Catégorie : Science

Le Mauna Loa (Hawaii) et les mesures du CO2 // Mauna Loa (Hawaii) and CO2 monitoring

drapeau-francaisL’Observatoire du Mauna Loa (MLO), un centre de recherche atmosphérique géré par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), est situé à 3350 m d’altitude sur le flanc nord du Mauna Loa. C’est une structure essentielle pour la mesure des émissions de CO2 dans l’atmosphère. Les mesures en continu ont commencé en 1958, lorsque Charles David Keeling a installé des instruments – de haute technologie pour l’époque – et a commencé à mesurer scrupuleusement la quantité de CO2 dans l’air.
Une fois commencées, ces mesures ont montré, sans le moindre doute possible, que l’accumulation de CO2 dans l’atmosphère était bel et bien une réalité. Les instruments étaient tellement performants que pendant les mois d’été il était facile de détecter l’absorption saisonnière du CO2 par la végétation. En revanche, pendant les mois d’hiver, lorsque le feuillage dans l’hémisphère nord est plus rare, le niveau de CO2 augmentait.
Le Mauna Loa est aussi un volcan actif, et les scientifiques du Hawaiian Volcano Observatory (HVO) se sont parfois demandés si le gaz émis par le Mauna Loa affectait les valeurs de CO2 ambiantes enregistrées par le MLO. La réponse est non. Bien que les instruments du MLO puissent facilement détecter les émissions de CO2 provenant des zones de rift et de la caldeira sommitale lorsque les vents soufflent de cette direction, les scientifiques du MLO prennent soin d’exclure ces données des autres émissions de CO2. Les scientifiques du MLO sont tout à fait capables d’utiliser ces données pour estimer la quantité de CO2 rejetée par le volcan. Leurs résultats montrent que le Mauna Loa, lorsqu’il n’est pas en éruption, libère une fraction du CO2 émis par le Kilauea tout proche. Les mesures effectuées pendant dernière éruption du Mauna Loa en 1984 ont révélé des émissions comparables aux émissions quotidiennes du Kilauea à l’heure actuelle (environ 15 000 tonnes par jour).
15 000 tonnes est un montant équivalent aux émissions annuelles de 2400 véhicules utilitaires. Cependant, un examen attentif des émissions de CO2 par les volcans de la planète montre que c’est seulement pendant les plus importantes éruptions explosives (heureusement rares) que l’on observe des émissions de CO2 proches de celles produites dans le monde industrialisé moderne. Par exemple, la quantité de CO2 émise en 9 heures lors de l’éruption du Mont St. Helens en 1980 est équivalente à  2,5 heures d’émissions de CO2 par l’activité humaine. En moyenne, la quantité de CO2 libérée par les volcans est bien inférieure à ces chiffres. Tous les volcans de la Terre dans leur ensemble émettent moins de 1% du CO2 produit chaque année par les humains.

Voici la «courbe de Keeling» montrant l’évolution des concentrations de CO2 sur le Mauna Loa au cours des dernières décennies:
Keeling-curve

La «courbe de Keeling, » mérite vraiment les honneurs qu’elle a reçu le 30 Avril, 2015 de la part de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et de l’American Chemical Society. Non seulement elle indique la tendance à la hausse constante de la concentration de CO2 dans l’atmosphère terrestre, mais elle a également été utilisée pour révéler des enregistrements de température et de concentration de CO2 jusqu’à il y a 500 000 ans. Pour ce faire, les scientifiques ont mis en relation les données enregistrées actuellement, celles concernant la température mondiale, les études relatives aux concentrations de CO2 et d’isotopes de deutérium (isotope naturel de l’hydrogène) présents dans l’air emprisonné dans les carottes de glace.
Les derniers relevés selon la méthode Keeling ainsi que les études de carottes de glace montrent de manière catégorique que les concentrations de CO2 dans l’atmosphère sont plus élevées que pendant les 500 0000 années écoulées. Ils montrent également que la plus importante hausse de CO2 coïncide avec l’industrialisation de la Terre, et que cette augmentation va de pair avec l’augmentation des températures moyennes à l’échelle mondiale.
Source: Volcano Watch / HVO.

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drapeau-anglaisThe Mauna Loa Observatory (MLO), a NOAA atmospheric research facility located at 3,350 m above sea level on Mauna Loa’s north flank is an essential structure for the measurement of CO2 emissions in the atmosphere. Continuous CO2 monitoring began on Mauna Loa in 1958, when Charles David Keeling installed state-of-the-art instrumentation and began carefully measuring the amount of CO2 in the air.

Once established, the record showed convincingly that CO2 buildup was indeed taking place. In fact, the technique worked so well that during summer months it easily detected the seasonal uptake of CO2 by increased vegetation. During winter months, when foliage in the northern hemisphere is scarcer, CO2 levels measured at the Mauna Loa location climbed.

But Mauna Loa is also an active volcano, and USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) scientists are sometimes asked if gas released from the mountain affects the ambient CO2 values reported by MLO. The short answer is no. Although instrumentation at MLO can easily detect CO2 emissions from the rift and summit caldera emission sources when winds blow from that direction, MLO scientists are careful to exclude these data from the background CO2 record.

Remarkably, MLO staff have shown how to use these volcanically “contaminated” CO2 records to actually estimate the amount of CO2 discharged by the volcano. Their published findings show that Mauna Loa, when it’s not erupting, releases a fraction of the CO2 emitted by Kilauea. USGS measurements during Mauna Loa’s most recent eruption in 1984 found emissions comparable with Kilauea’s current daily rate (about 15,000 tons per day).

15,000 tons is an amount equivalent to the annual emissions from 2,400 sport utility vehicles. However, careful examination of global volcanic CO2 emissions show that only during rare and very large explosive eruptions do total volcanic emission rates come close to the rate of CO2 produced in the modern industrialized world. For example, the same amount of CO2 emitted during the 9-hour catastrophic eruption of Mount St. Helens in 1980 is released every 2.5 hours by human activity. On average, though, the proportion released by volcanoes is much less. All of Earth’s volcanoes taken together emit less than one percent of the CO2 produced each year by humans.

 

Here is the “Keeling Curve” showing the evolution of CO2 concentrations on Mauna Loa:

 Keeling-curve

 

The “Keeling Curve,” is truly worthy of the recognition it received on April 30th, 2015 from the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) and the American Chemical Society. Besides documenting the steady upward trend of CO2 concentration in Earth’s atmosphere, this precise and modern CO2 record has been used to reconstruct temperature and CO2 concentration records as far back as 500,000 years ago. To accomplish this, scientists combined the current record, global temperature data, studies of CO2 and deuterium isotope concentrations found in the air trapped in ice cores.

Keeling’s modern record, along with the ice core studies, show conclusively that CO2 concentrations in the atmosphere are higher than they’ve been in at least half a million years. They also show that the sharpest and most significant CO2 increase coincided with Earth’s industrialization, and that this increase is mimicked by average global temperatures.

Source : Volcano Watch / HVO.

Mauna-Loa-Observatory

Mauna-Loa-Observatory. On aperçoit derrière la première coupole la terrasse sur laquelle sont installés tous les instruments de mesure de l’atmosphère terrestre. (Photo :  C.  Grandpey)

Io et les aurores de Jupiter // Io and Jupiter’s auroras

drapeau francaisIo, la lune volcanique de Jupiter, est apparemment responsable des spectaculaires éclats de lumière qui illuminent les aurores bleues de la planète.

Aurore-Jupiter

(Source:  NASA)

Les aurores apparaissent lorsque des particules chargées électriquement entrent en collision avec l’atmosphère d’une planète où elles excitent les gaz et font naître les superbes lueurs que l’on sait. Le soleil est la source des particules qui produisent les aurores sur Terre.
Les aurores de Jupiter, qui sont déclenchés par des particules provenant des lunes de la planète ainsi que du soleil, développent des milliers de fois plus d’énergie que celles sur Terre. Elles sont constantes, mais elles montrent parfois une intensité incroyable. La cause de ce phénomène ne serait pas une éruption solaire, mais l’activité volcanique sur Io.
Depuis le mois de janvier 2014, un télescope à bord du satellite Hisaki de la Japan Aerospace Exploration Agency a observé Jupiter pendant deux mois. Dans le même temps, le télescope spatial Hubble de la NASA a également observé Jupiter pendant une heure chaque jour pendant deux semaines. Les deux engins ont enregistré des éclats de lumière aléatoires au sein des aurores polaires de la planète.
Ces éclats de lumière ont eu lieu les jours où le flux de particules chargées en provenance du soleil était relativement faible. Les chercheurs en ont conclu qu’ils étaient probablement le résultat d’interactions complexes entre Jupiter et Io, et peut-être les trois autres lunes de Jupiter – Callisto, Ganymède et Europa.
Io, la lune la plus proche de Jupiter, est entraînée dans l’attraction gravitationnelle entre Jupiter et les deux autres grandes lunes, Europe et Ganymède. Le phénomène génère une chaleur interne, processus qui, à son tour, conditionne l’activité d’une série de volcans sur Io. Quand ces volcans entrent en éruption, ils envoient dans l’espace de grandes quantités d’électrons et d’atomes chargés électriquement.
Le champ magnétique de Jupiter attire ces particules chargées au cours de son passage à côté de Io et il forme une région annulaire de plasma à la densité relativement élevée autour de Jupiter. Cette magnétosphère est si vaste qu’elle englobe toutes les lunes de Jupiter et se prolonge jusque vers Saturne. Au fil du temps, les particules présentes dans la magnétosphère interagissent avec l’atmosphère de Jupiter, donnant naissance à la belle lueur qui encercle le pôle nord de cette dernière.
C’est ainsi que Io contribue à sa façon aux aurores de Jupiter. Mais la lune provoque aussi, semble-t-il, des éclats de lumière dans les aurores boréales. Ils se produisent lorsque des particules chargées pénètrent directement vers l’atmosphère de Jupiter; ces particules chargées continuent à se déplacer à travers la magnétosphère, mais elles ne sont pas déviées en cours de route.
Source: Space.com

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drapeau anglaisJupiter’s volcanic moon Io is apparently responsible for the dramatic brightenings of the planet’s blue auroras (see picture above).

Auroras are generated when electrically charged particles collide with a planet’s atmosphere, where they excite gases and cause them to glow. The sun is the source of the particles that produce Earth’s auroras.

Jupiter’s auroras, which are sparked by particles from the planet’s moons as well as the sun, are thousands of times more energetic than Earth’s. They’re also constant, but every once in a while they grow to an incredible intensity. It might be the result not of a solar flare but of volcanic activity on Io.

Starting in January 2014, a telescope aboard the Japan Aerospace Exploration Agency’s Hisaki satellite focused on Jupiter for two months. At the same time, NASA’s Hubble Space Telescope also focused on Jupiter for an hour each day for two weeks. Both observatories recorded random brightenings of the planet’s polar auroras.

These flare-ups occurred on days when the sun’s flow of charged particles was relatively weak. So the researchers conclude that they must be the result of the complex interactions between Jupiter and Io, and perhaps the other three moons of Jupiter – Callisto, Ganymede and Europa.

Io, Jupiter’s closest moon, gets caught in this gravitational tug of war between Jupiter and the two other large moons, Europa and Ganymede. The phenomenon drives internal heat, a process which, in turn, drives a series of active volcanoes on Io. And when those volcanoes erupt, they blast large amounts of electrons and electrically charged atoms into space.

Jupiter’s magnetic field catches these charged particles as it sweeps past Io and forms a donut-shaped region of relatively high-density plasma around Jupiter. This magnetosphere is so large that it encapsulates all of Jupiter’s moons and extends nearly as far as Saturn. Over time, the particles in the magnetosphere interact with Jupiter’s atmosphere, creating the beautiful glow circling Jupiter’s north pole.

This is one way Io contributes to Jupiter’s auroras. But the moon also apparently causes flare-ups in the auroras. They occur when charged particles flow directly toward Jupiter’s atmosphere; these charged particles still travel through the magnetosphere, but they don’t get sidetracked along the way.

Source : Space.com

Les éclairs du Calbuco (Chili) // Calbuco’s lightning

drapeau francaisL’éruption du Calbuco les 22 et 23 Avril 2015 a déclenché des milliers d’éclairs qui ont été détectés par le réseau global de localisation des éclairs, le World Wide Lightning Location Network (WWWLLN), qui comprend plus de 50 capteurs de foudre à travers le monde. Il est détenu et exploité par des groupes de recherche et des universités. Ce réseau peut établir une carte des impacts d’éclairs dans le monde entier en temps quasi-réel.
Cette vidéo (il suffit de cliquer sur le lien) montre parfaitement les éclairs qui ont accompagné l’éruption du Calbuco :
https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=eXxjEnTM7Cw

On sait que la foudre en milieu volcanique surgit de la même façon que pendant les orages: Autrement dit, les charges négatives et positives se séparent dans l’atmosphère, et la foudre est ce qui rééquilibre les charges. Cependant, on ne sait pas trop pourquoi la séparation des charges se produit dans les éruptions volcaniques. Il existe plusieurs théories, dont une qui explique que la cendre se compose initialement de particules « neutres », sans charge électrique. Par frottement avec d’autres particules dans le nuage, la cendre se charge électrostatiquement. Dans un nuage de cendres, les particules perdent et gagnent des électrons les unes par rapport aux autres, ce qui fait que certaines particules (ou zones) deviennent positives et d’autres négatives. Lorsque des charges opposées s’accumulent à l’intérieur du panache, elles se neutralisent en donnant naissance à des éclairs.

Les éclairs volcaniques sont difficiles à observer et leur apparition se limite souvent au tout début de l’éruption, moment où elle est en général la plus intense. Alors que la foudre et la lave sont deux des éléments les plus chauds de la Terre, les éclairs, avec une température d’environ 28.000 ° C sont 25 fois plus chauds que la lave vomie par les volcans!

On pourra lire sur le site web de Science et Vie un bon article sur ces éclairs volcaniques :

http://www.science-et-vie.com/2015/04/dou-viennent-les-eclairs-qui-surgissent-des-volcans%E2%80%89/

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drapeau anglaisThe eruption of Calbuco volcano on April 22nd and 23rd triggered thousands of lightning strikes which were detected by the World Wide Lightning Location Network which includes over 50 lightning sensors around the globe, owned and operated by research groups and universities. The network can map strikes around the globe in near-real time..

This video (just click on the link) shows a remarkable display of the lightning that accompanies the eruption.

https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=eXxjEnTM7Cw

It is well known that volcanic lightning is caused by the same reason as in thunderstorms: negative and positive charges separate in the atmosphere, and lightning is what restores the charges to balance. However, why the charge separation occurs in volcanic eruptions in the first place is still not well-understood. There are several theories. One suggests that ash starts out as “neutral” particles with no electric charge. But as it rubs violently against other particles within the cloud, it picks up an electrostatic charge. In an ash cloud, particles lose and gain electrons from each other, causing some particles/areas to be positive and others negative. When opposite charges build up inside the plume they neutralize in flashes of lightning.

Volcanic lightning is difficult to observe and is often confined to the very beginning of the eruption when it is the most intense. While lightning and lava are two of the hottest things on Earth, lightning – about 28,000°C – is 25 times hotter than lava!

Calbuco-blog

(Crédit photo: SERNAGEOMIN)

Axial Seamount (Oregon / Etats Unis)

drapeau francaisDepuis de nombreuses années, les scientifiques américains de la Scripps Institution of Oceanography (Université de Californie à San Diego) étudient l’Axial Seamount, un volcan sous-marin situé à environ 400 km au large de la côte de l’Oregon, sur la dorsale Juan de Fuca (voir mes notes des 11 et 23 août 2011, 17 août 2013 et 4 août 2014). Ce volcan présente une structure complexe et ses origines sont encore mal comprises.

À partir du jeudi 23 avril 2015, les capteurs récemment mis en place dans le secteur de l’Axial ont enregistré 8000 petits séismes sur une période de 24 heures. La caldeira, qui avait gonflé sous la poussée d’une montée de magma, s’est ensuite effondrée rapidement. Les scientifiques se sont demandés si une éruption avait effectivement eu lieu, avec écoulement de la lave sur le plancher océanique. Cependant, aucun des instruments n’avait été endommagé et on n’avait relevé aucune hausse significative de température. Il se peut que du magma se soit infiltré dans des fractures souterraines en formant un dyke. La seule façon de savoir ce qui s’est passé est de visiter le site avec un navire de recherche, que vont faire les scientifiques cet été.
Malgré l’incertitude de la situation, la capacité à surveiller le déroulement de cet événement marque un jalon important pour la Scripps Institution. Exploité par l’Université de Washington, le réseau de surveillance sous-marine comprend près de 100 km de câble coaxial disposés sur le fond de l’océan. Ce cable permet d’alimenter et de transmettre les données à partir d’une foule de sismomètres, inclinomètres, échantillonneurs microbiens et autres instruments.
La plupart des instruments sont concentrés dans le centre de la caldeira de l’Axial qui mesure près de 3,5 km de large et 9 km de long. Elle est également parsemée de sources hydrothermales et de fumeurs noirs qui abritent des vers à tube ainsi que des microbes qui aiment la chaleur et se développent dans des conditions inhospitalières.
Il n’est pas facile d’atteindre le volcan sous-marin Axial. Il se trouve sous quelque 1500 mètres d’eau à environ 400 km au large des côtes. Sa dernière éruption remonte à avril 2011, mais les scientifiques ne s’en sont rendus compte que plusieurs mois plus tard, quand ils ont récupéré les instruments fonctionnant sur batterie qui avaient été déployés plus d’un an auparavant. Aujourd’hui, avec le nouveau réseau de câbles, ils peuvent surveiller le volcan quotidiennement.
Quand ils se rendront sur le site dans quelques mois, les chercheurs utiliseront des véhicules télécommandés et d’autres instruments destinés à observer le versant nord de l’Axial. Les signaux faibles émis par certains sismomètres pourraient indiquer que la lave a percé le plancher océanique. Les chercheurs voudraient aussi savoir si Axial est entré dans une phase plus active.

Source : The Seattle Times.

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drapeau anglaisFor quite a long time, US scientists at Scripps Institution of Oceanography at UC San Diego and their colleagues have been studying Axial Seamount, an undersea volcano located about 400 km off the Oregon coast, at the Juan de Fuca Ridge (see my notes of August 11th and 23rd 2011, August 17th 2013 and August 4th 2014). The seamount is geologically complex, and its origins are still poorly understood.

Beginning Thursday, April 23rd 2015, the sensors recently set up in the seamount area recorded 8,000 small earthquakes in a 24-hour period. The volcano’s caldera, which had been swelling rapidly from an influx of magma, collapsed like a deflated balloon.

Scientists are debating whether to describe what transpired as an eruption, which means lava flowed onto the seafloor. However, no instruments were destroyed and there was no obvious temperature spike, so the magma might have oozed into subterranean fissures, forming a dike. The only way to find out what happened is to visit the site with a research vessel, which the scientists will do this summer.

Despite the ambiguity, the ability to monitor the submarine event as it unfolded marks a major milestone for the underwater observatory. Operated by the University of Washington, the network includes nearly 100 km of coaxial cable on the seafloor that powers and delivers data from scores of seismometers, tiltmeters, microbial samplers and other instruments.

Most of the instruments are concentrated in the volcano’s central caldera, which is nearly 3.5 km wide and 9 km long. The caldera is also dotted with hydrothermal vents and black smokers which harbour tube worms and heat-loving microbes that thrive in the inhospitable conditions.

Axial isn’t easy to get to. It lies under 1,500 metres of water and sits about 400 km offshore. The last time the volcano erupted was in April 2011, but scientists didn’t realize it until several months later, when they retrieved battery-operated instruments deployed more than a year before. Now with the new cable network, they can keep an eye on the volcano every day.

When they visit the volcano later this year, the researchers will use remotely operated vehicles and other instruments to scrutinize Axial seamount’s northern flanks. Faint signals from some of the seismometers may hint that lava has broken through the ocean floor. The researchers are also interested in the question of whether Axial is entering a more active phase.

Source: The Seattle Times.

Axial-seamount

Sources:  Scripps Institution / The Seattle Times.