Catégorie : Science

Le CO2 et l’acidification des océans // Carbon dioxide and Ocean acidification

drapeau francaisDes scientifiques de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et de l’Institut d’Etudes Maritimes et Atmosphériques de l’Université de Miami ont mis en évidence les modifications spectaculaires subies par les communautés coralliennes qui se transforment en tapis d’algues dans les eaux de l’Océan Pacifique, dans une région où un volcan sous-marin émet du dioxyde de carbone.
La nouvelle étude, publiée en ligne le 10 août dans Nature Climate Change, a été effectuée sur les Iles Maug, un ensemble de trois petites îles volcaniques inhabitées dans les Mariannes du Nord, à environ 700 kilomètres de Guam. En disposant des instruments sous-marins capables de mesurer en continu les effets du dioxyde de carbone, les scientifiques ont créé un laboratoire naturel qui montre que la couverture corallienne à proximité des bouches volcaniques a diminué sous l’effet de quantités importantes de dioxyde de carbone, laissant place à des rochers couverts d’algues.
L’étude donne une bonne idée de l’acidification des océans dans les années à venir, autrement dit de l’absorption par les océans de la planète des quantités de dioxyde de carbone émises par l’homme en quantités de plus en plus importantes. Les scientifiques prédisent que les quantités importantes de dioxyde de carbone absorbées par les océans de la planète vont entraîner des modifications des écosystèmes, ce qui empêchera le corail de développer de nouveaux squelettes et permettra aux plantes et aux animaux de les éroder plus facilement.
Cette étude est la première à prouver, grâce à un travail sur le terrain, que l’augmentation de l’acidification des océans a pour résultat un changement spectaculaire d’un écosystème qui passe du corail aux algues. Les récifs coralliens sains fournissent de la nourriture et un abri aux poissons ; ils permettent aussi le développement du tourisme et protègent le littoral contre les tempêtes. La transformation du corail en roches couvertes d’algues s’accompagnera inévitablement d’une perte de la diversité des espèces et des avantages offerts par les récifs.
Source: NOAA.

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drapeau anglaisScientists from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and the Institute for Marine and Atmospheric Studies at the University of Miami have documented a dramatic shift from coral communities to carpets of algae in remote Pacific Ocean waters where an underwater volcano spews carbon dioxide.

The new research, published online August 10th in Nature Climate Change, was conducted on Maug, an uninhabited volcanic island in the Northern Mariana Islands, about 700 kilometres from Guam. By setting up underwater instruments to continuously measure the effects of carbon dioxide, scientists were able to use this natural laboratory to show that coral cover decreased under higher levels of carbon dioxide, giving way to algae-covered rocks near the volcano’s vents.

The research provides a stark look into the future of ocean acidification – the absorption by the global oceans of increasing amounts of human-caused carbon dioxide emissions. Scientists predict that elevated carbon dioxide absorbed by the global oceans will drive similar ecosystem shifts, making it difficult for coral to build skeletons and easier for other plants and animals to erode them.

The research is the first field evidence that increasing ocean acidification results in a dramatic ecosystem change from coral to algae. Healthy coral reefs provide food and shelter for abundant fisheries, support tourism and protect shorelines from storms.  A shift from coral to algae-covered rocks is typically accompanied by a loss of species diversity and the benefits that reefs provide.

Source: NOAA.

Acidif

Modélisation bathymétrique des Iles Maug (Source: NOAA)

Le Columbia Plateau (Etat de Washington / Etats Unis)

drapeau francaisEn me dirigeant vers Yellowstone à partir de Seattle, j’ai traversé le Columbia Plateau qui doit son nom à la rivière Columbia qui le traverse. Il s’agit d’un trapp, autrement dit un immense plateau basaltique aux versants en gradins qui recouvre une grande partie de l’État de Washington, du nord de l’Oregon et de l’ouest de l’Idaho, entre la Chaîne des Cascades et les Montagnes Rocheuses.

Columbia plateau

Source:  USGS

Le Columbia Plateau s’est formé à la fin du Miocène et au début du Pléistocène, avec un des plus importants épanchements de lave que la Terre ait jamais connus. Pendant 10 à 15 millions d’année des flots de lave se déversèrent et recouvrirent quelque 160 000 km2 de la surface du nord-ouest Pacifique, en s’accumulant sur une épaisseur de plus de 1,8 km. Les lacs et forêts qui occupaient cette zone humide à l’origine disparurent sous les flots incandescents. Quelques forêts pétrifiées sont aujourd’hui les restes de cette destruction. Au fur et à mesure que la lave s’entassait à la surface, la croûte terrestre s’enfonçait dans l’espace ainsi libéré. Cette subsidence donna naissance au Columbia Basin.

Tout au long de la route qui traverse le Plateau, on peut observer une foule de colonnes et autres éventails basaltiques, derniers témoins de l’activité qui a secoué cette région il y a des millions d’années. La région de Wenatchee présente des formations particulièrement intéressantes que l’on peut voir dans les photos ci-dessous.

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drapeau anglaisWhile travelling from Seattle to Yellowstone, I drove across the Columbia Plateau which takes its name from the Columbia River that crosses it. The region is a trapp, a huge basaltic plateau that covers much of the U.S. states of Washington, Oregon, and Idaho. (see map above)

During late Miocene and early Pliocene times, one of the largest flood basalts ever to appear on the Earth’s surface engulfed about 160,000 km2 of the Pacific Northwest. Over a period of perhaps 10 to 15 million years, lava flow after lava flow poured out, accumulating to a thickness of more than 1.8 km. The forests and lakes that occupied this originally wet area disappeared under the flows of incandescent material. A few petrified forests are the only remnants of this destruction. As the molten rock came to the surface, the Earth’s crust gradually sank into the space left by the rising lava. The subsidence produced the Columbia Basin.

Along the road that crosses the Plateau, one can observe countless basalt columns and fans which are the last witnesses of the activity that shook the region millions of years ago. The Wenatchee area harbours very interesting geological formations that can be seen in these photos.

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Photos:  C.  Grandpey

Le Kilauea sous haute surveillance // Kilauea volcano is fully monitored

drapeau francaisLes volcans ne connaissent pas la même gestion du temps que les humains. Ils ne prennent pas en compte la notion d’heures de travail et le besoin de sommeil. C’est la raison pour laquelle ils doivent être surveillés en permanence. Les techniques de surveillance ont beaucoup évolué au cours des dernières décennies et les méthodes du passé ont été remplacées par des ordinateurs.
Les alarmes sont utilisées depuis longtemps à l’Hawaiian Volcano Observatory (HVO). Au cours des premières phases de l’éruption du Kilauea le long de l’East Rift Zone en 1983, les scientifiques du HVO voulaient savoir exactement à quel moment la lave allait commencer à déborder du cratère du Pu’uO’o, un événement qui indique généralement l’apparition de fontaines de lave. A cette époque, le personnel du HVO devait dérouler une lourde et encombrante bobine de câble en cuivre à travers l’ouverture où la lave était censée s’échapper du cratère du Pu’uO’o. Grâce à ce câble, une tension constante était communiquée par radio au HVO, et quand les données fournies par ce câble étaient soudain interrompues, les scientifiques savaient que lave avait coupé le circuit.
Aujourd’hui, des moyens beaucoup plus élaborés sont utilisés pour déclencher les alarmes lorsque le comportement des volcans hawaïens se modifie. Les appels et autres sonneries téléphoniques automatisés ont été remplacés par des sms et des courriels.
Par exemple, le système Swarm Alarm du HVO enregistre chaque heure les séismes qui se produisent dans un certain secteur de la zone sommitale du Kilauea. Le système avertit automatiquement l’Observatoire si le nombre dépasse le seuil fixé par le sismologue de service. En effet, un essaim sismique inhabituel peut signaler un changement dans le système volcanique susceptible de déboucher sur une nouvelle émission de lave.
Un autre système d’alarme s’appuie sur des inclinomètres électroniques. Les variations  d’inclinaison de la pente de l’édifice volcanique ne sont pas inhabituelles car le volcan répond aux mouvements du magma dans les réservoirs superficiels. Toutefois, si des variations d’inclinaison significatives sont détectées, un programme informatique envoie un message d’alerte invitant les scientifiques à contrôler attentivement la situation.
Le HVO utilise des caméras thermiques qui surveillent le cratère Pu’uO’o. Ces caméras prennent des photos toutes les deux minutes et, si un point chaud remplit plus de cinq pour cent des images, un message texte est envoyé, accompagné d’une image. Lors de la réception d’un tel message, les scientifiques du HVO vérifient d’autres données (y compris des images plus récentes fournies par les webcams) pour voir si la lave remplit ou déborde du cratère.
Le HVO utilise également l’imagerie thermique fournit par le satellite GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite) pour détecter les températures du sol anormalement élevées dans des secteurs autres que le sommet du Kilauea et le champ de lave du Pu’uO’o. Si de telles températures anormales sont repérées, un programme informatique envoie un message texte avec une image intégrée aux géologues du HVO afin que la situation puisse être étudiée.
Source: HVO.

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drapeau anglaisVolcanoes don’t keep time as humans do. They do not take into account the notion of regular working hours and the need for sleep. This is the reason why they need to be monitored permanently. Surveillance techniques have much changed over the past decades and the methods of the past have been replaced by computers.

For instance, alarms have long been used at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO). During the early episodes of Kilauea’s ongoing East Rift Zone eruption, HVO scientists wanted to know exactly when lava began spilling out of the Pu‘u O’o crater, which usually indicated the onset of lava fountains. This was in 1983, years before the advent of webcams!  So, HVO staff had to use a heavy spool of copper cable over rugged lava flows and across the spillway where lava would first flow down the side of Pu’uO’o. Using this cable, a steady voltage was radioed back to HVO, and when readings from this electronic tripwire were suddenly interrupted, scientists knew lava had broken the circuit.

Today, far more sophisticated ways are used to trigger alarms when the status of Hawaiian active volcanoes changes. Automated phone calls, pages, and ringing bells have been replaced by texts and emails.

For example, HVO’s Swarm Alarm counts earthquakes occurring in a certain region of Kilauea’s summit area within the past hour. The system automatically notifies the Observatory’s monitoring group if the number surpasses the threshold set by HVO’s seismologist. Indeed, an unusual cluster of earthquakes could signal a change in the volcanic system that may lead to a new outbreak of lava.

Another alarm system monitors the slope of the ground using electronic tiltmeters. Slow changes in tilt are not unusual as the volcano adjusts in response to magma shifts within shallow reservoirs. However, if more rapid changes are detected, a computer program sends texts to notify us that it’s time to take a closer look at what else is happening.

HVO deploys thermal cameras that look into the Pu’uO’o crater. These cameras take fresh pictures every two minutes, and, if a hot spot fills more than five percent of the images, send a text message with an embedded image. Upon receiving such a message, HVO scientists check other data (including more recent webcam images) to see if lava is filling or overflowing the crater.

HVO also uses Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES) thermal imagery to look for elevated ground temperatures in areas other than at Kilauea’s summit and on the Pu’uO’o lava flow field. If elevated temperatures are found, a computer program sends a text message with an embedded image to HVO geologists so that the situation can be further investigated.

Source : HVO.

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Un scientifique de l’USGS programme un émetteur satelliatire GOES sur un site de contrôle des émissions de CO2.

(Photo: USGS)

L’impact du dioxyde de soufre du Bárðarbunga (Islande) // The impact of Bárðarbunga’s sulphur dioxide

drapeau francaisL’éruption de 6 mois du Bárðarbunga (31 août 2014 – 27 février 2015) fut la plus importante en Islande depuis l’éruption dévastatrice du Laki de 1783 à 1784. Elle a produit environ 1,6 km3 de lave en couvrant une superficie équivalente à l’île de Manhattan.
L’éruption a généré des émissions de dioxyde de soufre (SO2) de près de 12 millions de tonnes, ce qui est plus que l’ensemble des émissions de SO2 en Europe en 2011. En Islande, la concentration de SO2 a dépassé dans une grande partie du pays 350 ug/ m3 et par heure, ce qui est considéré comme la limite pour la santé. Cette concentration a été observée pendant plusieurs jours ou plusieurs semaines (voir mes notes précédentes sur l’éruption). Toutefois, les effets de l’éruption ne se limitent pas à l’Islande car de nombreuses parties de l’Europe ont également enregistré des niveaux élevés de SO2.
Les chercheurs ont d’abord craint que les émissions de SO2 soient beaucoup plus élevées, ce qui aurait causé des problèmes de santé graves à travers l’Islande et peut-être l’Europe. Leurs craintes s’appuyaient sur l’histoire passée du volcan. Il y a huit mille ans, le Bárðarbunga a connu une éruption encore plus puissante que celle du Laki. Il est bon de rappeler que cette dernière a tué quelque 10 000 personnes en Islande tandis que la pollution par le SO2 affectait des dizaines de milliers d’autres en Europe, en particulier en Grande-Bretagne, en France et aux Pays-Bas.
Dans un article de la revue Geochemical Perspectives Letters (la revue de l’Association Européenne de Géochimie), un groupe de chercheurs islandais a détaillé les effets de l’éruption du Bárðarbunga sur l’environnement. Ils ont montré que le niveau de SO2 avait augmenté de manière significative à la suite de l’éruption. Les stations de surveillance installées en Irlande ont révélé des pics élevés, en particulier le 6 septembre, jour où le niveau de SO2 a dépassé les limites européennes pour la protection de la santé humaine. Même à une altitude de 1210 mètres dans les Alpes autrichiennes, le niveau de SO2 a culminé à 235 ug/m3, ce qui représente environ 60% des niveaux autorisés et près de 50 fois le niveau de référence normal d’environ 5 ug/m3.
Les chercheurs soulignent que pour la plus grande partie de l’Europe les effets sur la santé ont été minimes car l’exposition au SO2 n’a pas été prolongée. En 2014-15, c’est surtout la partie septentrionale de l’Islande qui a connu la plus forte pollution qui, heureusement, n’affectait guère des zones habitées. De plus, l’éruption est survenue au bon moment d’un point de vue météorologique, ce qui a minimisé les effets globaux en Islande, mais aussi ailleurs sur le continent européen. En effet, la vitesse moyenne du vent est plus élevée en hiver qu’en été, donc l’éruption du Bárðarbunga a produit des panaches qui se sont rapidement dispersés. Par ailleurs, en raison de la réduction du nombre d’heures d’ensoleillement en automne et en hiver, un pourcentage plus faible du SO2 émis était susceptible d’être oxydé dans des conditions sèches et transformé en acide sulfurique (H2SO4).
Source: Association Européenne de Géochimie.

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drapeau anglaisThe six month long eruption of the Bardarbunga volcano (31 August 2014-27 February 2015 ) was the largest in Iceland since the devastating Laki eruption of 1783-84, producing around 1.6 km3 of lava, covering an area equivalent to Manhattan Island.

The eruption caused total sulphur dioxide (SO2) emissions of nearly 12 million  tonnes, which exceeded the total SO2 emitted in Europe in 2011. In Iceland, concentration of SO2 exceeded the 350 µg m-3 hourly average health limit over much of the country for days to weeks (see my previous notes about the eruption). However, the effects of the volcano were not confined to Iceland – many parts of Europe also saw high SO2 levels.

Researchers were initially concerned that the SO2 emissions would be much higher, which would have caused serious health problems throughout Iceland and perhaps Europe. They feared much worse effects when they referred to the past history of the volcano. Eight thousand years ago, Bardarbunga experienced an eruption even bigger than that of the 1783-84 Laki eruption which killed around 10,000 people in Iceland and the resultant SO2 pollution that affected tens of thousands in Europe, especially in the Britain, France and the Netherlands.

Writing in the journal Geochemical Perspectives Letters (the journal of the European Association of Geochemistry), a group of Icelandic researchers has detailed the environmental effects of the Bardarbunga eruption. They were able to show that the SO2 levels rose significantly in the wake of the eruption. Monitoring stations in Ireland showed high SO2 spikes, with SO2 levels exceeding the European limits for the protection of human health on September 6th. Even at an altitude of 1210 meters in the Austrian Alps, SO2 levels spiked at 235 µg m-3. This is around 60% of permitted levels, and nearly 50 times the normal background level of around 5 µg m-3

The researchers stress that for most of Europe, the effects on health would have been minimal, given that the SO2 exposure was not prolonged.  In 2014-15, most of Iceland, especially North Iceland, experienced gas pollution. However this was away from most inhabited areas. The eruption occured at the right moment for the weather, which tended to minimize the overall effects in Iceland, but also elsewhere on mainland Europe. Indeed, the average wind speed is higher in winter than summer, thus the Bardarbunga eruption produced fast-dispersing plumes. Because of reduced autumn-winter sunlight hours, a smaller per cent of emitted SO2 had the potential to be oxidised under dry conditions to sulphuric acid (H2SO4).

Source : European Association of Geochemistry.

Bardarbunga

L’éruption du Bárðarbunga le 4 septembre 2014 (Crédit photo : Peter Hartree / Wikipedia)