Catégorie : Science

Le dégel du permafrost de roche et ses conséquences dans les Alpes (1ère partie : les mesures)

Un article paru dans la Revue de Géographie Alpine analyse l’impact du dégel du permafrost sur le massif alpins Vous trouverez l’intégralité de l’étude, ainsi que de nombreuses illustrations, en cliquant sur ce lien: https://journals.openedition.org/rga/2806

Avec le réchauffement climatique, les Alpes sont fragilisées. Les glaciers reculent et disparaissent. Les parois rocheuses s’effondrent, mettant en danger la vie des alpinistes qui s’y aventurent. Ces effondrements sont dus au dégel (on ne parle pas de fonte) du permafrost de roche qui assure la cohésion et donc la stabilité. des masses rocheuses. Les mesures disponibles depuis 2009 montrent une augmentation des températures du permafrost, à la fois liée à un réchauffement atmosphérique et à un enneigement conséquent ces derniers hivers.

En France, les premières études reconnaissant la présence de permafrost et son rôle sur les environnements alpins remontent au début des années 1980. Un regain d’intérêt pour ce sujet a eu lieu à partir de 2003. L’étendue potentielle du permafrost dans les Alpes françaises est estimée selon les auteurs entre 700 et 1500 km², soit 10 à 20 % des terrains situés au-dessus de 2000 m d’altitude.

Afin de mesurer le régime thermique du sol sous la couche active, des forages ont été effectués depuis 2009 à l’aide de chaînes de capteurs de température mesurant en continu dans trois contextes géologiques différents: le domaine des Deux-Alpes, l’Aiguille du Midi et le glacier rocheux de Bellecombe. Je vous invite à consulter les relevés en allant sur le site mentionné plus haut.

Les forages étant des installations coûteuses, le suivi du permafrost en montagne est donc complété par des mesures de température réalisées en continu par des enregistreurs placés en subsurface (1-5 cm) dans le rocher ou les formations superficielles (10-50 cm). Depuis 2005, neuf capteurs enregistrant la température entre 3 et 55 cm de profondeur ont été installés dans les faces nord, est, sud et ouest du Piton Central de l’Aiguille du Midi. En plus des forages, douze capteurs de surface sont disponibles pour caractériser la distribution de la température.

S’agissant des glaciers rocheux, en octobre 2003, sept enregistreurs autonomes de température ont été placés à quelques dizaines de centimètres sous la surface du glacier de Laurichard, abrités du rayonnement solaire direct. Les enregistrements font clairement ressortir le rôle majeur de l’enneigement sur le régime thermique de surface, et la variabilité du régime thermique hivernal. Ainsi, des hivers à enneigement abondant et précoce se traduisent par un refroidissement hivernal moindre. A l’inverse, des hivers peu neigeux favorisent la perte de chaleur du sol et donc le refroidissement en profondeur.

L’Aiguille du Midi (Photo: C. Grandpey)

Microbes glaciaires // Glacial microbes

Une équipe de chercheurs américains et chinois avait publié le 7 janvier 2020 une étude mettant en garde sur les conséquences du réchauffement climatique (voir ma note du 23 février 2021). Partis il y a 5 ans pour forer des glaciers de l’Himalaya, ces scientifiques ont extrait deux carottes de glace qui leur ont permis de mettre au jour pas moins de 33 virus dont 5 seulement étaient connus du monde scientifique. Les glaciers comportaient un grand nombre de formes de vie, avec des bactéries, des algues, des champignons, ou encore des archées. Ces micro-organismes de petite taille sans noyau ne se distinguent pas des bactéries sur le plan morphologique, mais ils jouent un rôle important dans l’écologie des glaciers.

En 2022, une équipe de scientifiques chinois a découvert sur le Plateau Tibétain 968 espèces différentes de microbes capables de se développer dans des conditions extrêmes. Ils peuvent supporter de très basses températures, un haut niveau de radiation solaire, sans avoir vraiment besoin de nourriture. Ils ont la capacité de se congeler et se décongeler en fonction des températures.

Surnommé le château d’eau de l’Asie, le Plateau Tibétain et ses 2,5 millions de kilomètres carrés, est une source importante d’approvisionnement en eau pour les villes asiatiques qui le bordent. Avec 46.000 glaciers, cette région du monde regroupe la troisième plus grande concentration de glace sur Terre, après les pôles. Le problème, c’est que le Plateau se réchauffe trois fois plus vite que la moyenne mondiale. Selon l’Organisation météorologique mondiale (OMM), «la majeure partie du Plateau Tibétain a accusé une diminution moyenne des jours d’enneigement, entre 1980 et 2016, de moins de 2 jours/an sur près de la moitié de la région, et de plus de 4 jours/an dans certaines zones». Le réchauffement climatique a déjà provoqué le rétrécissement de 80 % des glaciers du Plateau.

Les scientifiques estiment qu’il est nécessaire de répertorier les microbes présents à l’intérieur de ces glaciers car la fonte de la glace va inévitablement provoquer leur dispersion. Ils ont déjà comptabilisé 3.241 génomes en provenance de 21 glaciers entre 2016 et 2020. Quelque 82 % des génomes sont de nouvelles espèces.11 % de ces espèces ont été découvertes sur le même glacier et 10 % ont été retrouvées sur tous les glaciers étudiés. Selon les chercheurs, ces glaciers sont de véritables « enregistreurs » de la vie du passé, puisqu’ils piègent des microbes vieux de 10.000 ans qui peuvent reprendre vie lorsque les conditions sont adéquates. En 2021, une autre étude effectuée par des scientifiques chinois avait permis d’identifier 33 virus (dont 28 inconnus) piégés dans le plateau de glace Guliya au Tibet. L’âge de certains de ces virus avait été estimé à plus de 15.000 ans.

Il ne faudrait pas oublier, non plus, que ces glaciers renferment d’importantes quantités de carbone et de méthane. On estime à 12 millions de tonnes le carbone prisonnier des glaces tibétaines. La fonte des glaces présente donc un danger multiple : la dispersion dans l’atmosphère de ces gaz à effet de serre qui vont à nouveau aggraver le réchauffement, mais aussi des microbes dont on ignore le comportement lorsqu’ils se retrouveront à l’air libre. Je garde en mémoire la découverte du virus de la grippe espagnole encore bien vivant dans les cadavres de jeunes mineurs enterrés au Svalbard en 1918 (voir ma note du 16 avril 2020).

Source: plusieurs organes de presse scientifique dont Futura Sciences.

A team of American and Chinese researchers published a study on January 7th, 2020 warning of the consequences of global warming (see my note of February 23rd, 2021). While drilling the Himalayan glaciers over the past 5 years, these scientists extracted two ice cores which allowed them to uncover no less than 33 viruses of which only 5 were known to the scientific world. The glaciers contained a large number of life forms, with bacteria, algae, fungi, and even archaea. These small, nucleusless microorganisms are morphologically indistinguishable from bacteria, but they play an important role in glacier ecology.
In 2022, a team of Chinese scientists discovered 968 different species of microbes on the Tibetan Plateau, capable of growing in extreme conditions. They can withstand very low temperatures, high levels of solar radiation, without really needing food. They have the ability to freeze and thaw depending on the temperatures.
Nicknamed the water tower of Asia, the Tibetan Plateau and its 2.5 million square kilometers, is an important source of water supply for the Asian cities that border it. With 46,000 glaciers, this region of the world has the third largest concentration of ice on Earth, after the poles. The problem is that the Plateau is warming three times faster than the global average. According to the World Meteorological Organization (WMO), « most of the Tibetan Plateau has shown an average decrease in snow days, between 1980 and 2016, of less than 2 days/year over almost half of the region, and more than 4 days/year in certain areas”. Global warming has already caused 80% of the Plateau’s glaciers to shrink.
Scientists believe that it is necessary to list the microbes present inside these glaciers because the melting of the ice will inevitably cause their dispersion. They have already counted 3,241 genomes from 21 glaciers between 2016 and 2020. Some 82% of the genomes are new species. 11% of these species were discovered on the same glacier and 10% were found on all the glaciers of the study. According to the researchers, these glaciers are true « recorders » of life in the past, since they trapped 10,000-year-old microbes that can come back to life when the conditions are right. In 2021, another study by Chinese scientists identified 33 viruses (including 28 unknown) trapped in the Guliya plateau in Tibet. The age of some of these viruses were estimated at more than 15,000 years.
We should not forget, either, that these glaciers contain significant quantities of carbon and methane. It is estimated that 12 million tons of carbon are trapped in Tibetan ice. The melting of the ice therefore presents a multiple danger: the dispersion in the atmosphere of these greenhouse gases which will aggravate global warming, but also microbes whose behavior is unknown when they find themselves in the open air. I cannot forget the discovery of the Spanish flu virus still very much alive in the corpses of young miners buried in Svalbard in 1918 (see my note of April 16th, 2020).
Source: Scientific press including Futura Sciences.

Plateau Tibétain (Source: Wikipedia)

 

 

La vie sous l’Antarctique // Life beneath Antarctica

Au cours d’une mission dont le but était d’analyser l’impact du réchauffement climatique sur la fonte de la banquise et sur les écosystèmes de la région, des scientifiques néo-zélandais ont découvert une zone sous-glaciaire peuplée de nombreux êtres vivants en bordure de la plate-forme glaciaire de Ross, immense masse de glace flottante dans la partie méridionale de l’Antarctique.
Les chercheurs ont découvert un écosystème surprenant, dissimulé dans une rivière sous-glaciaire, à 500 mètres de profondeur sous la banquise. L’équipe scientifique a foré la banquise et a fait descendre une caméra dans une caverne creusée sous la glace. Des centaines d’amphipodes – de petits crustacés ressemblant à des crevettes – ont assailli la caméra alors qu’elle descendait dans la rivière.
Les images satellites montraient jusqu’à présent un sillon dans la plate-forme glaciaire près de l’endroit où elle entre en contact avec la terre ferme. L’équipe scientifique pensait qu’il s’agissait d’un estuaire sous la glace. Les chercheurs ont longtemps imaginé un réseau de lacs et de rivières d’eau douce coulant sous la calotte glaciaire de l’Antarctique, mais ne les avaient jamais explorés.
Après que les chercheurs se soient rendu compte qu’il s’agissait d’une une rivière souterraine, ils sont allés sur le site et ont procédé à un forage jusqu’à environ 500 mètres sous la surface de la glace. Pour ce faire, ils ont utilisé un système de forage à eau chaude mis au point par l’Université Victoria de Wellington.

Peu de temps après avoir atteint la caverne sous-glaciaire, l’équipe scientifique a fait descendre la caméra. Au départ, les chercheurs n’ont vu que des taches floues qui ressemblaient à des détritus. Ils ont d’abord pensé que la caméra était défectueuse, mais une mise au point rapide a montré qu’il s’agissait en fait de crustacés vivants.
La présence de tous ces animaux en train de nager autour de la caméra signifiait qu’un important processus écosystémique existait à cet endroit. Il faudra maintenant analyser les échantillons d’eau pour tester certains éléments comme les nutriments. Outre la découverte des amphipodes, l’équipe scientifique a constaté que la colonne d’eau se divise en quatre à cinq couches d’eau distinctes qui s’écoulent dans des directions différentes. L’eau se présente souvent sous forme de couches distinctes qui ne se mélangent pas facilement, en raison des différences de température et de salinité. Cependant, comme les plates-formes glaciaires de l’Antarctique flottent, l’eau circule constamment en dessous, entrant et sortant de l’océan. Comme je j’ai indiqué dans des notes précédentes, certaines colonnes d’eau sont chaudes et peuvent faire fondre la banquise.
Au moment où l’équipe scientifique observait la rivière sous-glaciaire, le volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai est entré en éruption entre fin décembre 2021 et mi-janvier 2022, à des milliers de kilomètres de l’Antarctique, en provoquant un tsunami. Les scientifiques ont enregistré les variations de pression dans la cavité sous-glaciaire à la suite de cet événement, ce qui montre à quel point les différents systèmes de notre planète sont connectés.
Source : Smithsonian Magazine.

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During a research project focused on documenting and piecing together how climate change is melting the ice shelf and affecting associated ecosystems, scientists found a subterrenean habitat beneath the outer edges of the Ross Ice Shelf, the world’s largest body of floating ice, on the southern edge of Antarctica.

The researchers discovered a never-before-seen ecosystem lurking in an underground river 500 maters beneath the ice shelf. The team of scientists from New Zealand drilled through the ice shelf and dropped a camera into the cavern below. Hundreds of amphipods – small, shrimp-like crustaceans – swarmed the camera as it descended into the river.

Previous satellite images showed a groove in the ice shelf close to where it met with the land, and the team suspected it was an under-ice estuary. Researchers have long speculated about a network of flowing freshwater lakes and rivers beneath the Antarctic ice sheets but had yet to explore them.

After the researchers identified it as a subterranean river and gathered at the site in Antarctica, they drilled down about 500 meters below the ice’s surface, using a specialized hot water drill system developed at Victoria University of Wellington to melt the ice. Soon after they reached the hidden cavern, the team sent the camera down. Initially, all they saw was blurry flecks that looked like detritus floating around. They first thpought the camera was faulty, but a quick camera-focusing showed that it was actually living crustaceans.

Having all those animals swimming around the camera meant there was an important ecosystem process happening there. More reseach will analyse water samples to test for things like nutrients. Aside from the discovery of the amphipods, the scientific team found that the water column split into four to five distinct layers of water flowing in different directions. Water is often found in distinct layers that do not easily mix, due to differences in temperature and salt content. However, as Antarctic ice shelves float, water constantly circulates underneath them, coming in and out of the open ocean. Some of the water columns are warm and can cause ice shelves to melt.

While the research team was observing the underwater river, the Hunga Tonga-Hunga Ha’apai volcano erupted from late December 2021 to mid-January 2022 thousands of kilometers away, causing a tsunami. The scientists picked up on pressure changes in the underground cavity from this event, which shows how connected our whole planet is.

Source: Smithsonian Magazine.

Profil de la plate-forme glaciaire de Ross (Source: Woods Hole Institution)

Mesures du dioxyde de soufre (SO2) sur le Kilauea (Hawaii) // SO2 measurements on Kilauea Volcano (Hawaii)

Dans un nouvel article, les scientifiques de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) expliquent comment ils analysent les panaches de dioxyde de soufre (SO2) émis par le Kilauea
Les analyses des panaches de SO2 sont essentielles pour surveiller et comprendre l’activité éruptive. Le HVO s’appuie aussi sur les mesures d’émission de SO2 pour les prévisions concernant le vog (brouillard volcanique) et pour évaluer les émissions de lave.
Le HVO utilise des caméras – aussi bien visuelles que thermiques – pour décrire l’activité volcanique. Un troisième type de caméra, la caméra ultraviolet (UV), permet aux volcanologues de visualiser des panaches de SO2. Le SO2 absorbe la lumière ultraviolette, ce qui la fait apparaître dans les images UV alors qu’elle n’est pas visible avec les caméras classiques.
Des caméras UV sont utilisées sur le Kilauea depuis 2010. En 2013, une collaboration entre le Cascades Volcano Observatory (CVO) et le HVO a permis l’installation d’un système de caméra UV automatisé au sommet du Kilauea. Ce réseau de caméras a été retiré en 2018 lorsqu’il a été menacé par l’ouverture de fractures au sol au cours de l’effondrement de la caldeira sommitale.
Avec le retour de la lave et d’un fort dégazage de SO2 au sommet du Kilauea fin 2020, le HVO et le CVO ont fait équipe avec des collègues de l’Université de Sheffield au Royaume-Uni. Les scientifiques britanniques ont mis au point une nouvelle génération de petites caméras UV qui utilisent la technologie Raspberry Pi. Le Raspberry Pi est un nano-ordinateur monocarte à processeur ARM de la taille d’une carte de crédit conçu par des professeurs du département informatique de l’université de Cambridge dans le cadre de la fondation Raspberry Pi. Le HVO a déjà utilisé la technologie Raspberry Pi dans d’autres applications.
Les nouvelles caméras – PiCams – seront testées fin juillet 2022 et pourront être utilisées comme outils de terrain portables ou installées comme stations permanentes dans le réseau de surveillance du HVO. En attendant le résultat des premiers tests, le HVO prévoit d’installer au moins une PiCam en permanence au sommet du Kilauea. Une deuxième PiCam sera soit portable, soit installée en permanence près du sommet du Mauna Loa.
Les mesures des émissions de SO2 peuvent également être dérivés des images des caméras UV. Les mesures traditionnelles des émissions de SO2 sont effectuées en se plaçant sous le panache avec un spectromètre UV monté sur une voiture. Il faut compter une dizaine de minutes, voire davantage, pour effectuer chaque mesure, et seulement 6 à 10 de ces mesures peuvent être réalisées chaque jour. À partir de 2012, le HVO a installé un réseau de spectromètres continus pour mesurer les émissions de SO2 du Kilauea avec une meilleure résolution temporelle que les mesures à partir de véhicules, mais le réseau ne fournit pas d’informations spatiales sur le panache de SO2.
Une fois que les PiCams seront prêtes à l’emploi,elles fourniront une vue bidimensionnelle du panache de SO2 du Kilauea, mais aussi une résolution temporelle élevée et une série temporelle continue de mesures du taux d’émission de SO2.
Les données continues fournies à propos des émissions de SO2 faciliteront l’étude du dégazage en relation avec d’autres ensembles de données continues, comme l’activité sismique et la déformation du sol. Cela donnera une meilleure idée du rôle du dégazage dans des événements éruptifs spécifiques, ce qui n’a pas toujours été facile à réaliser dans le passé. Des travaux semblables ont été effectués au cours de la dernière décennie sur de nombreux volcans à travers le monde, y compris sur le Kilauea où il a été démontré que l’activité sismique et les émissions de SO2 étaient liées au cours des variations de niveau du lac de lave en 2010. Le lac de lave actuel dans le cratère de l’Halema’uma’ u a une configuration et un comportement différents de ceux du lac de lave de 2008-2018. Le HVO est impatient de voir ce que les nouvelles PiCams révéleront sur le dégazage du nouveau lac.
Source : USGS, HVO.

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In a new article, scientists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explain how they analyse the sulphur dioxide (SO2) plumes emittes by Kilauea

Observations of SO2 are essential to both monitoring and understanding eruptive activity. HVO relies heavily on measurements of SO2 emission rate which are critical for vog (volcanic air pollution) forecasts and can be used for calculating lava eruption rates.

HVO also relies heavily on cameras to document activity, including both visual and thermal cameras. A third type of camera—an ultraviolet (UV) camera—allows volcanologists to visualize otherwise invisible, SO2 plumes. SO2 absorbs ultraviolet light, which makes it visible in UV imagery even when it cannot be seen by standard cameras.

UV cameras have been used at Kilauea since 2010. Later, in 2013, a combined effort between the Cascades Volcano Observatory (CVO) and HVO resulted in the installation of an automated UV camera system at the summit of Kilauea. That camera station was removed in 2018 when it was threatened by ground cracking associated with summit caldera collapse events.

With lava and strong SO2 degassing having returned to Kilauea summit in late 2020, HVO and CVO are teaming up with colleagues at the University of Sheffield in the United Kingdom. The UK scientists have developed a new generation of small UV cameras that use Raspberry Pi technology. A Raspberry Pi is a small, low-cost computer, about the size of a credit card, and HVO has used them in other applications before.

The new cameras—PiCams—will be tested later this month and can be used as portable field tools or installed as permanent stations in HVO’s monitoring network. Pending the outcome of the initial tests, HVO plans to install at least one PiCam permanently at Kilauea’s summit. A second PiCam will either be kept portable or will eventually be permanently installed near Mauna Loa’s summit.

SO2 emission rates can also be derived from UV camera images. Traditional SO2 emission rate measurements are made by traversing beneath the plume with a UV spectrometer mounted on a car, so that each measurement takes ten or more minutes, with only 6–10 of those measurements made per day. Beginning in 2012, HVO pioneered a network of continuous spectrometers to measure Kilauea’s SO2 emission rate at a much higher temporal resolution than possible with vehicle-based measurements, but the network did not provide spatial information about the SO2 plume.

Once the PiCams are ready for use, they will provide both a 2-dimensional view of Kilauea’s SO2 degassing as well as a high-temporal resolution, continuous timeseries of SO2 emission rate measurements.

The continuous SO2 emission rate data will make it easier to study degassing in conjunction with other continuous datasets, like earthquake activity and ground deformation. This will give greater insight into the role of degassing in specific eruptive events, something that has not always been easy to do in the past. Similar work has been done over the past decade at many volcanoes around the world, including at Kilauea, where earthquake activity and SO2 emissions were shown to be linked during lava lake rise-fall events in 2010. The current lava lake in Halema‘uma‘u has a different configuration and set of behaviours from the 2008–18 lava lake, and HVO is eager to see what the new PiCams will reveal about the degassing of the new lake.

Source: USGS, HVO.

Panache émis par le lac de lave du Kilauea avant l’éruption de 2018 (Photos: C. Grandpey)