Catégorie : Science

Des canons à eau pour comprendre les éruptions explosives // Water cannons to understand volcanic blasts

Le dernier article Volcano Watch rédigé par des scientifiques du HVO est consacré aux explosions volcaniques, comme lors de l’éruption du Mont St. Helens (État de Washington) en 1980. L’événement a illustré les dangers et les impacts de telles explosions volcaniques sur les paysages naturels et les infrastructures humaines.
L’éruption a dévasté la nature sur des centaines de kilomètres carrés et tué 57 personnes. Au cours de la quarantaine d’années qui ont suivi, plusieurs autres éruptions explosives dirigées latéralement ont été observées dans le monde.
Une éruption du Mont Ontake (Japon) en 2014 a tué 57 personnes sur ses pentes et, à ce titre, a montré les impacts tragiques des éruptions dirigées latéralement dans les environnements proches des bouches éruptives.

Il faut toutefois noter que les éruptions latérales ne se limitent pas seulement à l’explosion principale. Des gaz chauds, des cendres et de la boue peuvent s’écouler latéralement lors d’une éruption majoritairement verticale située dans une topographie confinée, comme une vallée, que peuvent emprunter les coulées pyroclastiques. Ces dernières peuvent avoir un impact sur l’environnement proche de la source de l’éruption, même pour des événements mineurs.
Si elles empruntent une vallée ou une autre topographie favorable, les coulées pyroclastiques peuvent se déplacer sur plusieurs kilomètres depuis la bouche éruptive. Dans certains cas, on peut assister à des coulées de boue, ou lahars, qui peuvent être particulièrement dangereux même à des dizaines de kilomètres de la source de l’éruption.
En raison des effets dévastateurs que ces événements peuvent avoir, les volcanologues essayent d’améliorer la détection et la caractérisation des dangers posés par les éruptions explosives. Pour cela, ils utilisent des capteurs automatisés tels que des sismomètres et des microphones pour les systèmes d’alerte précoce.
Une expérience a récemment été réalisée par une équipe de scientifiques américains et néo-zélandais. Les caractéristiques énergétiques d’une éruption volcanique déclenchée par les chercheurs ont été mesurées à l’aide d’un système d’enregistrement acoustique à microphones. L’expérience a utilisé un canon à eau inclinable entouré de capteurs de pression comme ceux utilisés pour la surveillance des volcans. Les scientifiques voulaient savoir s’il existait des différences entre le son mesuré dans le sens du souffle de l’éruption, et le son mesuré derrière le canon. Ces différences peuvent donner aux chercheurs un aperçu des processus éruptifs et leur permettre de mieux comprendre les dangers associés aux véritables éruptions.

L’image ci-dessus – extraite d’une vidéo GNS Science – montre un exemple d’explosion au cours de l’expérience réalisée en 2016 avec un canon à eau incliné. Le canon est un fût classique de 200 litres, ouvert à une extrémité, et rempli au tiers d’eau à température ambiante. Une bouteille bien fermée, remplie d’azote liquide, est introduite dans l’eau. Comme l’azote liquide est à une température de -196 degrés Celsius, il se dilate dans l’eau environnante qui est plus chaude.
Peu de temps après l’immersion de la bouteille, celle-ci éclate rapidement en produisant une petite explosion contrôlée. Dans des conditions normales, une explosion partirait dans toutes les directions, mais comme la bouteille se trouve au fond d’un fût ouvert, l’énergie est propulsée hors de l’ouverture. La direction préférentielle prise par l’énergie et la direction de l’explosion sont enregistrées sur les capteurs installés tout autour..

Chaque expérience réalisée par les scientifiques a été contrôlée à l’aide de caméras orientées dans trois directions pour enregistrer la direction et la vitesse de l’explosion. Les explosions dirigées verticalement ont donné naissance à des enregistrements acoustiques similaires sur tous les microphones.
Pour les éruptions plus proches du sol, les expériences montrent que les explosions les plus fortes produisent une énergie de fréquence plus élevée dans la direction du souffle de l’éruption, tandis qu’une énergie de fréquence plus basse est enregistrée derrière la source de l’explosion, autrement dit le canon.
Bien que davantage de tests soient nécessaires, ces expériences sont susceptibles de révéler les caractéristiques de la dynamique des éruptions explosives. Ces données pourraient être utilisées dans le cadre de futurs systèmes de détection d’éruptions à proximité de bouches éruptives dangereuses.
Ces données peuvent également être utilisées dans le cadre de l’étude des coulées pyroclastiques et la surveillance des lahars. Sur les volcans hawaïens où l’on observe très peu d’éruptions explosives, les résultats des expériences ci-dessus pourraient aider à comprendre la migration latérale des éruptions fissurales.

Si vous souhaitez en savoir plus sur cette expérience (en anglais), il suffit de cliquer sur ce lien :
https://earth-planets-space.springeropen.com/articles/10.1186/s40623-022-01732-0

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The latest Volcano Watch article by HVO scientists is dedicated to volcanic explosions like during the eruption that shook Mount St. Helens (Washington State) in 1980. The event illustrated the hazards and impacts of ground-hugging volcanic blasts on natural landscapes and human infrastructure.

The eruption devastated hundreds of square kilometers and killed 57 people. In the more than 40 years since, several additional laterally directed explosive eruptions have occurred worldwide.

An eruption at Mt Ontake (Japan) in 2014 killed 57 people on its slopes and, as such, showed the tragic impacts of laterally directed eruptions in near vent environments. But lateral eruptions at volcanoes are not only confined to the main eruption blast.

Hot gas, ash and mud can flow laterally from a mostly vertical eruption located in confining topography, like a valley, focusing pyroclastic density currents. They may impact the near vent environment even for small eruptions.

If a valley or other topography exists, these types of flows can move several kilometers from the eruption vent. In some cases, such events can produce mudflows, or lahars, which can be particularly dangerous even tens of kilometers from the eruption source.

Due to the devastating impacts these events can have on nearby areas, the global volcano monitoring community wants to improve the detection and characterization of hazards posed by explosive eruptions using automated sensors like seismometers and microphones for early warning systems.

A new experiment was recently completed by a U.S. and New Zealand research team. The energy characteristics of a human-made volcanic eruption was measured on a surrounding microphone acoustic recording system. The experiment used a tiltable water cannon that was surrounded by pressure sensors like those used for volcano monitoring. The scientists wanted to determine if there were differences in the sound measured in the direction of the eruption blast, compared to the sounds measured behind the cannon. These differences may give scientists insight into the eruption processes and better understand the hazards associated with real ground-hugging eruptions.

The image above – taken from video by GNS Science – shows an example explosion from the inclined water cannon experiment performed in 2016. The barrel is comprised of a standard 200-liter drum with one end open, filled one-third full of water at ambient temperature. A sealed soda-pop bottle filled with liquid nitrogen is dropped into the water. Because the liquid nitrogen is at a temperature of -196 degrees Celsius, it will expand in the warmer surrounding water.

Shortly after the bottle is immersed, it rapidly bursts, producing a small, controlled explosion. Normally an explosion would expand in all directions, but because the bottle is at the bottom of an open-ended barrel, the energy is focused out of the barrel opening. The preferential direction of energy expansion and the explosion direction is then recorded on the surrounding sensors.

Each experiment was recorded with video cameras facing in three unique directions to document the blast direction and speed. Vertically directed blasts were found to have similar acoustic recordings on all the surrounding microphones.

For more ground-hugging eruptions, the experiments suggest that the strongest blasts show higher frequency energy in the direction of the blast while lower frequency energy is recorded behind the blast source, which in this case is the cannon.

While more tests are required, the observations might reflect features of eruption blast dynamics that can be used as part of future eruption detection systems near hazardous eruption vents.

The observational data may also have implications for hazardous mass flow events including pyroclastic-flows and lahar monitoring. On Hawaiian volcanoes that have few explosive eruptions, the observation results may be useful to understand the lateral migration of fissure eruptions.

If you want to learn more about this experiment (in English), just click on this link :

https://earth-planets-space.springeropen.com/articles/10.1186/s40623-022-01732-0

Eruption du Mont St Helens en 1980 (Source: USGS)

Le Mont Ontake après l’éruption de 2014 (Sourc: JMA)

Les volcans de Vénus // Venus volcanoes

On découvre ces jours-ci dans la presse scientifique internationale « la carte la plus détaillée des volcans de Vénus. » C’est aussi la cartevolcanique la plus complète de toutes les planètes du système solaire.
La carte fait apparaître l’emplacement et la taille des 85 000 reliefs volcaniques découverts sur Vénus à ce jour. Pendant des années, les scientifiques ont pensé que les volcans de Vénus étaient éteints depuis longtemps. Cependant, la récente découverte d’un volcan actif sur Vénus au début de l’année 2023 a changé la donne et ravivé l’intérêt des planétologues pour cette planète.
La carte, publiée le 29 mars 2023, représente le catalogue le plus complet du volcanisme planétaire, y compris sur Terre. La plupart des volcans de notre planète n’ont pas encore été découverts car ils sont cachés sous l’eau, au fond de l’océan. La différence, c’est que Vénus a tous ses volcans en surface, ce qui permet de repérer et d’étudier la plupart d’entre eux. Les chercheurs espèrent que le nouveau catalogue permettra de mieux comprendre comment les volcans de différentes tailles se forment, se répartissent et évoluent à la surface de Vénus.
Les seules informations dont disposent actuellement les astronomes sur le volcanisme de Vénus proviennent d’images envoyées par le vaisseau spatial Magellan de la NASA au début des années 1990. L’équipe scientifique qui a confectionné la carte a utilisé ces données vieilles de 30 ans pour dresser l’inventaire complet des volcans vénusiens. Les chercheurs ont classé les volcans de la base de données en trois groupes en fonction de leur taille : les petits reliefs (moins de 5 kilomètres) de diamètre, les volcans de taille intermédiaire (entre 5 et 100 km) et les grands volcans (plus de 100 km de large).
La carte a révélé que de nombreux petits volcans, oubliés auparavant, constituent une grande partie du catalogue. Ils représentent environ 99 % de l’ensemble des données. À l’autre extrémité du spectre des tailles, les scientifiques ont découvert que les grands volcans sont peu nombreux et se regroupent près de l’équateur vénusien. Les chercheurs ont également remarqué que les volcans de Vénus ont tendance à être ou très petits, ou assez grands, avec peu de tailles intermédiaires. On trouve ces formes de relief de taille moyenne essentiellement dans l’hémisphère oriental de la planète. Fait intéressant, l’équipe n’a trouvé aucun volcan autour du pôle sud de la planète, ce qui reste un mystère.
Les scientifiques expliquent que ces découvertes permettent de mieux comprendre les processus qui se produisent à l’intérieur de Vénus. Le nombre de volcans et leur taille pourraient s’expliquer par des quantités spécifiques de magma actif sous la surface de la planète, ou par le rythme des éruptions sur Vénus.
Bien que le dernier catalogue dévoile 50 fois plus de volcans que précédemment, l’équipe scientifique pense qu’il y en a d’autres à découvrir. Par exemple, des volcans extrêmement petits avec seulement 1 km de diamètre étaient trop insignifiants pour être visibles dans les anciennes données de Magellan.
Les scientifiques espèrent que de tels petits volcans seront découverts par la mission Vénus VERITAS de la NASA, qui est conçue pour percer l’atmosphère épaisse de la planète et aura la capacité de remarquer des changements centimétriques à sa surface. Cependant, en raison de problèmes financiers, la NASA a dû reporter indéfiniment cette mission.
Source : space.com et d’autres médias internationaux.

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One can find these days in the international scientific press « the most detailed map of volcanoes on Venus. » It is also the most complete volcano map of all planets in the solar system.

The map reveals the locations and sizes of all 85,000 volcanic landforms discovered on Venus to date. For years, scientists thought that Venus’ volcanism had long been extinct. However, the discovery of a recently active volcano on Venus in early 2023 renewed interest among planetary scientists who looked for more live volcanoes on the planet’s surface.

The map, released on March 29th, 2023, is the most complete catalog of volcanism on any world, including Earth. Most of Earth’s volcanoes are yet to be found because they are hidden underwater on the planet’s ocean floor. Venus, however, displays all volcanoes on its surface, allowing scientists to spot and study most of them. The researchers hope the new catalog will provide better understanding about how volcanoes of various sizes form, spread and evolve across the surface of Venus.

The only information astronomers currently have about volcanism on Venus is from images sent by NASA’s Magellan spacecraft in the early 1990s. The scientific team behind the latest study used that 30-year-old data to put together the comprehensive inventory of Venusian volcanoes. Researchers categorized all volcanoes in the database into three groups based on their sizes: small landforms (less than 5 kilometers) in diameter, intermediate sizes (between 5 and 100 km) and large volcanoes (more than 100 km wide.)

The map revealed that numerous small volcanoes, which were previously overlooked, make up much of the catalog. They represent about 99% of the dataset. On the other end of the spectrum of volcanic sizes, the scientists found that large volcanoes are few in number, and are clustered near the Venusian equator. The team also noticed that volcanoes on Venus have a tendency to be either very small or quite large, with few volcanic landforms of intermediate sizes. Such moderately sized landforms were found to be huddled on the planet’s eastern hemisphere. Interestingly, the team did not find any volcanoes around the planet’s south pole, which is still a mystery.

Scientists say these findings shed more light on the processes occurring in the interior of Venus. The number of volcanoes and their sizes could be explained by specific amounts of magma swirling underneath the planet’s surface, or by the rates at which volcanoes erupt on Venus.

Although the latest catalog unveils 50 times more volcanoes than what researchers thought existed on the planet’s surface, the scientific team thinks there are more waiting to be discovered. For example, extremely small volcanoes spanning just1 km in diameter are too tiny to be spotted in the old Magellan data.

Scientists hope such small volcanoes will be found by NASA’s Venus mission VERITAS, which is designed to see through the planet’s thick atmosphere and has the ability to notice centimeter-sized changes on its surface. However, because of financial problems, NASA had to postopone the VERITAS mission indefinitely.

Source :  space.com and other international news media.

Source : Rebecca Hahn, Washington University in St. Louis

Source : sonde Magellan de la NASA

La fonte des glaces perturbe l’axe de la Terre // Ice melting disturbs Earth’s axis

Depuis 1980, les pôles nord et sud de la Terre ont dérivé d’environ 3,90 mètres. Les pôles sont l’endroit où la surface de notre planète croise son axe de rotation, une ligne invisible qui passe par le centre de la masse de la Terre, et autour de laquelle elle tourne. Cependant, les emplacements géographiques des pôles ne sont pas fixes : lorsque l’axe de la Terre se déplace, les pôles font de même.
Une étude publiée en mars 2021 a révélé que l’axe de la Terre a commencé à se déplacer de manière significative en 1995, ce qui a accéléré le mouvement des pôles et changé sa direction. La cause de ce changement était la fonte des glaciers. En effet, la fonte des glaces, en particulier la calotte glaciaire du Groenland et de nombreux glaciers dans le monde, modifie la répartition de la masse de la Terre
Si l’on prend en compte des milliers d’années d’observation, on se rend compte que l’axe de la Terre pointe dans une seule direction : vers l’étoile polaire, également connue sous le nom de Polaris. Toutefois, les astronomes ont vite compris que ce n’était pas toujours le cas. Parfois, l’axe pointe vers une autre étoile, hésite, puis revient à l’étoile polaire.
La Terre n’est pas une boule statique. Le noyau en fusion peut se déplacer, avec un mouvement de flux et de reflux. La croûte peut se contracter ou se dilater, selon ce qui se trouve au-dessus. On peut comparer la Terre à une toupie : si le poids de la toupie est uniformément réparti, elle tourne parfaitement, sans aucune oscillation d’un côté ou de l’autre. Mais si une partie du poids de la toupie se déplace d’un côté ou de l’autre, cela modifie le centre de sa masse et son axe de rotation. Elle se met à pencher vers le côté le plus lourd lorsqu’elle tourne. La même chose se produit avec la Terre lorsque le poids se déplace d’une zone à une autre.
Parfois, des changements dans la répartition de la roche en fusion dans le noyau externe de la Terre peuvent modifier la répartition de la masse de la planète. De plus, la façon dont l’eau est répartie à la surface de la Terre joue également un rôle important.
Ainsi, lorsque le réchauffement climatique a provoqué une énorme fonte des glaciers dans les régions polaires de la planète et que cette eau a rejoint l’océan, le poids de cette eau s’est réparti sur une zone différente. Cette redistribution est le principal moteur de la dérive polaire observée par les scientifiques au cours des dernières décennies.
La tendance a commencé vers 1995. Avant le milieu des années 1990, les données satellitaires montraient que les pôles se déplaçaient lentement vers le sud. Ensuite, ils ont tourné à gauche et ont commencé à se déplacer vers l’est à un rythme accéléré, à raison d’environ 0,25 centimètre par an. La vitesse moyenne de dérive des pôles entre 1995 et 2020 était 17 fois plus rapide que celle de 1981 à 1995.
Cette accélération va de pair avec l’accélération de la fonte autour des pôles nord et sud. Elle a été provoquée par la hausse des températures de surface et des océans de la planète. Le Groenland a perdu plus de 4,2 billions de tonnes de glace depuis 1992, ce qui a fait monter le niveau de la mer d’un centimètre. Le rythme de cette fonte a été multiplié par sept, passant de 36 milliards de tonnes par an dans les années 1990 à 280 milliards de tonnes par an au cours de la dernière décennie.
La fonte des glaciers de l’Antarctique s’accélère également. Dans les années 1980, l’Antarctique perdait 40 milliards de tonnes de glace par an. Au cours de la dernière décennie, ce nombre est passé à une moyenne de 252 milliards de tonnes par an.
L’étude de 2021 montre que les changements dans la quantité d’eau douce stockée sous terre affectent également la dérive polaire. Une fois que les humains ont pompé cette eau souterraine à la surface pour l’utiliser comme eau potable ou pour l’agriculture, elle finit par se déverser dans les rivières et les océans, redistribuant le poids de l’eau à la surface de la Terre. Près de 20 000 milliards de tonnes d’eau souterraine ont été extraites de la Terre depuis les années 1950.
L’axe de rotation de la Terre ne se déplace pas régulièrement dans une direction. En un an, il peut également se déplacer d’avant en arrière. Ces variations sont influencées par « tout ce qui se passe à la surface de la planète » au fil des décennies. Il est donc difficile de dire exactement ce qui a causé les variations dans la position de l’axe.
Dans une étude publiée en 2016, les chercheurs ont pu retracer un déplacement «interannuel» de l’axe dû aux pluies et sécheresses extrêmes. Un sol extrêmement gorgé d’eau est très lourd, alors qu’une sécheresse extrême peut soudainement rendre le sol très léger. C’est suffisant pour modifier la position de l’axe de la Terre,même si ce n’est que très légèrement.
L’axe de rotation de la Terre n’est pas vertical de haut en bas comme les axes de Mercure ou de Jupiter ; il présente une inclinaison de 23,5 degrés. C’est pourquoi les hémisphères nord et sud reçoivent des quantités variables de lumière solaire à différents moments de l’année. C’est aussi pourquoi nous avons des saisons.
Le changement récent de l’axe de la Terre n’affectera pas notre vie quotidienne, mais il pourrait légèrement modifier la durée de nos journées. La Terre met un peu moins de 24 heures pour effectuer une rotation. Le mouvement de son axe, et donc de ses pôles, pourrait ajouter des millisecondes à ce temps de rotation, allongeant un peu nos journées. Cependant, il n’y a aucune raison de s’inquiéter car l’amplitude du changement d’axe de rotation est vraiment faible. Le changement d’heure deux fois dans l’année est certainement plus perturbateur !
Source : Business Insider via Yahoo Actualités.

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Since 1980, Earth’s north and south poles have drifted about 3.90 meters. The poles are where the planet’s surface intersects with its axis of rotation, the invisible line running through the center of Earth’s mass, which it spins around. However, the poles’ geographic locations are not fixed: As the Earth’s axis moves, so do the poles.

A study published in March 2021 found that Earth’s axis started shifting drastically in 1995, speeding the movement of the poles and changing its direction. The culprit behind that shift was melting glaciers. Indeed, melting ice, especially in the Greenland ice sheet and many glaciers around the globe, changes how Earth’s weight is distributed

If one averages out thousands of years of observation the Earth’s axis points in a single direction — toward the North Star, also known as Polaris. But astronomers quickly realized that was not always the case. Sometimes, the axis would point at another star, wobble around, then come back to the North Star.

The Earth is not a static ball. Its molten core can shift, ebb and flow. Its crust can squish and expand, depending on what’s laying on top of it. One can compare the Earth with a spinning top: If the top’s weight is evenly distributed, it will whirl perfectly, without any wobbling to one side or another. But if some of the weight happens to shift to one side or the other, it changes the top’s center of mass and axis of rotation, leading it to lean toward the heavier side as it spins. The same thing happens to the Earth when weight moves from one area to another.

Sometimes, changes in the distribution of molten rock in Earth’s outer core can alter how the planet’s mass is distributed. The way water is distributed on Earth’s surface also plays a big role.

So when climate change caused a huge melt of glaciers in the planet’s polar regions and that water joined the ocean, the weight of that water got spread across a different area. That redistribution is the main driver of the polar drift scientists have observed in the past few decades.

The trend started around 1995. Before the mid-1990s, satellite data showed that the poles were moving slowly south. Then, they turned left and started shifting to the east at an accelerated rate, moving by about 0.25 centimeters per year. The poles’ average drift speed between 1995 and 2020 was 17 times faster than that from 1981 to 1995.

That acceleration aligns with accelerated melting around the north and south poles, which has been driven by the planet’s rising surface and ocean temperatures. Greenland has lost more than 4.2 trillion tons of ice since 1992, which has raised global sea levels by one centimeter. The rate of that melt increased sevenfold, from 36 billion tons per year in the 1990s to 280 billion tons per year in the past decade.

Antarctica’s glacial melting is also speeding up. In the 1980s, Antarctica lost 40 billion tons of ice annually. In the past decade, that number jumped to an average of 252 billion tons per year.

The 2021 study suggested that changes in how much fresh water is stored underground affect polar drift, too. Once humans pump that groundwater to the surface for use as drinking water or for agriculture, it eventually flows into rivers and oceans, redistributing that water weight to Earth’s surface. Nearly 20 trillion tons of groundwater have been pumped out of the Earth since the 1950s.

The spin axis of the Earth does not move steadily in one direction. Within a year it may also wiggle back and forth. These wiggles are influenced by a combination of « everything that’s happening on the planet » over decades. That makes it difficult to tell exactly what has caused a big shift in the axis.

In a 2016 study, researchers were able to trace back an « interannual » wiggle to extreme rain and droughts. Extremely waterlogged soil is very heavy, whereas an extreme drought can suddenly make the soil very light. This is enough to knock the Earth off its axis, although slightly.

Earth’s axis of rotation is not straight up and down like the axes of Mercury or Jupiter, but tilted at an angle of 23.5 degrees. That’s why the northern and southern hemispheres get varying amounts of sunlight at different times of the year. This why we have seasons.

The recent change to Earth’s axis won’t affect our everyday lives, but it could slightly tweak the length of our days. Earth takes just under 24 hours to complete one rotation. But the movement of its axis, and therefore its poles, could add milliseconds to that spin time, making our days a tiny bit longer. However, there is no reason to panic as the magnitude of the spin axis change is really small. The time change twice a year is certainly more disruptive!

Source : Business Insider via Yahoo News.

 

La Terre, une belle mais fragile planète (Source : NASA)

Les anneaux de vapeur sur les volcans // Vapour rings on volcanoes

Certains volcans comme l’Etna (Sicile) laissent échapper des anneaux de vapeur qui flottent ensuite au-dessus de leurs cratères. Des anneaux de courte durée ont également été observés sur l’Eyjafjallajökull en Islande. Les chercheurs ont trouvé de nouveaux indices sur le processus d’émission de ces anneaux de gaz.
Les volcanologues de l’Institut national de géophysique et de volcanologie (INGV) en Italie ont étudié ces anneaux qui sont généralement associés à une activité volcanique relativement modérée. Ils ont publié les résultats de leurs travaux en février 2023 dans la revue Scientific Reports.
Il existe des similitudes entre la façon dont les volcans émettent ces ronds de vapeur et la façon dont les dauphins soufflent des anneaux de bulles à la surface de la mer, ou la façon dont les fumeurs exhalent des anneaux de fumée. Les versions volcaniques sont communément appelées « anneaux de fumée », bien qu’elles soient principalement constituées de vapeur d’eau. Les chercheurs parlent généralement d’« anneaux de vapeur » ou d’« anneaux de vortex » lorsqu’ils décrivent le phénomène. Les émissions de vapeur sortant d’une bouche volcanique (ou de la bouche d’un fumeur) ralentissent lorsqu’elle rencontrent une surface, ce qui provoque la formation d’une boucle du gaz sur lui-même.
Cependant, on ne sait pas exactement ce qui se passe sur un volcan. Même les volcans connus pour émettre des anneaux de vapeur ne le font pas tout le temps. L’équipe italienne a consulté Internet et recherché des séquences où des anneaux de vapeur ont été filmés. Les anneaux qu’ils ont trouvés mesuraient de 9 à 200 mètres de diamètre et duraient jusqu’à 10 minutes. Généralement blancs, les anneaux de vapeur sont parfois teintés de cendre grise ou brune.
Les chercheurs ont modélisé le mouvement possible du gaz et des bulles dans le conduit d’un volcan. Pour que les anneaux de vapeur se forment, de petites bulles de gaz doivent fusionner et flotter à travers le magma pour créer des poches de gaz sous pression. Lorsque de telles poches explosent, elles peuvent expulser du gaz assez rapidement pour former un anneau de vapeur. Il faut aussi que l’ouverture du volcan soit circulaire ou légèrement émoussée. Les volcans avec des ouvertures irrégulières ou plus elliptiques ne donnent généralement pas naissance à des anneaux. Si des anneaux apparaissent, ils prennent un aspect déformé et instable.
En combinant les observations de photos et de vidéos avec le modèle numérique, l’équipe scientifique a pu déterminer les conditions physiques nécessaires à la formation des anneaux de vapeur. De plus, ces anneaux peuvent apporter des informations sur le magma d’un volcan. En particulier, les volcans qui libèrent des anneaux de vapeur ont un magma plus liquide et plus susceptible de s’écouler.
Cependant, il y a des limites à ce que les anneaux de vapeur peuvent révéler sur les volcans. Par exemple, lorsqu’un volcan comme le Mont St Helens émet continuellement du gaz sous pression en projetant beaucoup de matière solide, on ne voit jamais d’anneaux de vapeur ou de gaz.
Source : The Seattle Times.

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Dans une note publiée le 11 février 2010, j’expliquais que les anneaux de fumée émis par certains volcans ne sont pas des phénomènes exceptionnels. Des fumeurs peuvent les provoquer en positionnant leurs lèvres et en exhalant la fumée de cigarette d’une certaine manière. Ces ronds apparaissent souvent autour des pots d’échappement des voitures ou autour de la bouche des canons, en particulier dans les bandes dessinées.

Dans son ouvrage Sur l’Etna dans lequel il écrit que le volcan « fume la pipe », Haroun Tazieff expliquait en 1991 que « ces ronds de fumée sont provoqués par la convection des gaz lancés à grande vitesse par l’orifice circulaire de la bouche ». Quelques années plus tard, je fus moi-même témoin du phénomène sur l’Etna (voir photos ci-dessous). Dans un échange de correspondance avec le célèbre volcanologue, j’écrivais que « l’expulsion centrale plaquerait les gaz sur la paroi de la bouche où ils s’enrouleraient sur eux-mêmes pour finir par sortir en anneau, étant donné la forme de l’ouverture ». H.. Tazieff me répondit – croquis de sa main à l’appui – que sa propre explication des anneaux était proche de la mienne. « La différence tient essentiellement dans la coupe de la bouche, ce qui, au moment de la bouffée, crée un excès de gaz (diamètre large sous l’évent, diamètre faible de l’évent lui-même) avec, naturellement, accélération des gaz dans la partie centrale et freinage au contact des parois tout autour, d’où ‘enroulement des gaz à la périphérie de l’ensemble ».

Les scientifiques expliquaient en 2010, quand j’ai rédigé ma note, que, pour obtenir un rond, il faut deux conditions initiales : de la fumée et une vitesse de départ. Dans le cas du volcan, ce sont les fumerolles et l’air chaud ascendant émis par une bouche qui sont susceptibles de générer les anneaux. Mais tous les jets de fumée ne donnent pas des ronds ! Un rond de fumée ne peut s’obtenir que si le jet est discontinu. Il se forme alors autour d’un cœur autour duquel le fluide tourne. Chaque partie de l’anneau est soumise à la vitesse induite des autres parties : la moitié droite de l’anneau tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, et la moitié gauche dans le sens inverse.

L’anneau ne peut donc pas rester immobile : il est en mouvement permanent par rapport au fluide qui l’entoure. C’est ainsi qu’un anneau ne reste pas immobile au-dessus de l’Etna ; il s’en éloigne inexorablement…

Expulsion d’un anneau de gaz sur l’Etna

Source de l’émission d’anneaux sur le Cratère SE de l’Etna

Photos: C. Grandpey

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Some volcanoes like Mount Etna (Sicily) blow rings of vapour and ash that waft above their craters. The short-lived rings have also been observed occasionally at Eyjafjallajökull in Iceland. Researchers have found new clues about how bursting gas bubbles create these curiosities in some volcanoes.

Volcanologists at the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV) in Italy have investigated the rings which are typically associated with relatively mild volcanic activity. They published their findings in February 2023 in the journal Scientific Reports.

There are similarities between how volcanoes huff out these halos and how dolphins blow bubble rings or how smokers exhale smoke rings. The volcanic versions are also commonly called smoke rings, although they’re actually made mostly of water vapour. Researchers usually say “vapour rings” or “vortex rings” when describing the phenomenon. Emissions exiting a volcano’s blowhole (or a smoker’s mouth) slow down where they encounter a surface, causing the gas to loop over on itself.

However, it is not exactly clear what is happening within a volcano that leads to a vapour ring. Even volcanoes known for such puffery don’t make rings all the time. The Italian team scoured the internet and research footage for vapor rings caught on camera. The rings they found were 9-200 meters in diameter and lasted up to 10 minutes. Typically white, vapor rings were occasionally tinged with gray or brown ash.

The researchers modeled the possible motion of gas and bubbles within the barrel of a volcano. For vapour rings to form, small gas bubbles had to merge and float up through the magma to create pressurized gas pockets. When such pockets explode, they could push out some gas fast enough to make a vapor ring. But the volcano’s opening also needed to be circular or slightly smushed. Volcanoes with irregular or more elliptical openings did not typically form rings. When they did, these apertures warped the doughnut shape or caused the ring to wobble.

Combining the photo and video observations with the model allowed the team to find physical conditions needed to make vapour rings. Moreover, ring emissions may say something about a volcano’s magma. In particular, volcanoes that release hoops of vapour have liquid rock that is more likely to flow.

However, there are limits to what vapour rings can reveal about volcanoes. For instance, when a volcano like Mt St Helens continuously gushes gas and spews a lot of solid material, it will never blow rings.

Source : The Seattle Times.

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In a post written on February 11th, 2010, I explained that themoke rings emitted by some volcanoes are not exceptional phenomena. Smokers can cause them positioning their lips and exhaling cigarette smoke in a certain way. These rings often appear around the exhausts of cars or around the mouths of cannons, especially in comics.

In his book On Etna in which he explained that the volcano was « smoking a pipe » Haroun Tazieff wrote in 1991 that « the smoke rings are caused by the convection of gases emitted at high speed by the circular orifice of the vent.  » A few years later, I myself could observe the phenomenon on Mount Etna (see photos above). In a letter to the famous volcanologist, I wrote that « the central expulsion seemed to push the gases on the wall of the vent where they roll up on themselves and eventually ring out, given the shape of the opening.  » H.. Tazieff replied – with a sketch of his hand to support his point of view – that his own explanation for the rings was close to mine. « The difference is in the shape of the vent which, at the time of the expulsion, creates an excess of gas (large diameter below the vent, small diameter of the vent itself) with naturally accelerates the gases in the central part and brakes them at the contact with the walls all around, hence a ‘winding’of the gases at the periphery. »

Scientists explained in 2011 – when I wrote my post – that getting a ring requires two initial conditions: smoke and speed at the start. In the case of the volcano, it is the fumaroles and the rising hot air that is emitted by a vent that are likely to generate the rings. But all the jets do not become smoke rings! A smoke ring can only be achieved if the jet is discontinuous. It is formed around a core around which the fluid rotates. Each part of the ring is subject to the induced velocity of the other parties: the right half of the ring rotates clockwise, and the left half in the opposite direction.

Thus, the ring cannot stay still: it is in constant motion relative to the fluid that surrounds it. Thus, a ring does not stand still above Mount Etna; it inexorably moves away …