Strait between Greenland and Svalbard. The cost of the operation would be around 300 million dollars.

In order to slow down the melting of glaciers, more particularly the Thwaites Glacier, in Antarctica, scientists from the Arctic Centre, University of Lapland proposed in 2018 the construction of a sea wall or a free-floating design that would prevent the warm ocean currents from melting the glacier from below. In the case of the Jakobshavn glacier in Greenland, which drains around seven per cent of Greenland’s entire ice sheet, a barrier could be constructed across Ilulissat Fjord to block warm ocean currents reaching its lower reaches.

The melting of permafrost in the Arctic tundra largely contributes to the emission of greenhouse gases like carbon dioxide and methane. In order to reduce these emissions, the family-run Pleistocene Park project has gradually reintroduced the mammoth steppe grassland ecosystem to swathes of Arctic tundra in northern Siberia over the past two decades.

This initiative was made possible by the introduction of large grazing animals such as bison, reindeer and horses that can re-engineer the landscape by trampling on or eating tree saplings. These large herbivores also trample on the snow cover, reducing its insulating effect and exposing the layer of permafrost below to colder temperatures. The project is supposed to preserve 80% of the world’s permafrost.

Perhaps the most ambitious geoengineering proposal to date is the construction of 10 million wind-powered pumps throughout the Arctic that would continually distribute seawater onto surface ice where it would then freeze. The idea, initially proposed in 2017 by researchers in the American Geophysical Union’s journal Earth’s Future aimed to both increase the amount of ice in the Arctic as well as reduce the Albedo effect by creating a thicker layer of ice which would survive the summer melt.

In 2019, researchers at the Alfred Wegener Institute used a climate model to test the approach. Their findings showed that the use of wind-powered pumps would delay the total-loss of summertime sea ice for a few decades but that it did not offer a permanent solution.

In recent years, solar geoengineering has been highlighted as a potential, controversial solution to Arctic warming. The principle behind solar geoengineering is similar to that of the cooling effect that natural events such as volcanic eruptions have on the Earth’s surface, when they release particles into the atmosphere that block solar radiation.

The most high-profile solar geoengineering program is Harvard University’s Stratospheric Controlled Perturbation Experiment (SCoPEx), which looks to explore the idea of reflecting the sun’s heat by releasing calcium carbonate into the stratosphere. Harvard researchers plan to run initial tests by releasing small amounts of the aerosol into the stratosphere using a high altitude scientific balloon. However, the idea has raised several environmental concerns, including potential damage to the ozone layer.

In previous posts, I explained tha a project was underway in Iceland to turn CO2 into rock. At a geothermal power plant in Hellisheidi, researchers have produced a unique form of carbon capture by injecting emissions from the plant into basalt rock. The project, called CarbFix, was successfully completed without any emissions leaking. The carbon was entirely converted into an organic non-polluting part of the Icelandic rock.

After the success of the first project, the CarbFix2 initiative aims to upscale carbon capture from several hundred tonnes per year to several million tonnes per year.

Source: Yahoo News.

Empêcher la glace des pôles de disparaître sera un enjeu majeur des prochaines décennies (Photo : C. Grandpey)

La datation au Carbone 14 à Hawaii // Radiocarbon dating in Hawaii

Afin d’étudier et d’essayer de prévoir le comportement d’un volcan, les géologues analysent en général les dépôts laissés par les éruptions du passé et déterminent l’âge de ces dépôts. Cette datation se fait par le carbone14 (14C), ou radiocarbone.
Les âges déterminés par la datation au carbone 14 sont exprimés en «années BP» (avant le présent). Le présent est l’année 1950 car après cette date, les essais nucléaires ont contaminé l’atmosphère avec un excès de carbone 14 (voir courbes ci-desssous).
La datation au carbone 14 a été initiée à Hawaï par Meyer Rubin, décédé en mai 2020, victime du COVID-19. Rubin a étudié à l’Université de Chicago en compagnie du prix Nobel Willard Libbey.
Meyer Rubin a commencé à travailler pour l’US Geological Survey (USGS) à Washington, D.C. où il a collaboré avec Hans Suess pour affiner la datation au carbone 14. Il a contribué à introduire cette technique à Hawaï et à la rendre accessible aux géologues.
Les premiers échantillons de carbone 14 utilisés pour dater les coulées de lave à Hawaï ont été collectés en 1955 et datés de 1958. Ils ont été découverts accidentellement à Hilo, quand un bulldozer a dégagé de la terre révélant des matières végétales carbonisées. Le premier échantillon provenait d’un ohi’a , une espèce d’arbre endémique à Hawaii et souvent associée à la déesse Pélé. L’échantillon avait un âge de 2 000 ± 250 ans BP. Le deuxième échantillon était un hapu’u, une espèce de fougère répandue à Hawaii. La datation a révélé un âge de 2070 ± 250 BP. Ces datations étaient cohérentes et proposaient un âge fiable des coulées de lave.
Un autre échantillon a été recueilli en 1959, à Wai’ohinu, dans la partie sud-est de l’île d’Hawaï. Il a été prélevé dans un cimetière, au cours du creusement d’une tombe. Un ouvrier a perforé une coulée de pahoehoe et a trouvé du charbon de bois. L’échantillon avait un âge de 3740 ± 250 ans B.P.
Ce n’est cependant qu’au début des années 1970 qu’une analyse systématique et méthodique du charbon de bois a commencé à Hawaii. Ce travail a été effectué par Jack Lockwood et Peter Lipman. Dans un article publié en 1980, les auteurs ont déclaré: «Après une vaste observation sur le terrain des contacts basaux préhistoriques et historiques des coulées de lave, nous avons effectué un travail de repérage sur le terrain pour détecter les zones de présence du charbon de bois et nous sommes maintenant en mesure de trouver du bois carbonisé sous la plupart des coulées de lave hawaïennes dans les zones de végétation.»
Avant 1974, seulement 11 coulées de lave du Mauna Loa et du Kilauea avaient été datées par la méthode du carbone 14. Très vite, avec de nouvelles connaissances sur la formation du charbon de bois, les géologues ont commencé à en prélever pour découvrir les secrets de la déesse Pélé. Jusqu’à présent, sur l’île d’Hawaï, les géologues du HVO ont recueilli plus de 1500 échantillons de charbon de bois et ont pu effectuer plus de 1000 datations au radiocarbone. Environ la moitié de ces échantillons proviennent du Mauna Loa.
Voici comment s’opère la datation au radiocarbone. La plus grande partie du carbone n’est pas radioactive, mais un isotope, le  14C, est radioactif et a une demi-vie de 5 700 ans. Le 14C est produit par décomposition radioactive de l’azote et est facilement utilisé par les plantes pour fabriquer des tissus, des fibres et du bois.
La quantité de 14C dans la plante diminue continuellement par désintégration radioactive, de sorte qu’après 5 700 ans, la quantité de 14C est de 50% de la quantité d’origine, lorsqu’elle est incorporée dans le tissu végétal. Après 5 700 autres années, la concentration chute à 25% de sa valeur initiale. Les scientifiques utilisent cette décomposition pour donner un âge au charbon de bois. Les techniques relativement nouvelles, comme le spectromètre de masse par accélérateur, peuvent théoriquement fournir des datations comprises entre 80 et 100 000 ans.
En réalité, la datation au carbone 14 est fiable jusqu’à environ 50 000 ans BP. Le carbone 14 a permis d’évaluer l’histoire géologique de l’île d’Hawaï. Grâce au regretté Meyer Rubin, à Jack Lockwood et à Peter Lipman, l’utilisation de la datation au carbone 14 a révolutionné la capacité des géologues à déterminer avec précision la date et fréquence des éruptions, et donc à découvrir la périodicité des dangers et évaluer les risques.
En permettant la datation des coulées de lave, le carbone 14 a été une véritable pierre de Rosette* pour comprendre l’histoire des volcans d’Hawaï!
Source: HVO / USGS.

* La pierre de Rosette est un fragment de stèle sur laquelle sont gravées trois écritures différentes d’un même texte et dans deux langues. Ce texte connut plusieurs tentatives de traduction avant que Champollion ne parvienne à déchiffrer les hiéroglyphes et à traduire intégralement les inscriptions.

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In order to study and try to forecast how a volcano will behave, geologists usyally analyse the deposits from past eruptions and determine the ages of those deposits. Radiocarbon dating is the principal tool of use.

Radiocarbon ages are expressed in “years BP” (Before Present). The present is the year 1950 because after that date nuclear weapons testing has contaminated the atmosphere with excess Carbon-14 ( 14C) [see graphs below]..

Radiocarbon dating was initiated in Hawaii by Meyer Rubin who died in May 2020, a victim of COVID-19. Rubin worked as a student at the University of Chicago with Nobel Prize winner Willard Libbey.

Meyer Rubin began his work with the US Geological Survey (USGS) in Washington, D.C., working with Hans Suess to refine radiocarbon dating. Meyer Rubin was instrumental in bringing radiocarbon dating to Hawaii and making this technique accessible to geologists.

The first radiocarbon samples used to date flows in Hawaii were collected in 1955 and dated in 1958. The samples were accidental finds, from Hilo, after a bulldozer cleared some land revealing carbonized plant materials. The first sample was from an ohi’a tree and yielded an age of 2,000 ± 250 years BP. A second sample, from hapu’u, gave an age of 2,070 ± 250 BP. These ages were internally consistent and yielded a reliable age of the flow.

Another sample was collected in 1959, in Wai’ohinu, on the southeast portion of the Island of Hawaii. The sample was collected in a churchyard, during the course of digging a grave, a worker broke through a pahoehoe flow and found charcoal. The sample provided an age of 3,740 ± 250 y B.P.

It was not until the early 1970s, however, that a systematic and methodical approach to charcoal recovery in Hawaii commenced. This effort was spearheaded by Jack Lockwood and Peter Lipman. In a paper published in 1980, the authors stated, “After extensive field observation of prehistoric and historic lava-flow basal contacts, we gradually developed field guidelines to predict areas of charcoal preservation and can now find carbonized wood under most Hawaiian lava flows that extend into vegetated areas.”

Prior to 1974, only 11 lava flows from Mauna Loa and Kilauea had been dated by the radiocarbon method. Soon, with new understandings of how charcoal is formed, geologists began to collect charcoal in earnest to uncover the secrets of Pele. So far, on the Island of Hawaii, HVO geologists have gathered over 1,500 charcoal samples and obtained more than 1,000 radiocarbon ages. About half of the dated material is from Mauna Loa.

Here is how radiocarbon dating works. Most carbon is not radioactive, but one isotope, 14C, is radioactive and has a half-life of 5,700 years. 14C  is produced by radioactive decay of nitrogen and is readily utilized by plants to build tissue, fiber, and wood.

The quantity of 14C  in the plant continuously diminishes through radioactive decay, so that after 5,700 years the amount of 14C is 50% of the amount when incorporated into plant tissue. After another 5,700 years, the concentration is down to 25% of its initial amount. Scientists use this decay to get an age from charcoal. The relatively new accelerator mass spectrometer techniques can theoretically provide ages between 80 and 100,000 years.

Realistically, radiocarbon dating is good to about 50,000 years BP. It has allowed to evaluate the geologic history of the Island of Hawaii. Thanks to the late Meyer Rubin, Jack Lockwood, and Peter Lipman, the use of radiocarbon dating has revolutionized grologists’ ability to firmly establish eruption frequency, unearth the periodicity of hazards, and assess risk.

One can say that for dating young lava flows, radiocarbon dating has proven to be a Rosetta Stone* for understanding the histories of Hawaii’s volcanoes!

Source : HVO / USGS.

*The Rosetta Stone is a fragment of a stele on which are engraved three different writings of the same text and in two languages. This text saw several attempts at translation before Champollion succeeded in deciphering the hieroglyphs and translating the inscriptions in full.

Influence des essais nucléaires atmosphériques (1950-1970 pour l’essentiel) sur la concentration atmosphérique en 14C.