Catégorie : Science

Coulées de lave et zones de risques à Hawaii // Lava flows and threatened areas in Hawaii

Dans un article récent, les géologues de l’Observatoire des Volcans d’Hawaï (HVO) expliquent comment évaluer la menace posée par les coulées de lave. Selon eux, cette approche repose sur notre connaissance du passé. La probabilité à long terme qu’une zone soit envahie par la lave est évaluée de deux manières différentes en fonction de l’activité passée des coulées.
Une première approche utilise une carte géologique pour calculer quelle surface terrestre a été recouverte par la lave au cours de différentes périodes du passé.
Une autre approche calcule la fréquence à laquelle des coulées de lave se sont produites dans des zones spécifiques au fil du temps.
Ces deux approches sont utilisées par la plupart des observatoires volcanologiques dans le monde. Les cartes montrant les coulées de lave avec des couleurs différentes selon les années sont souvent très belles.
En ce qui concerne les volcans hawaïens, la carte de 1992 – Lava-Flow Hazard Zone (LFHZ) – utilise l’approche basée la couverture par la lave sur le long terme. On ne mesure pas la vitesse à laquelle une coulée de lave avance, mais la vitesse à laquelle une zone est recouverte par la lave de plusieurs éruptions au cours des siècles.
Les nouvelles éruptions n’affectent pas de manière significative cette couverture car leurs coulées recouvrent certaines coulées de lave récentes ainsi que d’autres plus anciennes. Par exemple, la lave de 2018 a coulé entre et sur des portions des coulées de lave de 1790, 1955 et 1960. Par conséquent, la surface de lave émise depuis 1790 n’a pas été forcément augmentée par l’ensemble des coulées de 2018, mais uniquement par la partie qui est allée au-delà des coulées antérieures.
La carte LFHZ de 1992 montre que les plus forts risques de couverture par la lave se trouvent dans les zones de rift et au sommet du Kilauea et du Mauna Loa. Près de la moitié de la LFHZ 1 (la zone la plus exposée) sur les deux volcans a été recouverte par la lave depuis l’année 1790.
L’autre approche pour estimer les risques des coulées de lave sur le long terme consiste à calculer la fréquence à laquelle une zone particulière est affectée. La Lower East Rift Zone (LERZ) du Kilauea a été envahie par la lave à cinq reprises depuis 1790 – en 1790, 1840, 1955, 1960 et 2018. Ces éruptions se sont produites sur une période de plus de 200 ans avec des intervalles d’une soixantaines d’années entre elles.
La méthode de l’intervalle de récurrence des coulées est la plus largement utilisée pour calculer les risques. Elle fait reposer en général les cartes à risques sur un intervalle de récurrence moyen de 100 ans entre les coulées les plus destructrices. En utilisant la formule de probabilité la plus simple, cet intervalle de récurrence se traduit par une probabilité de 1% de coulées destructrices sur une année et de 39 % sur une période de 50 ans. La probabilité qu’une coulée majeure se produise au cours d’un siècle n’est pas de 100% mais seulement de 63%, car l’intervalle de récurrence est une moyenne d’intervalles réels qui peuvent être très différents.
Dans l’application de cette méthode par le HVO aux coulées de lave du Kilauea, un intervalle de récurrence moyen d’environ 60 ans dans la LERZ signifie qu’il y a 63 % de chances que le prochain intervalle de récurrence sans lave soit de 60 ans ; c’est aussi la probabilité qu’une autre coulée de lave affecte une partie de la LERZ d’ici 60 ans. La probabilité d’une coulée de lave dans cette zone au cours d’une période de 30 ans serait de 40% et la probabilité d’envahissement de la zone par la lave serait de 26%. Heureusement, les zones les plus exposées dans la LERZ se limitent aux régions côtières.
Les calculs et les cartes des risques de coulée de lave produits par l’U.S. Geological Survey (USGS) sont destinés à informer les propriétaires fonciers, les services de sécurité et les planificateurs gouvernementaux des risques à long terme posés par les coulées de lave.
Source : USGS/HVO.

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In a recent article, geologists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explain how one can evaluate the threat posed by future lava flows. They say that this approach relies on our knowledge of the past. The long-term likelihood of an area being invaded by lava in the future, is estimated in two different ways based on the history of lava flow activity.

One approach uses a geologic map to calculate how much land surface was covered by lava during different periods going back into the past.

Another approach calculates how frequently lava flows have occurred within specific areas over time.

Both approaches are used by most volcanological observatoriess in the world. The maps showing the lava flows with diffrenet colours according to the years are often very beautiful.

As far as Hawaiian volcanoes are concerned, The 1992 Lava-Flow Hazard Zone (LFHZ) Map represents use of the approach based on long-term coverage rates. This is not a measure of how fast an individual lava flow advances but how fast an area is covered by lava from multiple eruptions over centuries.

New eruptions don’t affect coverage rates significantly because new flows cover some of the most recent lava as well as older flows. For example, 2018 lava flowed between and over parts of the 1790, 1955, and 1960 lava flows. Therefore the “coverage” or resurfacing since 1790 did not increase by the full area of the 2018 flow, just by the portion that was beyond those earlier flows.

The 1992 LFHZ map shows that the highest coverage rates (and therefore hazards) are within the rift zones and summits of Kīlauea and Mauna Loa volcanoes. Almost half of LFHZ 1 (the most hazardous zone) on both volcanoes was covered since the year 1790.

The other approach to estimating long-term lava flow hazards is to calculate how often a particular area is impacted by lava. The lower East Rift Zone (LERZ) of Kīlauea has been overrun by lava five times since 1790—in 1790, 1840, 1955, 1960, and 2018. Those eruptions occur over a span of more than 200 years with an average of about 60 years between them.

The recurrence interval method is most widely used for calculating flood hazards, traditionally basing hazard maps on an average recurrence interval of 100 years between damaging floods. By using the simplest formula for probability, that recurrence interval translates to a 1 percent chance of damaging floods happening in any one year and a 39 percent chance in any 50-year period. The probability of such a flood happening in any century is, surprisingly, not 100 percent but 63 percent because the recurrence interval is an average of actual intervals that may be quite different.

In the HVO application to lava flows, an average recurrence interval of about 60 years in the LERZ means that there is a 63 percent chance that the next lava-free recurrence interval will be 60 years; it is also the odds that another lava flow will affect some part of the LERZ within 60 years. The probability of a lava flow in this region during the period of 30 years would be 40 percent and the probability of flooding would be a 26 percent chance. Fortunately, the region of combined significant lava and flood hazards in the LERZ is limited to coastal flooding zones.

Lava flow hazard calculations and maps produced by the U.S. Geological Survey (USGS) are intended to inform property owners, emergency managers, and government planners of the long-term hazards posed by lava flows.

Source: USGS / HVO.

Carte de 1992 des zones de risques à Hawaii. Vous trouverez la carte avec une meilleure résolution en cliquant sur ce lien: https://pubs.usgs.gov/mf/1992/2193/mf2193.pdf

Des super éruptions sur la planète Mars? // Super eruptions on Mars?

Les « super éruptions » sont un phénomène bien connu en volcanologie. Certains volcans sur Terre comme le Toba (Indonésie) ou le Taupo (Nouvelle Zélande) se sont manifestés de cette manière très violente. Ces volcans peuvent produire des éruptions si puissantes qu’elles libèrent d’énormes nuages de poussière et de gaz toxiques dans l’atmosphère. Ils bloquent la lumière du soleil et modifient le climat d’une planète pendant des décennies. Les volcanologues parlent de « super éruption » lorsque les émissions de cendres et autres matériaux volcaniques atteignent au moins 1000 km3. C’est l’équivalent d’un indice 8 sur le VEI (Volcano Explosivity Index).

En étudiant la topographie et la composition minérale d’une partie de la région Arabia Terra dans le nord de la planète Mars, les scientifiques ont récemment trouvé des preuves de milliers de super éruptions.
En vomissant de la vapeur d’eau, du dioxyde de carbone et du dioxyde de soufre, ces explosions ont secoué la surface martienne sur une période de 500 millions d’années il y a environ 4 milliards d’années. Les scientifiques ont fait état de cette estimation dans un article publié dans la revue Geophysical Research Letters en juillet 2021.
Selon un géologue du Goddard Space Flight Center de la NASA, « chacune de ces éruptions a eu un impact climatique important. Le gaz ainsi libéré a peut-être épaissi l’atmosphère ou bloqué le Soleil, rendant l’atmosphère plus froide. »
Après avoir projeté de la roche en fusion et du gaz à la surface de Mars et répandu une épaisse couche de cendre jusqu’à des milliers de kilomètres du site de l’éruption, le volcan qui fut le siège d’une super éruption s’est effondré et a formé une caldeira géante. Sept caldeiras identifiées surArabia Terra ont été les premières indications que la région a pu accueilli des volcans capables de super éruptions.
Autrefois considérés comme des dépressions laissées par les impacts d’astéroïdes sur la surface martienne il y a des milliards d’années, les scientifiques ont suggéré en 2013 que ces bassins pouvaient être des caldeiras volcaniques. Ils ont remarqué qu’ils n’étaient pas parfaitement ronds comme des cratères et qu’ils présentaient des signes d’effondrement.
L’analyse des scientifiques faisait suite aux travaux d’autres chercheurs qui avaient suggéré que les minéraux à la surface d’Arabia Terra étaient d’origine volcanique. Un autre groupe de recherche, après avoir appris que les bassins d’Arabia Terra pourraient être des caldeiras, avait calculé dans quels secteurs les cendres provenant d’éventuelles super éruptions se seraient déposées. En se déplaçant sous le vent, vers l’est, leur couche allait forcément s’amoindrir loin du centre éruptif, ou ce qu’il en reste, autrement dit la caldeira.
L’équipe scientifique a utilisé des images du spectromètre imageur compact du Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) pour identifier les minéraux à la surface de la planète. En observant les parois des canyons et des cratères à des centaines voire des milliers de kilomètres des caldeiras, là où les cendres auraient été transportées par le vent, les chercheurs ont identifié des minéraux volcaniques transformés en argile par l’eau, notamment la montmorillonite, l’imogolite et l’allophane. Ensuite, à l’aide d’images fournies par les caméras du MRO, l’équipe scientifique a réalisé des cartes topographiques en trois dimensions d’Arabia Terra. En superposant les données minérales sur les cartes topographiques des canyons et des cratères analysés, les chercheurs ont pu constater dans les gisements riches en minéraux que les couches de cendres étaient très bien conservées.

Les scientifiques qui avaient identifié les caldeiras en 2013 ont également calculé la quantité de matière qui aurait été émise par les volcans, en fonction du volume de chaque caldeira. Ces informations ont permis de calculer le nombre d’éruptions nécessaires pour produire l’épaisseur de cendres découvertes. Il s’est avéré qu’il y a eu des milliers d’éruptions.
Une question reste sans réponse: Comment une planète peut-elle avoir un seul type de volcan dans une région. Sur Terre, des volcans capables de super éruptions sont dispersés dans le monde entier et cohabitent avec d’autres types de volcans. Mars possède également de nombreux autres types de volcans, dont Olympus Mons, le plus grand volcan du système solaire. Olympus Mons est 100 fois plus grand en volume que le plus grand volcan sur Terre, le Mauna Loa à Hawaï. Arabia Terra est, jusqu’à présent, la seule région de Mars possédant des volcans explosifs.
Il est possible que les volcans super-éruptifs aient été concentrés dans certaines régions de la Terre mais aient été érodés physiquement et chimiquement ou se soient déplacés sur le globe à mesure que les continents se sont déplacés avec la tectonique des plaques. Il se peut que ces types de volcans explosifs existent également dans les régions de la lune Io de Jupiter ou ont pu avoir été regroupés sur Vénus. Quoi qu’il en soit, les chercheurs espèrent qu’Arabia Terra enseignera aux scientifiques quelque chose de nouveau sur les processus géologiques qui aident à façonner les planètes et les lunes.
Source : NASA.

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Some volcanoes can produce eruptions so powerful they release oceans of dust and toxic gases into the air, blocking out sunlight and changing a planet’s climate for decades. By studying the topography and mineral composition of a portion of the Arabia Terra region in northern Mars, scientists recently found evidence for thousands of super eruptions which are the most violent volcanic explosions known.

Spewing water vapour, carbon dioxide, and sulfur dioxide into the air, these explosions tore through the Martian surface over a 500-million-year period about 4 billion years ago. Scientists reported this estimate in a paper published in the journal Geophysical Research Letters in July 2021.

According to a geologist at NASA’s Goddard Space Flight Center, “each one of these eruptions had a significant climate impact. Maybe the released gas made the atmosphere thicker or blocked the Sun and made the atmosphere colder.”

After blasting molten rock and gas through the surface and spreading a thick blanket of ash up to thousands of kilometres from the eruption site, a volcano of this magnitude collapses into a giant caldera. Seven calderas in Arabia Terra were the first indications that the region may once have hosted volcanoes capable of super eruptions.

Once thought to be depressions left by asteroid impacts to the Martian surface billions of years ago, scientists first proposed in a 2013 study that these basins were volcanic calderas. They noticed that they were not perfectly round like craters, and they had some signs of collapse.

The scientists’ analysis followed up on the work of other scientists who earlier suggested that the minerals on the surface of Arabia Terra were volcanic in origin. Another research group, upon learning that the Arabia Terra basins could be calderas, had calculated where ash from possible super eruptions in that region would have settled: travelling downwind, to the East, it would thin out away from the center of the volcanoes, or what is left of them: the calderas.

The scientific team used images from the Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)’s Compact Imaging Spectrometer to identify the minerals in the surface. Looking in the walls of canyons and craters from hundreds to thousands of kilometres from the calderas, where the ash would have been carried by wind, they identified volcanic minerals turned to clay by water, including montmorillonite, imogolite, and allophane. Then, using images from MRO cameras, the team made three-dimensional topographic maps of Arabia Terra. By laying the mineral data over the topographic maps of the canyons and craters analyzed, the researchers could see in the mineral-rich deposits that the layers of ash were very well preserved.

The same scientists who originally identified the calderas in 2013 also calculated how much material would have exploded from the volcanoes, based on the volume of each caldera. This information allowed to calculate the number of eruptions needed to produce the thickness of ash they found. It turned out there were thousands of eruptions.

One remaining question is how a planet can have only one type of volcano littering a region. On Earth volcanoes capable of super eruptions are dispersed around the globe and exist in the same areas as other volcano types. Mars, too, has many other types of volcanoes, including Olympus Mons, the biggest volcano in the solar system. Olympus Mons is 100 times larger by volume than Earth’s largest volcano of Mauna Loa in Hawaii.. Arabia Terra so far has the only evidence of explosive volcanoes on Mars.

It is possible that super-eruptive volcanoes were concentrated in regions on Earth but have been eroded physically and chemically or moved around the globe as continents shifted due to plate tectonics. These types of explosive volcanoes also could exist in regions of Jupiter’s moon Io or could have been clustered on Venus. Whatever the case may be, the researchers hope Arabia Terra will teach scientists something new about geological processes that help shape planets and moons.

Source: NASA.

Olympus Mons (Source: NASA)

Coup de chaud à Vulcano (Iles Eoliennes / Sicile) // New unrest at Vulcano (Aeolian Islands)

Durant l’été 2021, et en particulier à partir de septembre, les systèmes de surveillance INGV ont mis en évidence la variation de certains paramètres géophysiques et géochimiques enregistrés à Vulcano (Îles Éoliennes), notamment ceux liés à l’activité du système hydrothermal qui alimente les fumerolles dans le cratère de La Fossa.
La température des gaz émis par les fumerolles sur le bord du cratère a augmenté et la composition des gaz montre une augmentation du CO2 et du SO2. La micro-sismicité locale liée à la dynamique du système fumerollien a également montré une augmentation ces dernières semaines.
En conséquence, l’INGV a renforcé les réseaux de suivi et de surveillance existants pour mieux contrôler l’évolution de cette situation. De nouvelles stations sismiques ont été installées pour compléter celles existantes sur l’île. Il est également prévu d’installer une caméra thermique couvrant la zone fumerolienne du cratère. De plus, la section Palerme de l’INGV a récemment activé 4 nouvelles stations à Vulcano Porto pour mesurer le flux de CO2 au sol et la concentration de CO2 dans l’air.
Suite aux changements décrits ci-dessus, le Département de la Protection Civile a ordonné le passage du niveau d’alerte du Vert au Jaune pour l’île de Vulcano.

Ce n’est pas la première fois que l’on enregistre une montée en température dans le cratère de La Fossa à Vulcano. Dans les années 1990, alors que je procédais à une campagne de mesures sur l’île, il s’était produit une forte hausse de la température des fumerolles (environ 700°C). On se trouvait alors quasiment à la température des gaz magmatiques. Il se disait même que de l’incandescence était visible de nuit à l’intérieur des fissures qui parcourent les flancs du cratère, ce qui était probablement inexact. J’ai visité à deux reprises la zone de nuit sans rien observer d’anormal. Selon Franco Sortino qui était sur place avec d’autres scientifiques de l’Institut des Fluides de Palerme, la montée en chaleur du cratère était due à la présence d’un diapir, autrement dit la remontée d’un magma plus léger à travers des roches plus denses.

Il ne faut pas prendre à la légère les variations des paramètres volcaniques à Vulcano car la dernière éruption du volcan a eu lieu en 1888, c’est-à-dire il y a quelques minutes sur l’échelle géologique. Vous trouverez une note se rapportant à cette éruption sur ce blog en cliquant sur le lien suivant:

Vulcano (Iles Eoliennes / Sicile): L’éruption de 1888

Le gaz carbonique ne doit pas, lui non plus, être pris à la légère à Vulcano. Je l’ai expliqué en 2015 dans cette note :

Le gaz carbonique de Vulcano (Sicile / Italie) // Carbon dioxide at Vulcano (Sicily / Italy)

Un résumé des travaux que j’ai effectués à Vulcano figure dans le hors-série «L’Ile de Vulcano» dont je suis l’auteur et qui a été édité par L’Association Volcanologique Européenne (L.A.V.E.).

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During the summer of 2021, and in particular from September, the INGV monitoring systems revealed the variation of certain geophysical and geochemical parameters recorded at Vulcano (Aeolian Islands), in particular those linked to the activity of the hydrothermal system which feeds the fumaroles in the crater of La Fossa.
The temperature of the gases emitted by the fumaroles on the crater rim has increased and the composition of the gases shows an increase in CO2 and SO2. Local micro-seismicity linked to the dynamics of the fumarole system has also shown an increase in recent weeks.
As a result, INGV has reinforced the existing monitoring and surveillance networks to better control the development of this situation. New seismic stations have been installed to complement existing ones on the island. The Institute also plans to install a thermal camera covering the fumarolic area of the crater. In addition, the INGV Palermo section recently activated 4 new stations at Vulcano Porto to measure the CO2 flux on the ground and the CO2 concentration in the air.
Following the changes described above, the Department of Civil Protection has ordered the alert level to be changed from Green to Yellow for the island of Vulcano.

This is not the first time that a rise in temperature has been recorded in the crater of La Fossa in Vulcano. In the 1990s, while I was carrying out a measurement campaign on the island, there was a sharp rise in the temperature of the fumaroles (around 700 ° C). It was almost the temperature of magmatic gases. The rumour even said that incandescence was visible at night inside the fissures that run along the sides of the crater, which was probably incorrect. I visited the area twice at night without seeing anything abnormal. According to Franco Sortino, who was on site with other scientists from the Palermo Fluid Institute, the rise in temperature in the crater was due to the presence of a diapir, inamely theascent of lighter magma through denser rocks.
The variations in volcanic parameters at Vulcano should not be taken lightly because the last eruption of the volcano took place in 1888, that is to say a few minutes ago on the geological scale. You can read a note above about this eruption.
Carbon dioxide should not be taken lightly in Vulcano either. I explained it in 2015 in the note above.
A summary of the work I have carried out at Vulcano appears in the special issue « The Island of Vulcano » which was published by the European Volcanological Association (L.A.V.E.).

Emissions gazeuses dans le cratère de La Fossa

Emissions de CO2 sur le rivage de Vulcano

Photos : C. Grandpey

Islande : on patauge dans la sismicité ! // Iceland : wallowing in seismicity !

Heureusement qu’aucune zone habitée n’est menacée car les scientifiques islandais sont incapables d’expliquer les causes et de prévoir les conséquences de la sismicité qui affecte actuellement le sud-ouest de leur île. Un essaim sismique avec plusieurs événements significatifs a secoué la région tandis que l’éruption de Fagradalsfjall est en pause depuis près de deux semaines et personne ne sait pourquoi.
Un nouveau séisme de magnitude M 3,7 a secoué la région à 02h07 le 1er octobre 2021. Son épicentre était à 1,2 km au sud-sud-ouest du Keilir. Il a été précédé d’une autre secousse de magnitude M 3,2 à 22h10 le 30 septembre. La source se trouvait à 0,7 km au sud-sud-ouest du Keilir. Au total, sept séismes de magnitude 3 ou plus ont été enregistrés dans la région depuis le 27 septembre. .
Les images satellites InSAR les plus récentes ne montrent aucun signe d’intrusion magmatique en lien avec l’essaim sismique. Une intrusion de magma n’est cependant pas à exclure, car il faut généralement quelques jours pour que l’inflation apparaisse.
Les volcanologues islandais expliquent qu’il est trop tôt pour faire une prévision et pour dire si l’activité sismique actuelle pourrait évoluer comme elle l’a fait en février, lorsqu’elle a débouché sur l’éruption de Fagradalsfjall le 19 mars.
Ce qui est inquiétant, c’est qu’il y a eu un désaccord entre les scientifiques lors d’une réunion qui a eu lieu le 30 septembre. Certains ont déclaré que l’activité sismique actuelle impliquait une intrusion magmatique tandis que d’autres étaient sûrs qu’elle était causée par des mouvements à la limite des plaques tectoniques. Ces désaccords me rappellent les médecins du 17ème siècle qui avaient des opinions différentes sur la maladie d’un patient ! Quoi qu’il en soit, les jours à venir diront qui a raison et tort.
Comme je l’ai écrit précédemment, au cours des derniers jours, il n’y a eu aucune activité volcanique visible sur le site éruptif de Fagradalsfjall, à l’exception d’un dégazage du cratère. Lorsqu’on leur demande si l’essaim sismique actuel pourrait annoncer le début d’une nouvelle phase éruptive, les volcanologues répondent qu’il est encore trop tôt pour le dire.
Contrairement à l’essaim sismique de février, l’activité actuelle se concentre dans une zone beaucoup plus réduite. En février, ion a enregistré des séismes dans de nombreuses zones de la péninsule de Reykjanes. Il y a aussi beaucoup de similitudes.
Source : Iceland Monitor.

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It’s a good thing that no populated area is at risk, because Icelandic scientists are at a loss to predict the causes and the consequences of the seismicity that is currently affecting southwest Iceland. A seismic swarm with several significant events has been shaking the region while the Fagradalsfjall eruption has paused for nearly two weeks and nobody knows why.

Another M 3.7 earthquake shook the region at 2:07 am on October 1st, 2021. Its epicenter was 1.2 km south-southwest of Keilir mountain. It was preceded by one at 10:10 pm on September 30th with a magnitude M 3.2, the source of which was 0.7 km south-southwest of Keilir. Altogether, seven earthquakes of magnitude 3 or more have hit the area since September 27th. .

The most recent InSAR satellite pictures of the area show no sign of a magma intrusion in connection with the ongoing seismic swarm. Magma intrusion cannot be ruled out, though, since it generally takes a few days for inflation to appear.

Icelandic volcanologists explain that it is too early to predict what to expect and whether the current seismic activity could develop the way it did in February, when it culminated in an eruption by Fagradalsfjall on March 19th.

What is preoccupying is that there was a disagreement among scientists during a meeting that took place on September 30th. Some said the current seismic activity involved a magma intrusion while others were sure it was caused by movements on a tectonic plate boundary. These disagreements remind me of the doctors in the 17th century who held different opinions about a patient’s disease! Anyway, the coming days will tell who is right and wrong.

As I put it before,in the past days, there has been no visible volcanic activity at the Fagradalsfjall eruption site, except some degassing from the crater. When asked whether the current swarm of earthquakes could indicate the beginning of a new phase, volcanologists answer it is still too early to tell.

Compared with the swarm of earthquakes in February, current seismic activity is concentrated in a much smaller area. Comparatively, in February, there were earthquakes in many parts of the Reykjanes peninsula. Still, the similarities are many.

Source: Iceland Monitor.

Vue du Keilir (Crédit photo: Wikipedia)