Catégorie : Science

La gravité sur le Kilauea // Gravity on Kilauea volcano

drapeau francaisUn récent article publié par l’Observatoire des Volcan d’Hawaii (le HVO) montre l’évolution de la gravité sur le Kilauea.
On considère trop souvent la gravité comme une constante, une force qui s’exerce également, en tous points, mais ce n’est pas tout à fait vrai. En fait, la force exercée par la gravité dépend de la masse sous nos pieds et de notre distance par rapport à cette masse. S’il y a quelque chose de très dense dans le sous-sol, comme une chambre magmatique solidifiée, la gravité sera un peu plus forte dans cette zone. A l’inverse, plus on est éloigné du centre de la Terre, plus faible est la gravité. Par exemple, je pèse un peu moins (quelques centaines de grammes) au sommet du Mauna Loa (4169 m) qu’au niveau de la mer à Hilo!
La gravité peut également varier au fil du temps. Au fur et à mesure que le magma s’accumule dans les profondeurs, il pousse le sol vers le haut, ce qui provoque une diminution de la gravité. Ce changement est toutefois contrebalancé par la nouvelle masse de magma dans le sous-sol qui provoque une hausse de la gravité.
Des mesures de variations de la gravité sont effectuées sur le Kilauea depuis les années 1970. Ces études ont révélé un fait remarquable : il existe des espaces vides – probablement un réseau de fissures interconnectées plutôt qu’un seul grand gouffre – sous la surface du volcan. L’accumulation de magma dans ces vides provoque une augmentation de la gravité en raison de l’ajout de masse, mais cela n’entraîne guère de soulèvement de la surface en parallèle.
Au cours des dernières années, les variations de gravité ont été mesurées par des instruments installés en trois endroits sur le Kilauea. Ces mesures continues ont révélé des choses surprenantes sur le lac de lave au sommet du volcan.
En mars 2011, le lac dans le cratère de l’Halema’uma’u s’est vidangé suite à l’éruption fissurale de Kamoamoa sur l’East Rift Zone. La chute du  niveau du lac de lave a provoqué une diminution importante de la gravité mesurée par un instrument sur la lèvre de l’Halema’uma’u. Une caméra thermique à proximité a également suivi la baisse de niveau du lac, ce qui a permis de calculer le volume de lave évacué. Connaissant la masse et le volume, les scientifiques du HVO ont pu déterminer la densité de la lave.
La densité des roches basaltiques qui composent la majeure partie de l’île d’Hawaï est d’environ 2,5 fois la densité de l’eau. Les scientifiques du HVO pensaient que la lave du lac dans l’Halema’uma’u serait légèrement moins dense que la roche environnante, étant donné les gaz qu’elle contient. En fait, les données gravimétriques et celles de la caméra thermique au moment de la vidange du lac en mars 2011 ont révélé que la lave qui occupe la partie supérieure de ce dernier, sur une épaisseur d’environ 200 mètres, avait une densité inférieure à celle de l’eau ! Il semblerait que la partie supérieure du lac soit constituée essentiellement d’écume en raison de la grande quantité de gaz dans la lave.
La station gravimétrique installée près du cratère de l’Halema’uma’u enregistre les variations de gravité depuis 2011, en prenant en compte les nombreux cycles de hausse et de baisse du niveau du lac de lave. Ces données démontrent que la densité de la lave reste faible, à peu près égale à celle de l’eau. Des changements brusques de gravité ont également été observés à plusieurs reprises depuis 2011 ; ils indiquaient l’arrivée de nouveau magma près du sommet. Ces données gravimétriques fournissent donc des informations importantes, non seulement sur les caractéristiques du lac de lave, mais aussi sur les mouvements du magma en profondeur.

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drapeau anglaisA recent article released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) shows the changes in gravity over Kilauea volcano.

Gravity is often seen as a constant, a force that pulls on everyone equally, everywhere. But this is not quite true. In fact, the force of gravity depends on the mass beneath our feet, and our distance from that mass. If there is something very dense beneath the ground, like a solidified magma chamber, gravity is a bit stronger in that area. Conversely, the farther we are from the Earth’s center, the weaker gravity is. For example, I weigh slightly less (by a small fraction of a pound) at the 4169-m summit of Mauna Loa than at sea level in Hilo!

Gravity can also change over time. As magma accumulates beneath the ground, it pushes the ground upward, causing gravity to decrease. This change is counterbalanced, however, by the new mass of magma beneath the ground, which causes gravity to increase.

Measurements of gravity change have been conducted at Kilauea since the 1970s. A noteworthy result of these studies is the recognition that there are void spaces – probably a network of interconnected cracks rather than a single large cavern – beneath the volcano’s surface. Magma accumulation in these voids causes a gravity increase due to the addition of mass, but there is little associated surface uplift.

In the past several years, gravity changes have been measured by continuously recording instruments installed at three locations on Kilauea. These measurements have revealed surprising insights about Kilauea’s summit lava lake.

In March 2011, the summit lava lake within Halema’uma’u Crater drained due to the onset of the Kamoamoa fissure eruption on the East Rift Zone. The dropping lava lake level was associated with a major decrease in gravity measured by an instrument on the rim of Halema’uma’u. A nearby thermal camera also tracked the lowering lava lake level, making it possible to calculate the volume of lava that drained from the lake. Knowing the mass and volume, HVO scientists can determine the density of lava.

The density of the basaltic rocks that make up most of the Island of Hawaii is about 2.5 times the density of water. HVO scientists expected Kilauea’s summit lava lake to be slightly less dense than the rock, given the gases contained in the lava, but not by much. The gravity and thermal camera data from the draining of the lava lake in March 2011, however, revealed that the upper 200 metres or so of the lake has a density less than that of water. Apparently, the upper part of the lava lake is frothier than expected due to the large amount of gas in the lava.

The Kilauea summit vent gravity station has recorded changes over several years since 2011, through many cycles of lava lake level rise and fall. These data clearly demonstrate that the lava lake density has remained low, roughly equal to that of water. Abrupt changes in gravity have also occurred a few times since 2011, signaling the arrival of fresh batches of magma near the summit. These gravity data, therefore, provide important information, not just about lava lake characteristics, but also about subsurface magma movement.

Halemau-fevrier

Bouche active dans le cratère de l’Halema’uma’u (Photo: C. Grandpey)

 

Les cristaux de feldspath du Mont St Helens // Mount St Helens’ feldspar cristals

drapeau francaisPlus de 36 ans après l’éruption du Mont St Helens en mai 1980, des scientifiques présents à la conférence Goldschmidt au Japon – événement réunissant plus de 3500 des meilleurs géochimistes au monde – ont révélé que les cristaux de feldspath inclus dans le magma pourraient permettre d’évaluer le risque de futures éruptions du St Helens et de certains autres volcans actifs dans monde.
Le point central des études effectuées par les géochimistes est le mouvement des cristaux de feldspath. Les chercheurs ont étudié la manière selon laquelle les cristaux de feldspath zonés ont grandi et se sont déplacés sous le St. Helens au cours de la phase pré-éruptive qui a débouché sur l’explosion de 1980. Tout comme les arbres, les cristaux sont constitués de couches concentriques, et comme les anneaux des arbres, les couches offrent aux scientifiques une fenêtre sur la formation et le déplacement des cristaux. Si l’on est capable de lire les données enregistrées dans les cristaux zonés, on apprend où et quand le magma s’est déplacé sous le volcan. L’ascension rapide du magma à des profondeurs de plusieurs kilomètres est une bonne indication que quelque chose d’important est en train de se produire.
Les chercheurs ont constaté que, pendant les trois années qui ont précédé l’éruption du Mt St Helens, les cristaux présents dans le magma sous le volcan sont passés d’une profondeur de plus de 10 kilomètres à moins de 5 kilomètres. C’est la preuve que le système magmatique était devenu instable, probablement au cours des mois ou des années avant l’éruption. Au vu de cette évolution, il est raisonnable de penser qu’une situation semblable précédera d’autres éruptions du St Helens et peut-être de nombreux autres volcans de la planète.
Cependant, la révélation faite lors de la conférence Goldschmidt ne se situe pas dans le cadre de la prévision en temps réel ; il s’agit davantage d’une étude rétrospective de ce qui s’est produit en profondeur sous le volcan avant l’éruption de 1980. Pourtant, les chercheurs espèrent que cette nouvelle approche facilitera les travaux sur d’autres volcans actifs comme le Pinatubo aux Philippines et le Bezymianny en Russie.
Source: The Oregonian.

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drapeau anglaisMore than 36 years after the eruption of Mt St Helens in May 1980, experts at the Goldschmidt conference in Japan, a meeting of more than 3,500 of the world’s top geochemists, have revealed that feldspar crystals in the magma could help experts assess the risk of future eruptions at Mount St Helens and some of the world’s other most active volcanoes.

The focus of the studies was on the movement of feldspar crystals. The researchers looked for signs in the way zoned feldspar crystals grew and moved beneath Mount St. Helens in the build-up to the 1980 eruption. Much like trees, the crystals are made up of concentric layers, and like tree rings, the layers offer scientists a window into the conditions present when the crystals form and how they move as they grow. If one can read the record preserved in the zoned crystals, one can learn where and when magma has moved under the volcano. Rapid upward movement of magma at depths of several kilometres is a good indication that something significant is happening.

Researchers found that, in the three years preceding the Mt St Helens eruption, crystals in the magma beneath the volcano rose from a depth of more than 10 kilometres to less than 5 kilometres. This indicated that the magma system beneath the volcano had become destabilised, probably in the months to years before the eruption. Taking this movement into account, it is reasonable to assume that similar movement will precede any further eruptions on Mt St Helens and perhaps on many other volcanoes.

However, the revelation made during the Goldschmidt conference is not real-time monitoring it is rather a retrospective study of what went down deep beneath the volcano before it erupted. Still, researchers are hopeful this new information will help their studies of other active volcanoes like Mt. Pinatubo in the Philippines and Bezymianny in Russia.

Source: The Oregonian.

St-Helens-blog

Photo: C. Grandpey

L’affaissement du Lassen Peak (Californie) // Lassen Peak is sinking in California

drapeau francaisErik Klemetti, professeur de Sciences de la Terre à l’Université Denison, vient de publier une note très intéressante qui indique que de nombreux volcans dans le monde ont tendance à s’affaisser pour des raisons que les géologues ne parviennent pas vraiment à cerner. Certains de ces volcans ont eu des éruptions récentes, d’autres sont en sommeil depuis des millénaires.
Le Lassen Peak, au sud de la Chaîne des Cascades, est un bon exemple de ce phénomène. Sa dernière éruption a eu lieu en 1915. Les données présentées dans le Journal of Volcanology and Geothermal Research montrent que toute la zone du Lassen Peak s’affaisse depuis le milieu des années 1990. Les données satellitaires de 1992 à 2010 révèlent qu’une zone 30-40 kilomètres de diamètre centrée près de Reading Peak s’enfonce à raison d’environ 10 millimètres par an, ce qui équivaut à un affaissement de 18 centimètres du Lassen Peak pour cette période!
Ce résultat a été obtenu grâce à l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR). Comme je l’ai écrit il y a quelque temps, cette méthode utilise des mesures satellitaires précises de la surface de la Terre. Elles produisent des interférences d’images qui sont ensuite converties en valeurs positives ou négatives selon le degré d’interférence.
Les données géodésiques terrestres – moins précises que l’InSAR – rassemblées au cours des 70 dernières années ne montrent pas vraiment d’affaissement du Lassen avant le début des années 1990. Il semble que la source de l’affaissement soit un point situé à environ 8,3 kilomètres sous le centre volcanique. Il n’est pas directement sous le Lassen Peak, mais en décalage vers le sud, sous certaines des zones hydrothermales les plus actives de la région. La profondeur est à peu près la même que celle où le magma est censé être stocké sous le volcan.

Comme je l’ai écrit plus haut, les causes de l’affaissement ne sont pas claires et il pourrait y en avoir de plusieurs types. La plus probable est le refroidissement et la cristallisation du magma après l’éruption du Lassen entre 1914-1917. En effet, au fur et à mesure que le magma refroidit, il perd de son volume. Une autre raison pourrait être une modification des fluides hydrothermaux en dessous de la zone d’affaissement. Il existe une certaine corrélation entre la phase importante d’affaissement entre 2004 et 2007 et l’activité sismique dans la zone du système hydrothermal. Le séisme de M 7.3 enregistré à Landers en 1992, à environ 840 km du Lassen, peut avoir déclenché le processus et provoqué un événement de M 3.5 dans la zone de Lassen Peak13 minutes plus tard. Cependant, ces événements sont des corrélations plus que des causalités et n’ont pas fait l’objet d’une étude plus approfondie.
Il se pourrait aussi que le phénomène d’affaissement ne soit pas lié au magmatisme. Des failles locales liées à la Basin and Range Province sont à l’origine d’un bassin d’effondrement autour de l’ensemble volcanique du Lassen. La nature plus chaude de la croûte dans la région pourrait signifier que cette zone est plus sensible aux effondrements que les zones plus froides. Medicine Lake dans le nord de la Californie est un autre volcan des Cascades en phase d’affaissement. Dans ce cas, les études pointent du doigt les forces tectoniques ainsi que le refroidissement d’un corps de magma en profondeur. Il se pourrait que ce double phénomène soit relativement fréquent dans les Cascades, y compris dans la région du Lassen Peak..

Vous pourrez lire l’article d’Eril Klemetti à cette adresse:
http://www.wired.com/2016/06/lassen-peak-sinking-volcanologists-dont-know/

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drapeau anglaisErik Klemetti, an assistant professor of Geosciences at Denison University, has just posted a very interesting note indicating that many volcanoes in the world are subsiding for reasons geologists can’t really understand. Some have had recent eruptions, others haven’t erupted for millennia.

One good example is Lassen Peak, the southernmost volcano in the Cascade Range, which last erupted in 1915. Data presented in the Journal of Volcanology and Geothermal Research shows that the whole Lassen Peak area has been sinking since the mid-1990s. Satellite data from 1992 to 2010 reveal that an area 30-40 kilometres across centered near Reading Peak has been sinking at a rate of about 10 millimetres per year. So, over that span the Lassen Peak area has subsided about 18 centimetres!

This result was obtained thanks to Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR). As I put it before, this method uses precise measurements of the Earth’s surface performed by satellites. It produces interference in the images which are then converted into values of up and down based on the extent of interference.

Land-based geodetic data collected by leveing for the last 70 years show no measurable evidence for subsidence at lassen Peak prior to the early 1990s. It seems that the source causing the sinking is a point located 8.3 kilometres beneath the volcanic centre. It isn’t directly under Lassen Peak, but offset to the southeast under some of the more hydrothermally active areas in the Lassen Peak area. It is at a depth that is roughly the same as where magma is supposed to be stored underneath the Lassen Volcanic Center.

AsI put it above, the reasons for the sinking are not clear and there could be many of them. The most likely culprit is cooling and crystallizing of magma after the 1914-17 eruption of Lassen Peak. Indeed, as magma cools, it loses volume. Another reason might be a change in the flow of hydrothermal fluids underneath the area to prompt subsidence. There is some loose correlation between the times of greater subsidence between 2004-07 and more earthquakes within the area of the hydrothermal system. The M7.3 Landers earthquake in 1992, centered about 840 kilometres away may have started the processes it triggered a M3.5 earthquake at Lassen within 13 minutes. However, these events are still correlations rather than causations without further study.

The sinking might not be related to the magmatism at the Lassen Volcanic Center. Local faults related to the Basin and Range province are causing a deepening basin around the Lassen Volcanic Center and the warmer nature of the crust in the area might mean this area is susceptible to more sinking compared to cooler areas. Medicine Lake in northern California is one of the other volcanoes in the Cascades that is also sinking. Studies there point the finger at tectonic forces along with cooling of a magma body at depth, so this combination might be a common occurrence in the Cascades.

You will find Erik’s complete article at this address :

http://www.wired.com/2016/06/lassen-peak-sinking-volcanologists-dont-know/

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Photo: C. Grandpey

 

Possible réduction du trou dans la couche d’ozone // Possible reduction of the ozone layer hole

drapeau francaisSelon une équipe internationale de scientifiques, on observe les premiers signes d’une réduction du trou dans la couche d’ozone au-dessus de l’Antarctique. Les chercheurs ont constaté en septembre 2015 que le trou avait diminué de plus de 4 millions de kilomètres carrés depuis 2000, année où la situation était la plus inquiétante. L’équipe a également montré pour la première fois que cette reprise avait quelque peu ralenti à certains moments, en raison des effets des éruptions volcaniques (celle du Calbuco au Chili, par exemple). Dans l’ensemble, cependant, le trou dans la couche d’ozone semble être sur la voie de la guérison.
La réduction correspond aux modélisations et est largement due à la diminution de la quantité de chlore dans l’atmosphère. En effet, à l’origine, l’agrandissement du trou dans la couche d’ozone a été attribué aux chlorofluorocarbures, les fameux CFC. En 1987, le protocole de Montréal, qui est entré en vigueur le 1er janvier 1989, a interdit l’utilisation des CFC. Il semble que les récents résultats optimistes soient le résultat du protocole. Cependant, comme l’a fait remarquer une scientifique française du CNRS sur une radio, il ne faudrait pas s’enthousiasmer trop vite. Il faudra attendre plusieurs années pour avoir confirmation de la tendance.

En cliquant sur ce lien, vous verrez une animation montrant la moyenne de septembre concernant le trou dans la couche d’ozone au niveau de l’Antarctique entre 1979 et 2015 :
https://zippy.gfycat.com/WaterloggedWindingKentrosaurus.webm

Source: Massachusetts Institute of Technology.

Par ailleurs, il faut insister sur le fait que les CFC et le trou dans la couche d’ozone n’ont rien à voir avec les gaz à effet de serre qui sont responsables du changement climatique actuel. Si nous pouvons être optimistes quant à la réduction du trou dans la couche d’ozone, le réchauffement climatique reste préoccupant et il n’y a actuellement aucune indication que la santé de la planète s’améliore.

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drapeau anglaisAccording to an international team of scientists, there are the first clear signs that the hole in the Antarctic ozone layer is beginning to close. The team found that the September 2015 ozone hole had shrunk by more than 4 million square kilometres since 2000 when ozone depletion was at its peak. The team also showed for the first time that this recovery has slowed somewhat at times, due to the effects of volcanic eruptions (Calbuco’s in Chile, for instance). Overall, however, the ozone hole appears to be on a healing path.

The decline matches the model’s predictions and more than half the shrinkage is due solely to the reduction in atmospheric chlorine. Originally, the widening of the ozone hole was attributed to the CFCs. In 1987, the Montreal protocol, which entered into force on 1 January 1989, banned the use of CFCs. It seems that the recent positive results are the outcome of the protocol. However, as a French CNRS scientist put it on a French radio, we should not be enthusiastic too fast. More years will be necessary to confirm the trend.

By clicking on this link, you will see an animation showing September averages of the ozone hole in Antarctica from 1979 to 2015;

https://zippy.gfycat.com/WaterloggedWindingKentrosaurus.webm

Source : Massachusetts Institute of Technology.

Besides, one should insist that CFCs and the hole in the ozone layer have nothing to do with greenhouse gases which are responsible for the current climate change. If we can be optimistic about the reduction of the hole in the ozone layer, the situation about global warming is preoccupying and there is currently no indication that the world’s health is improving.