Catégorie : Science

Surveillance des petits geysers de Yellowstone // Monitoring of the small geysers of Yellowstone

Le Parc National de Yellowstone aux États-Unis possède la plus grande concentration de geysers au monde. Le plus populaire est sans aucun doute le Vieux Fidèle – Old Faithful – dont les éruptions se produisent de manière régulière. D’autres geysers comme le Castle Geyser ou le Steamboat Geyser se manifestent, eux aussi, de manière spectaculaire, mais il est plus difficile de prévoir ces événements. Les autres geysers du parc entrent en éruption quand ils en ont envie. Ces éruptions peuvent se produire soudainement et violemment et devenir un danger pour les visiteurs qui se trouveraient à proximité.
Le principe de fonctionnement des geysers est bien connu. L’eau de surface (pluie ou neige) s’infiltre dans la terre. Lorsqu’elle s’approche d’une source de chaleur comme une chambre magmatique, elle est peu à peu portée vers son point d’ébullition, mais les conditions de pression qui règnent en profondeur sont si extrêmes qu’elles empêchent l’eau d’entrer en ébullition et de s’évaporer. A l’approche de la surface, la pression chute considérablement et l’eau peut alors entrer subitement en ébullition. Se faisant, elle se change rapidement en vapeur et occupe tout d’un coup un volume bien plus important qu’elle ne le faisait à l’état liquide. Cela se traduit en surface par des jets de vapeurs et fumerolles, par des bassins d’eau bouillonnante, mais aussi par des éruptions d’eau et de vapeur : les geysers !

Le Porkchop Geyser dans le Norris Geyser Basin était autrefois une petite source chaude qui se manifestait parfois sous forme d’un geyser. Cependant, en 1985, le comportement du geyser a changé. Il a commencé à envoyer des panaches d’eau à 6 ou 10 mètres de hauteur à partir d’un cratère sec le plus souvent. On entendait parfois le grondement des explosions à plus d’un kilomètre de distance et, en hiver, les panaches de vapeur formaient des cônes de glace de plus de 6 mètres de hauteur. Puis, dans l’après-midi du 5 septembre 1989, le geyser a de nouveau changé son comportement avec des jets d’eau chaude de 15 à 25 mètres de hauteur. Puis il a carrément explosé. L’explosion a arraché des roches et envoyé des matériaux plus petits à plus à 60 mètres de distance, laissant derrière elle un cratère de 3 mètres de diamètre. Heureusement, il n’y avait personne à proximité et il n’y eut aucun blessé.
Les scientifiques de l’Observatoire Volcanologique de Yellowstone, de l’Université de l’Utah et de l’Université du Wyoming ont mis en place un réseau de sismomètres, de stations GPS et de jauges dans les rivières du parc. L’objectif est de comprendre comment se comporte la caldeira de Yellowstone et de prévoir tout changement significatif.
Aujourd’hui, les volcanologues de Yellowstone veulent essayer de mieux comprendre les zones géographiques plus réduites comme le Norris Geyser Basin qui présentent plus de risques que les manifestations éventuelles et peu probables du super volcan. Cela fait partie d’un nouveau plan décennal de l’Observatoire visant à améliorer la surveillance et l’évaluation des risques liés à l’activité volcanique, hydrothermale et sismique à Yellowstone. Ce plan se décompose en deux volets : « backbone » et suivi de l’activité hydrothermale.
La surveillance backbone ou «épine dorsale» comprend le renforcement du système déjà en place à l’échelle de la caldeira. Le suivi de l’activité hydrothermale est nouveau. Son objectif est de contrôler l’activité dans les zones hydrothermales de Yellowstone afin de mieux la prévoir.
Dans les zones de petits geysers, les données de surveillance satellitaire indiquent que le sol peut se soulever pendant l’été lorsqu’il y a plus d’eau présente dans le sous-sol et s’affaisser à la fin de l’été lorsque cette eau s’est évacuée. Une surveillance plus étroite permettra de confirmer ce phénomène, mais indiquera aussi si un geyser isolé présente un comportement anormal comme ce fut le cas pour le Porkchop Geyser. De telles explosions hydrothermales se produisent lorsque l’eau se transforme en vapeur et doit immédiatement s’échapper vers la surface. Selon les scientifiques de Yellowstone, de telles explosions sont relativement courantes et se produisent une ou deux fois par an dans l’arrière-pays. Il s’agit d’un « risque sous-estimé » dans le Parc proprement dit et « bien plus important d’un point de vue humain qu’une éruption volcanique ». L’Observatoire Volcanologique de Yellowstone espère installer la première station de surveillance dans le Norris Geyser Basin en 2023.
Adapté d’un article du Jackson Hole News & Guide.

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Yellowstone National Park in the United States has the largest concentration of geysers in the world. The most popular is undoubtedly Old Faithful whose eruptions occur in a regular way. Other geysers like Castle Geyser or Steamboat Geyser erupt in a dramatic way but it is more difficult to predict these events. The other geysers in the park erupt when they feel like it. These eruptions may occur suddenly and violently and become a danger to visitors that would stand close by.

The operating principle of geysers is well known. Surface water (rain or snow) seeps into the ground. When it approaches a heat source such as a magma chamber, it is gradually brought to its boiling point, but the pressure conditions prevailing at these depths are so extreme that they prevent water from boiling and evaporating. Approaching the surface, the pressure drops considerably and the water can then suddenly boil. In doing so, it quickly changes into vapour and suddenly occupies a much larger volume than it did in the liquid state. This is reflected on the surface by jets of steam and fumaroles, by pools of bubbling water, but also by eruptions of water and steam called geysers.

The Porkchop Geyser in the Norris Geyser Basin was once a small hot spring that occasionally erupted. However, in 1985 the geyser’s behaviour changed. It started sending plumes of water 6 to 10 meters high from a mostly dry crater. The roaring sound of the explosion could occasionally be heard from more than one kilometer away, and in winter the spray created ice cones more than 6 meters high. Then, on the afternoon of September 5th, 1989, the geyser changed again with jets of hot water 15-25 meters tall. Then the geyser exploded. The blast uprooted rocks and sent smaller material more than 60 meters away, leaving a 3-meter-wide crater. Fortunately there was no one close enough to be hurt.

Scientists at the Yellowstone Volcano Observatory, thz University of Utah and University of Wyoming have set up a network of seismometers, GPS stations and stream gauges which measure the temperature, flow and chemistry of the park’s rivers. The goal is to understand how the Yellowstone Caldera is acting and predict any substantial changes.

Today, Yellowstone volcanologists are gearing up to try to better understand smaller geographies like the Norris Geyser Basin that pose a greater risk to human health and safety than less likely large-scale super volcano activity. This is part of the Volcano Observatory’s new 10-year plan to improve monitoring and hazards assessments of volcanic, hydrothermal and earthquake activity in the Yellowstone Plateau. That plan is broken down into two parts: “backbone” and hydrothermal monitoring.

“Backbone” monitoring includes beefing up the larger, caldera-wide system already in place. The hydrothermal monitoring is new. Its aim is to track activity within Yellowstone’s individual thermal areas and geyser basins in order to better forecast their activity.

In smaller geyser basins, satellite monitoring data indicates that the ground may rise during the summer when there’s more water present and fall in late summer when that water drains away. More detailed monitoring could confirm that, but also indicate that an individual geyser basin is doing something weird, like getting ready to explode, like Porkchop Geyser did. Such hydrothermal explosions are caused by water flashing to steam and immediately having to escape its container. According to Yellowstone scientists, such explosions are relatively common, happening once every year or two in the backcountry. They are an “under-appreciated hazard” in the front country and “one that’s far more important on human time scales than a volcanic eruption.” The Yellowstone Volcano Observatory hopes to set up the first geyser basin monitoring station in Norris Geyser Basin in 2023.

Adapted from an article in the Jackson Hole News & Guide.

Photos: C. Grandpey

Le lithium de la Salton Sea (Californie) // The Salton Sea lithium (California)

À environ 60 kilomètres au nord de la frontière entre la Californie et le Mexique se trouve la mer de Salton – Salton Sea. Il s’agit d’une vaste étendue d’eau qui a été autrefois un lieu de divertissement très populaire. Aujourd’hui, c’est fini. La contamination de l’eau et des décennies de sécheresse ont fait d’effondrer son écosystème et ont donné naissance à des villes fantômes.
Au sein de cette catastrophe environnementale, la California Energy Commission estime qu’il y a suffisamment de lithium dans la Salton Sea pour répondre à toute la demande future des États-Unis et à 40 % de la demande mondiale. C’est une bonne nouvelle pour l’industrie des véhicules électriques, car le lithium est le dénominateur commun à tous les types de batteries alimentant ces véhicules.
En général, l’extraction du lithium se fait soit par une exploitation à ciel ouvert, soit par des bassins de décantation et d’évaporation où on pompe la saumure contenant du lithium à la surface. Ces deux méthodes ont un énorme impact sur l’environnement. De plus, elles sont souvent très gourmandes en eau; elles génèrent aussi beaucoup de contamination et de déchets, comme on peut le voir en Amérique du Sud.
A côté de ces modes d’extraction traditionnels, trois entreprises autour de la Salton Sea développent des procédés chimiques pour extraire le lithium de manière beaucoup plus propre, en tirant parti des riches ressources géothermiques de la région. Près de la Salton Sea, il y a déjà 11 centrales géothermiques en activité, dont 10 appartiennent à BHE Renewables, la division des énergies renouvelables de Berkshire Hathaway.
Le président de BHE Renewables a déclaré : « Nous pompons déjà 190 000 litres de saumure par minute dans l’ensemble de nos 10 installations géothermiques et nous utilisons la vapeur de cette saumure pour générer de l’énergie propre.
Deux autres sociétés, EnergySource and Controlled Thermal Resources (CTR) développent également des installations géothermie-lithium à côté de la Salton Sea. General Motors a déjà promis de s’approvisionner en lithium auprès de la CTR.
Cette nouvelle industrie pourrait être une aubaine économique majeure pour la région, où la majorité de la communauté mexicaine-américaine est confrontée à des taux élevés de chômage et de pauvreté et souffre de problèmes sanitaires à cause de la poussière toxique qui s’échappe du lit asséché de la Salton Sea.
Fin mars 2022, le président Joe Biden a cautionné le Defense Production Act pour stimuler la production de minéraux pour batteries de véhicules électriques tels que le lithium, le nickel, le cobalt, le graphite et le manganèse.
Le problème, c’est que l’extraction du lithium à partir de saumures géothermiques n’a jamais été réalisée à grande échelle. Il reste donc à voir si l’industrie des véhicules électriques, les populations locales et l’environnement bénéficieront réellement de cette nouvelle technologie d’extraction du lithium.
Ce n’est pas la première fois que l’on s’intéresse à l’extraction du lithium dans la Salton Sea. La start-up Simbol Materials a construit une usine de démonstration, mais elle a cessé ses activités en 2015 et n’a jamais développé d’infrastructures à l’échelle commerciale.
Depuis cette époque, la demande de lithium a explosé et, après avoir fortement chuté en 2018, les prix augmentent à nouveau, ce qui encourage des projets qui n’auraient peut-être pas été rentables auparavant. Si le trio d’entreprises mentionné ci-dessus peut prouver que sa technologie est opérationnelle, il pourra tirer beaucoup d’argent des centaines de milliers de tonnes de lithium disponibles dans la région.
Selon un responsable de la CTR, le gisement de Salton Sea, pleinement exploité, pourrait fournir plus de 600 000 tonnes de lithium par an, alors que la production mondiale est inférieure à 400 000 tonnes actuellement. Contrairement à Berkshire Hathaway et EnergySource, la CTR n’a pas de centrales géothermiques dans la région. La compagnie construit donc une installation conjointe de récupération géothermique et de production de lithium. Actuellement, la CTR construit une usine de démonstration et prévoit d’ouvrir sa première installation de production à grande échelle d’ici le début de l’année 2024. Elle fournira alors 20 000 tonnes de lithium à General Motors. La première usine de la CTR devrait coûter environ un milliard de dollars, mais les trois sociétés s’attendent à ce que ce prix baisse à mesure que la technologie se développera.
La CTR utilise la technologie d’échange d’ions pour récupérer le lithium. Avec cette méthode, la saumure géothermique s’écoule à travers des réservoirs remplis de billes de céramique, qui absorbent le lithium de la saumure. Lorsque les billes sont saturées, le lithium est éliminé avec de l’acide chlorhydrique et il reste du chlorure de lithium. Il s’agit d’un produit intermédiaire que la CTR prévoit de raffiner sur place, ce qui donnera du carbonate de lithium ou de l’hydroxyde de lithium. Il s’agit d’une poudre prête à être traitée et transformée en précurseurs chimiques, puis transformée en cellules de batterie.
La société Berkshire Hathaway utilise également la technologie d’échange d’ions, mais elle n’a pas divulgué le processus de fabrication..

EnergySource a développé une technologie connue sous le nom de Integrated Lithium Adsorption Desorption, ou ILiAD, et va construire une usine à grande échelle qui devrait être opérationnelle d’ici 2024.
Il convient de noter que les trois sociétés prévoient de raffiner le lithium sur place, un processus qui se déroule normalement à l’étranger. Toutefois, elles ne sont pas équipées pour gérer des étapes suivantes, telles que le traitement chimique et la fabrication de cellules de batteries, qui se déroulent encore principalement en Asie.
La nouvelle industrie pourrait avoir un impact majeur sur Imperial Valley dans la région de la Salton Sea, où de nombreux habitants à faible revenu travaillent dans l’agriculture et où le taux de chômage est de 12%, plus de trois fois la moyenne nationale.
La Californie a mis sur pied la Lithium Valley Commission afin que le gouvernement, l’industrie et les parties prenantes de la population puissent se réunir et analyser les opportunités potentielles que l’extraction du lithium pourrait apporter.
Les écologistes voient également ce développement technologique comme une opportunité de restaurer l’habitat dans la mer de Salton. Alors que la Californie travaille sur le problème depuis des années, les défenseurs de l’environnement poussent l’État à accélérer les projets impliquant la création d’étangs à faible salinité où des espèces de poissons et d’oiseaux pourraient prospérer. Avec l’excédent budgétaire de l’Etat, les choses commencent enfin à bouger.
Alors que les projets miniers d’extraction du lithium font face à des réactions négatives dans d’autres parties des Etats Unis, il semble que l’extraction du lithium dans la Salton Sea fédère la plupart des parties prenantes. La grande question maintenant est de savoir si cela fonctionnera.

Source: CNBC.

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About 60 kilometers north of the California-Mexico border lies the Salton Sea. Though the lake was once a popular entertainment spot, water contamination and decades of drought have contributed to a collapse of its ecosystem and given rise to ghost towns.

But amid this environmental disaster, the California Energy Commission estimates that there is enough lithium at the Salton Sea to meet all of the United States’ future demand and 40% of the world’s demand. This is good news for the booming electric-vehicle industry, as lithium is the common denominator across all types of EV batteries.

Traditionally, lithium extraction involves either open-pit mining or evaporation ponds, which work by pumping lithium-containing brine to the surface and waiting for the water to dry up. Both of these methods have huge land footprints, are often very water intensive and can create a lot of contamination and waste, as can be seen in South America.

However, three companies at the Salton Sea are developing chemical processes to extract lithium in a much cleaner way, taking advantage of the Salton Sea’s rich geothermal resources. Near the lake, there are already 11 operating geothermal power plants, 10 of which are owned by Berkshire Hathaway’s renewable energy division, BHE Renewables.

Says the president of BHE Renewables: “We are already pumping 190,000 liters of brine per minute across all of our 10 geothermal facilities to the surface and we’re using the steam from that brine to generate clean energy.”

Two other companies, EnergySource and Controlled Thermal Resources, or CTR, are also developing joint geothermal-lithium facilities at the Salton Sea, and General Motors.

This new industry could be a major economic boon to the region, where the majority Mexican-American community faces high rates of unemployment and poverty and suffers health impacts from the toxic dust that blows off the Salton Sea’s drying lake bed.

At the end of March 2022, President Joe Biden invoked the Defense Production Act to boost production of EV battery minerals such as lithium, nickel, cobalt, graphite and manganese.

But extracting lithium from geothermal brines has never been done before at scale, so it remains to be seen whether the electric-vehicle industry, the local community and/or the environment will actually benefit.

This is not the first time there has been interest in lithium recovery at the Salton Sea. The start-up company Simbol Materials developed a demonstration plant, but the company ceased operations in 2015 and never developed a commercial-scale facility.

Since then, demand for lithium has shot up and, after falling sharply in 2018, prices are surging once again, incentivizing projects that might not have been economical before. If the current trio of companies can prove their technology works, they stand to make a lot of money from the hundreds of thousands of tons of lithium in the area.

According to a CTR official, the Salton Sea field, fully developed, could well serve over 600,000 tons a year, when the world production is less than 400 thousand tons now. Unlike Berkshire Hathaway and EnergySource, CTR does not have any geothermal power plants in the region, so it is building a joint geothermal and lithium recovery facility all at once. Currently, the company is constructing a demonstration plant and plans to open its first full-scale facility by the beginning of 2024, providing 20,000 tons of lithium to General Motors. CTR’s first plant is expected to cost about one billion dollars, but all three companies expect that price to drop as the technology develops further.

CTR is using ion-exchange technology to recover lithium. In this method, geothermal brine flows through tanks filled with ceramic beads, which absorb lithium from the brine. When the beads are saturated, the lithium is flushed out with hydrochloric acid, and lithium chloride remains. This is an intermediary product that CTR plans to refine on-site, yielding lithium carbonate or lithium hydroxide, a powder that’s ready to be processed and transformed into precursor chemicals and then manufactured into battery cells.

Berkshire Hathaway is also using ion-exchange technology, though the company has not revealed about how it will work.

EnergySource has developed a technology known as Integrated Lithium Adsorption Desorption, or ILiAD, and it is going to build a full-scale facility which is expected to be operational by 2024.

It should be noted that all three companies plan to refine the lithium on-site, a process that normally takes place overseas. But the companies are not equipped to handle additional steps, such as chemical processing and battery cell manufacturing, which still primarily take place in Asia.

The new industry could have a major impact on the Imperial Valley community in the Salton Sea area, where many low-income residents work in agriculture and the unemployment rate is 12%, over three times the national average.

California formed the Lithium Valley Commission so that government, industry and community stakeholders could come together and analyze the potential opportunities that lithium recovery could bring.

Environmentalists also see this technological development as an opportunity to catalyze momentum around habitat restoration at the Salton Sea. While California has been working on the problem for years, advocates are pushing the state to expedite projects that involve creating lower-salinity ponds on the dry lake bed where fish and bird species can thrive. And with the state’s budget surplus, things are finally moving.

As mining projects face community concern and backlash in other parts of the country, it seems that lithium recovery at the Salton Sea could be the rare-minerals project that unites most stakeholders. The big question right now is to know if it will work.

Source: CNBC.

 

Processus de production du lithium par géothermie

(Source: Energysource Minerals)

Approche scientifique de l’éruption islandaise de 2021 // Scientific approach of the 2021 Icelandic eruption

Nous ne savons pas prévoir les éruptions, mais nous savons décrire le déroulement des événements éruptifs.
Des scientifiques de l’Université d’Islande et du Met Office islandais (IMO) ont publié deux articles dans la revue Nature, dans lesquels ils présentent le fruit de leurs observations lors de l’éruption de Fagradalsfjall en 2021. C’était la première éruption sur la péninsule de Reykjanes après 800 ans de calme volcanique.
Les études montrent que les précurseurs de l’éruption islandaise étaient différents de ceux qui ont précédé de nombreuses autres éruptions à travers le monde, et que la composition de la lave a évolué au fur et à mesure que l’éruption progressait.
Les chercheurs ont analysé l’activité sismique sur la péninsule de Reykjanes. Elle a commencé en décembre 2019, a culminé avec l’éruption du 19 mars 2021 et s’est poursuivie pendant environ six mois.

L’un des articles – intitulé « La déformation et le déclin de la sismicité avant l’éruption de Fagradalsfjall de 2021 » – s’attarde sur les précurseurs de l’éruption et montre dans quelle mesure ils diffèrent des précurseurs de nombreuses autres éruptions dans le monde.
Il y a eu une activité sismique intense sur la péninsule de Reykjanes dans les semaines qui ont précédé l’éruption de 2021, avec une libération de contraintes tectoniques dans la croûte terrestre. Cependant, pendant plusieurs jours avant l’éruption, la déformation du sol et l’activité sismique ont diminué dans la zone autour du site de l’éruption. Ce schéma précurseur est donc différent de ceux qui précèdent de nombreuses autres éruptions dans le monde, qui montrent souvent une augmentation de la déformation du sol et de la sismicité peu de temps avant le début de l’éruption, signe que le magma se fraye un chemin vers la surface.
Les auteurs de l’article expliquent que la situation observée sur le Fagradalsfjall a été provoquée par l’interaction entre le flux magmatique et les contraintes au niveau des plaques tectoniques. Lorsque le magma se fraye un chemin à travers la croûte avant une éruption, une contrainte tectonique est parfois libérée, ce qui provoque des séismes et une déformation du sol. Un déclin de la sismicité et de la déformation peut indiquer que ce processus touche à sa fin et que le magma est prêt à percer la surface.
Au cours de la période de trois semaines qui a précédé l’éruption de Fagradalsfjall, il y a eu à la fois une déformation de surface considérable et une forte sismicité. La cause était la mise en place d’un dyke magmatique vertical entre la surface et 8 km de profondeur. Dans le même temps, des contraintes tectoniques dans la croûte ont été libérées. Des séismes d’une magnitude pouvant atteindre M 5,6 ont été enregistrés dans les zones voisines.
Les scientifiques pensent que la baisse de la sismicité dans les jours qui ont précédé l’éruption peut s’expliquer par le fait que le magma avait alors presque atteint la surface, là où la croûte est la plus faible et où il y a donc moins de résistance.
Cette situation montre qu’il faut tenir compte de la relation entre les volcans et les contraintes tectoniques dans la prévision des éruptions. Une libération des contraintes tectoniques, suivie d’une diminution de la déformation et de la sismicité, peut précéder un certain type d’éruption.

Le deuxième article – intitulé « Déplacement rapide d’une source magmatique profonde sur le volcan Fagradalsfjall » – traite des changements dans la composition de la lave dans la Geldingadalir au cours de l’éruption.
Les scientifiques ont fréquemment échantillonné la lave au cours des 50 premiers jours de l’éruption et ils ont mesuré les gaz volcaniques autour du site éruptif. Ces mesures ont révélé que la lave du Fagradalsfjall provenait directement d’un réservoir magmatique à grande profondeur, à la frontière entre la croûte et le manteau, autrement dit la zone proche du Moho.
Une éruption avec du magma provenant directement de la zone proche du Moho n’a pas été observée dans d’autres éruptions en temps réel. Dans ces cas précédents, le magma provenait de profondeurs moindres de la croûte terrestre. On manque d’informations sur les parties les plus profondes des systèmes magmatiques. L’éruption du Fagradalsfjall a fourni à la communauté scientifique de nouvelles connaissances sur les processus impliqués.
Au début de l’éruption de 2021, la lave était relativement riche en magnésium, comparée à la lave d’autres éruptions historiques en Islande, ce qui révèle un apport de magma particulièrement chaud. Il y avait aussi beaucoup de dioxyde de carbone (CO2) dans les gaz volcaniques émis par la bouche éruptive, ce qui confirme un apport de magma très profond. Selon les scientifiques, cela montre que le magma a subi peu de refroidissement en remontant à travers la croûte jusqu’à la surface. On pense que le réservoir magmatique se trouvait à une quinzaine de kilomètres sous la surface.

L’étude de l’éruption révèle également que la composition de la lave du Fagradalsfjall a radicalement changé au fur et à mesure que l’éruption progressait. Cela laisse supposer que pendant l’éruption un nouveau magma est arrivé en provenance de profondeurs plus importantes que le magma déjà présent dans le réservoir.
Les scientifiques expliquent que l’on sait depuis longtemps que différents types de magma peuvent se mélanger en profondeur, dans les systèmes magmatiques, avant une éruption. Cette éruption présente des preuves en temps réel que ces processus se produisent.
De plus, les modifications de la composition des produits volcaniques montrent que du nouveau magma peut s’introduire rapidement dans un réservoir profond, dans un délai d’environ 20 jours, et se mélanger au magma déjà présent dans le réservoir, en déclenchant potentiellement l’éruption.
Ces découvertes peuvent aider à mieux comprendre les volcans et la géochimie du manteau et pourraient contribuer à l’élaboration de modèles de systèmes magmatiques partout dans le monde.

Source: Met Office islandais, Université d’Islande, The Watchers.

Il sera maintenant intéressant de comparer les conclusions de l’éruption de 2021 avec celles de l’éruption de 2022. Il faudra voir si la dernière éruption se situe dans le prolongement de celle de 2021 ou s’il s’agit de deux événements indépendants l’un de l’autre.

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We are not good at predicting eruptions, but we are dood at describing what happened.

Scientists from the University of Iceland, the Icelandic Met Office (IMO) have published two papers in the journal Nature, presenting new findings from the 2021 eruption at Fagradalsfjall. It was the first eruption on the Reykjanes Peninsula after 800 years of dormancy.

The studies show that the precursors to the eruption were unusual compared to many other eruptions across the world and that the composition of the lava changed as the eruption continued.

Researchers closely observed the seismic activity on Reykjanes Peninsula, which began in December 2019, culminated with the eruption on March 19th, 2021 and continued for around half a year.

One of the papers – titled “Deformation and seismicity decline before the 2021 Fagradalsfjall eruption” -discusses the precursors to the eruption and how they differ from the precursors of many other eruptions around the world.

There was a significant seismic activity on the Reykjanes Peninsula in the weeks leading up to the 2021 eruption, marked by tectonic stress release in the crust. However, for several days before the eruption, deformation and seismic activity declined in the area around the eruption site. This precursory pattern is different from those preceding many other eruptions around the world, which often show escalating rates of ground displacement and seismicity shortly before the eruption onset, as the magma forces its way to the surface.

The scientists behind the paper explain that the behaviour at Fagradalsfjall was caused by the interplay between magma flow and plate tectonic stress. As magma forces its way through the crust before an eruption, tectonic stress may be released, causing earthquakes and ground deformation in the early stages. A decline in seismicity and deformation may indicate that this process is coming to an end and that the magma may erupt.

During the three-week period preceding the eruption at Fagradalsfjall, there was both considerable surface deformation and a large number of earthquakes. This was caused by the emplacement of a vertical magma-filled dyke between the surface and a depth of 8 km. At the same time, tectonic stress in the crust was released. Earthquakes occurred in nearby areas, up to magnitude M 5.6.

The scientists also suggest that the decline in seismicity in the days before the eruption could be explained by the fact that the magma had then almost reached the surface, where the crust is weakest and there is therefore less resistance.

This situation shows that consideration must be given to the relationship between volcanoes and tectonic stress in eruption forecasting. A release of tectonic stress followed by a decline in deformation and seismicity rate may be a precursory activity for a certain type of eruption.

The second paper – titled “Rapid shifting of a deep magmatic source at Fagradalsfjall volcano, Iceland” – discusses the changes to the composition of the lava that flowed through Geldingadalir and the surrounding area as the eruption continued.

Scientists sampled the lava frequently during the first 50 days of the eruption and measured the volcanic gases around the eruption site. This revealed that the lava at Fagradalsfjall was directly sourced from a magma reservoir at great depth, at the boundary between the crust and the mantle – the near-Moho zone.

Eruption directly from the near-Moho zone has not been observed in other eruptions with real-time investigation. In these previous cases, the magma came from shallower levels in the crust. Until now, there has therefore been a lack of information about the deepest parts of magmatic systems. The eruption at Fagradalsfjall has provided the scientific community with new knowledge of the processes involved.

At the start of the eruption, the lava was relatively rich in magnesium in comparison with lava from other historical eruptions in Iceland, indicating an unusually hot magma supply. There was also a lot of carbon dioxide in the volcanic gases emitted from the eruption vent, indicating an unusually deep magma supply. The scientists explain that this suggests that the magma underwent little cooling on its way up through the crust to the surface. It is believed that the magma reservoir was located about 15 km from the surface.

The research also revealed that the composition of the lava at Fagradalsfjall radically changed as the eruption progressed. This suggests that during the eruption, a new magma was generated at greater depths than the magma already present in the reservoir.

The scientists point out that it has long been argued that different kinds of magma can mix deep in magmatic systems before an eruption. This study presents real-time evidence that these processes do occur.

Furthermore, changes to the composition of volcanic products show that new magma can flow into a deep reservoir rapidly, in a timescale of around 20 days, mixing with the magma already in the reservoir and potentially triggering the eruption.

These findings may aid our understanding of volcanoes and the geochemistry of the mantle and could support the development of models of magmatic systems all over the world.

Source: Icelandic Met Office, University of Iceland, The Watchers.

It will now be interesting to compare the conclusions of the 2021 eruption with those of the 2022 eruption. It will be particularly interesting to see if the last eruption is a continuation of that of 2021 or if they are two distinct events.

Captures d’écran de l’éruption de 2021

La géodésie sur les volcans // Volcano geodesy

Plusieurs paramètres sont à prendre en compte pour analyser le comportement des volcans et tenter de prévoir les éruptions : sismicité, température et composition des gaz, déformation du sol… Ce dernier paramètre est le domaine de la géodésie qui consiste à mesurer la déformation et l’évolution de la surface de la Terre. Un article récemment publié par le Hawaiian Volcano Observatory (HVO) nous donne plus de détails sur cette technologie.
Les principales données géodésiques actuellement utilisées par les scientifiques du HVO pour mesurer la déformation de surface sur le Kilauea sont fournies par les images GNSS (système global de navigation par satellite, qui comprend le GPS), l’inclinaison du sol (tilt en anglais) et l’interférométrie radar (InSAR).

Sur le Kilauea, le réseau de surveillance géodésique comprend plus de 70 stations GNSS et 15 inclinomètres qui enregistrent et transmettent des données en continu. Ces instruments nécessitent une maintenance; de plus, ils doivent être réactualisés périodiquement en raison de leur âge et doivent être remplacés s’ils sont détruits par l’activité volcanique comme en 2018.
A l’heure actuelle à Hawaii, le travail des scientifiques se focalise sur la reconstruction et l’amélioration du réseau géodésique afin de mieux détecter les risques liés à l’activité volcanique. Une partie du travail consiste à remplacer les instruments obsolètes et à améliorer le fonctionnement des instruments de surveillance en temps quasi réel dans des zones les plus sensibles du sommet du Kilauea et des zones de rift. Le rôle de ces instruments est de pouvoir détecter rapidement les mouvements du magma.
En 2018, des coulées de lave ont détruit 3 stations GNSS dans la Lower East Rift Zone (LERZ). Trois autres stations GNSS ont été détruites lors de l’effondrement de la caldeira sommitale du Kilauea. De nouvelles stations GNSS ont été rapidement déployées à proximité pour permettre une surveillance continue pendant la crise éruptive de 2018. Ces stations déployées rapidement comprennent des antennes GNSS montées sur trépied et qui appartiennent à la configuration utilisée pour les situations temporaires d’une durée de plusieurs jours à plusieurs semaines.
Bon nombre de ces sites où des antennes ont été installées rapidement ont été supprimés après 2018. Cependant, environ 13 d’entre eux sont toujours utilisés pour la surveillance en cas d’urgence et restent sur des trépieds temporaires. Ces sites seront modernisés et de nouveaux sites seront également mis en place pour remplacer ceux détruits en 2018.
Le HVO a déployé 3 nouvelles stations GNSS à fonctionnement semi-continu suite à l’éruption du Kilauea en décembre 2020. Ces stations ont permis aux scientifiques d’avoir une vue plus complète du retour du magma vers le sommet.
De même, le HVO a déployé un équipement GNSS à réponse rapide sur 2 repères préexistants lors de l’intrusion magmatique au niveau de la caldeira sud du Kilauea en août 2021. Cela a permis aux scientifiques de suivre la migration du magma depuis la caldeira vers le sud.
Dans l’article, l’Observatoire explique que le réseau géodésique permet aux scientifiques de surveiller les déformations du sol sur les volcans, de réagir face aux éruptions et de mieux comprendre le stockage et le mouvement du magma sous terre.
Source : USGS, HVO.

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Several parameters need to be taken into account to analyse the behaviour of volcanoes and try to predict eruptions: seismicity, gas temperature and composition, ground deformation… This last parameter is the domain of geodesy which is the study of measuring and understanding how the Earth’s surface deforms and changes. As article recently published by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) gives us more details about this technology.

The main geodetic datasets currently used by HVO scientists to measure surface deformation on Kilauea Volcano are GNSS (global navigation satellite system, which includes GPS), tilt, and satellite radar (InSAR) imagery.

On Kilauea, geodetic monitoring network includes over 70 GNSS stations and 15 tiltmeters that continuously record and transmit data. These instruments require routine maintenance, must be upgraded periodically due to age, and must be replaced if destroyed by volcanic activity such as in 2018.

Current upgrades focus on rebuilding and improving HVO’s geodetic network in order to better detect and respond to volcanic hazards related to Hawaiian Volcanoes. Some of the network upgrades include replacing out-of-date instruments and improving the network of near real-time monitoring instruments at critical areas on Kilauea’s summit and rift zones to support early detection of magma movement.

In 2018, lava flows destroyed 3 GNSS stations in the lower East Rift Zone. Another 3 GNSS stations were destroyed in the caldera collapses at Kilauea’s summit. New GNSS stations were rapidly deployed at nearby locations to allow for continued monitoring during the 2018 crisis. These rapidly deployed stations included GNSS antennas mounted on surveys tripods, which is a set-up used for temporary deployments that last several days to weeks.

Many of these rapidly deployed sites were removed after 2018. However, approximately 13 of them are still being used for emergency monitoring and remain on temporary tripods. These sites will be upgraded and new sites will also be installed to replace those destroyed in 2018.

HVO has deployed 3 new semi-continuous GNSS stations in response to the December 2020 Kilauea eruption. These stations gave scientists a more complete view of magma returning to the summit.

Similarly, HVO deployed rapid-response GNSS equipment at 2 pre-existing benchmarks during the Kilauea south caldera intrusion event in August 2021, allowing scientists to track the migration of magma from the south caldera to farther south.

In the article, the Observatory explains that the geodetic network ensures that scientists can monitor changes in the shape of volcanoes, respond to eruptions, and understand magma storage and movement underground.

Source: USGS, HVO.

Station géodésique GNSS sur le plancher de la caldeira du Kilauea (Crédit photo : HVO)

Exemple d’interférogramme InSAR du Kilauea pendant l’éruption de 2018 (Source: NASA / Université de Liverpool).