Catégorie : Science

Nouvelles recherches sur les Champs Phlégréens // New research on the Phlegrean Fields

Les supervolcans sont un peu comme le monstre du Loch Ness en Écosse: ils apparaissent de temps en temps dans les journaux et les magazines, mais personne n’a jamais assisté à leurs éruptions. En Italie, les Champs Phlégréens font partie de ces supervolcans qui pourraient devenir un danger pour les zones habitées.
Une étude récente a confirmé les conclusions de recherches précédentes. Les Campi Flegrei semblent accumuler du magma en évoluant vers une phase pré-éruptive. Les scientifiques ne disent pas qu’une éruption majeure est imminente, mais au vu des conditions actuelles, ils pensent qu’une telle éruption de grande envergure pourrait se produire dans les Champs Phlégréens à « un moment indéterminé du futur ». Ces propos confirment que nous ne sommes actuellement pas en mesure de prévoir les éruptions volcaniques.
Avec Yellowstone aux États-Unis, les Campi Flegrei font partie des rares supervolcans actifs dans le monde. Ils se trouvent dans le sud de l’Italie, à une quinzaine de kilomètres à l’ouest de Naples qui rassemble quelque 1,5 million d’habitants. La dernière éruption remonte à 1538; ce fut un événement relativement mineur, connu sous le nom d’éruption du Monte Nuovo. Cependant, il y a 40 000 ans, le volcan a connu une éruption majeure, à peine moins puissante que celles enregistrées à Yellowstone.
Au cours des 60 dernières années, la région volcanique avec ses 24 cratères et autres édifices a montré des signes d’activité, et les scientifiques l’ont étudiée de près pour mieux comprendre l’évolution de la situation.
Dans une étude publiée dans Science Advances, une équipe de chercheurs a examiné des échantillons de roche, de minéraux et de verre prélevés lors de 23 éruptions sur les Campi Flegrei, dont les deux plus importantes des 60 000 dernières années. En analysant les éléments contenus dans ces échantillons, les scientifiques ont pu se faire une idée de la situation avant et après les éruptions.
L’analyse des éléments montre qu’il y a eu des changements importants dans la température et la teneur en eau du magma à certains moments de l’histoire éruptive des Champs Phlégréens. Il a été constaté que les minéraux à l’intérieur du magma diminuaient avec le temps, tandis que la teneur en eau augmentait. Ils ont constaté qu’une telle évolution s’était produite avant l’éruption du Monte Nuovo.
L’équipe scientifique a remarqué qu’après l’éruption du Monte Nuovo, les Campi Flegrei sont entrés dans une nouvelle phase d’inactivité. Depuis les années 1950, il y a eu trois grandes périodes de regain d’activité qui ont fait craindre un réveil du volcan. Une ascension du magma  d’environ 8 km jusqu’à environ 3 km est tenue pour responsable de cette activité. [Note personnelle: tout cela est cohérent avec les épisodes bradysismiques observés dans la région.]
Les dernières études indiquent que la situation actuelle peut s’expliquer par la présence d’un magma saturé en eau dans la croûte supérieure, ce qui favoriserait la constitution d’un énorme réservoir magmatique. Les chercheurs pensent que le système d’alimentation des Champs Phlégréens entre actuellement dans une nouvelle phase qui pourrait aboutir, à un certain moment du futur, à une éruption de grande ampleur. On pense en général qu’une telle éruption ressemblerait assez à celles observées au cours des 15000 dernières années. Elle se situerait entre la dernière éruption (Monte Nuovo, 1538, 0,02 km3) et l’éruption du Vésuve qui a recouvert Pompéi et Herculanum. De tels scénarios sont pris en compte dans le cadre de la gestion des catastrophes.

Source: Newsweek.

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Earth’s supervolcanoes are like the Loch Ness monster in Scotland: they emerge from time to time in the newspapers and magazines but nobody has ever seen their eruptions. In Italy, the Phlegrean Fields is one of the supervolcanoes that could become a ththreat to populated areas.

A recent study has confirmed what previous research had already concluded. The Campi Flegrei appears to be accumulating magma as it transitions to a pre-eruption state. Scientists do not say that a large eruption is imminent, but they suggest that current conditions at Campi Flegrei indicate one could happen at « some undetermined point in the future. » This statement confirms that we are currently unable to predict volcanic eruptions.

With Yellowstone in the U.S., Campi Flegrei is one of the few active supervolcanoes in the world. It is located in southern Italy, about 15 kilometres to the west of Naples, which is home to around 1.5 million people. The last time it erupted was in 1538 ; it was a fairly small event known as the Monte Nuovo eruption. However, 40,000 years ago, it produced a major eruption, slightly less powerful than the ones recorded at Yellowstone.

Over the last 60 years, the volcanic region with its 24 craters and edifices has shown signs of unrest, and scientists have been studying it and monitoring it closely to better understand the changes taking place.

In a study published in Science Advances, a team of researchers examined rock, mineral and glass samples taken from 23 eruptions at Campi Flegrei, including the two biggest from the last 60,000 years. By analyzing the elements within these samples, the scientists were able to construct a picture of what was happening before and after eruptions.

Analysis of the elements suggests there were critical changes to the temperature and water content of the magma at certain points in the eruptive history of Campi Flegrei. Minerals in the magma were found to decrease over time, while water content increased. They found that this happened before the Monte Nuovo eruption.

The research team notes that after the Monte Nuovo eruption, Campi Flegrei entered a “new phase” of inactivity. Since the 1950s, there have been three “major periods of unrest,” raising concern that the volcano is reawakening. A magma ascent from about 8 km to about 3 km has previously been blamed for this unrest. [Persona note: All this is consistent with the episodes of bradyseism observed in the region.]

The latest findings suggest this is consistent with the presence of water-saturated magma in the upper crust, allowing for the buildup of a huge magma reservoir. The researchers suggest that the plumbing system at Campi Flegrei is currently entering a new buildup phase, potentially culminating, at some undetermined point in the future, in a large volume eruption.

Should an eruption occur, the best guess is that it will have a size and behaviour similar to that seen during past 15,000 years or so, hence ranging from the size of the last eruption (Monte Nuovo, 1538, 0.02 cubic km) to something similar to the eruption of Vesuvius that overwhelmed Pompeii and Herculaneum. These are the scenarios being used to prepare mitigation plans.

Source : Newsweek.

Site des Champs Phlégréens avec le Monte Nuova. A noter que la Solfatara reste fermée au public suite à l’accident qui a coûté la vie à un jeune garçon et ses parents en septembre 2017 (voir ma note à ce sujet: https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2017/09/13/drame-a-la-solfatara-italie-drama-at-the-solfatara-italy/)

Conséquences prévisibles du réchauffement climatique dans les Pyrénées

L’Observatoire Pyrénéen du Changement Climatique (OPCC) alerte une nouvelle fois sur les conséquences de la hausse des températures sur le massif. On peut lire dans le dernier rapport de l’Observatoire que l’épaisseur de neige dans les Pyrénées pourrait diminuer de moitié et les températures maximales moyennes augmenter de 1,4 à 3,3°C d’ici à 2050.

Dans des notes publiées le 17 et le 29 septembre 2018, j’ai personnellement attiré l’attention sur la hausse des températures dans les Pyrénées. Ainsi, cela faisait 91 jours le 15 septembre 2018 qu’il n’y avait pas eu de gel au Pic du Midi de Bigorre, à 2877 mètres d’altitude. La dernière journée de gelée – avec – 1,6°C – datait du 14 juin. Depuis que les mesures de températures sont enregistrées sur le site, c’est un record. Il faut remonter à 1822 pour retrouver pareille situation

Selon le rapport de l’OPCC, « la Terre n’a jamais connu de changements climatiques aussi rapides que ceux d’aujourd’hui. » Les variations de températures actuelles sont comparables à celles connues durant les périodes de transitions glacières et l’Holocène, soit les 11 700 dernières années. Depuis 1949, les températures moyennes annuelles ont augmenté de 0,2°C par décennie, soit une augmentation totale de 1,2 degré sur l’ensemble du massif pyrénéen.

Selon plusieurs scénarios de projection réalisés dans le cadre du projet de recherche transfrontalier ClimPy – entre la France, l’Espagne et Andorre – les températures maximales pourraient augmenter de 1 à 2,7°C à l’horizon 2030 et de 1,4 à 3,3°C à l’horizon 2050.

En fin de siècle, l’augmentation oscillerait entre 4,3 et 7,1°C pour le pire scénario, et entre 1,9 et 4,2°C dans le meilleur des cas.

Le rapport souligne aussi la baisse des volumes annuels de précipitations, de l’ordre de 2,5 % par décennie. Cette baisse s’accompagnerait d’une baisse significative de l’épaisseur moyenne de neige. Ainsi, dans les Pyrénées centrales à une altitude de 1800 mètres, l’épaisseur moyenne de neige pourrait diminuer de moitié d’ici 2050 et la période de permanence de la neige au sol se raccourcirait de plus d’un mois.

Ces multiples changements sans précédent auront une influence sur les espèces de montagne les plus sensibles. On observe déjà des modifications de l’état physiologique et de l’abondance de certains oiseaux, en même temps que des diminutions considérables de population chez les amphibiens, groupe de vertébrés parmi les plus vulnérables.

A l’échelle globale, le rapport de l’OPCC estime que les espèces européennes se sont déplacées de 11 mètres en moyenne par décennie vers les altitudes supérieures à cause du réchauffement climatique. D’autres effets négatifs sont à prévoir, comme la diminution du débit des cours d’eau qui, à terme, peut affecter la capacité des centrales hydrauliques à produire de l’énergie. Il ne faudrait pas oublier non plus l’augmentation des risques naturels (inondations violentes, glissements de terrain, avalanches) ainsi que la réduction de l’attrait touristique hivernal de certaines stations de ski situées dans les Pyrénées.

Ces derniers points pourraient cependant être contrebalancés par quelques évolutions positives, comme l’augmentation de la capacité de production d’énergie photovoltaïque (+ 10 % au milieu du siècle) et un prolongement de la saison touristique estivale dans les Pyrénées.

Source : Observatoire Pyrénéen du Changement Climatique.

Vue du massif pyrénéen depuis le Pic du Midi (Photo: C. Grandpey)

L’art de cartographier les coulées de lave // The art of mapping lava flows

Lors de la récente éruption* du Kilauea dans la Lower East Rift Zone (LERZ), le HVO (géré par l’USGS) a régulièrement diffusé les cartes des coulées de lave afin d’informer le public. Ce n’était pas la première fois que de tels documents étaient mis à la disposition du public ; en effet, des cartes semblables montrant les coulées en provenance du Pu’uO’o avaient déjà été diffusées sur le site web du HVO pendant de nombreuses années.
Voici comment ces cartes sont élaborées par le personnel du HVO : Des programmes informatiques connus sous le nom de Geographic Information Systems (SIG) sont utilisés par les cartographes de l’USGS depuis de nombreuses années. À l’aide d’un logiciel SIG disponible dans le commerce, l’utilisateur crée une série de «couches» incluant des données telles que les routes et les frontières politiques qui, mises ensemble, forment une carte.
Lorsque le magma est entré dans la LERZ au début du mois de mai 2018, le HVO a préparé un modèle de carte de la région prêt à être diffusé rapidement si la lave faisait surface. La première fracture éruptive s’est ouverte dans la subdivision des Leilani Estates en fin d’après-midi le 3 mai et le HVO a publié sa première carte dès le lendemain matin.
Lors de la conception de cette carte, les cartographes, à l’aide du programme SIG, ont pris en compte diverses règles logiques pour symboliser et superposer les différentes couches. Par exemple, les routes sont représentées en nuances de gris car d’autres couleurs pourraient prêter à confusion ; le bleu est souvent utilisé pour les ruisseaux ou les pentes les plus raides et le rouge est réservé aux coulées de lave. Dans la superposition des couches, une coulée de lave est toujours en haut, car elle détruit tout ce qui se trouve sur son passage. Une route apparaissant au-dessus d’une coulée de lave suggérerait qu’elle a survécu ou a été reconstruite récemment.
Les cartes de la LERZ ont également été fortement influencées par les cartes précédentes à propos du Pu’uO’o. L’utilisation d’un même style cartographique pour le Pu’uO’o et la LERZ ne créait pas de confusions chez les personnes habituées à visualiser les premières sur le site web du HVO.
Pendant la première semaine d’éruption dans la LERZ en 2018, les coulées de lave furent difficiles à cartographier car elles sont restées près des fractures dans les Leilani Estates où la végétation masquait leur progression. Cartographier la lave à pied, qui avait été fréquemment pratiqué pour les coulées du Pu’uO’o, était trop dangereux dans les Leilani Estates en raison de la difficulté d’atteindre des issues de secours.
En conséquence, le HVO a tout d’abord représenté les fractures éruptives par de simples pointillés sur les premières cartes. Plus tard, à mesure que la lave envahissait Lower Puna, les images satellitaires furent d’une aide précieuse pour cartographier le champ d’écoulement de la lave. Cela a permis aux géologues de dessiner des polygones à deux dimensions autour des coulées de lave mises en place depuis la mise à jour précédente. Après avoir associé ces nouvelles données à celles obtenues sur le terrain par les équipes de l’USGS, les polygones ont été ajoutés en rouge vif à la carte de l éruption. Lorsque les vues satellitaires n’étaient pas disponibles, les polygones étaient calculés à l’aide d’un processus similaire à partir de cartes thermiques obtenues par hélicoptère.
Le processus de création de polygones à partir d’images satellitaires ou thermiques peut prendre quelques heures. Le problème, c’est que la vitesse de progression de certaines coulées de lave dans la LERZ pouvait très rapidement rendre ces cartes obsolètes. Cela a conduit les analystes SIG à utiliser des méthodes de cartographie plus efficaces. Par exemple, certaines cartes publiées à la fin du mois de mai et au début du mois de juin 2018 montraient à l’aide d’une simple flèche et d’un point le front de coulée qui avait été localisé quelques minutes auparavant lors du survol en hélicoptère. Si les photographies aériennes permettaient d’avoir des points de repère, il était alors possible, pour les analystes SIG, d’esquisser les fronts des coulées sur les images satellitaires. Ces méthodes ont accéléré le processus de cartographie lorsque le besoin d’informations devenait crucial.
Chaque éruption volcanique est différente et, la prochaine grande éruption hawaïenne* nécessitera probablement de nouvelles méthodes, encore plus innovantes, de cartographie des coulées de lave.
Source: USGS / HVO.

* Les expressions «récente éruption dans la Lower East Rift Zone» et «prochaine grande éruption hawaiienne» semblent indiquer que le HVO a finalement admis que l’éruption qui a eu lieu entre mai et août 2018 est définitivement terminée!

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During Kilauea Volcano’s recent lower East Rift Zone (LERZ) eruption*, the USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) regularly released lava-flow maps to inform the public about the situation. This was not the first time such maps have been in the public eye, as regular maps of Pu’uO’o lava flows have been posted to HVO’s website for many years.

Here is how these maps are worked out by the HVO staff. Computer programs known as Geographic Information Systems (GIS) have been the preferred tool of USGS cartographers for many years. Using commercial GIS software, the user creates a stack of “layers,” such as roads and political boundaries that together form a map.

When magma intruded into the LERZ in early May 2018, HVO prepared a template map of the region that could be ready for rapid distribution if/when lava erupted to the surface. The first eruptive fissure opened in the Leilani Estates subdivision in the late afternoon of May 3rd, and HVO released its first eruption map the next morning.

In designing this map, GIS analysts considered various logical rules for symbolizing and stacking the layers. For example, roads are shown in shades of gray because other colours could cause confusion, with blue often used for streams or paths of steepest descent, and red reserved for lava flows. In the stacking order, a lava flow is always on top, because it effectively destroys everything that was once in its place. A road shown on top of a lava flow would suggest that it survived or was recently rebuilt.

The LERZ map was also heavily influenced by earlier Pu’uO’o maps. Using a similar cartographic style helped ensure that the LERZ eruption maps were familiar to people accustomed to viewing maps on HVO’s website.

For the first week of the 2018 LERZ eruption, lava flows proved difficult to map, as they stayed close to the fissures in Leilani Estates, where vegetation obscured aerial views of their margins. Mapping the lava on foot, which had been common for Pu’uO’o flows, was too dangerous because of the difficulty to get to exit routes.

As a result, HVO initially used simple dots to depict the eruptive fissures on early maps. Later, as the lava inundation in Lower Puna grew more expansive, satellite views became the preferred method of mapping the flow field. This allowed geologists to draw two-dimensional polygons around lava flows that had been emplaced since the previous update. After associating these new data with field checks by USGS crews, the polygons were added to the eruption map in bright red. When satellite views were unavailable, polygons were derived using a similar process from helicopter-collected thermal maps.

The process of drawing polygons from satellite or thermal imagery could take a few hours. Unfortunately, the speed at which some LERZ lava flows advanced could render those maps obsolete almost immediately. This led GIS analysts to employ more aggressive methods of mapping. For example, some maps posted in late May and early June 2018 showed a simple arrow and point for the flow front, which had been pinpointed only minutes before during a helicopter overflight. If aerial photographs included landmarks, it was possible for GIS analysts to sketch the flow fronts onto pre-eruption satellite images. These methods accelerated the map-making process when the need for information became most critical.

Every volcanic eruption is different, and certainly the next major Hawaiian eruption* will require new, and even more innovative, methods of lava-flow mapping.

Source: USGS / HVO.

* The expressions “recent lower East Rift Zone eruption” and “the next major Hawaiian eruption” seem to suggest that HVO has finally admitted that the May-August 2018 eruption is definitely over!

Sur cette carte, des polygones rouge vif ont été dessinés par les analystes SIG de l’USGS autour de coulées de lave nouvelles ou actives, situées dans la LERZ. Elles apparaissent de couleur plus claire en raison de leur température élevée sur cette carte thermique. Créée lors d’un survol en hélicoptère le 9 mai 2018, cette carte montre les fractures 6 (à gauche) et 15 (à droite) avec Pohoiki Road entre les deux bouches éruptives. (Source: USGS).

Cette carte de la Lower East Rift Zone du Kilauea, mise au point par les analystes SIG de l’USGS, montre l’étendue des coulées de lave émises (en rose) lors de la dernière éruption. Elles couvrent une superficie d’environ 35,5 km2. Il n’y a pas eu d’accroissement des coulées de lave depuis le 9 août 2018. Une activité mineure a été observée dans la Fracture n°8 au début du mois de septembre 2018, mais elle n’a pas eu d’influence sur les marges de la coulée principale. Les zones de couleur violette représentent des coulées de lave émises en 1840, 1955, 1960 et 2014-2015. (Source : USGS)

Les secrets des prismes volcaniques // The secrets of volcanic prisms

Une nouvelle étude réalisée par des scientifiques de l’Université de Liverpool a identifié la température à laquelle le magma en phase de refroidissement se fracture pour former des colonnes géométriques telles que celles, bien connues, de la Chaussée des Géants en Irlande du Nord et de Devils Tower aux États-Unis.
Les colonnes géométriques sont présentes dans de nombreux types de roches volcaniques et se forment au fur et à mesure que la roche se refroidit et se contracte, en donnant naissance à un ensemble régulier de prismes ou de colonnes polygonales. Ces formations géologiques sont particulièrement étonnantes et ont donné naissance à de nombreuses et belles légendes. Celle sur la Chaussée des Géants figure dans le livre Mémoires Volcaniques que j’ai écrit conjointement avec Jacques Drouin (voir la colonne de droite de ce blog).
Les géologues ont longtemps voulu savoir à quelle température le magma en cours de refroidissant façonne ces colonnes aux formes régulières. Dans un article publié dans Nature Communications, des chercheurs de la School of Environmental Sciences de l’Université de Liverpool ont mis sur pied un nouveau type de manipulation visant à montrer comment, à mesure que le magma se refroidit, il se contracte et accumule des contraintes au point de se fracturer. L’étude a été réalisée sur des colonnes basaltiques du volcan Eyjafjallajökull en Islande.
Les scientifiques ont mis au point un nouvel appareil permettant à la lave en cours de refroidissement et maintenue dans une presse, de se contracter et de se fissurer pour former une colonne. Ces expériences ont démontré que la roche se fracture lorsqu’elle refroidit entre 90 et 140°C, en dessous de la température à laquelle le magma se cristallise, ce qui correspond à environ 980°C pour les basaltes. Cela signifie que les joints entre les colonnes basaltiques de la Chaussée des Géants et de Devils Tower, entre autres, se sont formés vers 840-890°C. Autrement dit, l’étude révèle que les prismes se forment lorsque le magma est encore très chaud mais après qu’il se soit solidifié. Les expériences en laboratoire démontrent clairement le rôle joué par la contraction thermique dans l’évolution des roches en phase de refroidissement et la formation des fractures.
Selon un scientifique de l’Université de Liverpool qui a participé à l’étude, il est très important de connaître le moment auquel le magma en cours de refroidissement se fracture, car il déclenche la circulation des fluides dans le réseau de fractures. L’écoulement des fluides contrôle le transfert de chaleur dans les systèmes volcaniques, ce qui peut être exploité pour la production d’énergie géothermique. Les résultats de l’étude ouvrent donc la voie à  d’importantes applications pour la recherche en volcanologie et en géothermie. Qui plus est, il est essentiel de comprendre comment le magma et les roches en cours de refroidissement se contractent et se fracturent afin de comprendre la stabilité des édifices volcaniques ainsi que le transfert de chaleur à l’intérieur de la Terre. Les résultats de l’étude ont mis en lumière les pertes de fluides de refroidissement observées par les ingénieurs islandais lors de forages dans des roches volcaniques à des températures dépassant 800 ° C. Une telle perte de fluides de refroidissement dans cet environnement n’était pas prévue, mais la dernière étude suggère qu’une contraction substantielle des roches chaudes a pu ouvrir des fractures suffisamment importantes pour permettre l’évacuation des boues de refroidissement par le trou de forage en, Islande.
Source: Université de Liverpool.

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A new study by scientists at the University of Liverpool has identified the temperature at which cooling magma cracks to form geometric columns such as those found at the Giant’s Causeway in Northern Ireland and Devils Tower in the USA.
Geometric columns occur in many types of volcanic rocks and form as the rock cools and contracts, resulting in a regular array of polygonal prisms or columns. These columnar joints are amongst the most amazing geological features on Earth and in many areas, they have inspired mythologies and legends. The one about the Giant’s Causeway is told in the book Mémoires Volcaniques I wrote together with Jacques Drouin (see right-hand column of this blog).
One of the most enduring and intriguing questions facing geologists has been the temperature at which cooling magma forms these columnar joints. In a paper published in Nature Communications, researchers and students at the University of Liverpool’s School of Environmental Sciences designed a new type of experiment to show how as magma cools, it contracts and accumulates stress, until it cracks. The study was performed on basaltic columns from Eyjafjallajökull volcano in Iceland.
The scientists designed a novel apparatus to permit cooling lava, gripped in a press, to contract and crack to form a column. These new experiments demonstrated that the rocks fracture when they cool about 90 to 140°C, below the temperature at which magma crystallises into a rock, which is about 980°C for basalts. This means that columnar joints exposed in basaltic rocks, as observed at the Giant’s Causeway and Devils Tower, amongst others, were formed around 840-890°C. In a nutshell, the study revealed that the prisms form when the magma was hot, but after it solidified. The laboratory experiments clearly demonstrate the power and significance of thermal contraction on the evolution of cooling rocks and the development of fractures.
According to one scientist in the Liverpool group, knowing the point at which cooling magma fractures is critical, as it initiates fluid circulation in the fracture network. Fluid flow controls heat transfer in volcanic systems, which can be harnessed for geothermal energy production. So the findings have tremendous applications for both volcanology and geothermal research. What is more, understanding how cooling magma and rocks contract and fracture is central to understand the stability of volcanic constructs as well as how heat is transferred in the Earth. The findings shed light on the enigmatic observations of coolant loss made by Icelandic engineers as they drilled into hot volcanic rocks in excess of 800°C; the loss of coolant in this environment was not anticipated, but the latest study suggests that substantial contraction of such hot rocks would have opened wide fractures that drained away the cooling slurry from the borehole in Iceland.
Source: University of Liverpool.

 

Illustration du processus de fracturation et de formation des colonnes basaltiques(Source: Université de Liverpool)

Chaussée des Géants (Irlande du Nord)

Devils Tower: De la science à la légende…

Photos: C. Grandpey