Catégorie : Science

Les infrasons au service de la volcanologie // Could nfrasound help predict eruptions?

Une nouvelle étude conduite par des scientifiques de la Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences et de l’Université de Boise (Idaho), et publiée dans la revue Geophysical Research Letters, montre que l’étude des infrasons émis par un certain type de volcans pourrait améliorer la prévision d’éruptions potentiellement mortelles. Les chercheurs ont analysé les infrasons détectés par les stations de surveillance du Villarrica dans le sud du Chili. Ces infrasons proviennent des mouvements du lac de lave à l’intérieur du cratère et changent en fonction de l’activité du volcan. L’étude tente de démontrer comment ces variations ont pu annoncer la hausse soudaine du niveau du lac, ainsi que ses fluctuations rapides vers le bord du cratère juste avant l’éruption majeure de 2015. Le suivi des infrasons en temps réel et son association à d’autres données, telles que la sismicité et les émissions de gaz, pourrait permettre d’alerter la population locale et les touristes lorsque’un volcan est sur le point d’entrer en éruption.
La dernière éruption majeure du Villarrica a eu lieu le 3 mars 2015. Ce fut un événement de courte durée au cours duquel on a observé une fontaine de lave de 1 500 mètres de hauteur, avec des projections de cendre et autres matériaux. 4 000 personnes ont été évacuées. Les stations de surveillance infrasonique installées sur le Villarrica deux mois avant l’événement de 2015 ont enregistré son activité sonore avant et après l’éruption. En analysant ces données, les chercheurs ont constaté que dans la période précédant l’éruption, l’intensité du signal infrasonique augmentait, tandis que sa durée diminuait. Des survols ont fourni des informations sur les changements intervenus dans le lac de lave du Villarrica, ce qui a permis aux chercheurs d’étudier la relation entre les variations de son niveau et le niveau des sons émis.
Un des chercheurs a proposé une comparaison avec un instrument de musique pour expliquer cette relation. De la même façon qu’une personne souffle dans un trombone, les explosions provoquées par les bulles de gaz qui montent puis éclatent à la surface du lac de lave créent des ondes sonores. Tout comme la coulisse d’un trombone peut faire varier la tonalité des notes qu’il produit, la géométrie du cratère qui contient le lac de lave module ses sons. Lorsque le lac de lave est profondément enfoncé à l’intérieur du cratère, le son est émis à une fréquence plus basse. Lorsque le lac de lave remonte dans le cratère, annonçant une possible éruption, la fréquence du son augmente, comme lorsque la coulisse du trombone est raccourcie.
Le but des recherches à venir sera d’établir un lien entre l’étude des infrasons et d’autres variables – telles que la sismicité – qui sont essentielles à la surveillance des volcans et la prévision de leurs éruptions. Avant une éruption, l’activité sismique augmente presque toujours. Cette sismicité provient de plusieurs kilomètres de profondeur, pendant l’ascension du magma dans le système d’alimentation du volcan. Les volcanologues pensent que les variations de niveau du lac de lave – et les infrasons correspondant – sont dus à l’injection d’un nouveau magma dans les conduits d’alimentation du volcan, avec augmentation du risque d’une éruption violente.
Cette étude montre que l’enregistrement des infrasons devrait être une aide supplémentaire dans la prévision du comportement des volcans « ouverts » comme le Villarrica, où existe un lac de lave bien visible et où des conduits d’alimentation font le lien entre les entrailles de la Terre et la surface du volcan. Cependant, les volcans « fermés » comme le Mt St Helens aux Etats Unis, où le magma reste prisonnier à l’intérieur de l’édifice jusqu’à ce qu’une éruption explosive se produise, ne génèrent pas le même type d’infrasons et posent donc d’autres problèmes de prévision. Cela confirme que les volcans sont un monde complexe et qu’il n’existe actuellement aucun moyen universel de prévoir leurs éruptions.
Source: Science Daily.

En cliquant sur ce lien, vous verrez une vidéo montrant le lac de lave du Villarrica: https://youtu.be/FuK1C6xZknY

——————————————–

A new study by scientists from Stanford School of Earth, Energy & Environmental Sciences and Boise State University (Idaho) and published in the journal Geophysical Research Letters has shown that monitoring infrasound produced by a type of active volcano could improve the forecasting of potentially deadly eruptions. The researchers analyzed the infrasound detected by monitoring stations on the slopes of the Villarrica volcano in southern Chile. The distinctive sound emanates from the movements of a lava lake inside the crater and changes according to the volcano’s activity. The study tries to demonstrate how changes in this sound signaled a sudden rise in the lake level, along with rapid up-and-down motions of the surging lake near the crater’s rim just ahead of a major eruption in 2015. Tracking infrasound in real time and integrating it with other data, such as seismic readings and gas emission, might help alert nearby residents and tourists that a volcano is about to erupt.
Villarrica’s last significant eruption occurred on March 3rd, 2015. Itas a short-lived event during which the volcano emitted a fountain that went up to 1,500 metres into the sky, together with ash and debris. Around 4,000 people were evacuated close to the volcano. Infrasound monitoring stations established at Villarrica just two months before the 2015 event captured its before-and-after sonic activity. Studying these data, the research team saw that in the build-up to the eruption, the pitch of the infrasound increased, while the duration of the signal decreased. Flyovers in aircraft documented the changes in Villarrica’s lava lake, allowing researchers to explore connections between its height and the sound generation.
One of the researchers offered a music analogy to explain this relationship. Similar to a person blowing into a trombone, explosions from gas bubbles rising and then bursting at the surface of the lava lake create sound waves. Just as the shape of a trombone can change the pitch of the notes it produces, the geometry of the crater that holds the lava lake modulates its sounds. When the lava lake is deep down in the volcano’s crater, the sound registers at a lower pitch or frequency. When the lava lake rises up in the crater, potentially heralding an eruption, the pitch or frequency of the sound increases, just like when the trombone is retracted.
Future research will seek to tie infrasound generation to other critical variables in volcano monitoring and eruption forecasting, such as seismicity. Ahead of an eruption, seismic activity almost always increases. This seismicity emanates from several kilometress underground as magma moves through the volcano’s feeding system. Volcanologists think that changes in lava lake levels — and their corresponding infrasound — result from the injection of new magma through volcanic plumbing, increasing the odds of a violent eruption.
In this way, the collection of infrasound should prove beneficial for forecasting purposes at « open vent » volcanoes like Villarrica, where an exposed lake or channels of lava connect the volcano’s innards to the atmosphere. However, closed vent volcanoes like Mt St Helens, where the pooling magma remains trapped under rock until an explosive eruption occurs, do not generate the same kind of infrasound and thus pose additional forecasting challenges. This confirms that volcanoes are complicated and there is currently no universally applicable means of predicting eruptions.
Source: Science Daily.

By clicking on this link, you will see a video showing Villarrica’s lava lake: https://youtu.be/FuK1C6xZknY

Vue du Villarrica et d’une fontaine de lave dans son cratère (Crédit photo: Wikipedia)

Ciment à base de cendre volcanique // Cement made with volcanic ash

Selon une étude réalisée par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology et de l’Université du Koweït, publiée dans le Journal of Cleaner Production, les villes du futur pourraient être construites avec du béton à base de cendre volcanique. Ce nouveau béton permettrait de réduire le coût d’énergie nécessaire à sa production, et certains mélanges offriraient une plus grande solidité que le ciment traditionnel. Les scientifiques ont créé un matériau qui mélange de la roche volcanique pulvérisée avec du ciment traditionnel. Le matériau consomme 16% d’énergie de moins pour construire un ensemble de 26 bâtiments en béton. Cette réduction d’énergie a été réalisée avec un matériau composé de 50% de cendre volcanique et de 50% de ciment Portland traditionnel, l’un des plus utilisés dans l’industrie et la construction. .
La fabrication du ciment Portland passe par de nombreux processus, depuis l’extraction du calcaire jusqu’au broyage, en passant par le traitement, puis la production. Il s’agit d’un processus qui demande une grosse dépense d’énergie, alors qu’il suffit de recueillir la roche volcanique et de la broyer pour en faire de la cendre.
Selon les chercheurs, en raison de la chaleur nécessaire à sa production, le ciment Portland représente environ 5% des émissions de dioxyde de carbone à l’échelle de la planète.
Les chercheurs ont testé divers mélanges de cendre volcanique et de ciment avec différents pourcentages pour chaque composant. L’étude de la relation entre la taille des particules de cendre, l’utilisation de l’énergie pour produire les matériaux et le rapport entre le ciment et la cendre volcanique a révélé comment le matériau lui-même pouvait être conçu en fonction des besoins. En effet, plus la cendre est fine, plus le béton est solide.
La cendre volcanique peut prendre différentes formes, il n’y a pas d’uniformité. Il faut juste la broyer au niveau nécessaire dans le mélange, mais, ce processus de broyage ne nécessite pas de chaleur comme pour la production de ciment Portland.
En ajustant les différents éléments du mélange, on pourrait produire un béton spécifique pour différents types de structures. Par exemple, les bâtiments de haute taille ont besoin de béton plus résistant, de sorte que le mélange pourrait contenir de la cendre volcanique plus fine en pourcentage plus élevé. Pour les fondations et les murs, de plus gros morceaux de cendre pourraient être mélangés au ciment, car la densité et la résistance ne sont pas aussi impératives.
L’extraction de la cendre pourrait être locale, ce qui éliminerait le besoin de transport sur de longues distances. La cendre volcanique étudiée par les chercheurs provenait d’Arabie Saoudite, pays voisin du Koweït. Les recherches à venir sur le béton à base de cendre volcanique devront étudier comment la cendre volcanique extraite ailleurs dans le monde réagirait avec le ciment Portland, dans la mesure où les cendres volcaniques ont des propriétés qui varient selon leur le lieu où elles sont produites.
Source: Médias d’information internationaux.

——————————————

According to a study by scientists from Massachusetts Institute of Technology, Kuwait Institute for Scientific Research and Kuwait University, published in the Journal of Cleaner Production, cities of the future could be built with concrete made from volcanic ash. The new concrete could also reduce energy costs during concrete production, and some mixes are stronger than traditional cement. The scientists created a material that mixes pulverized volcanic rock with traditional cement. The material would take 16 percent less energy to construct a neighbourhood of 26 concrete buildings, for instance. That specific energy reduction was found in a material made with 50 percent volcanic ash and 50 percent traditional Portland cement, one of the most popular in industry and construction. .

The making of Portland cement goes through many different processes, from limestone collection, to grinding, to treatment, and then finally production. It is a very high energy intensive process whereas you just need to collect volcanic rock and then grind it into ash.

According to the researchers, because of the heat required for its production, Portland cement accounts for about 5 percent of the world’s carbon dioxide emissions.

Researchers tested various volcanic ash and cement mixtures with different percentages of each component. Examining the relationship between ash size, energy use to produce the materials and ratio between cement and volcanic ash revealed how the material itself was customizable. For instance, the tinier the ash was broken down, the stronger the concrete was.

Volcanic ash may come in different forms, there is no uniformity. Obviously, an effort is required to grind them to a level that can be used in the mixture, but, that grinding process for volcanic ash does not require heat in the way that producing Portland cement does.

Adjusting the various elements of the mixture could lead to concrete specifically for different types of structures. For instance, tall buildings need stronger concrete, so the mixture might have tinier pieces of volcanic ash and a higher percentage of it. For foundations and walls, larger pieces of ash could be mixed in with the cement since the density and strength is not as imperative.

Collecting it locally eliminates the need for faraway transportation of materials as well. The volcanic ash the researchers focused on was from Kuwait’s neighbouring country, Saudi Arabia. Future research on volcanic ash concrete mixtures will have to examine how volcanic ash elsewhere would react with Portland cement since volcanic ash has varying properties depending on the location.

Source: International news media.

Des immeubles construits avec de la cendre volcanique un jour dans la ville de Koweït? (Crédit photo: Wikipedia)

Conférences…

Ma saison de conférences 2017-2018 vient de se terminer à Tonneins (Lot-et-Garonne) avec des images de la fonte des glaciers dans le monde et des images de l’Alaska. Je remercie très sincèrement toutes les personnes qui m’ont fait confiance et ont eu la patience d’écouter mes propos sur les volcans et les risques volcaniques, ainsi que sur la fonte inquiétante de la glace dans le monde. Avec le printemps et l’été, l’heure est aux sorties à la campagne, au jardinage et aux vacances. Ce n’est pas la meilleure époque de l’année pour aller s’enfermer dans une salle.

J’aurai le plaisir de faire de nouvelles conférences à partir du mois de septembre. Je vous tiendrai au courant des dates et lieux de mes prochaines interventions.

Si votre municipalité, notre association ou votre comité d’entreprise sont intéressés par les sujets proposés, leurs responsables peuvent me contacter par mail : grandpeyc@club-internet.fr

Risques volcaniques….

Glaciers en péril….

Photos: C. Grandpey

Etude des cristaux pour mieux prévoir les éruptions // A study of crystals to better predict eruptions

Nous savons tous que la prévision éruptive est extrêmement difficile. En effet, chaque volcan possède son propre réseau complexe de conduits d’alimentation. Même lorsque les instruments détectent une activité volcanique, il est très compliqué de savoir quand le magma atteindra la surface.
Des scientifiques du Trinity College de Dublin (Irlande) et de l’Université du Queensland (Australie) ont essayé de comprendre ce processus en analysant les cristaux qui se développent à l’intérieur des volcans et agissent comme enregistreurs de leurs éruptions. Une étude précédente sur les cristaux de l’Etna avait montré que si un nouveau magma arrive dans la chambre située à une dizaine de kilomètres sous la surface, une éruption peut se produire dans les deux semaines suivantes.
Au fur et à mesure qu’il monte vers la surface, le nouveau magma exerce une pression sur les roches encaissantes en accumulant de la pression sous le volcan. Cela génère des séismes et entraîne un gonflement de l’édifice, phénomènes qui peuvent être surveillés en surface ou depuis l’espace avec des satellites. La difficulté est de savoir si une recharge de la chambre magmatique à un certain moment se traduira par une éruption et combien de temps il faudra avant que l’éruption commence.
C’est à ce niveau que les cristaux peuvent intervenir. Ces minéraux ont été baptisés « anté-cristaux » parce qu’ils ont souvent commencé souvent à se développer dans les magmas primaires, des milliers d’années avant que le volcan entre en éruption. Ils se développent couche par couche, tout en enregistrant les changements dans le magma environnant, de la même manière que les cernes des troncs d’arbres enregistrent les variations du climat.
La technologie laser permet de pénétrer la structure de ces « anté-cristaux » pour créer des cartes des éléments traces à l’intérieur. Cela suppose d’envoyer un faisceau laser sur l’ « anté-cristal, » puis d’utiliser un spectromètre de masse pour analyser l’aérosol qui est ainsi émis et déterminer son contenu. Cela permet de créer une image 2D de la structure du cristal qui peut nous renseigner sur son histoire. Par exemple, lorsque d’anciens noyaux d’ « anté-cristaux » sont transportés à la surface par un nouveau magma, cela génère une bordure bien particulière autour du cristal.

En utilisant des cartes chimiques de cristaux provenant des 40 dernières années d’activité de l’Etna, les chercheurs ont pu déterminer la profondeur à laquelle les cristaux se sont développés, mais aussi à quel moment un nouveau magma a commencé à envahir le système volcanique en profondeur. Ils ont constaté que le processus a débuté dans les années 1970, ce qui coïncide avec la période où le volcan a commencé à entrer en éruption plus souvent, avec une ascension plus rapide du magma, plus d’explosivité et une activité sismique plus intense.
Le type de contact entre les noyaux des cristaux et leurs bordures, et l’épaisseur des bordures, contiennent des informations sur le temps qui s’est écoulé entre les arrivées de magma et le début d’une éruption. Cela signifie que nous pouvons mieux prévoir quand une éruption est susceptible de se produire après avoir détecté le magma à certains niveaux sous le volcan.
La conclusion de l’étude est que l’analyse laser d’ « anté-cristaux » dans le monde entier pourrait permettre aux volcanologues de mieux comprendre comment la recharge de la chambre magmatique agit comme déclencheur d’éruptions et de mieux interpréter les données de surveillance des volcans actifs. Cela pourrait permettre d’établir un processus plus précis pour repérer les signes avant-coureurs et prévoir les éruptions imminentes.
Source: Live Science.

L’étude complète peut être lue à cette adresse: https://www.nature.com/articles/s41467-017-02274-w

——————————————-

We all know that predicting an eruption is a very difficult task. Indeed, every volcano has its own unique and complex network of feeding conduits. So, even when instruments detect volcanic activity, it is very hard to know when the magma will make its way to the surface.

Scientists from Trinity College Dublin (Ireland) and the University of Queensland (Australia) have found a way to assess this process by using crystals that grow inside volcanoes and act like a record of its eruption. A previous study on crystals from Mount Etna had shown that if new magma arrives in chambers 10 km below the volcano’s surface, an eruption can follow within two weeks.

As it moves towards the surface, the new magma pushes apart the rock, building up pressure beneath the volcano. This produces earthquakes and inflates the volcanic edifice, effects that can be monitored at the surface or from space with satellites. What is difficult is to know if a particular magma recharge will actually translate into an eruption and how much time it will take for the eruption to start.

This is where the crystals can come in. These minerals are called antecrysts because they often start growing from early magmas thousands of years before the volcano erupts. They grow layer by layer, recording changes in the surrounding magma, like tree rings registering variations in the climate.

Laser technology allows to look into the antecrysts to create maps of the trace chemical elements inside them. This involves firing a grid of laser lines over the antecryst and then using a mass spectrometer to analyse the aerosol that is given off and work out what it contains. This can be used to create a 2D image of the crystal’s composition that can tell us something about its history. For example, when old antecryst cores are transported to the surface by new magma, it generates a distinctive rim on the crystal.

Using crystal chemical maps from the last 40 years of volcanic activity at Mount Etna, the researchers been able to determine the depth at which the crystals grow but also when new magma began invading the underground volcanic system. They found that this started occurring in the 1970s, coinciding with the period when the volcano began to erupt more often, with faster-moving magma and more explosiveness and seismic activity.

The type of contact between the crystal cores and the rims and thickness of the rims hold information on how much time elapses between the arrival of batches of magma and when an eruption started. This means we can better predict when an eruption is likely to occur after magma is detected at certain points beneath the volcano.

The study’s conclusion is that carrying out laser surveys of antecrysts from around the world could help volcanologists better understand how magma recharge acts as a trigger for eruptions, and how to interpret monitoring data from active volcanoes. This could create a more accurate process for spotting warning signs and predicting imminent eruptions.

Source : Live Science.

The complete study can be found at this address : https://www.nature.com/articles/s41467-017-02274-w

L’étude des cristaux permettra-t-elle un jour de mieux comprendre les humeurs de l’Etna? (Photo: C. Grandpey)