Catégorie : Science

Nouvelle étude sur le panache mantellique de Yellowstone // New study on the Yellowstone mantle plume

Au cours des dernières années, plusieurs études ont été réalisées sur le panache mantellique qui alimente le super volcan de Yellowstone. Elles ont révélé que la source du panache est beaucoup plus à l’ouest que prévu. De nouvelles recherches publiées dans la dernière édition de Nature Geoscience révèlent que des scientifiques de l’Université du Texas à Austin ont cartographié la trajectoire précise suivie par ce panache magmatique depuis la surface de la Terre jusqu’à son origine dans le manteau inférieur. L’étude révèle que la source de chaleur qui alimente Yellowstone est un panache de forme cylindrique, de 345 kilomètres de large, qui trouve son origine à 2900 kilomètres de profondeur, à la verticale de la partie nord de la Péninsule de Basse Californie. Cela confirme ce que pensent depuis longtemps les géophysiciens et explique pourquoi le super volcan avec ses geysers, ses sources thermales, ses mares de boue et ses fumerolles est situé dans le nord-ouest du Wyoming.
Jusqu’à présent, les chercheurs avaient réussi à localiser le panache mantellique qui alimente le point chaud de Yellowstone jusqu’à environ 960 kilomètres de profondeur. La dernière étude s’appuie sur les techniques tomographiques existantes qui permettent de cartographier comment les ondes sismiques « S » traversent le manteau terrestre. Par exemple, ces ondes ralentissent lorsque elles rencontrent un point chaud, comme un panache magmatique.
Les chercheurs ont analysé les données de 71 séismes de magnitude 5 ou plus enregistrés dans le monde entier entre 2005 et 2012. Ces séismes font partie d’un ensemble de données fournies par le programme « USAArray » qui regroupe un réseau de 400 sismomètres à travers les États-Unis continentaux. Avant la création de l’USAArray, personne n’avait installé une telle densité de sismomètres sur une zone aussi vaste. Ce réseau a révolutionné notre compréhension de la Terre, du moins sur le continent nord-américain.
L’hypothèse de départ était que le panache mantellique de Yellowstone était probablement une structure plutôt verticale. En fait, les chercheurs ont trouvé que le panache était plus incliné que prévu, jusqu’à la frontière entre le Mexique et la Californie. A son point de départ, à la limite noyau-manteau, on estime que le panache a une température d’environ 590 à 815 degrés Celsius supérieure à celle du manteau environnant. Au fur et à mesure qu’il s’élève vers la surface, sa température s’abaisse et n’est plus que de 400 degrés Celsius supérieure à celle du manteau au moment où il se trouve à 1 000 kilomètres sous la surface de la Terre. Il contient alors de la roche à haute température, mais pas de matière en fusion ou liquide.
Source: Gillette News Record.

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In recent years, several studies have been made about the mantle plume that feeds the Yellowstone super volcano. They revealed that the source of the plume was much farther west than expected. In a recent research published in the latest edition of Nature Geoscience, University of Texas at Austin scientists have mapped the precise route of this magma plume from the Earth’s surface all the way to its outer core. It reveals that the source of heat slowly swelling the Yellowstone Plateau is a 345-kilometre-wide cylindrical plume that originates 2,900 kilometres beneath the northern reaches of Baja California. The finding confirms geophysicists’ long time suspicions and explains why the super volcano with its geysers, hot springs, mud pots and fumaroles is located in northwest Wyoming.

Until now, researchers had been able to trace the magma plume feeding the Yellowstone hotspot down to only about 960 kilometres underground. The latest study relied on existing tomography techniques, mapping how seismic “S” waves from earthquakes pass through Earth’s mantle. When the waves reach a hotspot, like a magma plume, they slow down.

The researchers analysed data from 71 M 5 or larger earthquakes that were recorded all around the world between 2005 and 2012. Those quakes were part of the “USAArray” dataset which sweeps a network of 400 seismometers across the continental United States. Before the USAArray was set up, nobody had ever put so many seismometers with such a density over such a large an area. It revolutionized our understanding of the Earth, at least in the North American continent.

The original hypothesis was that the Yellowstone mantle plume would be a rather vertical structure. Actually, the researchers found it was tilted more than they expected, going as far as the Mexico-California border. Where it originates, at the core-mantle boundary, the plume is estimated to be about 590 to 815 degrees Celsius warmer than the surrounding mantle. The structure is pulled to the surface by its buoyancy, and as it rises it loses its temperature, running only 400 degrees warmer than the mantle by the time it’s 1,000 kilometres away from the Earth’s surface. Its content is hot rock, not molten or liquid material.

Source: Gillette News Record.

Imperial Geyser à Yellowstone (Photo: C. Grandpey)

Première image thermique 3D du Stromboli (Sicile) // First 3-D thermal image of Stromboli Volcano (Sicily)

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, les drones sont de plus en plus utilisés en volcanologie. Ils permettent de s’approcher des zones actives sans mettre en danger des vies humaines. En outre, ils permettent aux scientifiques de prendre des photos précises des différentes parties d’un édifice volcanique.
C’est ainsi que des scientifiques des universités d’Aberdeen et d’Oslo ont utilisé des drones pour créer la première image thermique en 3D du Stromboli (Iles Eoliennes, Sicile, Italie). Pour cela, ils ont équipé le drone d’appareils photo haute définition pouvant prendre des centaines clichés du volcan depuis le ciel. En rassemblant les images, les scientifiques ont pu cartographier en 3D la surface du volcan. Ensuite, ils ont superposé le modèle obtenu avec les images fournies par une caméra thermique, ce qui leur a permis de voir la structure thermique du volcan en 3D. En procédant ainsi, les volcanologues sont en mesure de détecter des changements infimes dans le comportement du volcan, ce qui offre des informations précieuses sur la probabilité d’une éruption. Si les scientifiques constatent une rapide montée en chaleur de certaines zones, cela peut indiquer la proximité d’une éruption, surtout si le sol a gonflé.
Le but ultime de l’équipe scientifique est de développer un système de surveillance par drones entièrement automatisé, plus précis, plus sûr et moins cher que les équipements actuels que ne peuvent acquérir les pays en voie de développement, là où se trouvent de nombreux volcans actifs.
La capacité de faire voler un drone à proximité d’un volcan permettra d’obtenir une cartographie thermique et une imagerie de haute précision, mais aussi d’installer des sismomètres portables et des capteurs de gaz dans des zones trop dangereuses d’accès.
Source: Université d’Aberdeen.

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As I put it several times, drones are more and more used in volcanology. They allow to get close to active areas without putting human lives at risk. Besides, they allow scientists to take accurate photos of different parts of a volcanic edifice.

Scientists from the universities of Aberdeen and Oslo have resorted to drones to create the first 3-D thermal image of Stromboli volcano (Aeolian Islands, Sicily, Italy). For that purpose, they fitted the drone with high-precision cameras which can take hundreds of aerial photographs of the volcano. By putting the images together, the scientists can create a 3-D model that maps the surface. Then, they overlay the model with images from a thermal camera, allowing them to see the thermal structure of the volcano in 3-D. Doing so, they can detect subtle changes in the behaviour of the volcano, providing more accurate information on the likelihood of an eruption. If scientists see certain areas are unexpectedly hot, it might be an early warning sign, especially if the ground has swelled.

The research team’s ultimate aim is to develop a fully automated drone monitoring system that is more accurate, safer and cheaper than current methods, which are unaffordable in developing countries where many of the world’s active volcanoes are located.

The ability to deploy a drone really close to a volcano means that as well as getting high precision thermal mapping and imagery, scientists can also deploy portable seismometers and gas sensors in areas that are too dangerous for people to go.

Source : University of Aberdeen.

Image thermique 3D du Stromboli (Source: Université d’Aberdeen)

Le Grand Projet Pompéi a enfin débuté // The Great Pompeii Project has started, at last

Dans une note publiée il y a quelques jours, j’expliquais que de nouvelles fouilles allaient débuter à Pompéi. Plusieurs articles parus dans les journaux italiens confirment que ce travail archéologique a déjà commencé, avec des découvertes intéressantes. Comme je l’ai écrit précédemment, les nouvelles fouilles ont lieu dans la zone Regio V et ont été lancées dans le cadre du grand projet de restauration de Pompéi, ou Grand Projet Pompéi.
Il a fallu tout d’abord résoudre le problème posé par l’instabilité des fronts de fouilles dans cette zone où se sont produits des effondrements. Ensuite, les archéologues ont pu commencer leur travail de fourmi et ils ont mis à jour des restes de zones publiques et privées, des jardins et des portiques qu’ils ne pensaient pas trouver à cet endroit. Ils ont retiré des dépôts de matériaux des objets, des plâtres et des fresques qui n’ont jamais été restaurés, qui sont dans leur forme et leur couleur d’origine, sans avoir été modifiés lors d’une restauration précédente. Aujourd’hui, les scientifiques ont la possibilité d’effectuer ce travail en utilisant les techniques les plus avancées. Il devrait durer deux ans pour un coût total de 8,5 millions d’euros. La zone restera ouverte aux visiteurs pendant la durée des travaux.
Les archéologues ont déjà identifié un espace comme étant probablement un «jardin» dont la fonction sera mieux étudiée par l’analyse paléobotanique. Le coin sud-est du «jardin» a révélé plusieurs amphores dont le type et le contenu sont en cours d’étude. Tout près, la rue qui longe la Maison des Noces d’Argent se dévoile peu à peu, avec ses trottoirs surélevés et les entrées des bâtiments qui la bordent. On observe en particulier l’entrée d’une domus avec les murs ornés de fresques sur fond rouge, avec l’image de deux dauphins.
Dans le même temps, le directeur du Grand Projet Pompéi a confirmé son intention de faire arriver une LGV (ligne ferroviaire grande vitesse) directement sur le site. Il a déclaré: « Le projet n’a pas été abandonné, mais il doit être étudié en profondeur, avec l’élimination de la ligne de chemin de fer côtière actuelle.. »
Source: Presse italienne.

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In a post released a few days ago, I explained that new excavations were about to start at Pompeii. Several articles published in the Italian news papers confirm that that archaeological work has already started, with interesting new finds. As I put it before, the new excavations take place in the Regio V area and they were launched under the auspices of the conservation project Great Pompeii.
The first work to be done was to resolve the instability of the excavation fronts in this area, which have a history of collapses. Then, archaeologists could start digging the area and they found remains of public and private areas, gardens and porticoes that they did not think they would find. They came across objects, plasterwork and frescoes that had never been restored, that are in their original shape and colour without having been tampered with in past restoration. Today, scientists have the opportunity to carry out conservation work using the most advanced techniques. It is expected to take two years at a total cost of 8.5 million euros and the area will remain open to visitors for the duration.
Archaeologists have already identified an open area that they believe was a ‘garden’ whose function will be better investigated through palaeobotanical analysis. The south-eastern corner of the ‘garden’ has revealed several amphorae, whose type and contents are now being studied. Nearby, the street that ran alongside the House of the Silver Wedding is coming to light with its raised pavements and the entrances to the buildings along it. These include the entrance to a domus with frescoed walls and panels against a red background with the painted image of a pair of dolphins.
Meanwhile, the director-general of the Great Pompeii Project has confirmed plans to bring high-speed railway services directly to the site. Said he: « The project hasn’t been shelved but it needs to be studied in depth, together with the elimination of the current coastal railway line.. »
Source: Italian news media.

Intérieur d’une demeure à Pompéi (Photo: C. Grandpey)

Mesure de la hauteur du lac de lave du Kilauea (Hawaii) // Measuring the height of the Kilauea lava lake (Hawaii)

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, le niveau du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u varie continuellement en fonction des variations – à la fois profondes et superficielles – dans le système d’alimentation magmatique. Lorsque les inclinomètres enregistrent une inflation de l’édifice volcanique, la lave s’élève dans l’Overlook Crater. Inversement, son niveau baisse lorsque les instruments enregistrent un épisode de déflation.
Thomas Jaggar, fondateur de l’Observatoire des Volcans d’Hawaï (HVO), fut peut-être le premier à reconnaître l’importance du niveau d’un lac de lave quand, il y a plus d’un siècle, il a lancé une campagne de mesures de l’Halema’uma’u. Ces mesures ont montré les fluctuations de niveau du lac pendant plus d’une décennie, jusqu’à sa vidange en 1924.
Contrairement aux apparences, la mesure du niveau d’un lac de lave n’est pas chose facile. Il n’existe pas de marégraphe ou de repère de profondeur de la lave dans le cratère. Aujourd’hui, les scientifiques du HVO utilisent essentiellement un télémètre laser pour calculer la hauteur du lac de lave, mais cette technique nécessite une vue bien dégagée du cratère. En conséquence, des mesures continues et cohérentes, jour et nuit, par tous les temps, sont difficiles à réaliser.

C’est le défi qu’a tenté de relever une équipe scientifique composée de chercheurs du HVO, de l’Université de Cambridge et de l’University College de Londres. Les Britanniques ont mis au point un radar capable de mesurer la hauteur d’un lac de lave. Le premier exemplaire a été testé sur l’Erebus en Antarctique en 2016 dans le cadre du Programme Antarctique américain. Les mesures ont révélé des variations de niveau périodiques remarquables du lac de lave, avec des phases d’oscillation d’environ dix minutes. On ne sait pas pourquoi l’Erebus se comporte de celle manière. Des expériences en laboratoire sont en cours pour simuler l’activité et mieux la comprendre.
Dans la mesure où le matériel de mesure avait pu survivre aux conditions difficiles sur le volcan antarctique, les scientifiques étaient persuadés qu’il allait également être opérationnel à Hawaï. La dernière version du radar a été testée sur le Kilauea en janvier 2018.
Après une période de mise en route de quelques jours, le radar a fonctionné en autonomie pendant plus d’une semaine, en enregistrant le niveau du lac une fois par seconde. Des impulsions micro-ondes sont transmises depuis une antenne parabolique vers la surface du lac de lave. Une partie de l’énergie micro-onde est renvoyée et est captée par une autre antenne. La distance jusqu’au lac de lave est calculée en prenant en compte le temps écoulé entre la transmission et la réception des impulsions. Cette technique offre une mesure en continu relativement précise de la hauteur du lac de lave.

Les données collectées au cours de cette campagne de mesures sont en cours d’analyse, mais les premiers résultats semblent correspondre à d’autres mesures effectuées par le HVO. En même temps que le radar effectuait les mesures, un spectromètre infrarouge était positionné sur la lèvre du cratère pour enregistrer la composition des gaz émis par le lac de lave. La façon dont les gaz s’accumulent dans le lac de lave ou s’en échappent influe considérablement sur le niveau du lac. Une comparaison des variations du niveau de la lave et de la chimie des gaz devrait donner de bonnes indications sur les relations entre l’arrivée de magma à la surface, la libération des gaz et les fluctuations d’activité du lac de lave.
Source: USGS / HVO.

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As I put it several times before, the level of the lava lake within Halema’uma’u Crater varies continuously according to deep and shallow changes in the magma plumbing system feeding the lava lake. When tiltmeters record an inflation of the volcanic edifice, lava rises within the Overlook Crater. Conversely, its level drops when the instruments record a deflation episode.

Thomas Jaggar, founder of the Hawaiian Volcano Observatory (HVO), was perhaps the first to recognize the significance of lava lake level when, more than a century ago, he established a routine of measuring it at Halema‘uma‘u using traditional surveying equipment. His measurements charted the fluctuating lake level for over a decade until the lava drained away in 1924.

The lava lake level is not easy to measure. No one has put a tide gauge in the lava lake or a ruled depth marker in the crater. Today, HVO scientists primarily use a laser-rangefinder to calculate the lava lake height, but this requires a clear view into the crater. Making continuous and consistent measurements, day and night, in all weather, is even more demanding. This challenge has stimulated an international collaboration between HVO scientists and a small team of volcanologists and engineers from the University of Cambridge and the University College London.

The United Kingdom team has been developing a turnkey radar for measuring lava lake height, with the first system tested on Erebus volcano in Antarctica in 2016 under the auspices of the U.S. Antarctic Program. The measurements revealed a remarkable periodic rise and fall of the lava lake, with a single oscillation taking around ten minutes. Why Erebus volcano behaves like this is still unclear and laboratory experiments are now underway to simulate the activity and better understand the driving processes.

Trusting that if monitoring equipment can survive the harsh conditions that prevail on the remote Antarctic volcano it should also work in Hawaii, the latest version of the radar was brought for a trial run on Kilauea in January 2018.

After an initial setup period of a couple of days, the radar ran unsupervised for over a week, recording the level of the lake once per second. It works this way: Microwave pulses are transmitted from one dish towards the lava lake surface. Some of the microwave energy is reflected back and is received by the other dish. The distance to the lava lake is then calculated from the time taken between transmission and reception of the pulses, providing a sensitive measure of the lava lake height. Measurements can be made continuously.

The data collected during this period are still being analyzed, but they look consistent with other measurements made by HVO scientists.

At the same time the radar was running, an infrared spectrometer was positioned at the crater rim to record the composition of gases emitted from the lava lake. How gas accumulates in, or escapes from, the lava lake exerts a strong control on the lake level. Careful comparison of extended observations of lava lake height and gas chemistry promise to reveal yet more detailed insights into the relationships between the supply of magma to the surface, the release of gases, and the variable activity of the lava lake.

Source : USGS / HVO.

Les paraboles sur la lèvre de l’Overlook Crater (Crédit photo: USGS / HVO)

Vue du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u (Crédit photo: USGS / HVO)