Catégorie : Science

La musique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s music (Hawaii)

Différentes sortes de perturbations peuvent affecter le réservoir magmatique ou le lac de lave au sommet du Kilauea : arrivée de poches de gaz, effondrements des parois du cratère dans le lac de lave, etc. Lorsqu’un réservoir magmatique ou un lac de lave est perturbé, le fluide qu’il contient peut réagir de diverses manières. Dans un lac de lave, comme celui qui existait de 2008 à 2018 dans le cratère de l’Halema’uma’u, ces mouvements de fluides peuvent parfois être observés sous forme d’ondulations ou de clapotis à la surface du lac.
Il est possible de détecter des mouvements de magma en profondeur en utilisant des sismomètres pour mesurer les vibrations du sol. Toutefois, les signaux sismiques générés par le mouvement du magma sont souvent différents des autres types de signaux sismiques. Comparé aux séismes conventionnels, le magma en mouvement génère habituellement des vibrations relativement lentes au moment où le sol monte et descend pendant un laps de temps de plusieurs secondes ou dizaines de secondes.
Pendant des décennies, les scientifiques ont interprété ces signaux sismiques comme des preuves de migration ou d’accumulation du magma en profondeur, susceptibles d’annoncer une éruption imminente. Ces dernières années, toutefois, ils ont acquis de nouvelles méthodes pour interpréter ces signaux sismiques et pour résoudre les propriétés des systèmes magmatiques.
Un réservoir magmatique ou un lac de lave vibrent plus fortement à certaines fréquences – les fréquences de résonance – qui dépendent de la géométrie du réservoir magmatique ou du lac de lave, mais aussi des propriétés du magma ou de la lave qui s’y trouve, comme la température et la teneur en gaz. Ces vibrations ressemblent à la façon dont les notes de musique produites par un instrument comme une flûte de pan sont liées à la forme de l’instrument et aux propriétés de l’air qu’il contient.
Si un magma ou une lave est très fluide, une seule perturbation peut faire résonner le corps magmatique pendant des dizaines de minutes (voir figure ci-dessous).
Les variations dans les fréquences de résonance peuvent indiquer des changements dans la quantité de gaz contenue dans le magma ou la lave, facteur important pour comprendre son potentiel éruptif. De plus, des fluctuations dans la durée de résonance peuvent indiquer des changements dans la température du magma ou de la lave, ce qui indique aux scientifiques une possible arrivée de magma juvénile à haute température.
Une telle résonance a permis de déterminer la géométrie du système magmatique sommital peu profond du Kilauea. Les scientifiques ont constaté que le conduit reliant le réservoir sommital peu profond au lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u de 2008 à 2018 mesurait plus de 15 mètres de large. Cette résonance a également révélé la dynamique complexe du magma au cours de la dernière décennie, ce qui explique le niveau d’activité élevé du volcan Kilauea.
Source : HVO.
L’article ne précise pas si le Kilauea vibre ces jours-ci, mais l’activité dans le cratère de l’Halena’uma’u est relativement faible. La lave alterne apparitions et disparitions sur le plancher du cratère.

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Different types of disturbances may affect Kilauea’s summit magma reservoir or the lava lake : rising gas pockets, the fall of wall rocks into a lava lake, and so on. When a body of magma or lava is disturbed, the fluid in it can respond in a variety of ways. In a lava lake, such as the one that existed from 2008–2018 in Halema‘uma‘u crater, these fluid motions can sometimes be observed as ripples or sloshing of the surface.

One can also detect deeper magma motion by using seismometers to measure ground vibrations. The seismic signals generated by magma motion are often distinct from other types of seismic signals. Compared to normal earthquakes, magma motion usually produces relatively slow vibrations, where the ground rises and falls over several seconds or tens of seconds.

For decades scientists have been interpreting these seismic signals as evidence of underground magma migration or accumulation, which can be used to look for signs that might indicate an impending eruption. In recent years, scientists have been learning new methods to use these seismic signals to resolve properties of underground magma systems.

Magma or lava bodies vibrate most strongly at certain frequencies – resonant frequencies – that depend on the body’s geometry and the properties of the magma or lava it contains, such as temperature and gas content. This is similar to how the musical notes produced by an instrument like a pan flute depend on the instrument’s shape and the properties of the air in it.

If a magma or lava is very fluid, then a single perturbation can cause the magma body to resonate for tens of minutes (see figure below).

Changes in the resonance frequencies can indicate changes in the amount of gas contained within the magma or lava, which is important for understanding its eruptive potential. Additionally, changes in the resonance duration can indicate changes in the magma or lava temperature, which tells scientists if fresh hot magma is being brought up from deeper in the earth.

Such resonance has helped to reveal Kilauea’s shallow summit magma system geometry, for example suggesting that the conduit connecting its shallow summit magma reservoir with the overlying lava lake in Halema‘uma‘u from 2008–2018 was more than 15 meters wide. It has also revealed complex magma dynamics over the past decade which inform the restless nature of Kilauea Volcano.

Source : HVO.

The article does not specify whether Kilauea is vibrating these days, but activity within Halena’uma’u Crater is quite low, with lava appearing or disappearing on the crater floor.

Le graphique du haut montre le tracé d’un séisme classique peu profond, de magnitude M 2,0 enregistré en 2013 à quelques kilomètres au sud du sommet du Kilauea.

Le tracé du bas montre un enregistrement sismique, effectué en 2013, de la résonance du magma lors de l’impact produit par un rocher qui s’était détaché d’une paroi du cratère de l’Halema’uma’u. On notera les différentes échelles de temps; le séisme classique n’a duré qu’une vingtaine de secondes alors que chaque cycle d’oscillation du magma dans le graphique du bas a duré 40 secondes et les vibrations ont continué pendant plus de 20 minutes.

Le rebond isostatique en Patagonie // Isostatic rebound in Patagonia

Avec la fonte des glaciers et leur perte de masse à la surface de la Terre, cette dernière a tendance à se soulever dans un phénomène baptisé rebond isostatique. Il a été observé en Islande où certains scientifiques pensent que la pression moindre exercée par les glaciers pourrait favoriser une accélération de l’activité éruptive. Rien de tel n’a été observé pour le moment et il faudra prendre en compte de longues périodes de temps pour avoir confirmation de cette conséquence éventuelle. L’échelle géologique est beaucoup plus longue que l’espérance de vie d’un être humain!

Comme en Islande, les champs de glace qui s’étendent sur des centaines de kilomètres en Patagonie le long de la Cordillère des Andes en Argentine et au Chili fondent à l’un des rythmes les plus rapides de la planète. Dans le même temps, le sol sous cette couche de glace s’élève à mesure que les glaciers disparaissent. En plus de ce que l’on sait déjà en Islande, les géologues ont découvert en Patagonie un lien possible entre la perte récente de la masse de glace, le soulèvement rapide des roches et une faille entre les plaques tectoniques qui sous-tendent la région.

Une équipe scientifique de l’université de Washington à St. Louis (Missouri), vient de terminer l’une des premières études sismiques des Andes patagoniennes. La recherche a été financée par la National Science Foundation. Dans une publication parue dans la revue Geophysical Research Letters, ils décrivent et cartographient la dynamique locale de la subsurface de la Patagonie.

Les données obtenues pour effectuer l’étude montrent comment un rift dans la plaque tectonique descendante, à environ 100 kilomètres sous la Patagonie, a permis à des matériaux mantelliques plus chauds et moins visqueux de s’écouler sous l’Amérique du Sud. Au-dessus de cette zone, les champs de glace ont rétréci, supprimant le poids qui faisait autrefois fléchir le continent vers le bas. Les scientifiques ont constaté une très faible vitesse sismique dans et autour du rift, ainsi qu’un amincissement de la lithosphère rigide recouvrant le rift. Ces conditions particulières du manteau sont à l’origine de bon nombre des changements récents observés en Patagonie, notamment le soulèvement rapide de certaines zones qui étaient auparavant recouvertes de glace.

L’un des auteurs de l’étude explique que « les faibles viscosités signifient que le manteau réagit à la déglaciation sur une échelle de temps de quelques dizaines d’années, plutôt que de milliers d’années. » Un autre fait intéressant est que la viscosité est plus élevée sous la partie sud du champ de glace de la Patagonie méridionale par rapport au champ de glace de la Patagonie septentrionale, ce qui contribue à expliquer pourquoi les taux de soulèvement varient du nord au sud.

Ce rebond isostatique, aussi appelé ‘ »ajustement isostatique glaciaire », est surtout important parce qu’il affecte les prévisions d’élévation du niveau de la mer dans le cadre de scénarios de réchauffement climatique futurs.

L’une des découvertes les plus intéressantes de l’étude est que les parties les plus chaudes et les moins visqueuses du manteau se trouvent dans la région du rift, sous la partie des champs de glace de Patagonie qui s’est ouverte le plus récemment.

Source: ta météo.com.

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With the melting of glaciers and their loss of mass on the surface of the Earth, the latter tends to rise in a phenomenon called isostatic rebound. It has been observed in Iceland where some scientists believe that the reduced pressure exerted by glaciers could promote an acceleration of eruptive activity. Nothing like this has been observed so far and long periods of time will have to be taken into account for confirmation of this possible consequence. The geological scale is much longer than the life expectancy of a human being!

As in Iceland, the ice fields that stretch ove hundreds of miles in Patagonia along the Andes Cordillera in Argentina and Chile are melting at one of the fastest rates on Earth. At the same time, the ground beneath this ice sheet is rising as the glaciers disappear. In addition to what has already been observed in Iceland, geologists in Patagonia have discovered a possible link between the recent loss of ice mass, rapid rock uplift and a fault between the tectonic plates that underlie the region. .
A group of scientists from Washington University in St. Louis, Missouri, has just completed one of the first seismic studies of the Patagonian Andes. The research was funded by the National Science Foundation. In a publication in the journal Geophysical Research Letters, they describe and map the local dynamics of the Patagonian subsurface.
Data obtained to perform the study show how a rift in the descending tectonic plate, about 100 kilometers beneath Patagonia, allowed hotter, less viscous mantle materials to flow beneath South America. Above this area, the ice fields have shrunk, removing the weight that once flexed the continent downward. Scientists observed very low seismic velocity in and around the rift, as well as a thinning of the rigid lithosphere covering the rift. These particular mantle conditions are driving many of the recent changes seen in Patagonia, including the rapid uplift of some areas that were previously covered in ice.
One of the authors of the study explains that « the low viscosities mean that the mantle reacts to deglaciation on a time scale of tens of years, rather than thousands of years. » Another interesting fact is that the viscosity is higher under the southern part of the Southern Patagonian Icefield compared to the Northern Patagonian Icefield, which helps explain why uplift rates vary from north to south.
This isostatic rebound, also called « glacial isostatic adjustment », is especially important because it affects predictions of sea level rise in relation with future climate warming scenarios.
One of the study’s most interesting findings is that the hottest, least viscous parts of the mantle are found in the rift region, beneath the part of the Patagonian Ice Fields that most recently opened up. .
Source: tameteo.com.

Crédit photo : Wikipedia

Dans la province de Santa Cruz, au sud-ouest de la Patagonie argentine, à la frontière avec le Chili, le parc national Los Glaciares héberge de nombreux glaciers qui aboutissent dans les lacs. Le plus connu et le plus accessible est le Perito Moreno qui est l’un des rares glaciers de la planète à résister aux assauts du réchauffement climatique. Ce comportement est dû aux abondantes précipitations neigeuses sur sa zone d’accumulation.

Source: NASA

Nouvelles révélations sur la fonte du Groenland // New revelations about the melting of Greenland

Chaque année à l’approche de l’été, lorsque l’atmosphère arctique se réchauffe, des milliers de lacs et de cours d’eau issus de la fonte des glaces apparaissent à la surface de la calotte glaciaire du Groenland. Ces eaux ont tendance à s’écouler vers la base de la calotte à travers des fissures ou des fractures.

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université de Cambridge (Angleterre) expliquent que les eaux issues de la fonte de surface ont tendance à tomber sur la base de la calotte glaciaire en produisant une grande quantité de chaleur. Cette dernière accélère encore un peu plus la fonte de la glace.

C’est ce phénomène que les chercheurs anglais ont étudié pour la première fois. Ils voulaient comprendre comment et pourquoi les lacs de fonte du Groenland se vident si rapidement et quel est leur effet sur le comportement global de la calotte glaciaire. L’information est d’autant plus importante dans le contexte actuel de réchauffement climatique anthropique où la calotte du Groenland est devenue le principal contributeur à l’élévation du niveau de la mer.

C’est une mesure de la vitesse  de fonte de la base de la calotte, à environ 1.000 mètres sous la surface qui a permis aux chercheurs de réaliser leur découverte. Elle a été possible grâce à une technique de radiosondage. Ils ont été surpris de constater que la vitesse de fonte était souvent aussi élevée en profondeur qu’en surface. Or la surface reçoit la chaleur du soleil alors que la base n’en reçoit pas.

Pour confirmer leurs résultats, les chercheurs ont mesuré indépendamment la température de l’eau à la base de la calotte glaciaire du Groenland à partir de capteurs installés dans un trou de forage à proximité du Store Glacier, l’un des principaux glaciers du Groenland qu’ils ont étudié pendant sept ans. Ils ont enregistré à la base du glacier une température surprenante de 0,88°C, ce qui est étonnamment élevé pour une base de calotte glaciaire dont le point de fusion se situe à -0,40°C.

Selon les scientifiques, le phénomène s’explique par un système de drainage bien moins efficace à la base de la calotte qu’en surface.Il existe en particulier un important échauffement par friction dans l’eau elle-même. La chaleur générée par les chutes d’eau fait fondre la glace de bas en haut.

Les chercheurs estiment que jusqu’à 82 millions de mètres cubes d’eau de fonte ont été transférés dans le lit du Store Glacier chaque jour au cours de l’été 2014. Selon eux, la puissance produite par la chute d’eau pendant les périodes de pointe est comparable à la puissance produite par le Barrage des Trois Gorges (Chine), la plus grande centrale hydroélectrique du monde. Avec une zone de fonte qui s’étend sur près d’un million de kilomètres carrés au plus fort de l’été, la calotte glaciaire du Groenland produit plus d’hydroélectricité que les dix plus grandes centrales hydroélectriques du monde réunies !

Source : University of Cambridge.

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Every year as summer approaches, when the Arctic atmosphere warms, thousands of ponds and streams created by melting ice appear on the surface of the Greenland Ice Sheet. These waters tend to flow towards the base of the ice cap through cracks or fissures.
In a new study, researchers from the University of Cambridge (England) explain that water from the surface melt tends to fall down to the base of the ice cap, producing a large amount of heat. The latter accelerates the melting of the ice a little more.
It is this phenomenon that English researchers studied for the first time. They wanted to understand how and why Greenland’s melt lakes are emptying so quickly and what their effect is on the overall behaviour of the ice sheet. The information is all the more important in the current context of human-caused global warming where the Greenland ice cap has become the main contributor to sea level rise.
It was a measurement of the rate of melting of the base of the cap, about 1,000 meters below the surface, which enabled the researchers to make their discovery. It was possible thanks to a radioprobe technique. They were surprised to find that the rate of melting was often as high at depth as at the surface. However, the surface receives heat from the sun while the base does not.
To confirm their findings, the researchers independently measured the water temperature at the base of the Greenland Ice Sheet through sensors installed in a borehole near Store Glacier, one of Greenland’s main glaciers which they studied for seven years. They recorded a surprising temperature of 0.88°C at the base of the glacier, which is surprisingly high for an ice sheet base with a melting point of -0.40°C.
According to the scientists, the phenomenon is explained by a much less efficient drainage system at the base of the ice cap than on the surface. In particular, there is significant heating by friction in the water itself. The heat generated by the waterfalls melts the ice from bottom to top.
The researchers estimate that up to 82 million cubic meters of meltwater was transferred to the bed of Store Glacier each day during the summer of 2014. According to them, the power produced by the waterfall during the peak periods is comparable to the power produced by the Three Gorges Dam (China), the largest hydroelectric plant in the world. With a melting zone that extends over almost a million square kilometers at the height of summer, the Greenland ice cap produces more hydroelectricity than the ten largest hydroelectric power stations in the world combined!
Source: University of Cambridge.

Lacs de fonte à la surface du GroenLand (Source: Wikipedia)

Pour une meilleure gestion de la cendre de l’Etna // For a better management of Mt Etna’s ash

Les scientifiques italiens ont testé au cours de la crise éruptive de l’Etna le 21 février 2022 un nouveau système baptisé Aeromat qui devrait permettre une meilleure gestion de l’aéroport de Catane quand le volcan envoie des panaches de cendre.

Des céliomètres, instruments de haute technologie, permettent de mesurer les paramètres environnementaux et de valider les modèles de prévisions mettant en jeu météo et environnement. Ils sont le fer de lance d’un système visant à fournir, notamment aux gestionnaires d’aéroports, des informations qui leur permettront d’optimiser les opérations sur les pistes au moment où certains phénomènes se produisent. Ces instruments permettent l’intégration des rapports d’observatoires volcanologiques dans les données météorologiques à partir de modèles haute résolution.

Les céliomères ont été testés lors de la dernière éruption de l’Etna, lorsque le volcan a émis de volumineux panaches de cendre. A l’aide d’une chaîne de modélisation météo-environnementale destinée à étudier le comportement des cendres volcaniques dans l’atmosphère, une équipe scientifique a suivi en continu l’évolution de l’événement.
Les céliomètres consistent en une source laser et un détecteur capable d’enregistrer la lumière émise et de mesurer la hauteur du nuage volcanique. De tels instruments permettront de réaliser des campagnes de mesures au sol, visant à valider et optimiser les performances des modèles de prévision. Les données de ce réseau seront ensuite acheminées vers Alice-net, un réseau de stations géré par des instituts et organismes de recherche italiens, dont les principales activités se concentrent sur les questions environnementales.
Le projet Aeromat est axé sur le binôme aviation – sécurité, conformément aux priorités définies par le Parlement européen et l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI), qui dicte les normes minimales de prévention des risques. L’objectif principal du projet est d’améliorer la qualité de prévision de certains phénomènes afin de pouvoir intervenir rapidement. Le projet associe des recherches expérimentales et des modèles météorologiques environnementaux liés à l’impact des cendres volcaniques. Cela facilitera la tâche des constructeurs aéronautiques, des pilotes d’aéronefs et des gestionnaires du trafic aérien. Le système évitera que la présence de cendres dans l’air ne crée des situations dangereuses dans l’ aéroport Fontanarossa de Catane, mais aussi ceux de Comiso, Reggio Calabria ou Naples.
Au cours de l’événement du 21 février 2022, les scientifiques ont pu observer comment les vents forts venant initialement du secteur nord-ouest, ont provoqué la propagation de grandes quantités de cendres au sud du volcan et, en particulier dans certains secteurs de vol spécifiques, ce qui a provoqué la suspension des activités à Fontanarossa pendant environ deux heures. De plus, avec l’évolution des conditions météorologiques, la cendre volcanique a atteint l’autoroute A18 (Catane – Messine), avec une couche significative sur la portion située entre les sorties Acireale et Giarre. Grâce aux instruments qui seront placés à proximité de l’aéroport de Catane et aux modèles météo-environnementaux, il sera possible de mesurer les paramètres physiques pertinents et de prévoir d’utiliser certaines zones de l’aéroport. Dans d’autres cas, le nouveau système permettra de connaître à l’avance l’évolution des événements. Sur cette base, il sera possible d’empêcher les avions de décoller ou d’atterrir, ou les voitures de traverser certaines zones. De telles mesures favoriseront la mobilité et les déplacements.
Le projet Aeromat comprend un partenariat entre des organismes de recherche tels que l’Université de Messine, l’ INGV et l’Université de Naples et des entreprises privées telles que Etna Hitech. Dans le cadre du même projet, les scientifiques sont en train de mettre au point un drone, équipé de capteurs, avec un moteur à hydrogène, qui sera présenté dans les mois à venir.

Source: La Sicilia.

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During the Mt Etna eruption on February 21st, 2022, Italian scientists tested a new system called Aeromat which should allow a better management of Catania airport when the volcano sends ash plumes.
Celiometers, high-tech instruments, are used to measure environmental parameters and validate prediction models involving weather and environment. They are the spearhead of a system aimed at providing, in particular to airport managers, information that will enable them to optimize operations on the runways when certain phenomena occur. These instruments allow the integration of reports from volcanological observatories into meteorological data from high-resolution models.
Celiomers were tested during Mount Etna’s last eruption, when the volcano emitted voluminous ash plumes. Using a meteorological-environmental modeling chain intended to study the behaviour of volcanic ash in the atmosphere, a scientific team continuously monitored the evolution of the event.
Celiometers consist of a laser source and a detector capable of recording the light emitted and measuring the height of the volcanic cloud. Such instruments will make it possible to carry out ground measurement campaigns, aimed at validating and optimizing the performance of prediction models. Data from this network will then be routed to Alice-net, a network of stations run by Italian research institutes and organizations, whose main activities focus on environmental issues.
The Aeromat project focuses on the aviation – safety binomial, in accordance with the priorities defined by the European Parliament and the International Civil Aviation Organization (ICAO), which dictates the minimum standards for risk prevention. The main objective of the project is to improve the quality of predictions of certain phenomena in order to be able to intervene quickly. The project combines experimental research and environmental weather models related to the impact of volcanic ash. This will make the work easier for aircraft manufacturers, aircraft pilots and air traffic managers. The system will prevent the ash in the air from generating dangerous situations in the Fontanarossa airport of Catania, but also those of Comiso, Reggio Calabria or Naples.
During the event of February 21, 2022, scientists were able to observe how the strong winds initially coming from the northwest sector, caused the spread of large quantities of ash to the south of the volcano and, in particular in certain flight areas, which caused the suspension of activities in Fontanarossa for about two hours. In addition, with the evolution of weather conditions, the volcanic ash reached the A18 motorway (Catania – Messina), with a significant layer on the portion located between the Acireale and Giarre exits. Thanks to the instruments that will be placed near Catania airport and to the weather-environmental models, it will be possible to measure the relevant physical parameters and plan the use of certain areas of the airport. In other cases, the new system will make it possible to know in advance the evolution of events. On this basis, it will be possible to prevent planes from taking off or landing, or cars from passing through certain areas. Such measures will promote mobility and travel.
The Aeromat project includes a partnership between research organizations such as the University of Messina, INGV and the University of Naples and private companies such as Etna Hitech. As part of the same project, scientists are developing a drone, equipped with sensors, with a hydrogen engine, which will be presented in the coming months.
Source: La Sicilia.

Photo: C. Grandpey