Catégorie : Science

Mesure et cartographie des gaz sur le Kilauea (Hawaii) // Measuring and mapping gases on Kilauea (Hawaii)

Un nouvel article publié par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) aborde un sujet fort intéressant: la mesure et de la cartographie des émissions de gaz sur le volcan Kilauea. Comme le répétait fort justement Haroun Tazieff, les gaz sont le moteur des éruptions. Leur analyse est donc essentielle pour comprendre comment fonctionne un volcan.

De grandes quantités de gaz volcaniques, tels que le dioxyde de carbone (CO2), le dioxyde de soufre (SO2) et le sulfure d’hydrogène (H2S), sont libérés dans l’atmosphère lors des éruptions volcaniques. Mais même entre les éruptions, de plus petites quantités de ces mêmes gaz continuent de s’échapper du sol et peuvent fournir des indications importantes sur l’état d’un volcan et sur le magma qui sommeille dans les profondeurs de la Terre.

Pour mesurer ces gaz, les scientifiques du HVO doivent d’abord identifier leur provenance. Des études sur le terrain à propos des émissions gazeuses dans la caldeira du Kilauea ont été réalisées dans le passé, mais aucune n’a été effectuée dans la caldeira dans son ensemble. Et aucune étude n’a été entreprise depuis l’éruption de 2018.

Au cours de l’été 2021, les scientifiques du HVO ont donc mené une étude détaillée des gaz sur le plancher et en bordure de la caldeira afin de comprendre la répartition des émissions actuelles. Les résultats seront comparés aux observations précédentes ; si des différences sont détectées, elles peuvent indiquer que le système d’alimentation au sommet du Kilauea s’est modifié en raison des effondrements survenus lors de l’éruption de 2018.

Les mesures de gaz volcaniques peuvent être effectuées à l’aide d’un MultiGAS qui pompe de l’air puis enregistre les concentrations de CO2, SO2 et H2S, plus la vapeur d’eau, en parties par million (ppm). Ces instruments MultiGAS peuvent être installés en permanence dans une zone particulière ou montés à bord d’un drone, en fonction de la zone à analyser et du type de données requises.

Pour la cartographie des gaz dans la caldeira du Kilauea au cours de l’été 2021, deux instruments MultiGAS ont été montés sur des supports dorsaux et les scientifiques du HVO ont parcouru la caldeira dans tous les sens, tout en collectant des données en continu. Leurs itinéraires de marche étaient espacés de 25 à 50 mètres afin de couvrir aussi bien la bordure de la caldeira que tout le plancher, ou bien la zone de blocs d’effondrement de l’éruption de 2018.

Même si ce travail a permis de couvrir tout le plancher de la caldeira, il restait des endroits eux aussi intéressants à analyser. Souvent, les émissions de gaz se concentrent le long de fissures ou de cavités qui permettent au gaz d’accéder facilement à la surface. De tels panaches peuvent être facilement observés dans diverses parties du plancher de la caldeira et dans des zones comme les Sulphur Banks et les Steam Vents dans le parc national. Des panaches comme ceux-ci sont souvent de bons indicateurs des endroits où les concentrations de gaz sont les plus élevées. De plus, au fur et à mesure que les gaz montent vers la surface depuis la chambre magmatique, ils interagissent avec et modifient les roches, entraînant des changements de couleur. Les zones de roches altérées peuvent révéler des émissions de gaz élevées.

Les scientifiques ont également collecté des échantillons de gaz dans des zones présentant des concentrations élevées de CO2 pour des analyses en laboratoire. Une grande seringue en plastique a été utilisée pour prélever l’échantillon qui a ensuite été transféré dans un récipient conçu pour contenir le gaz. La majorité des échantillons ont été prélevés sur les blocs d’effondrement de 2018 mentionnés précédemment car cette zone présente les concentrations les plus élevées de CO2.

Les analyses chimiques des différents isotopes de carbone dans le CO2 contenus dans ces échantillons peuvent fournir des informations sur l’emplacement du magma qui émet ces gaz. Cela permet aussi de savoir s’il s’agit d’un magma juvénile profond qui n’a encore jamais dégazé, ou d’un magma plus ancien qui a déjà été stocké pendant un certain temps dans le système d’alimentation du Kilauea.

La cartographie du plancher de la caldeira est maintenant terminée, mais les parois et le plancher du cratère de l’Halema’uma’u n’ont pas encore été cartographiés. Ils sont le site de nombreux bouches de gaz. Ces zones sont impossibles à parcourir à pied; la prochaine étape consistera donc à utiliser un MultiGAS monté sur drone.

Au final, les scientifiques du HVO produiront une nouvelle carte des émissions de gaz dans la caldeira du Kilauea en utilisant les données collectées au cours de l’été 2021. La carte sera essentielle pour déterminer si les remontées de gaz depuis le magma profond vers la surface ont été modifiées par les effondrements de 2018.

Source : USGS / HVO.

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A new article released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) deals with the measuring and mapping of gas emissions on Kilauea Volcano.

Large quantities of volcanic gases, such as carbon dioxide (CO2), sulfur dioxide (SO2), and hydrogen sulfide (H2S), are released into the atmosphere during volcanic eruptions. But even between eruptions, smaller amounts of the same gases continue to escape and can provide important clues about the current state of the volcano and the underlying magma. But to measure them, HVO scientists first must identify where gas is coming from.

Surveys of the gas emissions from the Kilauea caldera have been done in the past but never of the entire caldera at one time. And none had been done yet after the 2018 eruption.

Over the summer of 2021, HVO scientists conducted a detailed gas survey of the caldera floor and rim in order to understand the distribution of current emissions. The results will be compared to previous surveys; if differences are detected, they may indicate that the plumbing system of Kīlauea’s summit has changed because of the 2018 collapses.

Measurements of volcanic gases can be done using a MultiGAS instrument, which pumps in air and then records the concentrations of CO2, SO2, and H2S, plus water vapor, in parts per million (ppm).

These MultiGAS instruments can be permanently stationed at an area of interest, or mounted on a drone, depending on the location and type of data needed.

For the gas mapping in the Kilauea caldera during the summer 2021, two MultiGAS instruments were mounted on backpack frames and HVO scientists walked across and around the caldera while continuously collecting data. Their routes were spaced 25 to 50 metres apart and covered areas of the caldera rim, the caldera floor, and the down-dropped block that collapsed during the 2018 eruption.

Even though the survey covered the whole caldera floor, there were more interesting spots to analyse. Often gas emissions are concentrated along cracks or holes in the ground which provide the gas an easy path to the surface. Visible plumes can be seen in various parts of the caldera floor and at the Haʻakulamanu Sulphur Banks and Steam Vents within the National Park. Visible plumes of gas like this are often good indicators of where the gas concentrations may be elevated.

As gases rise towards the surface from the magma below, they interact with and alter the rocks in the area, resulting in colour changes. Looking for this altered rock is another way to identify areas that may have elevated gas emissions.

The scientists also collected gas samples from areas that had elevated concentrations of CO2 for later laboratory analyses. A large, plastic syringe was used to collect the sample which was then transferred to a foil bag designed for holding gas. The majority of the samples were collected on the down-dropped block, as that area showed the highest concentrations of CO2.

Chemical analyses of the different forms (isotopes) of carbon in the CO2 from these samples can provide information about where the magma that is releasing these gases is located, and whether it is new, deep magma that has never degassed before, or older magma that had already been stored for some time in Kilauea’s plumbing system.

While the caldera floor mapping is now complete, the walls and floor of Halemaʻumaʻu crater have not yet been mapped and are the site of many visible gas vents. These areas are impossible to traverse by foot, so the next step is to use a UAS-mounted MultiGAS to measure gases there..

HVO scientists will produce a new map of gas emissions in the Kilauea caldera using the data collected during the summer 2021. The map will be key to determining if gas pathways from deep magma to the surface were changed by the collapses in 2018.

Source: USGS / HVO.

SulphurBanks

Steam Vents

Emissions de gaz dans le cratère de l’Halema’uma’u en 2011

Photos: C. Grandpey

Température de prismation des colonnes basaltiques // Prismation temperature of basalt columns

J’ai écrit plusieurs notes – le 24 mars 2015, par exemple – sur Devils Tower qui est un site touristique très populaire dans le Wyoming aux Etats Unis. Un certain nombre d’hypothèses ont été formulées pour expliquer l’apparition de ce monolithe vieux de 49 millions d’années. Les explications les plus fréquemment avancées font état d’une montée de magma qui se serait frayé un chemin dans les couches sédimentaires sous la surface ou à l’intérieur d’une cheminée dans les profondeurs d’un volcan.
Une nouvelle étude réalisée par des géologues de l’Université de Liverpool a identifié la température à laquelle le magma en cours de refroidissement se fissure pour former des colonnes géométriques telles que celles rencontrées à la Chaussée des Géants en Irlande du Nord et à Devils Tower aux États-Unis.


Les colonnes géométriques apparaissent dans de nombreux types de roches volcaniques et se forment au fur et à mesure que la roche se refroidit et se contracte, ce qui donne naissance à un ensemble régulier de prismes et de colonnes polygonaux Les géologues se sont longtemps demandé à quelle température le magma en cours de refroidissement forme ces prismes.
Les scientifiques de Liverpool ont entrepris une étude pour découvrir à quel niveau de température les roches s’ouvrent pour former ces entablements spectaculaires. Dans un article publié dans la revue Nature Communications, ils expliquent avoir mis sur pied un nouveau type d’expérience pour montrer comment, lorsque le magma se refroidit, il se contracte et accumule du stress, jusqu’au moment où il se fissure. L’étude a été réalisée sur des échantillons de colonnes basaltiques issues de l’Eyjafjallajökull, en Islande.
Les chercheurs ont conçu un nouvel appareil permettant à la lave en cours de refroidissement, saisie dans une presse, de se contracter et de se fissurer pour former une colonne. Cette expérience a permis de constater que les roches se fracturent lorsqu’elles refroidissent à environ 90 à 140 degrés Celsius en dessous de la température à laquelle le magma cristallise, soit environ 980 °C pour les basaltes. Cela signifie que les joints que l’on peut observer entre les colonnes basaltiques à la Chaussée des Géants et à Devils Tower, entre autres, se sont formés à une température d’environ 840-890°C.
Les auteurs de l’expérience explique qu’elle a été compliquée d’un point de vue technique, mais elle montre parfaitement le rôle joué par la contraction thermique sur l’évolution des roches en cours de refroidissement et sur le développement des fractures. Connaître le niveau de température auquel le magma en cours de refroidissement se fracture est essentiel, car il amorce la circulation de fluides dans le réseau de fractures. La circulation de fluides contrôle le transfert de chaleur dans les systèmes volcaniques. Ce phénomène peut être exploité pour la production d’énergie géothermique. Cette dernière découverte présente donc d’importantes applications en volcanologie et dans le domaine de la recherche géothermique.
Source : Université de Liverpool.

Loin de cette approche scientifique, une légende raconte qu’un groupe de sept jeunes filles jouaient dans la forêt quand arriva brusquement un ours géant. Elles s’enfuirent mais l’ours les poursuivit. La situation semblait perdue car l’ours gagnait du terrain. Les filles se précipitèrent vers un rocher quelles essayèrent d’escalader en priant le Grand Esprit de leur venir en aide. A ce moment-là, le rocher se mit à grandir, soulevant les enfants dans les airs. L’ours sauta sur le rocher mais ne réussit pas à atteindre les jeunes filles car ses griffes glissaient sur la pierre. On peut voir aujourd’hui la marque de ses griffes sur le rocher qui continua à croître, poussant les filles vers le ciel, où elles devinrent les sept étoiles de la Pléiade.

Photos: C. Grandpey

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I have written several posts – on March 24th, 2015, for instance – about Devils Tower which is a popular tourist spot in Wyoming. A number of hypotheses for the 49-million-year-old monolith have been put forward over the years. The most popular explanations today refer to some magma ascent squeezed in between subsurface layers of sediments, or within a conduit deep inside a volcano.

A new study by geoscientists at the University of Liverpool has identified the temperature at which cooling magma cracks to form geometric columns such as those found at the Giant’s Causeway in Northern Ireland and Devils Tower in the USA.
Geometric columns occur in many types of volcanic rocks and form as the rock cools and contracts, resulting in a regular array of polygonal prisms or columns. One of the most intriguing questions facing geologists is the temperature at which cooling magma forms these columnar joints.

Liverpool geoscientists undertook a research study to find out how hot the rocks were when they cracked open to form these spectacular stepping stones. In a paper published in Nature Communications, they explain that they designed a new type of experiment to show how as magma cools, it contracts and accumulates stress, until it cracks. The study was performed on basaltic columns from Eyjafjallajökull volcano, Iceland.
The researchers designed a novel apparatus to permit cooling lava, gripped in a press, to contract and crack to form a column. These new experiments demonstrated that the rocks fracture when they cool about 90 to 140 degrees Celsius below the temperature at which magma crystallises into a rock, which is about 980°C for basalts.
This means that columnar joints exposed in basaltic rocks, as observed at the Giant’s Causeway (Ireland) and Devils Tower (USA) amongst others, were formed around 840-890°C.
The authors of the experiments say that they were technically very challenging, but they clearly demonstrate the power and significance of thermal contraction on the evolution of cooling rocks and the development of fractures. Knowing the point at which cooling magma fractures is critical, as it initiates fluid circulation in the fracture network. Fluid flow controls heat transfer in volcanic systems, which can be harnessed for geothermal energy production. So the findings have tremendous applications for both volcanology and geothermal research.
Source: The University of Liverpool.

Far from this scientific approach, a legend says that a group of seven girls were playing in the forest when a giant bear abruptly arrived. They fled but the bear chased them. The situation seemed lost because the bear was gaining ground. The girls rushed to a rock that they tried to climb, begging the Great Spirit to help them. At that moment, the rock began to grow, raising the children in the air. The bear jumped on the rock but failed to reach the girls because his claws slipped on the stone. We can see today the mark of his claws on the rock that continued to grow, pushing the girls to the sky, where they became the seven stars of the Pleiades.

Appel pour les associations Haroun Tazieff

Tazieffien convaincu, je me permets de relayer un message diffusé par Frédéric Lavachery, fils du célèbre volcanologue. Voici quelques extraits de son message:

Quatre associations « Haroun Tazieff » travaillent l’héritage scientifique et culturel de l’explorateur qui a ouvert la voie à la volcanologie moderne au milieu du siècle dernier. Toutes filles de la volonté de France Tazieff de ne pas laisser l’oubli ensevelir l’œuvre de son mari, elles ont besoin d’être soutenues.

Leur coordination est assurée par la plus ancienne d’entre elles, le Centre Haroun Tazieff pour les Sciences de la Terre (CHT), créé en 2008 à Arette, en Pyrénées Atlantiques, village emblématique de l’épopée Tazieff. Elle s’est formée autour du fils d’Haroun Tazieff, Frédéric Lavachery, auquel France avait demandé peu avant de mourir de l’aider à réaliser ce projet.

Les autres associations du projet sont, dans l’ordre de leur création :

– Le Pôle Haroun Tazieff en Vivarais-Velay (PHTVV), Il a repris les actions pédagogiques et de recherche du CHT sur le territoire volcanique de la Haute-Loire et de l’Ardèche.

– L’Atelier d’Archives Haroun Tazieff (AAHT) pour la sauvegarde, l’inventaire et la restauration de centaines de bobines tournées pendant 40 ans sur les volcans actifs du Globe.

– L’Unité de Recherche Internationale Transdisciplinaire Tazieff-Goma (URITTAZ-Goma), pour former ses chercheurs à l’œuvre de Tazieff et explorer les nouveaux horizons de l’anthropologie du volcanisme ouverts à la suite de la découverte par Frédéric Lavachery, entre 2013 et 2015, de très probables représentations de volcans en éruptions dans les fresques préhistoriques de la grotte Chauvet, en Ardèche.

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Vous pouvez contribuer fortement à la réalisation du « projet général Tazieff » en diffusant cet appel ou adhérant à l’une ou à plusieurs des « associations Tazieff » par une cotisation annuelle unique de 20 euros. Tout versement de cotisation supérieur à 50 euros fera de vous un « membre bienfaiteur » de nos associations.

Contact : frederic.lavachery@wanadoo.fr (06 67 11 38 80).

Les chèques peuvent être adressés au Centre Haroun Tazieff : Les Ouches, 43430 Chaudeyrolles.

Virements sur le compte du Centre Haroun Tazieff :

IBAN : FR76 14506 01800 72810463563 89

BIC : AGRIFR845

Le dégel du permafrost libère les lions des cavernes // Permafrost thawing brings out cave lions

Quand il dégèle, le pergélisol permet aux scientifiques de faire des découvertes remarquables. D’innombrables défenses de mammouths ont été extraites de la boue sibérienne. Aujourd’hui, une équipe internationale de scientifiques a mis au jour deux lionceaux datant de l’ère glaciaire. Ils font partie des spécimens les mieux conservés. Les scientifiques pensent que les lionceaux ont brièvement parcouru la steppe de l’est de la Russie il y a des dizaines de milliers d’années.
Le lion des cavernes d’Eurasie, Panthera spelaea, vivait autrefois dans une grande partie de l’Eurasie avant de disparaître il y a environ 10 000 ans. Les animaux étaient plus gros que leurs homologues d’Afrique tel qu’on les connaît aujourd’hui.

On pense que les deux lionceaux étaient âgés d’un mois ou deux lorsqu’ils sont morts ; ils avaient à peu près la taille d’un chat domestique adulte. La datation au Carbone 14 a révélé qu’ils sont restés momifiés, probablement dans la boue, à peu près au même endroit à des milliers d’années d’intervalle. Le lionceau le moins bien conservé est estimé avoir vécu il y a 43 448 ans et le mieux conservé il y a 27 962 ans.
C’est surtout la jeune femelle qui donne tout son intérêt à la découverte. Selon les chercheurs, il s’agit du spécimen le mieux conservé à ce jour de la dernière période glaciaire. Il se trouve en effet dans un état quasiment parfait.
On peut voir dans la grotte Chauvet (France), découverte en 1994, une paroi recouverte d’images de lions des cavernes, avec des motifs de couleurs qui sont différents des lions africains actuels. La grotte française contient à elle seule la moitié de toutes les représentations paléolithiques de lions des cavernes connues à ce jour. On pense que les lions des cavernes avaient des crinières avec des couleurs moins prononcées que les lions actuels. De plus, la différence de couleur entre les jeunes et les adultes incite les chercheurs à penser que le motif de la fourrure a pu changer avec le passage à l’âge adulte.
Les chercheurs pensent que les hommes préhistoriques ne représentaient que des lions des cavernes femelles, ou que les mâles n’avaient pas de crinière, mais cela reste un mystère. Il faudra trouver un lion des cavernes mâle adulte congelé dans le permafrost pour obtenir une réponse.
De la même manière, on ne sait toujours pas exactement comment les lions des cavernes se sont adaptés à la vie dans les conditions difficiles des hautes latitudes. La périodicité saisonnière est rapide, les vents sont forts et les hivers froids et longs avec des nuits continues. Les chercheurs fournissent quelques éléments de réponse. Par exemple, la fourrure des oursons était semblable mais pas identique à celle du lion d’Afrique actuel. La fourrure du lion des cavernes présente également un sous-poil de fourrure long et épais composé de poils aérifères et strombuliformes (= en forme de spirale). Ce sous-poil couvre le corps uniformément et a probablement aidé les lionceaux des cavernes à s’adapter au climat froid.
Les deux oursons ont été découverts en Yakoutie, dans l’est de la Sibérie, le long de la rivière Senyalyakh. Les chercheurs ne savent pas comment ils sont morts, car de nombreux oursons meurent jeunes, mais la mort par prédation semble peu probable.
Selon les scientifiques, le grand nombre de lionceaux des cavernes bien conservés trouvés dans cette région de la Russie laisse supposer que cette zone, à une époque où le climat se réchauffait et favorisait une végétation arborescente, était un site propice à la reproduction des lions des cavernes.
Il semble également probable que ce site, au cours de cette période, avait certaines caractéristiques qui le rendaient plus susceptible de geler rapidement et donc de préserver les animaux.
Source : Yahoo Actualités.

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When thawing, permafrost allows scientists to make remarkable discoveries. Innumerable mammoth tusks have been pulled out of the mud. This time, a team of international scientists identified a pair of extinct Ice Age lions cubs that are among the best preserved specimens ever found. The scientists believe that the cubs briefly roamed the steppe of what is now eastern Russia tens of thousands of years ago.

Cave lions, or panthera spelaea, once lived across much of Eurasia before going extinct around 10,000 years ago. The animals were larger than their African lion relatives that still exist today.

The two cubs are believed to have been about a month or two old when they died — about the size of an adult house cat — but carbon dating showed that they were mummified, likely in mud, at roughly the same location thousands of years apart. The less intact cub is estimated to be around 43,448 years old and the more intact cub 27,962 years old.

What makes this find unique is the female cub. According to the researchers, it is the best preserved frozen specimen from the last Ice Age ever found. It is indeed in near-perfect condition.

The Chauvet cave in France, discovered in 1994, features one wall covered with images of cave lions, with different colour patterns than African lions today. The French cave alone contains half of all cave lions Palaeolithic paintings known to date. Cave lions are believed to have had less pronounced manes, and the difference in colour patterns between the juveniles and adults gave the researchers insight into how the animal’s fur pattern might have changed from youth to adulthood.

Researchers think that prehistoric people either only depicted female cave lions, or the cave lion males lacked mane, This is a mystery not yet solved today. It will be necessary to find a frozen adult male cave lion to get an answer.

In the same way, it is still unknown exactly how cave lions adapted to life in the harsh conditions of the high latitudes with their rapid season periodicity, strong winds, and cold and long winters with associated continuous nights.The researchers’ report says there are some clues, for instance that the cubs’ fur was similar but not identical to that of the African lion currently in existence. Cave lion fur also has a long thick fur undercoat consisting of strombuliform aeriferous fur hair. It covers the body evenly and probably helped cave lion cubs adapt to the cold climate.

The two cubs were found along the River Senyalyakh in the Yakutia region of Siberia. Researchers do not know how they died, since many cubs die young from a variety of threats, but death by predation seems unlikely.

The scientists conclude that the large number of well-preserved cave lion cubs found in this region of Russia suggests that this area, at a time when the climate was becoming relatively warm and tree vegetation was spreading, was a favourable breeding site for cave lions.

It also seems probable that this site, during this time period, had some characteristics that made it more likely to rapidly freeze and preserve animals.

Source : Yahoo News.

L’un des lions des cavernes découverts en Sibérie (Source: The Siberian Times)

Lions des cavernes dans la Grotte Chauvet (Source: Grotte Chauvet)