Catégorie : Science

Changement climatique et circulation océanique // Climate change and ocean circulation

Avec le changement climatique et le réchauffement de la planète, une crainte majeure des scientifiques est que la hausse des températures puisse modifier la circulation mondiale des océans, avec des conséquences sur des courants comme le Gulf Stream.
Des scientifiques qui étudient un secteur de l’Atlantique Nord ont découvert de nouvelles preuves que l’eau douce produite par la fonte du Groenland et de la banquise arctique modifie déjà un processus clé qui contribue à la circulation mondiale des océans.
Dans les eaux froides qui se trouvent de part et d’autre du Groenland, la circulation océanique «se renverse» : les eaux de surface se déplacent vers le nord, deviennent plus froides et plus denses et finissent par s’enfoncer vers l’Antarctique à des profondeurs extrêmes. Toutefois, une trop grande quantité d’eau douce à la surface pourrait interférer avec cette convection car, étant moins salée, l’eau perd de sa densité et ne s’enfonce pas aussi facilement.
Dans une nouvelle étude, des scientifiques du Centre GEOMAR Helmholtz pour la Recherche Océanique à Kiel (Allemagne) ont découvert qu’après des étés particulièrement chauds dans la Mer d’Irminger, au sud-est du Groenland, la convection avait tendance à être perturbée en hiver. Dans certains cas, une couche d’eau de fonte reste à la surface de l’océan l’année suivante, au lieu de disparaître dans ses profondeurs dans le cadre de la circulation méridienne de retournement. Les dernières observations montrent que cette eau douce retarde considérablement la convection depuis plusieurs années.
La dernière étude repose sur un travail d’observation ; il ne s’agit pas d’une prévision, et personne ne sait vraiment quelle quantité d’eau douce serait suffisante pour ralentir ou arrêter de façon significative la Circulation Méridienne de Retournement – Atlantic Meridional Overturning (AMOC) – aussi appelée circulation thermohaline. Néanmoins, cela montre que des processus clés qui inquiètent le monde scientifique depuis longtemps sont maintenant en cours.
Pour rassembler toutes les données, les chercheurs ont parcouru en bateau la Mer d’Irminger. Là, ils ont récolté les données fournies par des balises qui effectuent des mesures des eaux dans les régions clés de la convection océanique. Les chercheurs possèdent maintenant des données qui s’étalent sur 13 années de mesures. Ils ont constaté qu’en hiver, l’air froid refroidit suffisamment l’eau de surface qui s’écoule vers le nord pour la rendre plus dense et la faire s’enfoncer. Toutefois, l’eau de fonte interfère avec ce processus et le retarde, faute d’une salinité suffisante. Dans les années où se déversent de grandes quantités d’eau de fonte, l’océan devient également plus chaud. Cela contribue à retarder le début de la convection car la couche superficielle de l’océan éprouve des difficultés à perdre suffisamment de chaleur pour s’enfoncer dans les profondeurs. L’étude a révélé que 40% des eaux de fonte se sont attardées dans la Mer d’Irminger pendant l’hiver 2010-2011.
L’étude n’est pas en mesure de prévoir le moment où ces processus atteindront un seuil critique et provoqueront un changement majeur vers un nouveau régime de circulation océanique. Les simulations du changement climatique montrent généralement que si la hausse globale des températures devait effectivement affaiblir la circulation méridienne de retournement dans l’Atlantique, le processus se ferait progressivement, mais les scientifiques reconnaissent que ces simulations ne sont pas nécessairement exhaustives. C’est pourquoi l’étude actuelle est très importante et représente une pièce maîtresse du puzzle.
Source: The Washington Post.

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With climate change and global warming, a major fear of scientists is that the rising temperatures may alter the global circulation of the oceans, with consequences on currents like the Gulf Stream.

Scientists studying a stretch of the North Atlantic have found new evidence that fresh water, likely melted from Greenland or Arctic sea ice, may already be altering a key process that helps drives the global circulation of the oceans.

In cold waters on either side of Greenland, the ocean circulation « overturns, » as surface waters travelling northward become colder and more dense and eventually sink, travelling back southward toward Antarctica at extreme depths. But too much fresh water at the surface could interfere with the convection because with less salt, the water loses density and does not sink as easily.

In a new research, scientists at the GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research in Kiel, Germany, found that following particularly warm summers in the remote Irminger Sea, convection tended to be more impaired in winter. In some cases, a layer of meltwater stayed atop the ocean into the next year, rather than vanishing into its depths as part of the overturning circulation. The latest observations show that there is actually freshwater and that it is already affecting the convection and it delays this convection quite a lot in some years.

However, this is an observational study, not a prediction for the future, and nobody really knows how much freshwater is enough to significantly slow or shut down the AMOC, an acronym for Atlantic Meridional Overturning Circulation.  Still, it suggests that key processes that have raised long-standing concern are already happening.

To collect the data, the researchers travelled by ship out into the Irminger Sea to the southeast of Greenland. There, they read data from ocean moorings that take measurements of the character of the waters in key regions of ocean convection. The researchers now have a 13-year record to draw upon from this area.

In winter, cold air chills the northward-flowing surface water in this region enough to cause it to become denser and sink. But meltwater interferes with and delays this process because, lacking salinity, it is less dense and so less prone to sink. In the high meltwater years, the ocean is also just warmer overall. That also delays the onset of convection because it is harder for the ocean surface layer to lose enough heat to sink. The study found that in the single year 2010, 40 percent of fresh meltwater managed to linger in the Irminger Sea over winter and into the next year.

There are no predictions in this study about when these processes would actually reach such a threshold or cause a major switch to a new regime. Climate change simulations have generally found that while global warming should indeed weaken the Atlantic overturning circulation, that should play out gradually, but scientists acknowledge that these simulations are not necessarily complete. That’s why the current study, also matters a great deal and represents an important piece in the puzzle.

Source : The Washington Post.

Circulation des courants de surface (courbes entières) et des courants profonds (courbes en pointillés) qui forment une partie de la circulation méridienne de retournement dans l’Atlantique (Source: Woods Hole Oceanographic Institution)

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

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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.

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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