Catégorie : Science

Relation entre les éruptions à Hawaii et en Californie // Relationship between eruptions in Hawaii and in California

Dans sa série Volcano Watch, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) a publié un nouvel article fort intéressant sur les volcans des Etats Unis.

Les scientifiques du HVO expliquent que certaines régions surveillées par les différents observatoires volcanologiques ont connu des éruptions géologiquement «jeunes» qui sont néanmoins trop vieilles pour avoir eu des témoins oculaires et avoir laissé des traces écrites. Cela pose un problème aux volcanologues car ils aimeraient s’appuyer sur les éruptions du passé pour mieux anticiper les éruptions du futur. Les magmas émis dans différentes régions se forment de manière différente, et les éruptions peuvent durer des jours, des semaines, des mois, des années, et parfois même plusieurs décennies.

Les observatoires volcanologiques gérés par l’USGS, qui comprennent l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO), l’Observatoire Volcanologique des Cascades (CVO), l’Observatoire Volcanologique de l’Alaska (AVO), l’Observatoire Volcanologique de Yellowstone (YVO) et l’Observatoire Volcanologique de Californie (CalVO), surveillent de nombreux types de volcans et d’éruptions, depuis le Mont St. Helens qui émet en général une lave visqueuse, jusqu’aux éruptions plus récentes du Kilauea et du Mauna Loa où des laves fluides sont généralement observées.

La Californie héberge le Mont Shasta, stratovolcan d’aspect classique, et la grande caldeira de Long Valley. Cependant, aucun de ces volcans n’a connu d’éruption historique, bien que chacun montre les preuves d’une activité géologiquement récente. L’éruption la plus récente en Californie a eu lieu de 1914 à 1917 sur le Lassen Peak où s’est édifié un dôme de lave accompagné de dépôts de cendres.

Une zone à l’est du Mont Shasta et de Lassen Peak est relativement plate mais on y observe de jeunes coulées de lave. Le volcan de Brushy Butte appartient à cette région et des travaux récents sur le terrain montrent qu’il y a au moins 29 dépôts volcaniques constitués de scories, de cônes de projection et de coulées de lave. La question est de savoir combien de temps il a fallu pour édifier ces 29 cônes et coulées de lave.

 Le problème est que les éruptions de Brushy Butte ont eu lieu il y a environ 35000 ans, et pour répondre à cette question, les géologues du CalVO ont utilisé le vieil axiome géologique de «l’uniformitarisme» selon lequel «le présent est la clé du passé».

Pour mieux comprendre comment l’éruption de Brushy Butte et essayer de savoir combien de temps elle a pu durer, les scientifiques se sont tournés vers des volcans actifs d’un type et d’un environnement similaires. Le volcan de Brushy Butte se trouve dans une zone de rift et la lave émise est un basalte tholéiitique. Le Kilauea et le Mauna Loa, même s’ils ne présentent pas la même morphologie, sont proches de Brushy Butte car leurs laves sont généralement émises dans des zones de rift et on rencontre un basalte tholéiitique similaire. Les récentes éruptions volcaniques de ces volcans hawaïens pourraient donc aider à comprendre comment ont été émises les laves du volcan de Brushy Butte et combien de temps les éruptions ont pu durer.

L’un des outils les plus utiles pour comprendre les éruptions de Brushy Butte est le LiDAR, acronyme pour Light Detection and Ranging. L’ensemble de données obtenues par cette technologie permet de créer une image détaillée de la surface d’une coulée de lave avec les différentes formes de relief édifiées lors de l’éruption, tandis que la lave s’éloigne de son point d’émission. (voir l’image ci-dessous)

Les volcans hawaïens sont très actifs. L’éruption du Pu’uO’o, qui a duré plusieurs décennies, a montré les différents types de reliefs que les basaltes tholéiitiques peuvent former sur de longues périodes. En utilisant l’éruption du Pu’uO’o comme référence, les géologues du CalVO ont estimé que les 29 bouches éruptives qui ont émis des coulées de lave ont été créées par l’éruption de Brushy Butte pendant au moins 20 ans. Ils ont pu tirer ces conclusions en observant les différentes formes de relief créées par les coulées de lave et leur emplacement à l’intérieur du volcan. .

Source: USGS / HVO.

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In its Volcano Watch series, the Hawaiian Volcano Observatory has published another interesting article about U.S. volcanoes.

HVO scientists explain that some regions monitored by the volcano observatories had geologically ‘young’ eruptions that are nonetheless old enough to lack written documentation. This creates a dilemma for geologists interested in how a future eruption might occur and how long it could last. The magmas that erupt from these different regions are formed in different ways, and eruptions can range from days, weeks, months, years to as long as several decades in duration.

USGS volcano observatories, which include the Hawaiian Volcano Observatory (HVO), Cascades Volcano Observatory (CVO), Alaska Volcano Observatory (AVO), Yellowstone Volcano Observatory (YVO), and California Volcano Observatory (CalVO), monitor many different types of volcanoes and eruptions, from Mount St. Helens that erupts viscous lava, to the more recent eruptions of Kilauea and Mauna Loa, where fluid lavas are usually observed.

California displays Mount Shasta, a classic-looking stratovolcano, and the large caldera of Long Valley. However, but neither has erupted historically though each has evidence of geologically young activity. The most recent eruption in California was from 1914–1917 at Lassen Peak, creating a lava dome and related ash deposit.

An area east of Mount Shasta and Lassen Peak is relatively flat but contains young looking lava flows. Brushy Butte Volcano is part of this region, and recent field research shows that it contains at least 29 volcanic deposits consisting of scoria and spatter cones and lava flows. The question about Brushy Butte Volcano is:how long did it take to erupt these 29 cones and lava flows?

The problem is that the Brushy Butte eruptions took place approximately 35,000 years ago, and to answer this question CalVO geologists have used the old geologic axiom of ‘uniformitarianism’ or ‘the present is the key to the past.’

To better understand how Brushy Butte erupted and how long it might have taken, active volcanoes of a similar type and setting were used as an analog. The Brushy Butte Volcano is located in a rifting area, and the type of magma erupted there is tholeiitic basalt. Kilauea and Mauna Loa, though not exactly the same, are close in that their lavas erupt commonly from rift zones and are usually of a similar tholeiitic basalt type. So, the recent volcanic eruptions from these Hawaiian volcanoes could help understand how lavas erupted from Brushy Butte Volcano and how long it might have taken.

One of the most helpful tools used to understand the Brushy Butte eruptions is Light Detection and Ranging or LiDAR. The resulting dataset creates a detailed picture of the surface of a lava flow showing the different landforms created as a volcano erupts and lava moves downhill away from its vent. (see image below)

Hawaiian volcanoes are very active, and in particular the decades-long eruption of Pu’uO’o displayed many types of landforms that tholeiitic basalts can form over long timeframes. Using Pu’uO’o as an analog, CalVO geologists estimated that the 29 closely-spaced vents and lava flows of Brushy Butte Volcano erupted over at least 20 years based on the different lava flow landforms created and their placement around the interior of the volcano.

Source : USGS / HVO.

Vue d’ensemble du site éruptif de Brushy Butte (Source : Wikipedia)

Carte montrant, à l’aide d’un dégradé de couleurs, le relief du volcan de Brushy Butte (environ 150 mètres de hauteur). Elle a été réalisée à l’aide des données LiDAR à résolution de 1 mètre. On y voit, sous forme de points, les différentes bouches éruptives ainsi que les chenaux et les levées tracés par les coulées de lave dans le paysage. (Source : CalVO)

Etude des failles sous-marines de l’Etna // Study of Mt Etna’s submarine faults

Afin d’étudier l’évolution de la croûte terrestre dans l’une des zones géologiques les plus actives au monde, celle du complexe volcanique de l’Etna, plusieurs instituts de recherche viennent de lancer le projet «Focus.» Il suppose l’installation d’un nouveau système de surveillance des failles sous-marines à 2000 mètres de profondeur au large de Catane.

Le projet, financé par le Conseil Européen de la Recherche (ERC), est conduit par l’Université française de Brest en collaboration avec le CNRS, l’IFREMER et l’IDIL, avec le soutien de l’INGV, des Laboratoires Nationaux du Sud (LNS) et de l’Institut National de Physique Nucléaire (INFN). Le projet est en effet en relation avec le réseau optique sous-marin exploité par les LNS dans le cadre du projet IDMAR – financé par la région de Sicile – pour le développement d’infrastructures de recherche stratégiques.

Afin de détecter les déplacements de la croûte terrestre entre la côte et la structure sous-marine du Monte Alfeo, en relation avec une faille cartographiée il y a à peine quelques années à l’est de Catane, le projet Focus utilisera une technique innovante appelée BOTDR (Réflectométrie Optique avec technique Brillouin) capable de détecter tout mouvement des fibres sous-marines électro-optiques accrochées aux 25 kilomètres de câble qui composent l’infrastructure LNS. De cette manière les chercheurs pourront observer les déplacements des câbles sur le long terme et donc surveiller le glissement des failles sur lesquelles ils se trouvent. Ils pourront détecter des variations submillimétriques impossibles à observer avec les techniques de réflectométrie classiques.

Source: La Sicilia.

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In order to study the evolution of the Earth’s crust in one of the most active geological zones in the world, that of Mt Etna’s volcanic complex, several research institutes have just launched the « Focus. » Project. It involves the installation of a new monitoring system for submarine faults 2000 metres deep off the coast of Catania. The project, funded by the European Research Council (ERC), is led by the French University of Brest in collaboration with the CNRS, IFREMER and IDIL, with the support of INGV, National Laboratories of South (LNS) and the National Institute of Nuclear Physics (INFN). The project is in fact in relation to the underwater optical network operated by LNS within the framework of the IDMAR project – funded by the region of Sicily – for the development of strategic research infrastructures.

In order to detect the shifts of the Earth’s crust between the coast and the submarine structure of Monte Alfeo, in relation to a fault mapped just a few years ago east of Catania, the Focus project will use an innovative technique called BOTDR (Optical Reflectometry with Brillouin technique) capable of detecting any movement of electro-optical submarine fibers attached to the 25 kilometres of cable that make up the LNS infrastructure. In this way, researchers will be able to observe the movements of the cables over the long term and therefore monitor the sliding of the faults on which they are located. They will be able to detect submillimetre variations that are impossible to observe with conventional reflectometry techniques.

Source: La Sicilia.

Source : LNS

Colorimétrie de la pièce d’eau de l’Halema’uma’u (Hawai) // Colorimetry of Halema’uma’u’s water pond (Hawaii)

Aujourd’hui, le Kilauea n’est plus en éruption. Sans coulées de lave à étudier, les scientifiques du HVO se tournent désormais vers la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u. Cela fait maintenant 15 mois que des eaux souterraines chaudes s’infiltrent dans le cratère d’effondrement apparu suite à l’évacuation du lac de lave et d’une partie de la chambre magmatique sommitale en 2018. Étant donné que le fond du cratère d’effondrement et la pièce d’eau sont physiquement inaccessibles, le HVO utilise des techniques à distance pour surveiller cet environnement changeant et potentiellement dangereux. Le HVO utilise des drones pour collecter des échantillons d’eau et les analyses chimiques donnent une idée de leur composition. Des caméras conventionnelles et thermiques surveillent en permanence la surface du lac et les fumerolles tout autour. Le LiDAR (Light Detection and Ranging) permet d’analyser l’évolution de la morphologie du lac. Un modèle numérique de terrain (MNT) est intégré aux mesures du niveau d’eau pour calculer la profondeur, le volume et le débit du lac. Ces ensembles de données quantitatives sont complétés par les comptes rendus écrits fournis par les scientifiques du HVO. Lorsque la pièce d’eau a été observée pour la première fois, c’était une mare de couleur turquoise à l’aspect laiteux. Plus tard sont apparues des teintes jaunes et des bordures vertes. Aujourd’hui, la surface du lac présente des lobes d’eau couleur rouille au-dessus d’une couche de couleur brun foncé, avec des taches brun clair. Des apports d’eau verdâtre émergent de la berge rocheuse le long de laquelle plusieurs taches rouges ont récemment été observées. La surface de l’eau est une mosaïque en mouvement constant. Ce patchwork de couleurs indique probablement des zones de température et des composants dissous différents. Leur mouvement est probablement provoqué par des différences de densité et d’apport d’eau douce.

Les scientifiques du HVO ont jugé nécessaire d’ajouter des mesures quantitatives à ces  observations visuelles de la couleur du lac.

Un colorimètre portatif, capable de mesurer la chromaticité et la luminosité, est actuellement testé sur le terrain. Ce type d’instrument a été utilisé sur le volcan Aso au Japon en 2010, et les scientifiques du HVO s’en sont inspirés. Les colorimètres sont  plus fréquemment utilisés dans l’industrie alimentaire et textile qu’en volcanologie.

La colorimétrie consiste à mesurer la longueur d’onde et l’intensité de la lumière. La quantification de la couleur peut être divisée en deux parties. La luminosité est la quantité de lumière réfléchie, émise par un objet ou qui le traverse. La chromaticité mesure la teinte et la couleur, indépendamment de la luminosité. La colorimétrie relie ces variables à la réception de la couleur par l’œil humain et à notre jugement sur le stimulus physique de la lumière. Sur le terrain, les scientifiques font des observations visuelles sur un champ large, puis orientent le colorimètre vers un centre d’intérêt. L’enregistrement de la chromaticité et de la luminosité s’appuie sur des ensembles de données hydrologiques et géologiques ; cela contribue à fournir des informations qui peuvent compléter d’autres observations à distance. Grâce à cette technique expérimentale, les scientifiques sont en mesure d’expliquer les couleurs dynamiques observées dans la pièce d’eau de l’Halema’uma’u. Il se peut que le changement de couleur du lac indique un jour une évolution de l’activité volcanique sur le Kilauea. En effet, des changements de couleur et d’apparence de l’eau ont déjà été observés dans d’autres lacs de cratère actifs dans le monde. Par exemple, sur le volcan Aso au Japon en 2003, le lac Yudamari est passé du bleu-vert au vert uni avant qu’une éruption se produise au fond du lac. Bien que l’on ne sache pas si le lac au fond de l’Halema’uma’u montrera un changement de couleur similaire avant une éruption, c’est un indicateur potentiel que les scientifiques du HVO vont continuer à étudier dans le cadre de la surveillance de l’activité du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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Today, Kilauea is no longer eruptive. With no lava flows to study, HVO scientists are turning to the water like at the bottom of Halema’uma’u Crater.

For 15 months now, hot groundwater has been seeping into the collapse pit created by the evacuation of the 2008–2018 Halema‘uma‘u lava lake and part of the underlying summit magma chamber. Since the gaping pit and the water lake rising within are physically inaccessible, HVO uses remote techniques to monitor this changing, and potentially hazardous, environment.

HVO uses Unoccupied Aircraft Systems (UAS, or drones) to collect water samples, the chemical analyses of which are snapshots of lake composition. Visual and thermal cameras keep constant watch on the lake surface and the hot fumaroles surrounding it. LiDAR (Light Detection and Ranging) helps to reveal the lake’s growing form. A Digital Elevation Model (DEM) is integrated with frequent water level measurements to calculate lake depth, volume, and inflow rate. These quantitative data sets are complemented by the written accounts of HVO scientists.

When the water pond first emerged, it was described as a pond of milky turquoise water. Later, it developed yellow hues and green shoreline margins. Today, the lake surface has lobes of rust orange water over expanses of deep brown, with patches of light brown and tan. Elongated green inflows emerge from the rocky shoreline, along which several ruddy spots have recently upwelled.

The water surface is a mosaic in constant motion. This patchwork may indicate zones of distinct temperature and dissolved constituents, and their movement is likely driven by differentials of density, wind, and fresh groundwater inflow.

HVO scientists recognized the need to define these valuable visual observations of colour with quantitative measurements.

A colorimeter instrument, a handheld optical device that measures chromaticity and brightness, is being field-tested for this purpose. A similar type of colour measurement was conducted at Aso Volcano in Japan in 2010, inspiring the techniques used by HVO. Colorimeters are more commonly used in industries like food processing and textile manufacturing than in volcanology.

Colorimetry is the measurement of the wavelength and intensity of light. The quantification of colour can be divided into two parts. Brightness, or luminicity, is the quantity of light that is reflected, emitted from, or passes through an object. Chromaticity is a measurement of hue and colorfulness, independent of brightness. Colorimetry relates these variables to the human eye’s sensation of colour, and to our judgment of the physical stimulus of light.

In the field, scientists make broad visual observations, then sight the colorimeter at a point of interest. The record of chromaticity and brightness builds upon hydrologic and geologic data sets, contributing insight that may help link other remote observations. Analysis of the colorimetry data from this experimental technique may help scientists explain the dynamic colours seen at the Halema‘uma‘u lake.

Lake colour changes may possibly even signal changing volcanic conditions beneath the watery depths.  Water colour and appearance changes have been observed at other active crater lakes around the world. For example, at Aso Volcano in Japan in 2003, Yudamari lake changed from blue-green to solid green before an eruption occurred at the lake bottom.

While it is not known if the water lake within Halema‘uma‘u would have a similar colour change prior to an eruption, it is a potential indicator that HVO scientists will be looking for as part of routine monitoring of Kīlauea activity.

Source: USGS / HVO.

Vue de la pièce d’eau au fond du cratère de l’Halema’uma’u fin octobre 2020 (Source : HVO)

Arrêtons de jouer les apprentis sorciers! // Let’s stop playing the sorcerer’s apprentice!

Alors que les effets du réchauffement climatique deviennent dévastateurs, de plus en plus d’instituts de recherche et des agences gouvernementales financent des projets dont la finalité est de refroidir artificiellement notre planète. Cela s’appelle la géoingénierie, ou géoingénierie solaire, et je n’aime pas ça! Elle consiste à renvoyer une grande partie de l’énergie solaire vers l’espace. Le processus est censé réduire la température de manière significative, comme le font les nuages ​​de cendres lors des éruptions volcaniques.
SilverLining, une organisation à but non lucratif, a attribué une subvention de 3 millions de dollars à l’Université Cornell, l’Université de Washington, l’Université Rutgers, le Centre national de recherche atmosphérique et d’autres organismes. Les recherches ainsi financées se concentreront sur des questions pratiques, telles que la hauteur à laquelle on pourra injecter dans l’atmosphère des aérosols capables de réfléchir la lumière du soleil, comment injecter des particules de taille adaptée dans les nuages ​​pour les rendre plus brillants, et étudier les effets de ces mesures sur l’approvisionnement alimentaire dans le monde
En décembre 2019, le Congrès américain a alloué 4 millions de dollars à la National Oceanic and Atmospheric Administration pour entamer des recherches sur cette technologie. La NOAA commencera également à collecter des données qui lui permettront de savoir si d’autres pays ont commencé à utiliser secrètement la géoingénierie.

Une façon de refroidir la Terre consiste à injecter des aérosols dans la couche supérieure de l’atmosphère où ces particules réfléchissent la lumière du soleil. On sait que cette technologie fonctionne, mais on ne sait pas quelles en sont les conséquences.
Le National Center for Atmospheric Research, basé à Boulder (Colorado) et financé par la National Science Foundation, a reçu lui aussi de l’argent de Silver Lining. La subvention permettra de gérer et d’analyser des centaines de simulations d’injection d’aérosols, en testant les effets sur les conditions météorologiques extrêmes dans le monde. L’un des objectifs de la recherche est de détecter la quantité de refroidissement artificiel susceptible de réduire les événements météorologiques extrêmes sans entraîner d’importantes variations dans les régimes de précipitations régionales.
La NOAA lance ses propres recherches en matière de géoingénierie solaire. En août 2020, l’agence a annoncé qu’elle commencerait à mesurer les niveaux d’aérosols dans la stratosphère afin de mettre en place une base de référence.
L’injection d’aérosols dans la stratosphère n’est pas le seul moyen de renvoyer les rayons du soleil vers l’espace. Le gouvernement australien finance un projet qui vise à rendre les nuages ​​plus « réfléchissants » en pulvérisant de l’eau salée dans l’air. Le but est de faire en sorte que les particules de sel agissent comme des noyaux dans ces nuages et favorisent la formation de nombreuses petites gouttelettes d’eau, ce qui augmentera la luminosité des nuages. Les chercheurs australiens disent qu’ils espèrent ainsi sauver la Grande Barrière de Corail. La hausse de la température de l’eau pendant les vagues de chaleur accélère la disparition du récif. En augmentant le pouvoir réfléchissant des nuages au-dessus de la mer, on sera peut-être en mesure de refroidir suffisamment l’eau pour ralentir ou arrêter la mort des coraux. L’un des défis consistera à utiliser la technologie à grande échelle. Il faudra probablement 500 à 1000 stations telles que des barges ou des plates-formes pour pulvériser de l’eau et couvrir tout le récif.
L’Université de Washington travaille également sur le pouvoir réfléchissant des nuages ​​en mer et a également reçu une subvention de SilverLining. Le défi sera de fabriquer des buses de pulvérisation projetant des particules de la bonne taille – entre 30 et 100 nanomètres – et de trouver des moyens de les empêcher de s’agglutiner. Le but du projet est de comprendre comment les nuages ​​réagissent et prévoir la réponse climatique à l’échelle régionale et mondiale. Des essais sur le terrain du système de pulvérisation auront lieu dans les 12 à 18 prochains mois.
Source: Le New York Times.

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As the effects of climate change become more devastating, prominent research institutions and government agencies are focusing new money and attention on the possibility of artificially cooling the planet. This is called geoengineering, and I don’t like it! Also called solar geoengineering, it entails reflecting more of the sun’s energy back into space, abruptly reducing global temperatures in a way that mimics the effects of ash clouds spewed by volcanic eruptions.

A nonprofit organization called SilverLining has announced $3 million in research grants to Cornell University, the University of Washington, Rutgers University, the National Center for Atmospheric Research and others. The work will focus on practical questions, such as how high in the atmosphere to inject sunlight-reflecting aerosols, how to shoot the right-size particles into clouds to make them brighter, and the effect on the world’s food supply.

In December 2019, the U.S. Congress gave the National Oceanic and Atmospheric Administration $4 million to research the technology. NOAA will also start gathering data that will let it detect whether other countries start using geoengineering secretly.

One way to cool the earth is by injecting aerosols into the upper layer of the atmosphere, where those particles reflect sunlight away from the earth. That process works. What is still unclear is what happens next.

Another institution getting money from Silver Lining is the National Center for Atmospheric Research in Boulder, Colorado, which is funded by the National Science Foundation.

The grant will pay for the center to run and analyze hundreds of simulations of aerosol injection, testing the effects on weather extremes around the world. One goal of the research is to look for the amount of artificial cooling that can reduce extreme weather events without causing broader changes in regional precipitation patterns or similar impacts.

NOAA is starting its own research into solar geoengineering. In August 2020, the agency announced that it would begin measuring aerosol levels in the stratosphere, creating a baseline so the agency can tell if those levels change later.

Injecting aerosol into the stratosphere is not the only way to bounce more of the sun’s rays back into space. The Australian government is funding research into “marine cloud brightening,” which is meant to make clouds more reflective by spraying saltwater into the air. The goal is to get salt particles to act as nuclei in those clouds, encouraging the formation of many small water droplets, which will increase the brightness of the clouds. Australian researchers say they hope the technique can save the Great Barrier Reef. Rising water temperatures during so-called marine heat waves are accelerating the die-off of the reef. Making marine clouds more reflective may be able to cool water temperatures enough to slow or stop that decline. One of the challenges will be using the technology on a large enough scale. It would probably take 500 to 1,000 stations such as barges or platforms spraying water to cover the entire reef.

The University of Washington is also working on marine cloud brightening and was another recipient of a SilverLining grant. The challenge will be building spray nozzles that consistently produce the right-size particles — between 30 and 100 nanometers — and finding ways to prevent them from sticking together. The project aims to understand how the clouds respond and to predict the regional and global climate response. Field-tests of the spray system will take place in the next 12 to 18 months.

Source: The New York Times.

Photo : C. Grandpey