Catégorie : Science

Etude des éruptions phréatiques du Poás (Costa Rica) // Study of phreatic eruptions at Poás volcano (Costa Rica)

drapeau-francaisLes éruptions phréatiques sont parmi les dangereuses et ont fait de nombreuses victimes. Il suffit de se rappeler l’éruption du Mt Ontake (Japon) en septembre 2014 qui a surpris des randonneurs et tué une cinquantaine d’entre eux. Les éruptions phréatiques sont extrêmement difficiles à prévoir car elles se produisent souvent avec peu ou pas de signes précurseurs.
Récemment, des chercheurs d’Amérique Centrale ont mesuré les émissions de gaz au niveau du lac de cratère du Poás (Costa Rica) pour essayer de détecter certains éléments précurseurs des éruptions phréatiques majeures. Le cratère du Poás est visité par des milliers de touristes chaque année et des explosions phréatiques se produisent fréquemment au niveau du lac. Elles peuvent se présenter sous la forme de simples petits jets de gaz ou d’explosions beaucoup plus puissantes qui projettent des roches, des sédiments, de la vapeur et de l’eau à plus de 400 mètres au-dessus de la surface du lac.
L’objectif des mesures était de quantifier les gaz émis (CO2, SO2, H2S) et de contrôler les variations dans leur composition. Avant cette étude, on pensait que les éruptions phréatiques étaient principalement générées par des changements dans les systèmes hydrothermaux et se produisaient sans signes précurseurs mesurables. La nouvelle étude montre qu’il se produit des changements évidents dans la composition des gaz juste avant les éruptions phréatiques du Poás, et qu’ils sont générés par de brèves périodes d’injection de gaz à haute température en provenance du système magmatique profond.
Les chercheurs ont mesuré in situ les gaz émis par le lac de cratère en utilisant une station d’analyses fixe de gaz multiples sur une période d’activité phréatique de deux mois en 2014. (Le lac a montré une activité phréatique intense entre 2006 et 2014.)
La précision des mesures est très importante pendant les analyses de gaz multiples. La station mesure les rapports entre les gaz, tels que SO2 / CO2 et H2S / SO2. Les premiers tests ont démontré que l’apparition d’éruptions et un rapport SO2 / CO2 élevé sont statistiquement corrélés, et qu’il existe une relation entre une période éruptive calme et un rapport SO2 / CO2 faible. Les données sur la composition des gaz présentent des variations significatives dans le rapport entre le SO2 et le CO2 ; il y a une corrélation entre ces variations d’une part et la fréquence et l’intensité des éruptions phréatiques d’autre part. Les scientifiques ont remarqué que la composition des gaz émis directement par le lac du Poás se rapproche de celle des gaz magmatiques les jours qui précèdent de fortes éruptions phréatiques. Les mesures de gaz effectuées à l’aide d’un mini-DOAS (spectroscopie d’absorption optique différentielle) montrent que les  émissions élevées de SO2 du lac se produisent pendant l’activité éruptive et sont également associées à un rapport SO2 / CO2 élevé. Ces résultats laissent supposer que de courtes périodes d’injection de gaz magmatiques très chauds sont directement responsables de l’apparition d’éruptions phréatiques ponctuelles.
Ces résultats montrent également que la surveillance continue des gaz émis par le Poás peut constituer un moyen efficace de prévision des éruptions phréatiques. Le principal problème à résoudre est le fonctionnement de l’instrument de mesure dans des conditions extrêmement difficiles. Les composants périphériques de la station ont été détruits par une puissante éruption en juin 2014, ce qui a mis un terme aux manipulations. Cependant, l’instrument proprement dit a survécu et analyse actuellement les changements dans la composition des gaz fumerolliens.
Il y a encore beaucoup de choses que les scientifiques ne connaissent pas dans les interactions entre les gaz magmatiques et les systèmes hydrothermaux. Cette étude montre en particulier que la cinétique joue un rôle majeur dans ces systèmes. La plupart des modèles géochimiques utilisés pour comprendre le dégazage volcanique supposent des conditions d’équilibre. Une fois que l’on aura admis que des facteurs cinétiques sont souvent plus influents que les conditions d’équilibre, on aura franchi un pas important dans la compréhension des processus de dégazage volcanique.
Source: Université du Nouveau-Mexique: http://www.unm.edu/

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drapeau-anglaisPhreatic eruptions are among the most dangerous and have claimed lots of victims. One just needs to remember the eruption of Mt Ontake (Japan) in September 2014 that surprised trekkers and killed about 50 of them. Indeed, phreatic eruptions are extremely difficult to forecast, often occurring with little or no precursors.

Recently, Central American researchers measured gas emissions from the crater lake at Poás volcano in Costa Rica, in an attempt to determine some of the precursors to major volcanic eruptions. The Poás crater is visited by thousands of tourists every year. Phreatic explosions frequently occur from the lake, ranging from minor gas bursts to highly explosive jets ejecting rocks, sediments, vapour and lake water to more than 400 metres above the lake surface.

The initial goal of the study was to quantify gas fluxes (CO2, SO2, H2S) from the volcano and to monitor changes in gas compositions. Before this study, phreatic eruptions were primarily thought to be generated by changes in hydrothermal systems, and to occur with no appreciable precursors. The new study shows that there are clear short-term changes in gas compositions prior to phreatic eruptions at Poás, and that they are generated by short-period changes in high temperature volcanic gas input from  the deep magmatic system.

The Central American researchers measured gas emissions from the crater lake in situ using a fixed multiple gas analyzer station (Multi-GAS) during a two month period of phreatic activity in 2014. (The lake was the site of intense phreatic eruptive behavior between 2006 and 2014.)

Both accuracy and precision are important in the Multi-GAS measurements. The Multi-GAS instrument measures gas ratios, such as SO2/ CO2 and H2S / SO2. Diagnostic tests proved that the occurrence of eruptions and high SO2/ CO2 are statistically correlated, and that the occurrence of quiescence and low SO2/ CO2 are also correlated. The gas composition data show significant variations in the ratio between SO2 and CO2, which are statistically correlated with both the occurrence and the size of phreatic eruptions. The scientists found that the composition of gas emitted directly from the lake approaches that of magmatic gas days before large phreatic eruptions. Gas flux measurements conducted using mini-DOAS (differential optical absorption spectroscopy) show that high emission rates of SO2 from the lake occur during eruptive activity and are also associated with high SO2/CO2. Importantly, the results suggest that short-period pulses of magmatic gas and heat are directly responsible for generating individual phreatic eruptions.

These results show that high-frequency gas monitoring may provide an effective means of forecasting phreatic eruptions. The biggest challenge to this monitoring approach is maintaining the Multi-GAS instrument in extremely harsh conditions. Peripheral components of the station were destroyed by a large eruption in June 2014, which spelled the end of the lake gas emission experiment. However, the instrument survived and is currently monitoring changes in fumarole gas composition.

There are still many things scientists do not know about the interactions between magmatic gases and hydrothermal systems. This study shows in particular that kinetics are very important in these systems. Most geochemical models that are used to understand volcanic degassing assume equilibrium conditions. Once it is accepted that kinetic factors are often more influential than equilibrium conditions, a closer to understanding of volcanic degassing processes will probably be reached.

Source: University of New Mexico: http://www.unm.edu/

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Cratère et lac du Poás (Crédit photo: Wikipedia)

 

El Chichon (Mexique) a-t-il provoqué aussi l’ « Age des Ténèbres » ? // Did El Chichon also trigger the « Dark Ages » ?

drapeau-francaisDans ma note précédente, j’ai expliqué qu’une éruption du volcan El Chichon (Mexique) en l’an 540 de notre ère a pu contribuer à l’effondrement de la civilisation maya. Un pic de soufre dans des carottes glace prélevées aux pôles indique qu’il y a deux signatures éruptives très proches l’une de l’autre, respectivement en 536 et en 540. Par ailleurs, les analyses de cernes d’arbres en Europe du Nord révèlent un très fort refroidissement du climat.
Dans une étude publiée dans la revue Climate Change, un chercheur allemand au Centre GEOMAR pour la Recherche Océanique à Kiel pense que les deux éruptions – en 536 et 540 – « représentent probablement l’événement volcanique qui a le plus affecté le climat de l’hémisphère nord au cours des 1500 dernières années. » Comme je l’ai écrit auparavant, l’impact combiné des deux éruptions a fait chuter la température de deux degrés Celsius au cours de ce qui fut probablement la décennie la plus froide des deux derniers millénaires.
Cette baisse soudaine de la température, causée par l’écran des particules de soufre dans la stratosphère, a eu un impact dévastateur sur l’agriculture, avec une famine dans une grande partie de l’Europe et même au-delà. La première épidémie de peste sur le continent a eu lieu un an après la deuxième éruption, mais on ne sait pas si l’hiver volcanique a joué un rôle direct dans la propagation de la maladie. A une plus grande échelle, la double éruption a marqué la transition entre les dernières années de l’Antiquité et l’ « Age des Ténèbres », période agitée qui s’étire entre la chute de Rome en 476 et la renaissance carolingienne des 8ème et 9ème siècles.
Source: Phys.org (http://phys.org/)

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drapeau-anglaisIn my preceding note, I explained that an eruption of El Chichon volcano (Mexico) in 540 may have contributed to the collapse of the Mayan civilisation. A sulphur spike in ice core records from the poles indicates there are two closely spaced signatures in the ice record, with the first one occurring in AD 536 and another one in AD 540. Besides, tree ring data in northern Europe from this time indicates there was very strong cooling.

In a study released in the journal Climate Change, a German researcher at the GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research in Kiel thinks that the two eruptions – in 536 and 540 – « were likely the most powerful volcanic event affecting the northern hemisphere climate over at least the past 1,500 years. »  As I put it before, their combined impact lowered temperatures by two degree Celsius during what is probably the coldest decade in the last two millennia.

This sudden drop, caused by a sun-blocking blanket of sulphur particles in the stratosphere, had a devastating impact on agriculture, provoking famine throughout much of Europe and beyond. The continent’s first pandemic plague occurred one year after the second blast, though it is not known whether the volcanic winter played a direct role in the disease’s spread. More broadly, the twin blasts marked the pivot between the waning years of Antiquity and the prolonged period of social decline and turmoil known as the Dark Ages.

Source : Phys.org (http://phys.org/)

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El Chichon après la dernière éruption de 1982 (Crédit photo: Wikipedia)

Le Groenland continue à fondre // Greenland keeps melting

drapeau-francaisLes années se suivent et se ressemblent et la fonte de la glace continue à s’accélérer dans l’Arctique. Les scientifiques de l’Institut Météorologique Danois en charge de la surveillance de la calotte glaciaire du Groenland viennent d’indiquer qu’elle connaît un niveau de fonte record pour cette époque de l’année. Bien que nous soyons seulement en avril, près de 12 pour cent de la surface totale de la couche de glace est recouverte d’une couche d’eau de fonte d’une épaisseur d’au moins un millimètre, ce qui est considérable.
Cette situation fait resurgir le souvenir de 2012, année où la fonte de la glace avait envoyé quelque 562 milliards de tonnes d’eau douce dans l’océan, assez pour élever le niveau de la mer de plus d’un millimètre sur la planète au cours de cette seule année. La saison de fonte de 2012 avait également affecté des zones montagneuses jusqu’à deux mille mètres au-dessus du Groenland
Ces dernières années, le Groenland a perdu une telle masse que, venant s’ajouter aux changements dans l’Antarctique et à la quantité d’eau stockée sur les continents de la planète, le phénomène semble avoir eu un effet subtil mais mesurable sur la rotation de la Terre !

Le graphique ci-dessous montre l’évolution de la zone de fonte au Groenland, avec en couleur les 4 dernières années. On remarquera l’anomalie de 2012. (Source: National Snow and Ice Data Center)

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Les chercheurs attribuent la fonte précoce de 2016 aux conditions météorologiques, et plus précisément, à une masse d’air chaud qui, aux latitudes moyennes, s’est bloquée au-dessus de la calotte de glace. C’est ce qui s’est probablement déjà produit en 2012 ; à l’époque, le seul rayonnement solaire n’avait pas suffi à causer l’essentiel de la fonte.

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La masse d’air chaud au-dessus du Groenland (Source: Credit: Earth.NullSchool.net)

Toutefois, même avec une saison de fonte très précoce en 2016, il est important de souligner que la perte de masse totale de glace reste relativement faible au Groenland. Ce genre d’événement en début de saison a un effet négligeable sur la perte globale, en raison du regel de l’eau, mais il pourrait avoir un impact très important plus tard dans la saison de fonte.

Contrairement à la grande calotte glaciaire de l’Antarctique, celle du Groenland fond à la fois à sa surface et aussi au niveau des glaciers qui évacuent leur masse de glace dans des fjords profonds, où ils terminent leur course dans l’océan en produisant parfois de très volumineux icebergs.

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(Photo: C. Grandpey)

La fonte de surface peut interagir avec ce processus car l’eau ainsi produite s’écoule dans les rivières avant de plonger profondément dans des moulins qui la conduisent sous la couche de glace en  accélérant souvent son écoulement. Voici une belle vidéo illustrant ce phénomène: https://www.youtube.com/watch?v=-EMCxE1v22I
La fonte de la glace en avril ne concerne pas en soi une grande partie de la calotte glaciaire du Groenland, mais elle soulève des questions sur la situation à venir lorsque se produiront les pics de fonte pendant l’été.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau-anglaisUnfortunately, all years are alike and ice melting is accelerating in the Arctic. Scientists of the Danish Meteorological Institute monitoring the vast Greenland ice sheet have just announced that it is experiencing a record-breaking level of melt for so early in the season. Although it’s only April, nearly 12 percent of the ice sheet’s surface is covered with a layer of meltwater of a depth of at least a millimetre.

The news raised memories of the record melt season in 2012, when the ice sheet as a whole lost 562 billion tons of freshwater mass to the ocean, enough to raise sea levels the world over by more than a millimetre in that year alone. The 2012 melt season experienced melting even at mountainous heights over two kilometres into the sky atop Greenland

In recent years Greenland has been losing so much mass that, along with changes in Antarctica and the amount of water stored on the globe’s continents, it appears to be having a subtle but measurable effect on the rotation of the Earth itself (see graph above).

Researchers attribute the surprising early melt this year to weather conditions, and more specifically, a warm air mass getting stuck over the ice sheet. This is similar to what appears to have happened in 2012 when it was not just direct solar radiation that caused the bulk of the melting.

However, even with an early season melt event like in 2016, it is important to emphasize that the total mass loss is likely to be low in Greenland. This sort of event, early in the season, has a negligible effect on the mass loss, because of the water refreeze. However, it could be very important for later in the melt season.

Unlike the great ice sheet of Antarctica, the Greenland ice sheet is melting both on its surface and also at outlet glaciers that drain the ice sheet’s mass through deep fjords, where these glaciers extend out into the ocean and often terminate in dynamic calving fronts, sometimes giving up huge icebergs. Surface melt can interact with this process, because water atop the ice sheet flows in surface rivers and then plunges deep into moulins that lead it below the ice sheet, where it can lubricate and speed up its flow. Here is a nice video to illustrate this phenomenon: https://www.youtube.com/watch?v=-EMCxE1v22I

The April melt in itself is still not a huge part of the ice sheet but it raises questions about what will happen when summer peaks.

Source: Alaska Dispatch News.

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Moulin dans la calotte glaciaire du Groenland (Crédit photo: Wikipedia)

Vue informatique du séisme du 24 janvier 2016 à Anchorage // Computer view of the 24 January 2016 Anchorage earthquake

drapeau-francaisLa partie sud-ouest de l’Alaska a été secouée par un violent séisme de magnitude M 7.1 aux premières heures du dimanche 24 janvier 2016 (voir ma note du 25 janvier), avec la destruction de quatre maisons sur la péninsule de Kenai et un mouvement de panique dans toute la région. Le séisme s’est produit à 1h30 (heure locale) sur la rive ouest de Cook Inlet, à environ 105 km à l’ouest de Homer et à environ 260 km au sud-ouest d’Anchorage, à une profondeur de 120 km. Il a duré une trentaine de secondes et a été ressenti jusqu’à Juneau et Fairbanks.

Une vidéo de l’USGS montre de manière amplifiée la réaction, et surtout la résistance à ce séisme, du Robert B.Atwood Building, un édifice célèbre du centre-ville d’Anchorage.
https://youtu.be/Nt0m5JWa62w

La vidéo propose une transposition informatique des mouvements de cet immeuble situé à l’angle de West Seventh Avenue et F Street. Ils sont amplifiés 300 fois à des fins d’étude. Le but est de montrer les contraintes que doit supporter un bâtiment, tant au niveau de la translation – nord, sud, est, ouest – que de la torsion. Bien que les mouvements soient amplifiés dans la vidéo, la durée est conforme à celle enregistrée par les sismographes pendant l’événement.
Les sismologues étudient également les mouvements de deux autres bâtiments d’Anchorage : l’hôtel Hilton et le Frontier Building à l’angle de 36th Avenue et A Street. Aucun d’entre eux n’a été endommagé pendant le séisme.

Sources: USGS / ADN.

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drapeau-anglaisSouthcentral Alaska was rocked by a strong and prolonged M 7.1 earthquake early Sunday January 24th 2016 (see my note of January 26th), destroying four homes on the Kenai Peninsula and causing panic throughout the region. The quake struck at 1:30 a.m (local time) on the west side of Cook Inlet, about 105 km west of Homer and about 260 km southwest of Anchorage, at a depth of 120 km. It was felt from Juneau to Fairbanks.

A video from the U.S. Geological Survey offers an amplified look at how one of downtown Anchorage’s landmark structures weathered the event.

https://youtu.be/Nt0m5JWa62w

The video depicts computer-generated movements of the Atwood Building at West Seventh Avenue and F Street. They are magnified 300 times for study purposes. The aim is to show the actual motions that a building can have, which is translational — north, south, east, west — and then torsional. Although the motion in the video is magnified, how long the Atwood moves in the clip is unchanged from the day of the quake.

The seismologists are also examining the movements of two other Anchorage buildings during the quake, including the Anchorage Hilton and the Frontier Building at 36th Avenue and A Street. None of them were damaged during the quake.

Sources : USGS / ADN.

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Robert B. Atwood Building dans le centre-ville d’Anchorage (Crédit photo: Wikipedia)