Catégorie : Science

L’aspect trompeur des panaches volcaniques // The confusing aspect of volcanic plumes

drapeau-francaisL’Observatoire des Volcans d’Hawaï (HVO), géré par l’USGS, a publié un article très intéressant sur les panaches volcaniques qui peuvent parfois être source de confusion. L’Observatoire indique qu’il reçoit de temps à autre des appels d’Hawaiiens qui sont inquiets parce qu’ils pensent que les panaches de l’Halema’uma’u ou du Pu’uO’o deviennent «énormes». En fait, il n’y a rien à craindre, du moins pour le moment. L’éruption au sommet du Kilauea et sur l’East Rift Zone continue sans grand changement, comme c’est le cas depuis de nombreux mois.
Les personnes qui observent attentivement les panaches de gaz et de vapeur du Kilauea savent que leur apparence et leur étendue dépendent de plusieurs facteurs tels que la quantité émise par les bouches éruptives, la direction et la vitesse du vent, mais aussi la température et l’humidité relative de l’air dans le secteur du volcan. Une émission de gaz plus importante entraîne généralement un panache d’apparence plus volumineuse. Une température plus basse de l’air et une humidité relative plus élevée peuvent produire un résultat similaire. Par ailleurs, les alizés, vents dominants à Hawaii, ont tendance à rabattre les panaches de gaz et de particules vers le sol et les envoient généralement vers des zones peu peuplées au sud-ouest des bouches actives du Kilauea.
Il convient de noter que les conditions atmosphériques au cours des derniers mois ont contribué à donner l’impression que les émissions du sommet et des zones de rift du Kilauea étaient plus denses. Il y a plusieurs explications à ce phénomène.
Tout d’abord, depuis le mois de novembre, l’hiver hawaiien a fait chuter les alizés, comme cela se produit régulièrement à cette saison. Les vents du sud, moins soutenus, ont pris le relais, ce qui a dirigé les émissions du Kilauea vers les zones voisines situées à l’est, entre Volcano et Hilo, et au-delà.
Ensuite, le phénomène El Niño, qui est le plus intense des 20 dernières années, a joué un rôle non négligeable. Les conditions météo générées par El Niño à Hawaii entraînent en général des inversions venteuses qui entraînent une sécheresse. Selon les dernières prévisions, El Niño devrait se poursuivre jusqu’au début de l’été. Si cette prédiction se réalise, il est probable que de grands panaches éruptifs vont continuer à monter verticalement au-dessus du Kilauea.

Il y a quelques années, tout en effectuant des mesures de température sur l’île sicilienne de Vulcano*, j’ai remarqué que le volume des panaches de gaz émis par le cratère de la Fossa pouvaient devenir particulièrement volumineux, surtout aux premières heures de la journée. J’ai également eu l’impression que leur apparence était différente en fonction des conditions météorologiques. Malgré cela, la température constante des fumerolles prouvait que la densité des panaches de gaz et de vapeur n’était pas été liée à une activité volcanique. Je décidai alors de faire une étude de la situation, à l’aide de trois instruments: un thermomètre, un baromètre et un hygromètre. J’ai passé 4 jours complets sur le volcan (entre 6 heures et 20 heures) et effectué des relevés toutes les heures. Mes résultats ne font que confirmer les conclusions du HVO. En ce qui concerne le cratère de la Fossa, l’humidité de l’air et la température ambiante ont un impact certain sur les panaches de gaz et de vapeur en début de matinée, ce qui explique leur densité plus élevée avant le lever du soleil. Lorsque l’air se réchauffe et devient plus sec, les panaches deviennent de plus en plus diffus. Plus tard, je remarqué le même phénomène sur le site des geysers d’El Tatio au Chili.

* Voir le mémoire intitulé « L’Ile de Vulcano » que j’ai rédigé il y a quelques années et qui est disponible après de l’Association Volcanologique Européenne.

———————————–

drapeau anglaisThe USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has written a very interesting article about volcanic plumes that can sometimes be confusing. The Observatory indicates it sometimes receives phone calls from local residents who worry because they think the plumes from Halema’uma’u or Pu’uO’o are getting “enormous”. Actually, there is nothing to worry about, at least for the time being. The summit and rift eruptions are going along steadily, as they have been for many months
Seasoned plume watchers know that the appearance and extent of the Kilauea’s plumes depends on several factors, including the amount of gas coming out of the vents, the direction and speed of the wind, and the temperature and relative humidity of the air around the volcano. More gas discharge generally means a plume that looks bigger, but lower air temperature or higher relative humidity can produce a similar result. Besides, Hawaii’s prevailing trade winds typically press the plumes close to the ground and carry gas and particle emissions to sparsely populated areas southwest of Kilauea’s vents.
It should be noted that atmospheric conditions during the past months have conspired to make Kilauea’s summit and rift emissions disconcertingly more evident to plume watchers. Several explanations can be given.
First, since November, Hawaii’s winter has brought a seasonally characteristic disruption to the trade winds. Slow-moving southerly winds have taken their place, bringing Kilauea’s emissions into nearby East Hawaiii communities, from Volcano to Hilo and beyond.
Second, but equally important, is the coincidence of the strongest El Niño in nearly 20 years. Typically, El Niño conditions in Hawaii produce wind direction reversals which sustain very dry conditions. According to the latest forecasts, El Niño is expected to continue until early summer. If this prediction comes true, it’s likely that tall, eruption plumes will keep rising vertically above the volcano.

A few years ago, while making temperature measurements on the Sicilian island of Vulcano, I noticed that the volume of the gas plumes coming out the Fossa crater could become voluminous, especially in the early hours of the day. Besides, I had the impression their appearance was different according to weather conditions. Anyway, the steady temperature of the fumaroles proved the density of the gas and vapour plumes was not related to any volcanic activity. I then decided to make a study of the situation, using three instruments: a thermometer, a barometer and a hygrometer. I spent 4 complete days on the volcano (between 6:00 and 20:00) and made hourly measurements. The results do confirm the HVO conclusions. As far as the Fossa crater is concerned, air humidity and temperature had a definite impact on the gas and vapour plumes in the early morning, which accounted for their higher density before sunrise. When the air got warmer and drier, the plumes were becoming more diffuse. I later noticed the same phenomenon at the El Tatio geysers in Chile.

Kilauea-panache

Panache de gaz de l’Halema’uma’u à Hawaii

Vulcano3 Champ fumerollien

Champ fumerollien dans le cratère de la Fossa à Vulcano

ESA-30-bis

« Geysers » d’El Tatio (Chili)

(Photos: C. Grandpey)

Les choux-fleurs de la planète Mars // The cauliflowers of Mars

drapeau-francaisLes images de Mars envoyées par les différentes sondes et autres robots semblent donner la preuve qu’il y a eu un jour de l’eau et un climat plus chaud et plus humide sur la planète rouge, mais les scientifiques ne savent toujours pas si la vie a laissé son empreinte à sa surface.
Les roches recueillies par le rover (en français l’astromobile) Spirit en 2008 près de l’affleurement rocheux Home Plate, dans le cratère Gusev, pourraient apporter une réponse. Leurs protubérances bosselées ressemblent étrangement à un chou-fleur ou du corail.

CauliflowerGros plan sur des roches silicatées recueillies par le rover Spirit

(Crédit photo: NASA)

La question est de savoir si ces roches ont été façonnées par des microbes, par le vent ou un autre processus.
Les analyses effectuées par le spectromètre à émission thermique Mini-TES à bord de Spirit ont révélé qu’elles sont composées de silice presque pure (SiO2), un minéral qui est très répandu dans les environnements volcaniques à haute température. Sa formation est bien connue: l’eau de pluie s’infiltre dans les fissures du sol et entre en contact avec des roches chauffées par le magma en profondeur. Portée à des centaines de degrés, l’eau devient dynamique et remonte en direction de la surface en dissolvant en chemin la silice et d’autres minéraux avant de les déposer autour d’une bouche ou une fumerolle. Ces dépôts se rencontrent autour des sources chaudes dans le Parc National de Yellowstone aux États-Unis, dans la zone volcanique de Taupo en Nouvelle-Zélande, ou encore en Islande.

Cauliflower 02

Cauliflower 01
Dépôts de geysérite à Yellowstone et en Nouvelle Zélande

(Photos: C. Grandpey)

Dans ces sites, les bactéries sont intimement impliquées dans la création de curieux bulbes et d’étranges ramifications dans des formations de silice qui ressemblent fortement aux roches martiennes en forme de chou-fleur. C’est la raison pour laquelle plusieurs chercheurs de l’Université de l’Arizona étudient la possibilité de l’implication des microbes dans l’élaboration des roches martiennes.
Source: Universe Today : http://www.universetoday.com/

——————————

drapeau anglaisThe images of Mars sent by the different probes and rovers tend to give evidence of water and a warmer, wetter climate on the Red Planet, but scientists still do not know whether life ever put its stamp on its surface.
Rocks collected by the Spirit Rover in 2008 near the rock outcrop Home Plate in Gusev Crater might give some answer. Their knobby protuberances look like cauliflower or coral.

The question is to know whether these rocks were sculpted by microbes, wind or some other process.
Analyses performed by the Spirit Rover’s Mini-Thermal Emission Spectrometer (or Mini-TES) revealed they were made of nearly pure silica (SiO2), a mineral that is very common in hot, volcanic environments. Its formation is well-known: Rainwater seeps into cracks in the ground and comes in contact with rocks heated by magma from below. Heated to hundreds of degrees, the water becomes buoyant and rises back toward the surface, dissolving silica and other minerals along the way before depositing them around a vent or fumarole. Such deposits are to be seen around the hot springs in Yellowstone National Park in the U.S., in the Taupo Volcanic Zone in New Zealand, or else in Iceland.

In such places, bacteria are intimately involved in creating curious bulbous and branching shapes in silica formations that strongly resemble the Martian cauliflower rocks. This is the reason why several researchers of Arizona State University are exploring the possibility that microbes might have been involved in fashioning the Martian rocks, too.
Source: Universe Today : http://www.universetoday.com/

La tomographie muonique: de la Soufrière (Guadeloupe) au Puy de Dôme (Auvergne) // Muon tomography: from the Soufrière to the Puy de Dôme

drapeau-francaisIl y a quelques jours, j’ai assisté à une conférence intitulée « La tomographie muonique » et donnée à Limoges dans le cadre de Récréasciences par un jeune chercheur en poste au CEA de Saclay.

En mai 2007 et décembre 2010, et plus récemment le 21 novembre 2015, j’ai écrit des articles expliquant que les scientifiques japonais essayaient d’observer l’intérieur des volcans en utilisant une nouvelle technologie basée sur l’utilisation des muons. Lorsque le rayonnement cosmique produit par les explosions de supernovae et autres événements dans l’espace lointain atteint la Terre et entre en collision avec l’atmosphère, cela génère un grand nombre de muons. Ils représentent 70% des rayons cosmiques qui atteignent la surface de la Terre. Comme ils ont une masse très faible, les muons passent à travers tous les objets, mais certaines substances les bloquent plus que d’autres, de la même façon que les os interfèrent avec des particules des rayons X. Pour les volcanologues, la radiographie par les muons, ou tomographie muonique, est un outil relativement nouveau qui pourrait permettre de percer les mystères qui entourent l’activité volcanique.
La tomographie muonique a été utilisée par les Japonais pour visualiser la structure interne de volcans comme l’Asama, l’Iwate ou encore le volcan Satsuma-Iojima dans la préfecture de Kagoshima. Les scientifiques savaient que ce volcan dissimulait un réservoir magmatique, mais la nouvelle technologie a révélé que la quantité de magma était beaucoup plus grande que prévu.

Les scientifiques français ont eux aussi utilisé la tomographie muonique dans le cadre du projet DIAPHANE sur le volcan de la Soufrière à la Guadeloupe. Des équipes du CNRS ont installé un capteur de muons cosmiques sur le flanc du volcan. La technologie a permis de « suspecter la présence d’importantes cavités » à l’intérieur de l’édifice volcanique.

Une autre application de la tomographie muonique  a eu pour cadre le vénérable Puy de Dôme en Auvergne. Le but du projet TOMUVOL était « la connaissance de l’historique du volcan de par sa structure pour prédire le comportement futur – Preuve de la faisabilité de la muographie sur un grand volcan (~ 2 km à la base). »
La tomographie de ces deux volcans est très bien décrite à cette adresse :
http://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/gibert_instrumlimites_07jan2014.pdf

Voici l’image obtenue pour la Soufrière de La Guadeloupe :

Muons Soufrière

  (Source : CNRS)

La conclusion des équipes scientifiques qui ont mené les observations à la Guadeloupe et en Auvergne est fort intéressante. Il ne fait aucun doute que la tomographie muonique  a de beaux jours devant elle en volcanologie. Cette technologie n’en est qu’à ses débuts et des améliorations devront être apportées pour pouvoir « radiographier des volcans en éruption ».
Son application devra aussi surmonter certains obstacles tel le coût, à une époque où il est demandé aux laboratoires de se serrer la ceinture. D’autre part, dans un domaine comme la volcanologie, elle suppose la présence de deux équipes, l’une spécialisée en physique des particules et l’autre experte en volcanologie.

————————————-

drapeau anglaisA few days ago, I attended a conference entitled « The muon tomography » and given in Limoges by a young researcher at the CEA of Saclay.

In May 2007 and December 2010, most recently on November 21st, 2015, I wrote articles explaining that Japanese scientists had tried to observe the inside of volcanoes using a new technology based on the use of muons. When the cosmic radiation produced by supernova explosions and other events in deep space reaches the Earth and collides with the atmosphere, it generates a large number of muons. They represent 70% of the cosmic rays that reach the surface of the Earth. As they have a very low mass, muons pass through all objects, but some substances block them more than others, in the same way as bone particles interfere with X rays. For volcanologists, radiography by means of muons, or muon tomography, is a relatively new tool that could help unravel the mysteries surrounding volcanic activity.
Muon tomographywas used by the Japanese to visualize the internal structure of volcanoes like Asama, Iwate or Satsuma-Iojima in Kagoshima Prefecture. Scientists knew that this last volcano concealed a magma chamber, but the new technology revealed that the amount of magma was much larger than expected.

French scientists have also used muon tomography  in the DIAPHANE project on the Soufriere volcano in Guadeloupe. CNRS teams have installed a cosmic muon sensor on the flanks of the volcano. The technology has « revealed the presence of large cavities » within the volcanic edifice.

Another application of muon tomography was performed on the venerable Puy de Dome in Auvergne. The goal of the TOMUVOL project was the « knowledge of the history of the volcano through its structure to predict future behaviour – Proof of the feasibility of muography on a large volcano (~ 2 km at the base). »
The tomography of the two volcanoes is well described at:
http://www.cnrs.fr/mi/IMG/pdf/gibert_instrumlimites_07jan2014.pdf

The image for the Soufriere of Guadeloupe can be seen above.

The conclusion of the scientific teams who conducted the observations in Guadeloupe and in Auvergne is very interesting. There is no doubt that muon tomography has a bright future in volcanology. This technology is still in its infancy and improvements are needed in order to « radiograph erupting volcanoes. »
Its application must also overcome obstacles such as the cost, at a time when laboratories are requested to tighten their belts. On the other hand, in a field such as volcanology, it assumes the presence of two teams, one specialized in particle physics and another one expert in volcanology.

Les grottes de glace du Mont Rainier // Mount Rainier ice caves

drapeau-francaisQuand on parle du Mount Rainier, c’est souvent pour mettre en évidence le danger qu’il représente pour les localités à ses pieds et surtout Seattle. En effet, sa chaleur interne pourrait faire fondre les glaciers sur ses flancs et déclencher des coulées de boue dévastatrices.
Un autre danger est moins connu: Les grottes qui percent le sommet du volcan. Elles sont très complexes et cachent des dangers. C’est la raison pour laquelle une expédition de 75 membres a été organisée afin de mieux les étudier, de recueillir des informations et de réaliser une carte en trois dimensions du réseau de grottes. Donc, si des randonneurs se perdent ou se blessent, il sera plus facile de les retrouver et de procéder à une opération de sauvetage. Par ailleurs, d’autres paramètres tels que la géochimie, la microbiologie et la climatologie seront placés sur la carte afin que leur évolution puisse être étudiée année après année.
Les grottes de Mount Rainier sont particulièrement dangereuses car elles contiennent des poches de gaz toxiques comme le dioxyde de carbone, le dioxyde de soufre et l’hydrogène sulfuré. Elles sont visitées par des randonneurs qui se réfugient fréquemment à l’intérieur quand ils sont surpris au sommet par le mauvais temps. Ils doivent alors savoir quels sont les endroits dangereux dans les grottes.
La nature hors du commun des grottes du Mt Rainier a incité de nombreux scientifiques à se joindre à l’expédition. Leur environnement unique représente un laboratoire pour étudier comment une vie microbienne peut exister sur des planètes recouvertes de glace. Les grottes du Mt Rainier sont l’un des rares endroits où existe une cohabitation entre des gaz volcaniques et un environnement de glace qui reproduit ce que les scientifiques espèrent trouver sur Europa ou les calottes martiennes, par exemple.
D’autres chercheurs de l’expédition étudient les changements climatiques à l’intérieur des grottes. En observant leurs parois de glace année après année et en notant si elles se dilatent ou se contractent, ils pourront déterminer si le volcan se réchauffe, émet davantage de vapeur, ou s’il y a un risque d’activité volcanique imminente.
Les données climatiques sont également utiles car les glaciers sont universellement reconnus comme indicateurs climatiques. L’air extérieur circule à l’intérieur du réseau de grottes du Mont Rainier et laisse des empreintes du climat dans les couches de glace. Le travail effectué par les chercheurs fait partie d’une étude à l’échelle mondiale sur les effets du climat sur les étendues de glace de notre planète et dans quelle mesure les grottes contribuent aux processus. Les résultats pourront aussi être liés aux effets du changement climatique ou aux effets du système hydrothermal du volcan.
Source: National Geographic: http://voices.nationalgeographic.com/2016/02/04/exploring-toxic-ice-caves-in-an-active-volcano/

Cette note est dédié au regretté François Le Guern, volcanologue de renommée mondiale dans le domaine des gaz volcaniques. Il a gravi le Mont Rainier à plusieurs reprises et recueilli des informations précieuses sur les gaz dans les grottes.

—————————————-

drapeau anglaisMount Rainier is often mentioned as a danger to neighbouring municipalities and above all Seattle, as its internal heat might melt the glaciers on its flanks and trigger devastating mudflows.
Another danger is less known: The caves at the top of the volcano, which are very complex with hazards deep inside. This is the reason why a 75-member expedition has been organised
to collect information and make a three-dimensional map of the cave system. So, if hikers get lost or hurt it will be easier to find them and conduct a search-and-rescue operation. Besides, other parameters like geochemistry, geo-microbiology and climatology will be placed on the map so that the changes can be plotted and watched year after year after year.
Mount Rainier’s caves are especially dangerous because they have pockets of poisonous gases like carbon dioxide, sulphur dioxide, and hydrogen sulphide. They are visited by recreational climbers who frequently take shelter inside them when they are caught on the summit by unexpected storms. They should know where the dangers are in the caves.
The uninviting nature of Mt Rainier caves incited many scientists to join the expedition. The unique environment offers a laboratory to study how microbial alien life may exist on icy planets. They are one of the few locations where you have a blend of volcanic gases mixing with an icy environment which replicates what scientists expect to find in Europa or the Martian ice caps, for instance.
Other researchers on the expedition are monitoring changes in the caves internal climate. By measuring the ice walls of the cave year after year and noting whether they expand or contract could help us determine if the volcano is heating up, producing more steam, or if there’s any imminent volcanic activity in the future.
The climate data is also useful because glaciers are universally recognized as climate indicators. The glacier caves on Mount Rainier circulate air from the atmosphere throughout the system and store records of the climate in the layers of ice. The work being done by researchers in the caves is part of a worldwide study on the effects of climate on our ice packs and how caves contribute to the processes. The results could be related to either the effects of climate or the effects of the hydrothermal system of the volcano.
Source : National Geographic : http://voices.nationalgeographic.com/2016/02/04/exploring-toxic-ice-caves-in-an-active-volcano/

This post is dedicated to the late François Le Guern, one of the world’s experts in volcanic gases. He climbed Mount Rainier several times and gave precious information about the gases in the caves.

Rainier 2015

Vue du Mont Rainier en juin 2015  (Photo: C. Grandpey)