Catégorie : Science

Dernières nouvelles de l’Askja (Islande) // Latest news of Askja Volcano (Iceland)

Une équipe scientifique composée de chercheurs du Met Office islandais, de l’Institut des géosciences de l’Université d’Islande et de l’Université de Göteborg (Suède) a visité l’Askja en août 2024. La mission comprenait des mesures géodésiques, de pH, de température et de gaz pour faire un état des lieux de l’activité volcanique dans la région.
Les données obtenues par la mission scientifique indiquent que le soulèvement du sol dans la région se poursuit, même s’il a ralenti depuis septembre 2023. La station GNSS, située à l’ouest de l’Öskjuvatn, a enregistré un soulèvement du sol de 12 cm au cours de l’année écoulée. es données satellitaires InSAR et les inclinomètres corroborent cet épisode de soulèvement.

Données satellitaires (image Insar) montrant le soulèvement sur l’Askja pour la période juillet 2021-août 2023. Les zones jaunes et rouges au milieu de l’image sont celles qui subissent la plus grande déformation. (Source : Met Office).

Les modélisations montrent que l’accumulation de magma dans la région se produit à une profondeur d’environ 3 km, mais rien n’indique que ce magma se rapproche de la surface. Environ 4,4 millions de mètres cubes de magma se sont accumulés au cours des 12 derniers mois, ce qui porte à environ 44 millions de mètres cubes le volume total depuis juillet 2021.
Les mesures effectuées dans le cratère Víti ne montrent aucun changement significatif du pH, de la température de l’eau ou de sa chimie.
Les données historiques montrent que la déformation au niveau de l’Öskja ont commencé en 1966, avec un soulèvement important observé entre 1970 et 1972. Le sol s’est ensuite affaissé jusqu’en 2021, date à laquelle un soulèvement a été de nouveau détecté. Le soulèvement précédent s’est produit sans provoquer d’éruption.
La dernière éruption de l’Askja a eu lieu en 1961, avec un VEI 2. Elle a entraîné la formation du champ de lave de Vikrahraun. Une augmentation de l’activité sismique et géothermale avait été observée 20 jours avant l’éruption.
Des éruptions explosives se sont produites sur l’Askja ; la plus récente a eu lieu le 3 janvier 1875. Elle a entraîné la formation d’une petite caldeira de 4,5 km de large, désormais remplie par le lac Öskjuvatn, et qui coupe la lèvre de la plus grande caldeira centrale.
Si une éruption devait se produire sur l’Askja, le Met Office explique qu’elle devrait être de relativement faible intensité, semblable à celles du 20ème siècle.
Source : Icelandic Met Office.

Caldeira de l’Askja avec l’Oskjuvatn et le cratère Viti (Photos: C. Grandpey)

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A scientific team including researchers from the Icelandic Meteorological Office, the Institute of Geosciences at the University of Iceland, and the University of Gothenburg (Sweden) visited Askja Volcano in August 2024. The trip involved geodetic, pH, temperature, and gas measurements to monitor the area’s volcanic activity.

Data from the scientific mission indicate that the land uplift in the area continues, although the rate has slowed since September 2023. The GNSS station, located west of Öskjuvatn, recorded a 12 cm land rise over the past year and satellite data from InSAR and tilt measurements corroborate this ongoing uplift.

Modeling calculations suggest that magma accumulation in the area is occurring at a depth of about 3 km, with no indications that magma is moving closer to the surface. Approximately 4.4 million cubic meters of magma have accumulated in the past 12 months, bringing the total volume since July 2021 to about 44 million cubic meters.

Measurements taken in the Víti crater showed no significant changes in pH, water temperature, or chemistry.

Historical data show that the first deformation measurements in Öskja began in 1966, with significant uplift observed between 1970 and 1972. The land then subsided until 2021, when uplift was once again detected. The previous uplift occurred without causing any eruption.

The last eruption in Askja was in 1961, with a VEI 2. It resulted in the formation of the Vikrahraun lava field. Increased seismic and geothermal activity was noted 20 days before the eruption.

Explosive eruptions have occurred in Askja, the most recent on January 3rd, 1875. It resulted in the formation of a small 4.5 km wide caldera, now filled by Öskjuvatn Lake, that truncates the rim of the larger central caldera.

Should an eruption occur at Askja, it is expected to be relatively small, similar to those in the 20th century.

Source : Icelandic Met Office.

L’Ol Doinyo Lengaï (Tanzanie) s’enfonce dans le sol // Ol Doinyo Lengai (Tanzania) is sinking into the ground

Il y a quelques jours (le 4 août 2024), j’ai diffusé une note donnant les dernières nouvelles de l’Ol Doinyo Lengaï, le seul volcan actif au monde à émettre des carbonatites.
Un article publié sur le site Live Science nous informe que le Lengaï s’enfonce peu à peu dans le sol depuis 10 ans, et que la cause pourrait être la perte de volume d’un réservoir qui se trouverait juste sous l’un des deux cratères. C’est la conclusion d’une nouvelle étude publiée le 8 juin 2024 dans la revue Geophysical Research Letters. Les chercheurs ont utilisé les données de deux systèmes satellitaires, Sentinel-1 et Cosmo-SkyMed, pour élaborer des cartes montrant l’évolution au fil du temps du sol autour de l’Ol Doinyo Lengai.
La nouvelle étude révèle que le sol autour du sommet du Lengai s’est affaissé à raison de 3,6 centimètres par an entre 2013 et 2023. Cela signifie que le volcan qui culmine officiellement à 2 962 mètres d’altitude a perdu environ 36 centimètres au cours de la période couverte par l’étude. Les cartes montrent qu’une zone circulaire autour du cratère nord du volcan « s’éloigne du satellite, de manière constante au fil du temps. »

Illustration du système d’alimentation sous le Lengaï, extraite de l’étude mentionnée ci-dessus.

Comme je l’ai écrit précédemment, l’Ol Doinyo Lengai a connu un épisode explosif en septembre 2007. Cette activité s’est poursuivie jusqu’au printemps 2008, après quoi le volcan a recommencé à produire des coulées de lave. Des études antérieures avaient déjà signalé que le cratère qui venait d’exploser était probablement en train de s’affaisser. La nouvelle étude confirme que les pentes supérieures du cratère s’affaissent depuis 2013. Il convient de noter que les chercheurs n’ont pas étudié les données entre 2008 et 2013. Selon les auteurs de la dernière étude, la cause probable de cet affaissement est un réservoir de magma dont la taille est en train de se réduire, à un millier de mètres sous le volcan.
On peut lire dans la dernière étude qu’« aucune recherche ne s’est intéressée à la géométrie et aux caractéristiques du système d’alimentation magmatique peu profond sous l’Ol Doinyo Lengai. » Il se peut que ce réservoir soit connecté à un réservoir plus profond et plus volumineux à 3 000 mètres ou plus sous le volcan.
Les chercheurs expliquent que la surveillance de l’affaissement de l’Ol Doinyo Lengai est importante pour prévoir les éruptions. Ils ajoutent qu’il existe également une fissure remplie de lave, d’une centaine de mètres de longueur, le long du bord ouest du volcan. « Elle pourrait s’allonger encore davantage avec les éruptions et le processus d’affaissement du Lengai. Selon Francis Balland, cette fracture présente une longueur d’une centaine de mètres, une largeur d’environ 5 mètres et des parois verticales de 5 à 10 mètres de hauteur.
Source :Live Science via Yahoo News.

Voici une bonne vidéo qui montre parfaitement les caractéristiques physiques de la carbonatite, ainsi que sa fluidité :

https://youtu.be/qputaVyn7TE

Débordement d’un lac de lave au sommet du Lengaï (Photo: C. Grandpey)

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A few days ago August 4th, 2024), I wrote a post giving the latest news of Ol Doinyo Lengai, the only active volcano in the world to erupt carbonatite lava.

An artiicle published on the Live Science website informs us that this volcano has been steadily sinking into the ground for the past 10 years, and the cause could be a deflating reservoir directly beneath one of the volcano’s two craters. This is the conclusion of a new study published on June 8th, 2024 in the journal Geophysical Research Letters. It used data from two satellite systems, Sentinel-1 and Cosmo-SkyMed, to produce maps showing changes over time in the ground around Ol Doinyo Lengai.

The new research reveals that the ground around the summit of Ol Doinyo Lengai subsided at a rate of 3.6 centimeters per year between 2013 and 2023. This means the 2,962-meter-tall volcano lost about 36 centimeters in the timeframe of the study.

The maps indicate that a circular patch of ground around the volcano’s northern crater is « moving away from the satellite with a steady rate of displacement over time.

As I put it before, Ol Doinyo Lengai showed explosive activity in September 2007. This activity continued through spring 2008, after which the volcano resumed producing lava flows. Previous research suggested the newly-blasted crater may be subsiding, and the new study confirms that the upper slopes of this crater have been sinking since 2013. It should be noted the researchers did not look at data between 2008 and 2013. According to the authors of the latest study, the likely cause for this subsidence is a deflating magma reservoir located about 1,000 meters beneath the volcano.

One can read in the study that « the geometry and characteristics of the shallow magma plumbing system below Ol Doinyo Lengai remain elusive. » This reservoir may be connected to a bigger magma storage area 3,000 meters or deeper beneath the volcano.

The researchers explain that monitoring the subsidence of Ol Doinyo Lengai is important to forecast eruptions. There is also a growing 100-meter-long lava-filled fissure along the western rim of the volcano that « could further elongate as Ol Doinyo Lengai continues to erupt and subside, » according to the study. Francis Balland has informed me that this fissure is about 100 meters long, 5 meters wide, with 5-10-meter-high walls.

Source : Live Science via Yahoo News.

Here is a good video that perfectly shows the physical characteristivs of carbonatite lava, as well as its fluidity :

https://youtu.be/qputaVyn7TE

Mesure des gaz sur le Kilauea (Hawaï) // Gas measurement on Kilauea Volcano (Hawaii)

L‘Observatoire des Volcans d’Hawaï (HVO) publie régulièrement des articles dans le cadre d’une série baptisée « Volcano Watch » dont le but est d’informer sur les observations et les mesures effectuées par les scientifiques en poste à l’Observatoire. C’est aussi un travail de vulgarisation qui informe le public sur les risques volcaniques.

L’un des derniers articles « Volcano Watch » est consacré à la mesure des gaz volcaniques, un paramètre essentiel, que ce soit pour la sécurité du public ou pour la compréhension de l’activité volcanique. Le HVO explique dès le début de l’article que la technologie repose avant tout sur le vent.

 

Panache de gaz émis par le cratère de l’Halema’uma’u (Photo : C. Grandpey)

Le HVO exploite actuellement 19 stations permanentes de mesure des gaz et 7 instruments portables pour analyser les éruptions du Kilauea. L’ensemble de ces instruments peut être divisé en deux catégories : (1) ceux qui analysent les concentrations de gaz ; et (2) ceux qui étudient les taux d’émission.

Les instruments qui analysent les concentrations de gaz comprennent des stations multi-gaz qui mesurent un ensemble de gaz (CO2, H2O, SO2 et H2S) et des stations haute résolution capables de mesurer un seul gaz (le SO2, par exemple) jusqu’à de très faibles concentrations. Ces instruments prélèvent des échantillons de panaches volcaniques pour indiquer quels gaz sont présents et les rapports de ces gaz les uns par rapport aux autres, ce qui est important pour comprendre le système volcanique.

Les instruments qui analysent les taux d’émission mesurent l’absorption de la lumière ultraviolette du soleil par le panache via la télédétection. Cela permet aux scientifiques du HVO de déterminer la quantité de SO2 émise par le volcan, mais uniquement pendant la journée.

Un géochimiste du HVO mesure les gaz émis par le Kilauea à l’aide d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), un instrument qui détecte la composition des gaz sur la base de la lumière infrarouge absorbée. (Crédit photo : HVO)

Tous ces instruments nécessitent une bonne coopération des gaz. Cela signifie que le panache doit passer à proximité ou au-dessus de l’instrument pour qu’une mesure soit effectuée.

Le panache volcanique ne bouge pas tout seul. Il dépend du vent pour le transporter dans une direction donnée. Le travail des scientifiques spécialisés dans la mesure des gaz volcaniques consiste à rechercher et à mesurer cette formation de gaz changeante et transitoire, ce qui n’est pas une tâche facile. En effet, les instruments ne fonctionnent pas dans certaines conditions météorologiques. Ils ont besoin que le vent souffle dans la bonne direction et à la bonne vitesse pour effectuer une mesure utile.

Sur le Kilauea, les alizés sont les vents dominants, ce qui signifie que les vents proches de la surface soufflent du nord-est la majeure partie de l’année. Pour cette raison, les stations permanentes de mesure des gaz du HVO sont positionnées au sud-ouest (sous le vent) de l’Halema’uma’u, le cratère sommital.

Si la direction du vent s’inverse par rapport aux alizés (une situation appelée « vents de Kona »), les scientifiques se trouvent en difficulté car le vent éloigne les gaz des capteurs permanents. De même, si le vent est trop lent (en dessous d’environ 4 mètres par seconde), le panache peut alors s’élever verticalement et se trouver hors de portée des capteurs. Dans le cas contraire, si le vent est trop fort, il dilue le panache, l’étale et rend difficile la mesure par les capteurs.

Une autre difficulté est que les volcans n’entrent pas en éruption toujours au même endroit. Lors de l’éruption la plus récente du Kilauea, des fissures se sont ouvertes dans la partie supérieure de la zone de rift sud-ouest, sous le vent de la quasi-totalité du réseau de mesure des gaz. Un seul instrument, une station à haute résolution – la HRPKE – était située à proximité des bouches éruptives, à quelques centaines de mètres à l’ouest-nord-ouest des fissures. Le problème, c’est que le vent soufflait du nord ce jour-là et emportait l’épais panache éruptif vers le sud, loin de la station HRPKE qui a dû se contenter d’un filet de gaz plusieurs heures après le début de l’éruption. Par la suite, le vent a tourné plus à l’est et dirigé le panache vers la station.

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Station HRPKE installée au sud-ouest du sommet du Kīlauea, dans l’Upper Southwest Rift Zone. L’instrument mesure les concentrations de SO2 dans l’air, ainsi que des données météorologiques telles que la vitesse et la direction du vent, et les précipitations. (Crédit photo : USGS)

Pour parvenir à des mesures de gaz efficaces, il faut la combinaison de quatre éléments : la direction et la vitesse du vent, parfois la lumière du jour, et toujours beaucoup de chance. Les chercheurs en charge de la mesure des gaz volcaniques à l’USGS ne cessent de mettre au point de nouvelles technologies pour être plus efficaces et pouvoir informer le public sur ce risque volcanique.

Source : HVO / USGS.

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The Hawaiian Volcano Observatory (HVO) regularly publishes articles as part of a series called “Volcano Watch” whose aim is to inform about the observations and measurements performed by scientists stationed at the Observatory . It is also popularization work which informs the public about volcanic hazards.

One of the latest « Volcano Watch » articles is dedicated to the measurement of volcanic gases which is critical for both public safety and understanding volcanic activity. HVO explains from the beginning that the technology relies on the wind.

HVO currently operates 19 permanent gas monitoring stations and 7 portable instruments for eruption response on Kilauea. These can be divided into two categories : (1) gas concentrations; and (2) emission rates.

Gas concentration instruments include multi-GAS stations that measure a combination of gases (CO2, H2O, SO2, and H2S) and high-resolution stations that can measure a single gas (SO2) down to very low concentrations. These instruments draw in samples of volcanic plumes to indicate which gases are present and the ratios of these gases to each other, which is important for understanding the volcanic system.

Emission rate instruments measure the plume’s absorption of ultraviolet light from the sun via remote sensing. This allows HVO scientists to determine how much SO2 is coming out of the volcano, though only during daylight hours.

All these instruments require cooperation from the gases themselves: the plume must pass by or over the instrument for a measurement to be made.

The volcanic plume, however, doesn’t move on its own. It relies on the wind to carry it in any given direction. The job of volcano gas scientists is to chase around and measure this shifting, transient gas claoud, which is not an easy task. Indeed, gas instruments do not work in certain weather conditions. They need the wind to be in the right direction and the right speed to make a useful measurement.

At Kilauea volcano, the dominant trade winds mean that near-surface winds blow from the northeast most of the year. For this reason, HVO’s permanent gas monitoring stations are positioned to the southwest (downwind) of Halemaʻumaʻu, the summit crater.

If the wind direction is reversed relative to normal trade winds (a condition called “Kona winds”), scientists have no easy way of measuring it because the wind is blowing the gas away from the permanent sensors. Similarly, if the wind is too slow (below about 4 m/s), then the plume can loft straight up and once again miss the sensors. Alternatively, if the wind is too strong then it effectively dilutes the plume, spreading it thin and making it difficult for the sensors to measure.

Another complication is that volcanoes do not always erupt from the same location. In the most recent eruption at Kilauea, fissures opened in the Upper Southwest Rift Zone, downwind of nearly the entire gas monitoring network. Only one instrument, a high-resolution station called HRPKE, was located near the eruptive vents, a few hundred meters to the west-northwest of the fissures. However, the winds were northerly that day and were blowing the thick eruptive plume to the south, away from HRPKE which di not record a wisp of gas until several hours into the eruption when the wind turned more easterly, finally blowing the plume to the station.

Effective gas measurements require an alignment of four things: wind direction, wind speed, sometimes daylight, and always luck. Volcano gas researchers at the USGS continue to develop new technologies to be more efficient and be able to inform the public about this volcanic hazard.

Source : HVO / USGS.

L’intelligence artificielle arrive en volcanologie // Artificial intelligence arrives in volcanology

Des scientifiques de l’Université de Grenade ont développé un algorithme d’apprentissage automatique très précis censé prévoir les éruptions volcaniques. [L’apprentissage automatique (machine learning en anglais) est un champ d’étude de l’intelligence artificielle qui vise à donner aux machines la capacité d’« apprendre » à partir de données, via des modèles mathématiques].

Les travaux de ces scientifiques, publiés récemment dans Frontiers in Earth Science, montrent que cette technologie peut permettre de mieux comprendre et prévoir l’activité volcanique. Au final, elle permettra une meilleure préparation aux catastrophes et réduira les risques volcaniques.
Les chercheurs ont analysé un vaste ensemble de données sismiques de l’Etna (Sicile) couvrant plusieurs décennies. En appliquant le modèle d’apprentissage automatique à des données historiques, ils ont pu identifier les signaux sismiques qui précédaient systématiquement les éruptions. La capacité prédictive de l’algorithme a ensuite été testée en utilisant des données sismiques plus récentes. On aboutit à un taux de précision impressionnant, de plus de 90 %.​  Les chercheurs insistent sur le fait que cette approche peut être appliquée à différents systèmes volcaniques à travers le monde.
En appliquant des techniques de traitement du signal aux enregistrements sismiques, les scientifiques ont fait apparaître quatre caractéristiques sismiques différentes, qui évoluent lorsque le système volcanique s’approche d’un épisode éruptif. Ils ont ensuite élaboré une matrice temporelle avec ces paramètres et attribué une étiquette à chaque instant temporel en fonction de l’état réel de l’activité volcanique (simple activité, situation pré-éruptive, situation éruptive). Restait à résoudre le problème du développement de systèmes d’alerte précoce transférables entre volcans. Pour cela, les auteurs de l’étude ont appliqué leur méthodologie à des bases de données associées à différents systèmes volcaniques, y compris des données concernant des épisodes explosifs et effusifs, enregistrées dans plusieurs scénarios volcaniques à conduits ouverts et fermés. Les volcans pris en compte sont l’Etna (Sicile), le Bezymianny (Kamchatka), Volcán de Colima (Mexique), le Mont St. Helens et l’Augustine. (États Unis).
On peut être optimiste quant à la capacité de l’algorithme d’apprentissage automatique à prévoir correctement les éruptions d’autres volcans actifs à travers le monde. Cette technologie peut faciliter l’approche des catastrophes en fournissant des alertes précoces et en permettant aux autorités de mettre en œuvre des plans d’évacuation et de prévoir d’autres mesures de sécurité.
L’étude montre le potentiel de l’apprentissage automatique et d’autres avancées technologiques dans la recherche géophysique. La capacité des algorithmes d’apprentissage automatique à analyser des informations complexes et à identifier des modèles cachés peut être utilisée dans un large éventail d’applications des sciences de la Terre, notamment la prévision des séismes et la modélisation climatique. Les chercheurs vont maintenant s’efforcer d’améliorer leur modèle et de tester sa pertinence dans divers environnements volcaniques.

Référence:

Universal machine learning approach to volcanic eruption forecasting using seismic features – Pablo Rey Devesa et al. — Frontier in Earth Science, June 26, 2024 – https://doi.org/10.3389/feart.2024.1342468

Source : The Watchers.

Episode éruptif sur l’Etna (Photo: C. Grandpey)

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L’utilisation de l’intelligence artificielle dans la prévision volcanique et celle d’autres phénomènes naturels semble prometteuse. Cependant, il faut garder à l’esprit que l’intelligence artificielle fait partie de la science exacte alors que les éruptions dépendent des caprices de la Nature qui sont souvent imprévisibles !

Des progrès ont été réalisées au cours des dernières décennies en matière de prévision éruptive, mais il reste encore beaucoup à faire pour déjouer les traquenards mis sur le chemin des scientifiques par Dame Nature. L’intelligence artificielle permettra peut-être aussi un jour d’empêcher que des populations se fassent tuer par de puissants séismes.

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Scientists at the University of Granada developed a very accurate machine-learning algorithm for predicting volcanic eruptions. Their work, published recently in Frontiers in Earth Science, demonstrates how this technique can assist us in better understanding and forecasting volcanic activity, which is a crucial step toward increasing disaster preparedness and decreasing volcanic dangers.

The researchers analyzed a large dataset of seismic recordings from Mount Etna gathered over several decades. By training the machine learning model on historical data, they were able to identify seismic signals that consistently preceded eruptions. The algorithm’s prediction capacity was then tested against more recent seismic data, and it achieved an impressive accuracy rate of more than 90%.​  The researchers insist that it is transferable to different volcanic systems around the world.

By applying signal processing techniques on seismic records, the scientists extracted four different seismic features, which usually change their trend when the system is approaching an eruptive episode. Then, they built a temporal matrix with these parameters and defined a label for each temporal moment according to the real state of the volcanic activity (Unrest, Pre-Eruptive, Eruptive). To solve the remaining problem of developing early warning systems that are transferable between volcanoes, the authors of the study applied their methodology to databases associated with different volcanic systems, including data from both explosive and effusive episodes, recorded at several volcanic scenarios with open and closed conduits: Mt. Etna, Bezymianny, Volcán de Colima, Mount St. Helens and Augustine.

The machine learning algorithm’s performance in properly predicting eruptions bodes well for its application to other active volcanoes across the world. This technology can help with disaster planning by providing early warnings and allowing authorities to enact evacuation plans and other safety measures on time.

The study demonstrates the greater potential of machine learning and other such technological advancements in geophysical research. Machine learning algorithms’ capacity to analyze complicated information and identify hidden patterns can be applied to a wide range of earth science applications, including earthquake prediction and climate modeling. The researchers intend to enhance their model further and test its relevance to various volcanic environments.

Reference:

Universal machine learning approach to volcanic eruption forecasting using seismic features – Pablo Rey Devesa et al. — Frontier in Earth Science, June 26, 2024 – https://doi.org/10.3389/feart.2024.1342468

Source : The Watchers.

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The use of artificial intelligence in volcanic prediction and the prediction of other natural phenomena looks promising. However, onse should keep in mind that artificial intelligence is part of exact science whereas eruptions depend on Nature’s whims which can be unpredictable !

Progress has been made in recent decades in eruptive prediction, but much remains to be done to thwart the traps put in the path of scientists by Mother Nature. Artificial intelligence may one day make it possible to prevent populations from being killed by powerful earthquakes.