Catégorie : Science

Satellites et prévision sismique // Satellites and seismic prediction

Les séismes font partie des phénomènes naturels les plus destructeurs, mais aussi des difficiles à prévoir. Il faut bien admettre que, pour le moment, nous ne sommes pas en mesure de dire quand ils se produiront. Nous connaissons les régions susceptibles d’être secouées, mais nous ne savons pas quand, ni avec quelle intensité.

Pour essayer d’améliorer cette situation, des chercheurs ont récemment mis au point un système de surveillance qui utilise le système mondial de navigation par satellite – Global Navigation Satellite System (GNSS) – pour mesurer les déformations de la croûte terrestre. Le système peut fournir des indications utiles dans la prévision des séismes et des tsunamis. Le titre de l’étude, publiée dans le bulletin de la Seismological Society of America est « Global Navigational Satellite System Seismic Monitoring, » autrement dit «Surveillance sismique par le système mondial de navigation par satellite».

Les chercheurs expliquent que les systèmes GNSS envoient des signaux à 2000 récepteurs sur Terre. Ces signaux permettent d’identifier la position exacte des récepteurs. Les séismes déforment la croûte sous les récepteurs et modifie donc leur emplacement.

La surveillance sismique par GNSS n’est pas aussi précise que celle effectuée par les réseaux de sismomètres capables de détecter les moindres ondes sismiques. Le système GNSS  ne peut détecter que des déplacements de quelques centimètres ou plus. En revanche, il est également capable de détecter la vitesse d’ondes sismiques de seulement quelques dizaines de nanomètres par seconde.

Pour déterminer avec précision la distribution et la magnitude des mouvements de failles, les sismologues doivent généralement attendre que les données concernant les ondes sismiques atteignent des stations éloignées les unes des autres. Cela prend parfois des dizaines de minutes, le temps que les ondes se propagent sur la Terre.

Le système GNSS prend en compte les données brutes acquises par n’importe quel récepteur connecté à Internet sur la planète, positionne les données et les retransmet dans la seconde vers n’importe quel appareil connecté à Internet. En utilisant les données fournies par 1270 stations de réception à travers le monde, les chercheurs ont constaté qu’il fallait environ une demi seconde (exactement 0,52 s) pour la transmission d’un récepteur au centre de traitement de l’Université Centrale de Washington, indépendamment de la distance de la station.

Le réseau sismique conventionnel prend parfois 15 minutes ou plus pour identifier la magnitude d’un séisme qui provoque un tsunami. De plus, les marégraphes prennent parfois jusqu’à une heure pour fournir des données, en fonction de leur proximité par rapport au séisme. S’agissant des tsunamis, le système GNSS permettra de gagner du temps et offrira une plus grande précision pour alerter les populations.

Source: The Watchers.

Voici une petite vidéo (en anglais) qui explique le principe de fonctionnement du GNSS :

https://youtu.be/gffG5sTegT4

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Earthquakes are among the most destructive natural phenomena. They are the most difficult to predict and we have to admit that for the time being we are unable to predict them. We know the areas where they are likely to happen, but we don’t know when and how powerful they will be.

To try and make things better, researchers have recently developed a monitoring system that uses the Global Navigational Satellite System (GNSS) to measure crustal deformation, which can provide seismic monitoring for large earthquakes and tsunamis. The title of the study, published in the Bulletin of the Seismological Society of America is « Global Navigational Satellite System Seismic Monitoring. »

The researchers explain that GNSS systems send signals to 2,000 receivers on Earth. These signals are used to identify the receivers’ exact locations. Earthquakes deform the crust underneath the receivers, changing their locations.

The seismic monitoring by GNSS is not as accurate as seismometer-based networks capable of detecting minute seismic waves. It can only spot displacements of centimetres or larger, but it is also able to detect seismic wave velocities as small as tens of nanometers per second.

To precisely determine fault slip distribution and magnitude, seismologists usually have to wait for the seismic wave data to reach distant stations, which sees tens of minutes of delay while the waves spread across the Earth. The GNSS system takes in raw data acquired by any internet-connected receiver on the planet, positions the data, and retransmits the data back to any internet-connected device within a second. Using data from 1 270 receiver stations across the world, the researchers found that it took the data roughly half a second (0.52 s) to travel from a receiver to the processing centre at Central Washington University, independently of station distance

The conventional seismic network could take 15 minutes or more to identify the magnitude of an earthquake that causes a tsunami. The tidal gauges would take up to an hour to deliver data, depending on their proximity to the quake. The GNSS for the tsunami will be faster ; it will save time and provide greater accuracy to warn the populations.

Source : The Watchers.

Here is a short video showing how GNSS works :

https://youtu.be/gffG5sTegT4

L’officier romain d’Herculanum // Herculanum’s Roman officer

Un squelette retrouvé à Herculanum, que l’on pensait être celui d’un simple soldat, était probablement celui d’un officier supérieur de la marine envoyé dans la ville romaine lors de l’éruption du Vésuve.

Le squelette est l’un des quelque 300 découverts sur le site dans les années 1980. Une nouvelle analyse des objets trouvés à côté des ossements révèle que le soldat était en fait un officier de la marine romaine stationnée dans la baie de Naples et qui avait à sa tête Pline l’Ancien, commandant militaire et historien.

La découverte confirme que Pline a ordonné l’envoi d’une mission à Herculanum, qui, comme Pompéi, était en train d’être dévastée par l’éruption du Vésuve. L’officier essayait probablement de diriger de manière ordonnée l’évacuation de la zone côtière alors que des avalanches de matériaux volcaniques s’abattaient sur le site.

Les archéologues ont découvert sur le squelette un ceinturon en cuir décoré d’argent et d’or montrant qu’il s’agissait d’un soldat occupant un rang élevé. Il avait également une épée avec une poignée en ivoire et un poignard décoré. À côté du squelette on a trouvé un grand nombre de pièces de monnaie, dont 12 deniers en argent, indiquant qu’il était plus qu’un simple légionnaire. L’homme avait un sac à dos rempli d’outils de menuiserie indiquant qu’il était un faber navalis, le terme latin désignant les officiers à bord des navires militaires romains qui avaient des compétences en ingénierie et en menuiserie. Le squelette a été retrouvé non loin des restes d’un navire militaire, ce qui confirme cette hypothèse.

Quarante ans après la fouille de ce qui était avant 79 le littoral d’Herculanum, les archéologues vont entamer une nouvelle campagne de fouilles grâce au financement du Packard Humanities Institute, une fondation à but non lucratif qui contribue à la protection des vestiges de la ville romaine depuis 2001.

J’ai expliqué dans une note précédente (12 février 2021) que certains des 300 squelettes trouvés sur le site dans les années 1980 appartenaient à des personnes qui tentaient de s’abriter de l’éruption dans des hangars à bateaux le long du rivage, mais elles ont été incinérés par la chaleur extrême générée par l’éruption. Leurs crânes ont explosé et leurs chairs se sont vaporisées.

Source: The Telegraph.

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A skeleton found at Herculaneum, long thought to be that of a lowly soldier, was probably a senior naval officer sent on a daring mission by Pliny the Elder to save the inhabitants of the ancient Roman town during the eruption of Vesuvius.in 79 A.D..

The skeleton was one of around 300 found at the site in the 1980s.
Fresh analysis of the items found alongside the skeletal remains suggests that the soldier was actually an officer with the Roman fleet stationed in the Bay of Naples, which at the time was led by Pliny, a military commander and historian.

The discovery provides fresh evidence that Pliny ordered a mission to be sent to Herculaneum, which along with neighbouring Pompeii was being devastated by the eruption of the volcano

The officer was most likely directing the panic-stricken evacuation of the beach as volcanic debris rained down. Archaeologists have discovered that a leather belt found on the skeleton was decorated with silver and gold, suggesting he was of senior rank. He also had a sword with an ivory hilt and a decorated dagger. Next to the skeleton was found a large collection of coins, including 12 silver denarii, again indicating that he was more than just a low-ranking legionary.

The man had a knapsack which was packed with carpentry tools, indicating that he was a faber navalis, the Latin term for officers on board Roman military ships who had specialised engineering and carpentry skills. The skeleton was found not far from the remains of a military vessel, which confirms the hypothesis.

Forty years after Herculaneum’s ancient beach was excavated, archaeologists are to embark on a new dig with funding from the Packard Humanities Institute, a non-profit foundation which has helped protect the remains of the Roman town since 2001.

I explained in a previous post (12 February, 2021) that some of the 300 skeletons found at the site in the 1980s had tried to shelter from the eruption in boat sheds along the beach but were incinerated by the extreme heat generated by the eruption, which made their skulls explode and their flesh vaporize.

Source: The Telegraph.

Squelettes des personnes réfugiées sous les hangars à bateaux à Herculanum (Source: Wikipedia)

Vue des hangars à bateaux le long de la plage où de nombreux Romains ont été incinérés par la chaleur extrême générée par l’éruption (Crédit photo : Wikipedia)

Calibrage des gravimètres sur le Mauna Kea (Hawaii) // Calibrating gravimeters on Mauna Kea (Hawaii)

Un nouvel article publié par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, nous explique comment la mesure de la gravité sur le Mauna Kea permet de surveiller le Mauna Loa. Au début de l’article, un scientifique conduit son 4X4 entre Hilo et le sommet du Mauna Kea avec deux gravimètres identiques à l’intérieur de son véhicule. Il s’arrête une demi-douzaine de fois au niveau de points de repère (benchmarks) installés depuis les années 1960. C’est ici qu’il va utiliser les deux gravimètres pour mesurer les variations d’intensité du champ de pesanteur.

Les gravimètres sont des instruments extrêmement précis capables de mesurer les variations de force gravitationnelle avec une précision de l’ordre du milligal [Le milligal, mgal, correspond à un millième de gal qui est l’unité CGS d’accélération (1 gal = 1 cm/s2)]. Cette force varie en fonction de la distance et de la quantité de masse entre l’instrument et le centre de la Terre. Tout comme la pression atmosphérique, elle varie en fonction de l’altitude. Plus on monte en altitude, plus on s’éloigne du centre de la Terre et plus la force gravitationnelle est faible. Cet effet d’élévation est la principale contribution aux changements de gravité mesurés sur le Mauna Kea. Les variations du champ de pesanteur ne sont pas aussi perceptibles que le changement d’atmosphère (il est difficile de respirer au sommet), mais une personne de taille moyenne pèse environ 150 grammes de moins – le poids d’une orange – au sommet du Mauna Kea que dans la ville de Hilo!

Depuis les années 1970,  les scientifiques mesurent les  petits changements de gravité (microgravité), variables avec le temps, sur le Mauna Loa et le Kilauea pour savoir si du magma s’accumule dans leurs réservoirs magmatiques. Cette intrusion magmatique ouvre et remplit souvent des fractures et / ou des espaces vides à l’intérieur de l’édifice volcanique, ce qui provoque une augmentation de la masse du volcan qui peut être mesurée avec un gravimètre.

La mesure de la gravité est un moyen de savoir ou de confirmer si l’inflation en cours, comme celle observée sur le Mauna Loa depuis 2014, est provoquée par l’arrivée d’un nouveau magma à l’intérieur du volcan. Comme indiqué précédemment, les gravimètres sont des appareils extrêmement précis et sensibles et ils nécessitent un étalonnage régulier. Comme l’effet principal mesuré provient des changements d’altitude, il est nécessaire de calibrer les gravimètres sur le Mauna Kea pour mesurer les changements provoqués par l’activité volcanique du Mauna Loa (4170 m). Le Mauna Kea (4207 m) convient parfaitement car il n’est pas influencé par l’activité volcanique étant donné que la dernière éruption du volcan remonte à plus de 4 500 ans.

Sans le Mauna Kea, les scientifiques du HVO devraient envoyer pour calibrage les gravimètres en Californie, avec le risque qu’ils soient endommagés pendant le voyage. La possibilité de calibrer les gravimètres du HVO sur Mauna Kea permet de concevoir un programme de surveillance gravimétrique pour mieux comprendre l’activité volcanique du Mauna Loa. Parallèlement à la déformation du sol et à la sismicité, les levés gravimétriques permettent de détecter la quantité de magma qui arrive lentement dans la chambre magmatique superficielle du Mauna Loa.

Source: USGS / HVO.

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A new article released by the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains us how measuring gravity on Mauna Kea helps monitor Mauna Loa. The Observatory starts the article with a scientist driving between Hilo and the summit of Mauna Kea with two identical gravimeters in his car. He stops approximately half a dozen times at a series of benchmarks established beginning in the 1960s. At these benchmarks, the scientist uses the two gravimeters to measure the variation of the force in gravity.

Gravimeters, essentially extremely precise pendulums, can measure a change in the force of gravity to one-in-one billionth of the force one can feel every day. This force varies based on the distance and the amount of mass between the instrument and the center of the Earth.

Just like atmospheric pressure, the force of gravity changes depending on altitude. The higher in elevation one goes, the farther away one gets away from the centre of the Earth, and the weaker the force of gravity. This elevation effect is the primary contribution to changes in gravity measured on Mauna Kea. The changes in gravity are not as noticeable as the change in the atmosphere (it’s hard to breathe at the summit), but the average person also weighs about one-third of a pound less – the weight of an orange – at the summit of Mauna Kea than in Hilo!

Since the 1970s, small changes in time-varying gravity (microgravity) have been measured on Mauna Loa and Kilauea, both active volcanoes, to determine whether magma is accumulating in their magma reservoirs. This intruding magma often opens and fills cracks and/or empty spaces, causing a net increase in the volcano’s mass that can be measured with a gravimeter.

Measuring the gravity is an independent way to confirm whether ongoing uplift, like that occurring at Mauna Loa since 2014, is from new magma intruding into the volcano.

The precision and sensitivity of the gravimeters make them extremely delicate, and they require regular calibration. As the dominant effect that is measured is from changes in elevation, the ability to measure volcanic changes on the high elevations of Mauna Loa (4,170 m) requires to calibrate the instruments over similar elevations on Mauna Kea where there is currently no influence from volcanic activity. The volcano’s last eruption was more than 4,500 years ago.

Without Mauna Kea, HVO scientists would have to send the gravimeters back to California to be calibrated, making them susceptible to damage on their long journey. The opportunity to calibrate HVO gravimeters on Mauna Kea provides the ability to design a gravity monitoring program to help understand volcanic unrest at Mauna Loa. Along with ground deformation and seismicity, future gravity surveys could help detect how much magma is slowly being supplied to Mauna Loa’s shallow magma storage system.

Source: USGS / HVO.

Vue du Mauna Loa et du Mauna Kea (Photo : C. Grandpey)

L’énergie des volcans sous-marins // The energy of submarine volcanoes

La plus grande partie de l’activité volcanique sur Terre se produit dans les profondeurs de nos océans, souvent à plusieurs kilomètres sous leur surface. Toutefois, contrairement aux volcans terrestres, la détection d’une éruption sur le fond marin se révèle souvent très difficile. Il reste encore beaucoup à apprendre sur le volcanisme sous-marin et ses effets sur le milieu environnant. Comme je l’ai souligné à plusieurs reprises, nous connaissons la surface de la planète Mars,  nous sommes capables d’y faire voler un hélicoptère, mais les abysses de nos océans, là où se produit le phénomène de subduction et où se déclenchent les séismes les plus meurtriers, restent inconnus.

Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications explique que les volcans sous-marins en éruption au fond des océans peuvent générer une énergie extrêmement puissante. On croyait auparavant que les volcans sous-marins étaient beaucoup moins puissants que ceux sur terre en raison des coulées de lave relativement lentes qu’ils produisent. Toutefois, des submersibles déployés dans le nord-est du Pacifique ont fourni des données qui montrent que les volcans sous-marins peuvent libérer de puissants panaches – appelés méga panaches – qui distribuent des cendres volcaniques sur de grandes distances sous-marines. Les panaches sont poussés par des colonnes d’eau chauffée à haute température. Ils suivent les mêmes schémas que les panaches générés par les éruptions volcaniques sur terre. Ils se déplacent d’abord verticalement puis s’étalent horizontalement.

Les chercheurs estiment que les méga panaches produits par les grandes éruptions sous-marines produisent suffisamment d’eau pour remplir environ 40 millions de piscines olympiques. Cependant, leur source est restée longtemps ambiguë. La nouvelle étude est la première à relier le phénomène à l’émission de magma d’un énorme volcan sous-marin.

Pour mieux comprendre le processus des éruptions volcaniques sous-marines, les chercheurs ont proposé une simulation qui montre que l’énergie nécessaire pour générer de tels panaches de cendres est énorme. Les éruptions les plus puissantes peuvent libérer suffisamment d’énergie pour alimenter un continent. Le problème est de savoir comment exploiter cette énergie.

La nouvelle étude fournit la preuve que les méga panaches sont directement liés à l’émission de lave et sont responsables du transport des cendres volcaniques dans les profondeurs de l’océan. Les recherches montrent également que ces panaches peuvent se former en quelques heures en libérant une énorme quantité d’énergie.

À l’avenir, les scientifiques espèrent utiliser les technologies de télédétection pour observer en direct l’activité des volcans sous-marins afin de pouvoir mieux l’étudier.

Référence : « Rapid heat discharge during deep-sea eruptions generates megaplumes and disperses tephra » – Pegler, S. S., & Ferguson, D. J. – Nature Communications.

Source : The Watchers.

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The majority of Earth’s volcanic activity occurs underwater, mostly at depths of several kilometres, but in contrast to terrestrial volcanoes, detecting that an eruption has occurred on the seafloor can be very difficult. There remains a lot to be done to learn about submarine volcanism and its effects on the marine environment. As I have pointed out several times, we know the surface of Mars, we are able to fly a helicopter there, but the abyss of our oceans, where the phenomenon of subduction occurs and where the the deadliest earthquakes are triggered,  remain unknown.

A new research published in Nature Communications explains that submarine volcanoes erupting at the bottom of the oceans can release extremely powerful energy, high enough to power a continent. It was previously believed that underwater volcanoes were much less powerful than those on land due to relatively slow-moving lava flows. Submersibles operated in the North East Pacific have released data which show that submarine volcanoes can release powerful and huge plumes called megaplumes, distributing volcanic ash across wide underwater distances. The plumes are formed by columns of heated water. They follow the same patterns as plumes generated by volcanic eruptions on land. The plumes move vertically first and then spread out horizontally..

The researchers estimate that the megaplumes produced by large underwater eruptions have enough water to fill about 40 million Olympic-sized swimming pools. However, their source have long remained ambiguous. The new research is the first to link the phenomenon with the release of magma from a huge submarine volcano.

To better understand the process of underwater volcanic eruptions, the researchers came up with a simulation, which showed that the release of energy needed to generate such expansive ash plumes was enormous. The largest eruptions could release energy high enough to power a continent. The problem is how to tap this energy.

The new study provides evidence that megaplumes are directly linked to the eruption of lava and are responsible for transporting volcanic ash in the deep ocean. It also shows that plumes can form in a matter of hours, creating an immense rate of energy release.

In the future, scientists hope to use remote-sensing technologies to livestream activity of underwater volcanoes as they are happening.

Reference : « Rapid heat discharge during deep-sea eruptions generates megaplumes and disperses tephra » – Pegler, S. S., & Ferguson, D. J. – Nature Communications.

Source : The Watchers.

Source : Wikipedia