Catégorie : Science

Les déclencheurs subtils de l’éruption du Kilauea en 2018 // The subtle triggers of the Kilauea eruption in 2018

Selon une nouvelle étude effectuée par l’Université d’Hawaï et l’USGS, l’éruption du Kilauea en 2018 a été déclenchée par la pression qui s’était accumulée pendant dix ans dans la partie supérieure du volcan. À l’aide des données fournies par l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) sur les événements éruptifs qui se sont produits avant et pendant l’éruption de 2018 au sommet et sur le flanc du volcan, les chercheurs ont pu comprendre son déroulement. L’étude a révélé que l’éruption a été provoquée par la suite en cascade d’événements mineurs  sur le site du Pu’uO’o ; ils ont par la suite entraîné des destructions à grande échelle et provoqué des bouleversements majeurs sur le volcan.

Les données du HVO montrent que l’accumulation de magma pendant de longues années dans le système d’alimentation du Pu’uO’o (l’éruption avait duré 35 ans !) a exercé une très forte pression sur l’ensemble de l’édifice volcanique. C’est cet excès de pression qui a propulsé le magma dans la Lower East Rift Zone.

L’étude démontre que la prévision des éruptions peut être difficile dans les scénarios où se produit une surpression magmatique avant le déclenchement d’une éruption. Les petits événements qui déclenchent l’éruption peuvent être difficiles à détecter à l’échelle de l’ensemble du volcan.

L’éruption de 2018 a montré qu’il ne fallait pas se fier uniquement à l’activité récente pour prévoir les éruptions. Des études comme celle-ci, qui analysent les aspects plus subtils du comportement d’un volcan, permettront de réduire les coûts, humains et physiques, des prochaines éruptions. À l’avenir, les scientifiques du HVO adopteront donc des approches plus diversifiées pour comprendre la structure souterraine et le mouvement du magma dans l’East Rift Zone du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Le Parc National des Volcans d’Hawaï vient d’informer le public qu’il y aura six jours de gratuité en 2021 :

18 janvier – Martin Luther King Day

17 avril – Premier jour de la semaine des parcs nationaux

4 août – Anniversaire du Great American Outdoors Act

25 août – Anniversaire du National Park Service

25 septembre – Journée nationale des terres publiques

11 novembre – Journée des anciens combattants

Cette information est l’occasion pour moi de féliciter Rhonda Loh qui vient d’être nommée surintendante du Parc National des Volcans d’Hawaï. Bonne chance Rhonda !

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According to a new study from the University of Hawaii and USGS, the 2018 eruption of Kilauea was triggered by a decade-long build-up of pressure in the upper parts of the volcano. Using Hawaiian Volcanoes Observatory (HVO) data from before and during the 2018 eruptions at the summit and flank, the research team reconstructed the geologic events. The study revealed that the eruption evolved, and its impact expanded, as a sequence of cascading events allowed relatively minor changes at Pu’uO’o to cause major destruction and historic changes across the volcano.

The data suggest that it was an accumulation of magma in the plumbing system at the Pu’uO’o eruption site (the eruption had lasted for 35 years) that caused widespread pressurization in the volcano, driving magma into the lower flank.

The study demonstrates that eruption forecasting can be difficult in scenarios where volcanoes accumulate magma pressure before triggering an eruption. The small events that trigger the eruption may be hard to detect and are easy to overlook on the scale of the entire volcano.

The 2018 eruption showed that one should not rely only on recent activity to forecast future eruptions. Studies like this, which probe the more subtle influences of the behaviour of a volcano, are targeted at reducing the costs, both human and physical, of the next eruptions.

In the future, HVO’s research team will adopt diverse approaches to understanding the subsurface structure and movement of magma on Kilauea’s East Rift Zone.

Source: USGS / HVO.

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The Hawaii Volcanoes National Park has just informed the public that there will be six days with no entrance fees in 2021:

January 18th – Martin Luther King, Jr. Day

April17th – First Day of National Park Week

August 4th – Great American Outdoors Act anniversary

August 25th – National Park Service Birthday

September 25th – National Public Lands Day

November 11th – Veterans Day

This information is an opportunity for me to congratulate Rhonda Loh who has just been appointed Superintendent of Hawaiii Volcanoes National Park. Good luck, Rhonda!

Effondrement du Pu’uO’o lors de l’évacuation de la lave au début d l’éruption de 2018 (Crédit photo : USGS / HVO)

L’Observatoire du Mauna Loa, la Courbe de Keeling et les concentrations de CO2 // Mauna Loa Observatory, Keeling Curve and CO2 concentrations

Dans les notes expliquant l’évolution du réchauffement climatique, je fais très souvent référence à la Courbe de Keeling qui fait apparaître les concentrations de CO2 sur le Mauna Loa, un volcan qui culmine à 4169 mètres sur la Grande Ile d’Hawaii

Tout a commencé sur le Mauna Loa en 1956 quand a été construit un nouvel observatoire de haute altitude, le Mauna Loa Observatory (MLO), aujourd’hui géré par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

L’observatoire n’a pas été édifié au sommet de ce volcan actif car les éruptions qui le secouent de temps en temps auraient probablement perturbé les mesures. Il a donc été implanté un peu plu bas, sur le flanc nord, à 3397 mètres d’altitude. Les mesures atmosphériques du CO2 ont permis de voir puis de comprendre le changement climatique en cours.

Dès leur début en 1958, les mesures du CO2 effectuées au MLO par Charles Keeling montrent une très forte teneur (ou concentration) de l’atmosphère en dioxyde de carbone ou gaz carbonique. Elle est exprimée en ppm, ou partie pour million.

La Courbe de Keeling nous montre les concentrations de CO2 bien avant la construction du MLO. Les données ont été tirées des analyses de carottes de glaces anciennes. On remarquera qu’en mai 2019 la  Courbe a dépassé 415 ppm de C02 dans l’atmosphère, ce qui fait remonter au Pliocène, il y a 3 millions d’années. Les températures étaient alors de 3 à 4 °C plus élevées que de nos jours ; les arbres poussaient en Antarctique et le niveau des océans était 15 mètres plus haut qu’aujourd’hui.

Le 29 novembre 2020, la concentration de CO2 dans l’atmosphère, moyennée sur la Terre grâce à un réseau d’observatoires, atteignait 415,50 ppm. Toujours à l’échelle terrestre, l’augmentation du CO2 de cette dernière année, entre les 29 novembre 2019 et 2020, a été de 4,83 ppm (soit 1,18 %). C’est considérable et inquiétant.

En cliquant sur le lien ci-dessous, vous aurez accès à une petite vidéo dans laquelle le fils de Charles Keeling (décédé en 2005), Ralph, montre comment sont effectuées les mesures. La technique est la même que celle mise au point par son père. Quand les premiers prélèvements d’air ont été effectués en 1958, les concentrations de CO2 atteignaient 315 ppm  Elles étaient de 412,78 ppm le 3 décembre 2020 !

La vidéo est en anglais. En voici un résumé en quelques phrases pour les blogonautes qui ne comprennent pas la langue de Shakespeare :

Pour prélever l’air, Ralph utilise un récipient en verre dans lequel on a créé le vide. Quand il ouvre le robinet, l’air et son CO2 s’engouffrent dans le récipient qui est refermé et transporté jusqu’au laboratoire pour y être analysé. Grâce à mon permis de travail dans le Parc des Volcans d’Hawaii, j’ai eu la chance de pouvoir y pénétrer et de voir le « manomètre » utilisé par Charles Keeling dans les années 1960. Après évacuation de l’air et conservation du CO2, des analyses permettent de connaître la composition isotopique du gaz qui a été prélevé. Cela permet de connaître son origine (gaz d’échappement des voitures, usine, océan, etc.)

https://youtu.be/dXBzFNEwoj8

Source : CLIMAT’O : le blog d’Alain GIODA, historien du climat.

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In the posts explaining the evolution of global warming, I very often refer to the Keeling Curve which shows the concentrations of CO2 on Mauna Loa, a volcano which rises to 4,169 metres on Hawaii Big Island

It all started on Mauna Loa in 1956 when a new high altitude observatory was built, the Mauna Loa Observatory (MLO), now managed by the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA).

The observatory was not built at the top of this active volcano because the eruptions that shake it from time to time would probably have disrupted the measurements. It was therefore implanted a little lower, on the northern flank, at an altitude of 3,397 metres. Atmospheric CO2 measurements have made it possible to see and then understand the ongoing climate change.

From their start in 1958, CO2 measurements carried out at MLO by Charles Keeling showed a very high content (or concentration) of carbon dioxide or CO2 in the atmosphere. It is expressed in ppm, or parts per million. The Keeling Curve shows us the CO2 concentrations long before the construction of the MLO. The data was obtained from analyzes of old ice cores. Note that in May 2019 the Curve exceeded 415 ppm of CO2 in the atmosphere, which dates back to the Pliocene, 3 million years ago. The temperatures were then 3 to 4 degrees Celsius higher than nowadays; trees were growing in Antarctica and the sea level was 15 metres higher than today.

On November 29th, 2020, the CO2 concentration in the atmosphere, averaged over the Earth by a network of observatories, reached 415.50 ppm. Also on a terrestrial scale, the increase in CO2 over the past year, between November 29th, 2019 and 2020, was 4.83 ppm (or 1.18%). It is huge and disturbing.

By clicking on the link below, you will have access to a small video in which Ralph, the son of Charles Keeling (deceased in 2005), shows how the measurements are made. The technique is the same as that developed by his father. When the first air samples were collected in 1958, CO2 concentrations reached 315 ppm They were 412.78 ppm on December 3, 2020!

The video is in English. Here is a short summary : To take a sample of the the air, Ralph uses a glass container with vacuum in it. When he opens the tap, the air and its CO2 flow into the container, which is closed and transported to the laboratory for analysis. Thanks to my permit to work in the Hawaii Volcanoes Park, I was lucky enough to be able to enter the lab and see the « manometer » used by Charles Keeling in the 1960s. After evacuation of the air and conservation of the CO2, analyzes make it possible to know the isotopic composition of the gas which has been sampled. This allows to know its origin (car exhaust, factory, ocean, etc.) https://youtu.be/dXBzFNEwoj8

Source : CLIMAT’O : le blog d’Alain GIODA, historien du climat.

Mauna Loa Observatory (Photo : C. Grandpey)

La Courbe de Keeling depuis ses origines

(Source : Scripps Institution of Oceanography / NOAA)

Japon: Exploration des zones de subduction // Japan: Exploring subduction zones

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, nous sommes capables d’explorer la surface de la planète Mars, mais nous ne savons que très peu de choses sur les profondeurs de nos propres océans, en particulier sur les zones de subduction où se déclenchent les séismes les plus puissants et les plus dévastateurs.

Il y a quelques jours, je regardais sur la chaîne de télévision française France 5 l’émission très intéressante «Science Grand format» qui était consacrée à deux «terres extrêmes»: le Japon et la Californie.

Le Japon doit régulièrement faire face à des événements extrêmes tels que des éruptions volcaniques, des séismes, des lahars, des tsunamis et des typhons. D’un point de vue géologique, le pays se trouve à l’intersection de 4 grandes plaques tectoniques: la plaque d’Okhotsk au nord, la plaque du Pacifique à l’est, la plaque Philippine au sud et la plaque Eurasienne à l’ouest. Les séismes sont le plus souvent provoqués par la subduction des plaques Pacifique et Philippine qui plongent sous les plaques d’Okhotsk et Eurasienne.

Un épisode du documentaire sur le Japon nous explique que le Chikyu, un navire de recherche spécialisé en forage océanique, a foré le plancher océanique dans l’espoir d’atteindre la zone de subduction. Cependant, la mission n’a pas réussi à atteindre son objectif ultime : forer jusqu’à 5 200 mètres sous le fond marin, là où la plaque Philippine plonge sous la plaque Eurasienne, en provoquant de puissants tremblements de terre. En mai 2019, les ingénieurs ont arrêté le processus de forage à cause d’effondrements dans le puits de forage, à une profondeur d’un peu plus de 3250 mètres sous le plancher océanique.

Cet échec marquait la fin de près de dix ans d’efforts pour s’enfoncer à l’intérieur de la Fosse de Nankai, au large de la côte sud-est du Japon. Dans cette région, le processus de subduction déclenche des séismes dévastateurs tous les 100 à 150 ans environ. Par exemple, deux événements d’une magnitude supérieure à M 8 ont été enregistrés en 1944 et 1946.

Atteindre les profondeurs de la zone de subduction n’est pas une tâche facile. La limite entre les plaques tectoniques est si profonde que le Chikyu est le seul navire de forage océanique capable de l’atteindre. Pour stabiliser son équipement de forage et pénétrer le plancher océanique, le navire dispose d’une technologie semblable à celle utilisée sur une plate-forme pétrolière.

En octobre 2018, le Chikyu a effectué sa quatrième mission sur un site de la Fosse de Nankai connu sous le nom de C0002, où il avait déjà effectué le forage le plus profond jamais réalisé. Les ingénieurs savaient que cette mission serait délicate, car le forage devait s’effectuer dans des roches fracturées et litées. L’équipe de forage a pu s’enfoncer jusqu’à 3262 mètres, battant ainsi son propre record de forage océanique à but scientifique. Mais les chercheurs n’ont pas pu descendre davantage à cause des effondrements dans le puits de forage. Grosse déception à bord du navire de recherche !

Après l’échec du forage C0002, le Chikyu a effectué des missions moins profondes. En particulier, les scientifiques ont exploré la géologie de la faille qui a déclenché le séisme dévastateur de Tohoku en 2011 qui s’est accompagné de la destruction de la centrale nucléaire de Fukushima. A côté de ces événements meurtriers, les scientifiques à bord du navire ont également étudié les séismes ‘lents’ que l’on enregistre le long de la Fosse de Nankai.

Source: Nature.

Espérons que le Japon – et d’autres pays – pourront mettre en place dans les prochaines années d’autres initiatives comme la mission dans la Fosse de Nankai. Elles nous permettront de mieux comprendre le comportement de notre planète.

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As I put it several times, we are able to explore the surface of Mars, but we know very little about the depths of our own oceans, especially the subduction zones that trigger the most powerful and devastating earthquakes.

A few days ago, I was watching on the French TV channel France 5 the very interesting programme “Science Grand format” that was dedicated to two “extreme lands”: Japan and California.

Japan regularly has to face extreme events such as volcanic eruptions, earthquakes, lahars, tsunamis and typhoons. From a geological point of view, the country is located at the intersection of 4 major tectonic plates: the Okhotsk Plate to the north, the Pacific Plate to the east, the Philippine Plate to the south and the Eurasian Plate to the west. Earthquakes are usually caused by the subduction of the Pacific and Philippine plates, which dive beneath the Okhotsk and Eurasian plates.

An episode of the documentary about Japan informs us that the nation’s ocean-drilling research vessel, Chikyu, has drilled the ocean floor deeper than ever before in the hope to reach the subduction zone. However, the mission failed to achieve its ultimate goal of penetrating 5,200 metres beneath the sea floor, into the area where the Philippine Sea plate  plunges beneath the Eurasian plate, causing powerful earthquakes. In May 2019, engineers stopped the drilling process after the drill hole kept collapsing, just over 3,250 metres beneath the sea floor.

It was the end to an almost decade-long effort to drill deep into the Nankai Trough off Japan’s southeast coast. In this region, the plate subduction triggers devastating earthquakes roughly every 100 to 150 years. For instance, a pair of earthquakes with magnitudes above M 8 struck in 1944 and 1946.

Reaching the depths of the subduction zone is not an easy job. The plate boundary is so deep that Chikyu is the only scientific ocean-drilling vessel capable of reaching it. The ship uses a structure similar to the technology used on an oil rig, to stabilize its drilling equipment and penetrate the sea floor.

In October 2018, Chikyu made its fourth trip to a site on the Nankai Trough known as C0002, where it had already drilled the deepest-ever hole beneath the sea floor. Engineers knew that the next phase of drilling would be difficult, because the hole penetrates rocks that are fractured and folded. The drilling team was able to deepen the hole from just over 2,900 metres beneath the sea floor to 3,262 metres, breaking its own record for the deepest scientific ocean drilling. But the researchers could not go any farther because the hole kept collapsing at the bottom. There was a general disappointment aboard the research vessel.

After the C0002 hole failed, Chikyu moved on to drill in shallower holes nearby. In particular, scientists explored the geology of the shallow fault that triggered the devastating 2011 Tohoku earthquake that destroyed the Fukushima nuclear plant.. The ship also investigated the many small, slow-motion earthquakes that are recorded along the Nankai Trough, in addition to the large, devastating ones.

Source : Nature.

Let’s hope more initiatives like the Japanese mission in the Nankai Trough will be set up in the next years. They will help us understand better the behaviour of our planet.

Le Chikyu est un navire japonais de forage en haute mer. Il mesure 210 mètres de longueur, 38 mètres de large, 16,2 mètres de haut pour un tonnage de 57000 tonnes. La partie la plus originale du navire est son derrick de 121 mètres au dessus du niveau de la mer. Il a un équipage de 150 hommes, divisé en 50 scientifiques et 100 opérateurs. (Source : Wikipedia)

De la chaleur de l’Australie à la froideur des pôles // From Australian heat to polar cold

L’été n’a pas encore commencé dans l’hémisphère sud et Sydney (Australie) a déjà connu la nuit de novembre la plus chaude de tous les temps. La ville a enregistré une température nocturne minimale de 25,4°C, puis le mercure a atteint 40°C pendant la journée du 29 novembre 2020. Le précédent record nocturne était de 24,8°C en 1967.

Des dizaines d’incendies de végétation se sont déclenchés en Nouvelle-Galles du Sud et un temps encore plus chaud est prévu dans les prochains jours.

Il est fort probable que novembre 2020 sera l’un des mois de novembre les plus chauds  jamais enregistrés.

Des images de presse montrent d’énormes foules en train d’affluer vers la plage de Sidney, avec un risque évident de contamination par Covid-19. Les services sanitaires de Nouvelle-Galles du Sud ont rappelé aux gens de respecter les règles de distanciation sociale.

Source: BBC News.

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Alors que l’Australie transpire, les scientifiques sont inquiets car il risque fort d’y avoir un vide de plusieurs années dans les mesures de l’épaisseur de la glace à la fois dans l’Arctique et en Antarctique. En effet, les deux seuls satellites dédiés à l’observation des pôles sont pratiquement en fin de vie et leur remplacement n’est pas prévu dans l’immédiat. Les chercheurs ont fait part de leurs préoccupations à la Commission Européenne et à l’Agence Spatiale Européenne.

L’enjeu est la durée restante de deux missions : la mission européenne CryoSat-2 et son homologue américaines IceSat-2. Ces engins spatiaux ont à leur bord des altimètres qui mesurent la forme et l’élévation des surfaces de glace. Ces dernières années, ils ont joué un rôle essentiel pour mesurer la perte de volume de glace de mer et  la diminution de la masse des glaciers.

Ces satellites sont uniques par leurs orbites. Ils se trouvent à 88 degrés nord et sud par rapport à l’équateur, ce qui signifie qu’ils sont capables d’observer l’ensemble des régions arctiques et antarctiques, à l’exception d’un petit cercle d’environ 430 km de diamètre au niveau des pôles.

CryoSat-2 est déjà bien au-delà de sa durée de vie. Il a été lancé en 2010 avec l’espoir qu’il fonctionnerait pendant au moins 3 années et demie. Les ingénieurs pensent pouvoir le faire fonctionner jusqu’en 2024 peut-être, mais l’usure de la batterie et une fuite de carburant laissent supposer qu’il ne durera pas aussi longtemps.

IceSat-2 a été lancé en 2018 avec une durée de vie de trois ans, mais e espérant qu’il sera opérationnel pendant une dizaine d’années.

Si les deux satellites ne sont pas remplacés rapidement, il y aura un vide de deux à cinq ans dans la mesure altimétrique satellitaire au niveau des pôles. En conséquence, cette absence de mesures empêchera les scientifiques d’évaluer et améliorer les projections des modèles climatiques.

La seule solution de remplacement actuellement envisagée est la mission CE / ESA qui a pour nom de code Cristal. On sera dans la même situation qu’avec Cryosat, mais avec une capacité de mesure beaucoup plus grande grâce à un altimètre radar bi-fréquence. Le problème est que l’engin spatial ne sera pas lancé avant 2027-2028, peut-être même plus tard en raison d’un retard dans le financement.

Une solution pourrait se trouver en Europe avec l’équivalent du projet IceBridge de la NASA. Il s’agissait d’une plate-forme aéroportée que l’agence américaine a exploitée au cours des huit années écoulées, entre la fin de la première mission IceSat en 2010 et le lancement d’IceSat-2 en 2018. Un avion a fait voyager un altimètre laser au-dessus de l’Arctique et de l’Antarctique pour recueillir des ensembles de données susceptibles d’être utilisés pour établir un lien entre les deux missions IceSat.

De nombreux chercheurs pensent qu’un projet « CryoBridge » européen serait la meilleure solution dans le court terme pour combler le vide entre CryoSat-2 et Cristal.

Source: BBC News.

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Summer has not yet started in the Southern Hemisphere and Sydney (Australia) has already reported its hottest November night on record. The city recorded a minimum night temperature of 25.4°C and then hit 40°C during the daytime on November29th, 2020. The previous overnight record was 24.8C in 1967.

Dozens of bush fires are already burning in New South Wales with hotter weather predicted in the next few days.

It is quite likely it will be one of our hottest Novembers on record..

Newspaper images from Sydney show huge crowds of people flocking to the beach with the obvious risk of Covid-19 contamination. The New South Wales health department has reminded people to keep to social-distancing regulations.

Source : BBC News.

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While Australia is sweating, scientists are worried and warning that there is going to be a gap of several years in their ability to measure the thickness of ice in both Artic and Antarctica. Indeed, the only two satellites dedicated to observing the poles are almost certain to die before they are replaced. The researchers have raised their concerns with the European Commission and the European Space Agency.

At issue is the longevity of the European CryoSat-2 and American IceSat-2 missions.

These spacecraft carry altimeters that gauge the shape and elevation of ice surfaces. In the past years, they have been essential in recording the loss of sea-ice volume and the declining mass of glaciers.

What’s unique about the satellites is their orbits around the Earth. They fly to 88 degrees North and South from the equator, which means they see the entire Arctic and Antarctic regions, bar a small circle about 430 km in diameter at the poles.

CryoSat-2 is already way beyond its design life. It was put in space in 2010 with the expectation it would work for at least 3.5 years. Engineers think they can keep it operating until perhaps 2024, but battery degradation and a fuel leak suggest not for much longer.

IceSat-2 was launched in 2018 with a design life of three years, but with the hope it can operate productively over ten years or so

If both satellites are not replaced rapidly, there will be a gap of between two and five years in polar satellite altimetry capability. This, in turn, will degrade the scientists’capacity to assess and improve climate model projections.

The only satellite replacement currently in prospect is the EC/Esa mission codenamed Cristal. It will be like Cryosat, although with much greater capability thanks to a dual-frequency radar altimeter.  The problem is that that the spacecraft won’t launch until 2027/28, maybe even later because of a delay in the funding.

A solution might lie in Europe with a version of Nasa’s IceBridge project. This was an airborne platform that the US agency operated in the eight years between the end of the very first IceSat mission in 2010 and the launch of IceSat-2 in 2018. An aeroplane flew a laser altimeter over the Arctic and the Antarctic to gather some limited data-sets that could eventually be used to tie the two IceSat missions together.

Many researchers think a European « CryoBridge » is the most affordable and near-term option to mitigate the empty years between CryoSat-2 and Cristal.

Source: BBC News.

IceSat-2 et CryoSat-2  (Source : NASA)