Catégorie : Science

Projet de recherche sur l’île de Surtsey (Islande) // Research project on Surtsey (Iceland)

Façonnée par des éruptions qui ont eu lieu de 1963 à 1967, Surtsey, à environ 32 km au sud de la côte islandaise, est une île volcanique qui fait partie du Patrimoine Mondial de l’UNESCO qui la définit en ces termes : « Protégée dès sa naissance, elle fournit au monde un laboratoire naturel tout à fait remarquable. Libre de toute interférence humaine, Surtsey est une source unique et continue d’informations sur la colonisation d’une nouvelle terre par la vie végétale et animale ». Les oiseaux, les insectes et les phoques ont trouvé refuge sur Surtsey et des organismes étranges se sont installés sur les roches qui forment l’île. La chaleur du sous-sol a transformé les dépôts de téphra en tuf qui peut mieux résister aux assauts de l’océan.
Au vu de la définition de l’UNESCO, je pensais que Surtsey serait protégé contre toute ingérence humaine. C’était vrai … jusqu’à maintenant.
On peut lire sur le site Internet Iceland Review que « le plus grand projet de recherche sur l’île Surtsey depuis sa naissance en 1963-1967 débutera en août ». Les scientifiques vont procéder à des forages sur l’île et recueillir des échantillons et des données qui seront ensuite utilisés pour plusieurs projets différents. Le projet de recherche initial sera dirigé par un professeur de géophysique à l’Université d’Islande, en collaboration avec un autre professeur de l’Université de l’Utah et un groupe de scientifiques internationaux.
Le titre du projet est SUSTAIN et son objectif est de regrouper de nombreux domaines de recherche pour montrer comment s’est formée une île volcanique.
Le but est de prélever deux carottes, l’une issue d’un forage vertical de 200 mètres et une autre à partir d’un trou angulé de 300 mètres. Selon le projet, « l’apparition et l’évolution de la chaleur géothermale seront étudiées an tant qu’exemple d’un système géothermal de courte durée dans la zone de rift d’une croûte océanique ». Les micro-organismes et leur rôle sur l’île seront également étudiés et le trou de forage vertical sera utilisé pendant les décennies à venir pour effectuer d’autres recherches.
Tout cela signifie que Surtsey ne sera plus une terre intacte et bien protégée. On peut se demander si un tel projet vaut vraiment la peine. Est-ce que cela apportera plus d’informations qu’un forage similaire sur la grande île d’Islande?

——————————————

Formed by volcanic eruptions that took place from 1963 to 1967, Surtsey, approximately 32 km from the south coast of Iceland, is a volcanic island on the list of UNESCO’s World Heritage which defines it in these words: “ It is all the more outstanding for having been protected since its birth, providing the world with a pristine natural laboratory. Free from human interference, Surtsey has been producing unique long-term information on the colonisation process of new land by plant and animal life”. Birds, insects and seals have found their homes on Surtsey and strange organisms have settled down in the rocks that form the island. Geothermal heat has changed the loose tephra into tuff that can better withstand the surrounding ocean.

Reading UNESCO’s definition, I thought that Surtsey would be protected from any human interference. It was… up to now.

One can read on the website Iceland Review that “the biggest research project on the volcanic island of Surtsey since its creation will begin this August”. Scientists will be drilling holes in the island and gathering samples and data that will then be used for multiple different projects. The initial research project will be led by a Professor of Geophysics at the University of Iceland, along with another professor of the University of Utah and a group of international scientists.

The project title is SUSTAIN and its goal is to bring together many different fields of studies to show how a volcanic island is formed,

The plan is to take two drill cores, a 200-metre vertical core and a core from a 300-metre angled hole. According to the project, “the inner build and evolution of geothermal heat on the island will be researched as an example of a short-lived geothermal system in a rift zone of a oceanic crust.” Microorganisms and their role on the island will also be researched and the vertical drill hole will be used for decades to come for further investigations.

All this means that Surtsey will no longer be an unspoilt land and we may wonder whether such a project is really worth while. Will it bring more information than a similar drilling on Iceland’s main island?

Source: Iceland Review

 

Supercontinents et émissions de carbone d’origine volcanique

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont constaté que ce sont les mouvements des supercontinents au cours de centaines de millions d’années qui contrôlent les émissions de carbone d’origine volcanique. Les résultats, qui figurent dans la revue Science, pourraient conduire à une réinterprétation de la façon dont le cycle du carbone a évolué au cours de l’histoire de la Terre et sur son incidence sur l’évolution de l’habitabilité de notre planète.
Les chercheurs ont utilisé des mesures de carbone et d’hélium provenant de plus de 80 volcans dans le monde afin d’en déterminer l’origine. Le carbone et l’hélium émis par les volcans peuvent provenir des profondeurs de la Terre ou être recyclés près de la surface. La mesure de l’empreinte chimique de ces éléments peut déterminer leur source. Lorsque l’équipe scientifique a analysé les données, elle a constaté que la majeure partie du carbone émis par les volcans est recyclée près de la surface, contrairement aux hypothèses antérieures selon lesquelles le carbone provenait de l’intérieur de la Terre.
Au cours des millions d’années écoulées, les cycles du carbone ont oscillé entre les profondeurs de la Terre et sa surface. Le carbone est retiré de la surface à partir de processus qui permettent à l’oxygène atmosphérique de se développer. Les volcans permettent au carbone de revenir à la surface, bien que la quantité produite représente moins d’un centième  des émissions de carbone provoquées par l’activité humaine. Aujourd’hui, la majeure partie du carbone émis par les volcans est recyclée près de la surface, mais il est peu probable que ce fût toujours le cas.
Les volcans se forment le long d’arcs insulaires ou continentaux, là où les plaques tectoniques entrent en collision et où une plaque glisse sous  une autre, comme les Andes d’Amérique du Sud ou les volcans italiens. Ces volcans ont des empreintes chimiques différentes: les volcans d’arc insulaire émettent moins de carbone en provenance des profondeurs du manteau, tandis que les volcans d’arc continental émettent beaucoup plus de carbone en provenance de la surface.
Au cours des centaines de millions d’années écoulées, la Terre a connu des périodes où les continents se sont rapprochés ou se sont éloignés les uns des autres. Ce mouvement de va et vient a modifié, au cours des temps géologiques, l’empreinte chimique du carbone qui arrive à la surface de la Terre. On peut la mesurer au travers des différents isotopes du carbone et de l’hélium.
Les variations d’isotopes – ou d’empreinte chimique – du carbone sont généralement mesurées dans le calcaire. Les chercheurs avaient déjà pensé que la seule chose susceptible de modifier l’empreinte carbone dans le calcaire était la production d’oxygène atmosphérique. En tant que telle, l’empreinte isotopique du carbone dans le calcaire était utilisée pour interpréter l’évolution de l’habitabilité à la surface de la Terre. Les résultats proposés par l’équipe de chercheurs de Cambridge indiquent que les volcans ont joué un rôle plus important dans le cycle du carbone qu’on le croyait précédemment, et que les hypothèses antérieures doivent être reconsidérées.
Un bon exemple réside dans le Crétacé, il y a 144 à 65 millions d’années. Au cours de cette période, il y a eu une augmentation importante de la proportion d’isotopes de carbone trouvés dans le calcaire, ce qui a été interprété comme une augmentation de la concentration d’oxygène atmosphérique. Cette augmentation de l’oxygène atmosphérique a été liée à la prolifération des mammifères à la fin du Crétacé. Cependant, les résultats de l’équipe scientifique de Cambridge montrent que l’augmentation de la proportion d’isotopes de carbone dans le calcaire serait davantage due dans sa quasi totalité à des modifications dans les types de volcans à la surface de la Terre.
Source: Université de Cambridge.

——————————————

Researchers from the University of Cambridge have found that the formation and breakup of supercontinents over hundreds of millions of years controls volcanic carbon emissions. The results, reported in the journal Science, could lead to a reinterpretation of how the carbon cycle has evolved over Earth’s history, and how this has impacted the evolution of Earth’s habitability.
The researchers used existing measurements of carbon and helium from more than 80 volcanoes around the world in order to determine its origin. Carbon and helium coming out of volcanoes can either come from deep within the Earth or be recycled near the surface, and measuring the chemical fingerprint of these elements can pinpoint their source. When the team analysed the data, they found that most of the carbon coming out of volcanoes is recycled near the surface, in contrast with earlier assumptions that the carbon came from deep in the Earth’s interior.

Over millions of years, carbon cycles back and forth between Earth’s deep interior and its surface. Carbon is removed from the surface from processes which allows atmospheric oxygen to grow at the surface. Volcanoes are one way that carbon is returned to the surface, although the amount they produce is less than a hundredth of the amount of carbon emissions caused by human activity. Today, the majority of carbon from volcanoes is recycled near the surface, but it is unlikely that this was always the case.

Volcanoes form along large island or continental arcs where tectonic plates collide and one plate slides under the other, such as the Andes of South America or the volcanoes throughout Italy. These volcanoes have different chemical fingerprints: the island arc volcanoes emit less carbon which comes from deep in the mantle, while the continental arc volcanoes emit far more carbon which comes from closer to the surface.

Over hundreds of millions of years, the Earth has cycled between periods of continents coming together and breaking apart. This back and forth changes the chemical fingerprint of carbon coming to Earth’s surface systematically over geological time, and can be measured through the different isotopes of carbon and helium.
Variations in the isotope ratio, or chemical fingerprint, of carbon are commonly measured in limestone. Researchers had previously thought that the only thing that could change the carbon fingerprint in limestone was the production of atmospheric oxygen. As such, the carbon isotope fingerprint in limestone was used to interpret the evolution of habitability of Earth’s surface. The results of the Cambridge team suggest that volcanoes played a larger role in the carbon cycle than had previously been understood, and that earlier assumptions need to be reconsidered.

A great example of this is in the Cretaceous Period, 144 to 65 million years ago. During this time period there was a major increase in the carbon isotope ratio found in limestone, which has been interpreted as an increase in atmospheric oxygen concentration. This increase in atmospheric oxygen was causally linked to the proliferation of mammals in the late Cretaceous. However, the results of the Cambridge team suggest that the increase in the carbon isotope ratio in the limestones could be almost entirely due to changes in the types of volcanoes at the surface.

Source: University of Cambridge.

Processus de circulation du carbone dans les zones de subduction (Source : Université de Cambridge)

 

Le risque éruptif à Auckland (Nouvelle Zélande) // The eruptive risk in Auckland (New Zealand)

Comme je l’ai déjà écrit à plusieurs reprises, Auckland est construite sur un site volcanique potentiellement actif, avec plus de 50 cônes et bouches disséminés autour de la ville.
Dans plusieurs études publiées ce mois-ci, une équipe de chercheurs de Determining Volcanic Risk in Auckland (Evaluation du Risque Volcanique à Auckland) a constaté que la ville avait une histoire éruptive « complexe et épisodique ». L’éruption la plus ancienne, celle de Pupuke, remonte à environ 200 000 ans, alors que la plus récente, celle de Rangitoto, s’est produite il y a seulement 500 ans. Le temps écoulé entre les éruptions est très irrégulier et imprévisible. Il convient de noter que plus de la moitié des éruptions d’Auckland ont eu lieu au cours des 60 000 dernières années. Les chercheurs ont indiqué que le nombre d’éruptions a montré une certaine hausse avec, malgré tout, des périodes de repos allant jusqu’à 10 000 ans.
Certaines des éruptions passées se sont produites après de courtes périodes de temps d’un point de vue géologique. Par exemple, il peut y avoir de six à dix volcans en éruption en seulement 4000 ans. D’autre part, le site volcanique d’Auckland a également connu des périodes de repos de 10 000 ans au cours des 60 000 dernières années.
Les recherches ont montré que le site volcanique d’Auckland a une activité « imprévisible » et que la population doit être préparée dans l’éventualité d’une nouvelle activité éruptive. (NDLR : À un moment où nous ne sommes pas en mesure de prévoir des éruptions à court terme, il serait stupide de dire que nous pouvons les prévoir dans le long terme!)
La région d’Auckland est le site volcanique le plus densément peuplé dans le monde. Chacun des volcans qui s’y trouvent est entré en éruption au moins une fois depuis que le Pupuke s’est manifesté il y a environ 200 000 ans.
En avril, des chercheurs de l’Université de Canterbury ont déclaré que « une éruption volcanique pourrait mettre Auckland à genoux, paralyser les réseaux de transport et déplacer près d’un tiers de la population ». En mars, le GNS Science a publié un rapport indiquant que la prochaine éruption de la région se produirait probablement sur un volcan qui n’existe pas encore.
Source: Manawatu Evening Standard.

———————————————

As I put it in several previous notes, Auckland is built on a potentially active volcanic field, with more than 50 vents dotted around the city.

In studies published this month, a team of researchers from Determining Volcanic Risk in Auckland found that the city has had a complex and episodic eruption history. The oldest eruption, Pupuke, was about 200,000 years ago, while the most recent, Rangitoto, was only 500 years ago. However, the time in between eruptions was inconsistent and unpredictable. It should be noted that more than half of Auckland’s eruptions have been in the past 60,000 years. The researchers said that indicated the rate of eruptions has been increasing, although there had also been quiet periods of up to 10,000 years.

Some of the past eruptions occurred after what was, geologically speaking, a short period of time. For example, there can be six to 10 volcanoes erupting within a 4000-year timeframe. On the other hand, the Auckland volcanic field has also gone quiet for up to 10,000 years in the last 60,000 years.

The research showed that Auckland’s volcanic field was « unpredictable” and that the population needs to be prepared. (Editor’s note: At a time when we are not able to predict eruptions in the short-term, it would be stupid to say we are able to predict them in the long term!)

Auckland’s volcanic field is the most densely populated field of its type in the world.

Each of its volcanoes has erupted at least once since Pupuke blew about 200,000 years ago.

In April, researchers from the University of Canterbury said “a volcanic eruption could bring Auckland to its knees, crippling transport networks and displacing almost one-third of its population.” In March, GNS Science released a report saying the region’s next eruption would likely come from a volcano that doesn’t exist yet.

Source: Manawatu Evening Standard.

Carte montrant les éruptions sur le site volcanique d’Auckland. Elles vont de la plus ancienne (en bleu) à la plus récente (en rouge). Source: GNS Science.

Photo: C. Grandpey

 

Nouvelle technique de prévision volcanique // New technique of volcanic prediction

Un groupe de chercheurs de l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) en France affirme être premier à pouvoir prévoir avec succès le comportement d’un volcan en utilisant l’assimilation de données, la même technique utilisée dans les prévisions météorologiques. L’assimilation de données est l’ensemble de techniques qui permettent de combiner un modèle et des observations ou données. D’un côté, le modèle est généralement représenté sous forme d’équations mathématiques ; c’est la phase de modélisation, d’un phénomène physique, biologique, chimique, ou autre, qui consiste à représenter ce phénomène à l’aide d’équations mathématiques. De l’autre, on a les données représentant une source d’information expérimentale ou observationnelle. Le but de la combinaison du modèle et des données est généralement de reconstituer l’état de l’écoulement d’un fluide géophysique, par exemple un océan, ou l’atmosphère.

Les résultats de l’étude de l’ISTerre ont été publiés dans la revue Frontiers in Earth Science.
L’objectif des scientifiques est de prévoir les éruptions des volcans actifs proches des zones habitées afin que les gens puissent évacuer rapidement et en toute sécurité. Selon un chercheur: « Viendra le jour où les prévisions volcaniques quotidiennes ou même horaires seront possibles, tout comme n’importe quel autre bulletin météo ».
Pour ce faire, l’équipe scientifique utilise des systèmes GPS et radar par satellite qui mesurent les mouvement du sol au cours de la phase d’inflation d’un volcan. En combinant ces données avec des équations mathématiques à l’aide de l’assimilation de données, les chercheurs savent qu’ils peuvent formuler des prévisions précises en temps réel.
Les outils analysent la surpression du magma, paramètre essentiel dans la prévision des éruptions volcaniques. De nombreux volcans sont situés au-dessus des chambres magmatiques. La roche fondue à l’intérieur de la chambre subit une forte pression, qui peut fracturer la roche de l’encaissant au fil du temps. Si le magma trouve son chemin vers la surface, cela aboutit à une éruption volcanique.
Au cours des tests de simulation, les chercheurs ont correctement prédit l’excès de pression conduisant à une éruption volcanique, ainsi que la forme de la chambre magmatique profonde. Selon les chercheurs, ces chambres se situent généralement à des kilomètres sous la surface de la Terre et il est pratiquement impossible de les étudier avec les méthodes existantes.
L’équipe scientifique a également commencé à tester sa méthode sur des volcans actifs, comme le Grímsvötn en Islande et l’Okmok en Alaska.
Les technologies satellitaires et les systèmes GPS ont déjà été utilisés mais les recherches ont porté sur la surveillance des volcans plutôt que sur la prévision des comportements futurs.
Source: CNN Tech.

NDLR : Avec tout le respect que j’ai pour la recherche scientifique, j’ai toujours émis des doutes sur l’utilisation de sciences exactes comme la modélisation, la simulation ou l’assimilation de données en volcanologie. Certes, elles aident à comprendre certains phénomènes. La modélisation de coulées pyroclastiques, par exemple, permet de comprendre leur déroulement. Pour le reste, on sait combien le comportement d’un volcan peut être imprévisible (Le Piton de la Fournaise en a été un bel exemple ces derniers mois !) et donc peu compatible avec des sciences exactes. Ainsi, les études du gonflement et du dégonflement du volcan de Yellowstone n’ont abouti à rien de vraiment satisfaisant au niveau de la prévision éruptive. S’agissant de la mise en oeuvre de l’étude, je ne comprends pas trop pourquoi les scientifiques ont choisi le Grimsvötn et l’Okmok qui ne font pas partie des volcans les plus actifs de la planète ; de plus, ils ne sont pas vraiment situés à proximité des zones habitées mentionnées dans l’article.

————————————–

A group of researchers from the Institut des Sciences de la Terre (ISTerre) in France claims it is the first to successfully predict the behaviour of a volcano using data assimilation, the same technique used in weather forecasting. In data assimilation, one prepares the grid data as the best possible estimate of the true initial state of a considered system by merging various measurements irregularly distributed in space and time, with a prior knowledge of the state given by a numerical model. Because it may improve forecasting or modeling and increase physical understanding of considered systems, data assimilation now plays a very important role in studies of atmospheric and oceanic problems.

The results of the study have been published in the journal Frontiers in Earth Science.

The aim is to make eruptions of active volcanoes close to cities more predictable, so people can evacuate quickly and safely. Said a researcher: « We foresee a future when daily or even hourly volcanic forecasts will be possible, just like any other weather bulletin. »

The team’s method uses GPS and radar satellite systems that measure the movement of the ground as a volcano inflates. By integrating this data with mathematical equations using data assimilation, researchers say they can give accurate real-time predictions.

The tools analyze magma overpressure, a key way to predict volcanic eruptions. Many volcanoes are located on top of magma chambers. The chamber’s molten rock undergoes great pressure, which can fracture the rock around it over time. If the magma finds its way to the surface, it results in a volcanic eruption.

During simulation tests, the researchers correctly predicted the excess pressure that drove a volcanic eruption and the shape of the deepest underground magma chamber. According to the researchers, these chambers are usually miles below the Earth’s surface and almost impossible to study with existing methods.

The team also started testing its method on real volcanoes, such as the Grímsvötn Volcano in Iceland and the Okmok Volcano in Alaska.

Geoscientists have previously used satellite and GPS technologies, but their research focused on monitoring volcanoes rather than predicting future behaviour.

Source: CNN Tech.

Editor’s note: With all due respect to scientific research, I have always expressed doubts about the use of exact sciences such as modeling, simulation or data assimilation in volcanology. Certainly, they help to understand certain phenomena. The modeling of pyroclastic flows, for example, makes it possible to understand their progress. For the rest, we know how the behaviour of a volcano can be unpredictable (Piton de la Fournaise has been a good example in recent months!). Regarding the implementation of the study, I do not understand why scientists have chosen Grimsvötn and Okmok which are not among the most active volcanoes on the planet; moreover, they are not really located near the inhabited areas mentioned in the article.

Lac dans le cratère du Cône E, à l’intérieur de la caldeira de l’Okmok (Crédit photo: AVO).