Catégorie : Science

Amélioration de la prévision volcanique en Nouvelle Zélande // Improving volcanic prediction in New Zealand

En passant au peigne fin 350 000 années de volcanisme, des scientifiques de l’université Massey ont trouvé des preuves de centaines d’éruptions dans l’Ile du Nord en Nouvelle Zélande. De tels événements causeraient d’importants dégâts s’ils se produisaient à l’heure actuelle. Dans le champ volcanique d’Auckland – sur lequel repose une partie de la ville aujourd’hui – ils ont détecté quelque 54 volcans ayant montré des signes d’activité sur un laps de temps de  250 000 ans. Si de telles éruptions devaient se produire aujourd’hui, elles perturberaient fortement la vie des Kiwis.

Dans le même temps, des chercheurs de l’Université d’Auckland affirment avoir inventé un système d’alerte capable d’annoncer les éruptions volcaniques. Il permettrait d’empêcher que se produisent des tragédies comme celle qui a tué 21 personnes sur White Island en 2019. Leur étude a été publiée dans Nature Communications.
Les scientifiques expliquent que leurs recherches «montrent des schémas d’activité sismique permettant de donner une alerte avant une éruption». Ils pensent que leur nouveau système aurait déclenché un signal d’alerte 16 heures avant l’éruption meurtrière de White Island.
Le réseau sismique géré par GeoNet répertorie chaque année les données générées par des milliers de séismes et des événements volcaniques en Nouvelle Zélande, mais ces données ne sont pas prédictives. Dans le cadre de leur étude, les scientifiques ont appliqué les données d’éruptions antérieures à des «algorithmes d’interprétation automatique» permettant de mettre au point des modèles de phase pré-éruptive. Ils ont ainsi remarqué que l’éruption de 2019 à White Island avait été précédée de 17 heures d’alerte sismique. Il y a d’abord eu une phase intense d’activité sismique de quatre heures qui, selon eux, correspondait à l’ascension de nouveaux fluides magmatiques qui ont accru la pression des gaz et de l’eau déjà emprisonnés dans la roche au-dessus. Ce processus a conduit à l’éruption, comme si le couvercle d’une cocotte-minute avait sauté. Un signal semblable avait été enregistré 30 heures avant une éruption en août 2013, et il était présent dans deux autres éruptions en 2012.
Les géologues espèrent adapter ces données à d’autres volcans, tels que le Tongariro et le Ruapehu, mais ils reconnaissent que leur système n’est pas infaillible. Ainsi, il n’aurait déclenché un signal d’alerte que dans quatre des cinq dernières éruptions majeures à White Island. Ils pensent, malgré tout, qu’il y a de bonnes chances pour que leur système permette de détecter des éruptions comme celle de 2019, ou d’autres.

Source: Médias d’information néo-zélandais.

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Scientists from the Massey University have revealed evidence of hundreds of ancient eruptions in New Zealand after reconstructing 350 000 years of volcanism across the North Island. These explosions would cause widespread havoc if they occurred in the present time. In the Auckland Volcanic Field, they have detected about 54 volcanoes over 250 000 years of course. Should such eruptions occur today, they would be big enough to cause significant disruption.

Meantime, New Zealand scientists at the University of Auckland say they have invented a warning system to predict volcanic eruptions that may prevent future tragedies such as the one that killed 21 people on White Island in 2019. Their study has been published in Nature Communications.

The researchers explain that their research “shows patterns of seismic activity before an eruption that make advance warning possible”. They think their new system would have raised the alert 16 hours before the volcano’s deadly eruption.

The GeoNet system reports back data from the country’s thousands of earthquakes, and less frequent volcanic events, each year as they happen, but they are not predictive. To perform their study, the scientists have applied past eruption data to “machine learning algorithms”, allowing them to look for patterns in the build-up to eruptions. In this way, they have noticed that last year’s eruption at White Island was preceded by 17 hours of seismic warning. It began with a strong four-hour burst of seismic activity, which they think was fresh magmatic fluid rising up to add pressure to the gas and water trapped in the rock above. This led to its eventual bursting, like a pressure cooker lid being blasted off. A similar signal was recorded 30 hours before an eruption in August 2013, and it was present in two other eruptions in 2012.

The geologists hope to adapt the data to apply to other volcanoes, such as Mt Tongariro and Mt Ruapehu, but admit it is not fool-proof. They say the system would only have raised an alert in four of the last five major eruptions at White Island, but they think there is a good chance eruptions like the 2019 event or larger will be detected.

Source : New Zealand news media.

Photo : C. Grandpey

La vie à l’extrême // Life in extreme conditions

Contrairement à ce que beaucoup de gens pensent, la vie est présente dans les environnements les plus extrêmes. Des espèces dites extrêmophiles se sont développées autours des « fumeurs noirs », bouches hydrothermales au fond des océans, avec des colonies de palourdes, des crabes blancs, des crevettes et des vers géants pouvant atteindre 2 mètres de long. Des bactéries prospèrent elles aussi dans l’environnement à haute température des sources chaudes et des mares de boue à Yellowstone ou au Kamchatka. .

La vie est aussi présente à très haute altitude. Quand j’ai visité l’altiplano chilien et bolivien, j’ai été surpris par l’adaptabilité des animaux à un tel environnement. A côté des lamas et des alpagas que l’on trouve jusqu’à 4800 m – l’altitude du Mont Blanc dans l’hémisphère nord – on rencontre des guanacos, petits camélidés qui peuvent ne pas boire pendant de longues périodes. Il en va de même des vigognes qui vivent entre 3 700 et 5 000m d’altitude. Leur épaisse couche de laine leur permet de lutter contre l’irradiation intense du soleil dans la journée et la nuit glaciale dans les déserts des hautes plaines andines. A noter que la laine de la vigogne est de grande qualité et peut atteindre des prix très élevés. Les viscaches sont plus discrètes et plus difficiles à voir. Elles vivent à des altitudes comprises entre 4 000 et 5 000 m. Rencontrées souvent au milieu des rochers, elles signalent l’approche d’un prédateur par de longs sifflements, un peu comme les marmottes de nos montagnes.  A côté de ces animaux, on trouve également le renard de magellan jusqu’à 4500 mètres d’altitude, ou le tatou des Andes, espèce endémique de l’Altiplano andin en Bolivie, au Chili, en Argentine et au Pérou, et dont la population a malheureusement diminué de 30 % en dix ans.

Des biologistes chiliens et méricains viennent de réaliser que les plus hauts sommets du monde ne sont pas vierges de toute vie, comme on le pense généralement. Lors d’une expédition dans les montagnes du nord du Chili au début de 2020, ils ont pu observer et capturer une souris à oreilles feuilles croupion jaune (Phyllotis xanthopygus rupestris) à 6600 mètres d’altitude, au sommet volcan chilien Llullaillaco. La souris a battu le record du monde d’altitude pour un mammifère observé par les scientifiques. L’année dernière, la même espèce de souris avait été repérée à 6100 m.
Dans une étude publiée dans les Proceedings de l’Académie Nationale des Sciences, les chercheurs donnent des détails sur leur découverte et expliquent qu’elle pourrait permettre aux scientifiques de mieux comprendre comment les mammifères s’adaptent et survivent à des conditions difficiles à haute altitude. Ils expliquent qu’ils ont peut-être sous-estimé les limites d’altitude supportables par certaines espèces et les tolérances physiologiques des petits mammifères. Ces lacunes sont probablement dues au fait que les plus hauts sommets du monde restent relativement inexplorés par les biologistes.
La souris à oreilles feuilles et croupion jaune vit dans les montagnes des Andes, mais également au niveau de la mer, ce qui en fait un mammifère intéressant pour les scientifiques. Les biologistes avaient installé de petits pièges pour capturer les rongeurs à des fins d’étude, mais un chercheur a réussi à saisir une souris à la main alors qu’elle courait se réfugier sous un rocher.
Ce qui est surprenant, c’est que ces souris non seulement survivent mais se reproduisent facilement dans cet environnement hostile. Elles montrent à quels environnement extrêmes la vie est capable de s’adapter.
La souris n’était pas le seul rongeur à avoir battu un record d’altitude pendant l’expédition. Les chercheurs ont également découvert une souris à oreilles feuilles Lima (Phyllotis limatus) à 5 000 m. Elle bat le précédent record d’habitat en altitude pour cette espèce.
Source: C / Net.

Voici une petite vidéo montrant la capture de la souris :

 https://youtu.be/DGUDXs8Z31A

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Contrary to what many people think, life is present in the most extreme environments. So-called extremophile species develop around « black smokers », hydrothermal vents at the bottom of the oceans, with colonies of clams, white crabs, shrimps and giant worms that can reach 2 metres in length. Bacteria thrive as well in the high temperature environment of hot springs and mud pools.
Life is also present at very high altitude. When I visited the Chilean and Bolivian altiplano, I was surprised by the adaptability of the animals to such an environment. Next to the llamas and alpacas that can be found up to 4800 m – the altitude of Mont Blanc in the northern hemisphere – there are guanacos, small camelids that may not drink for long periods. The same goes for vicuñas which live between 3,700 and 5,000m above sea level. Their thick layer of wool allows them to fight against the intense irradiation of the sun during the day and the freezing night in the deserts of the high Andean plains. Note that the wool of the vicuña is of high quality; it can reach very high prices. Viscaches are more inconspicuous and more difficult to see. They live at altitudes between 4,000 and 5,000 m. Often observed among the rocks, they signal the approach of a predator by long whistles, a bit like the marmots of our mountains. Beside these animals, one can also find the magellan fox up to 4500 meters above sea level, or the Andes armadillo, endemic to the Andean Altiplano in Bolivia, Chile, Argentina and Peru, whose population has unfortunately decreased by 30% in ten years.

U.S. and Chilean biologists have just realised that the world’s highest summits are not as desolate as they once thought. During a mountaineering expedition in northern Chile in early 2020, they spotted and captured a yellow-rumped leaf-eared mouse (Phyllotis xanthopygus rupestris) atop the 6,600 m summit of the Chilean volcano Llullaillaco. The mouse broke the world record for the highest-dwelling mammal documented by scientists to date. Last year, the same species of mouse was spotted at 6,100m.

In a study published in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences, the researchers document their discovery and explain that it could help scientists better understand how mammals adapt to and survive harsh conditions at high altitudes. The researchers say they may have underestimated the altitudinal range limits and physiological tolerances of small mammals simply because the world’s highest summits remain relatively unexplored by biologists.

The yellow-rumped leaf-eared mouse dwells high in the Andes mountains but also lives at sea level, which makes it an interesting mammal for scientists to study. Even though the scientists had set small traps to capture rodents for study, one of them actually caught the mouse by hand when he spotted it scurrying under a rock.

The surprising thing is that these mice not only survive but apparently thrive in this harsh environment. They show to what extremes life is capable of.

The mouse was not the only rodent breaking records during the expedition. The researchers also found a Lima leaf-eared mouse (Phyllotis limatus) at 5,000 m. That surpassed previous altitude-dwelling records for this species.

Source: C/Net.

Here is a short video showing a biologis catching the mouse:

https://youtu.be/DGUDXs8Z31A

Lamas et vigognes se sont parfaitement adaptés à la très haute altitude (Photos : C. Grandpey)

Corrélation entre activité solaire et activité sismique ? // A correlation between solar activity and seismic activity ?

Des études ont été faites sur l’influence possible de la Lune sur les éruptions volcaniques. J’ai personnellement travaillé sur la possible corrélation entre la pression atmosphérique et l’activité strombolienne (voir le résumé de cette étude sous l’entête de ce blog). Cependant, ces études n’ont pas apporté de réponses convaincantes sur le rôle joué par ces éléments naturels.

Une nouvelle étude réalisée par des chercheurs italiens et récemment publiée dans Nature Scientific Reports indique que de puissantes éruptions solaires peuvent déclencher de puissants séismes sur Terre. Les auteurs de l’étude ont analysé 20 années de données sur la densité et la vitesse des protons solaires, fournies par le satellite SOHO, et les données sur la sismicité dans le monde au cours de la période correspondante. Ils ont observé une corrélation évidente entre la densité de protons et la survenue de grands séismes de magnitude supérieure à M 5,6, avec un décalage d’une journée.
Le Soleil bombarde en permanence le système solaire avec de l’énergie et des particules sous forme de vent solaire. Parfois, les éruptions à la surface du Soleil provoquent des éjections de masse coronale qui traversent le système solaire à des vitesses extrêmement rapides. La nouvelle étude montre que les particules émises par ces éruptions peuvent être responsables du déclenchement de groupes de puissants séismes.
Les scientifiques ont remarqué que certains puissants séismes sur notre planète ont tendance à se produire en groupes,  et pas de manière aléatoire. Cela laisse supposer qu’il existe probablement un phénomène global de déclenchement de ces événements.
Pour leur étude, les chercheurs ont parcouru vingt années de données sismiques et celles concernant l’activité solaire, en particulier grâce au satellite Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) de la NASA-ESA, et ils ont cherché des corrélations probables.
Le satellite SOHO, situé à environ 1,45 million de kilomètres de la Terre, surveille l’activité solaire, ce qui permet aux scientifiques de contrôler la quantité de matière solaire qui vient frapper la Terre.
En comparant les séismes répertoriés dans l’ISC-GEM Global Instrumental Earthquake Catalogue – où sont inscrits tous les événements historiques dans le monde – avec les données fournies par le satellite SOHO, les chercheurs ont remarqué que de puissants séismes se produisaient lorsque augmentaient le nombre et la vitesse des protons solaires arrivant sur Terre. Lorsque les protons en provenance du Soleil atteignent un pic, on observe également un pic dans le nombre de séismes d’une magnitude supérieure à M 5,6 pendant les 24 heures suivantes.
Après avoir remarqué une corrélation entre les émissions de protons solaires et les puissants séismes, les chercheurs ont ensuite proposé une explication avec un mécanisme baptisé « effet piézoélectrique inverse ».
La compression du quartz, roche courante dans la croûte terrestre, peut produire une impulsion électrique grâce à un processus appelé effet piézoélectrique. Les chercheurs pensent que de telles petites impulsions sont susceptibles de déstabiliser les failles proches de la rupture et déclencher des séismes.
Cette explication suppose que les anomalies électromagnétiques ne sont pas le résultat des séismes, mais en sont la cause. Lorsque les protons chargés positivement en provenance du Soleil frappent la bulle magnétique terrestre, ils génèrent des courants électromagnétiques qui se propagent à travers le monde. Les impulsions créées par ces courants continuent à déformer le quartz dans la croûte, ce qui finit par déclencher des tremblements de terre.
L’étude complète se trouve à cette adresse:
https://www.nature.com/articles/s41598-020-67860-3

Source: Nature Scientific Reports, The Watchers.

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Studies have been made about the possible influence of the Moon on volcanic eruptions. I have personally made a study about the possible correlation between atmospheric pressure and strombolian activity (see the abstract under the title of this blog). However, these studies have not brought any clear answers on the role played by these natural elements.

A new study by Italian researchers recently published in Nature Scientific Reports suggests that powerful eruptions on the Sun can trigger large earthquakes on Earth. In the paper, the authors analyzed 20 years of proton density and velocity data, as recorded by the SOHO satellite, and the worldwide seismicity in the corresponding period. They found a clear correlation between proton density and the occurrence of large earthquakes with magnitudes above M 5.6, with a time shift of one day.

The Sun is constantly bombarding the solar system with energy and particles in the form of the solar wind. Sometimes, eruptions on the Sun’s surface cause coronal mass ejections that hurtle through the solar system at extremely fast rates. The new study suggests that particles from such eruptions may be responsible for triggering groups of powerful earthquakes.

Scientists noted that some powerful earthquakes around the planet tend to occur in groups, not randomly. This indicates that there may be some global phenomenon triggering these worldwide events.

For their study, the researchers searched through 20 years of data on both earthquakes and solar activity, specifically from NASA-ESA’s Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) satellite, and sought probable correlations.

SOHO, located about 1.45 million km from the Earth, monitors the Sun, which helps scientists track how much solar material strikes the Earth.

By comparing the ISC-GEM Global Instrumental Earthquake Catalogue – a historical record of powerful tremors – to SOHO data, the researchers noticed more strong earthquakes happened when the number and velocities of incoming solar protons increased. When protons from the Sun peaked, there was also a spike in earthquakes above M 5.6 for the next 24 hours.

After noticing there was a correlation between solar proton flux and strong earthquakes, the researchers went on to propose an explanation with a mechanism called “the reverse piezoelectric effect”.

Compressing quartz rock, something common in the Earth’s crust, can produce electrical pulse through a process called the piezoelectric effect. The researchers think that such small pulses could destabilize faults that are nearing rupture, triggering earthquakes

This new explanation suggests that electromagnetic anomalies are not the result of earthquakes, but cause them instead. As positively charged protons from the Sun hit the Earth’s magnetic bubble, they generate electromagnetic currents that propagate across the world. Pulses created by these currents go on to deform quartz in the crust, ultimately triggering earthquakes.

The complete study can be found at this address :

https://www.nature.com/articles/s41598-020-67860-3

Source : Nature Scientific Reports, The Watchers.

Vue d’une éruption solaire (Source: NASA)

La sismicité sous le Mauna Kea (Hawaii) // Seismicity beneath Mauna Kea (Hawaii)

Le Mauna Kea n’a pas connu d’éruptions depuis plus de 4 500 ans, mais cela ne signifie pas que c’est un volcan éteint. En fait, depuis des décennies, il cache l’un des signaux sismiques les plus étranges jamais observés sur un volcan.
Il y a plusieurs années, les sismologues de l’USGS testaient une nouvelle méthode d’analyse de la sismicité sur le Kilauea. Elle consiste à analyser des fractions de 24 heures de données sismiques afin de détecter des signaux similaires sur plusieurs appareils. Par curiosité, ils ont décidé d’étendre leurs observations au reste de l’île d’Hawaii. Ce qu’ils ont découvert est surprenant. Une étude publiée dans la revue Science en mai 2020 explique qu’ils ont détecté des séismes profonds sous le Mauna Kea, avec une répétition toutes les 7 à 12 minutes. La pollution sonore générée par le vent et les voitures à proximité, ainsi que la faible magnitude (M 1.5) des séismes avaient empêché leur détection par le réseau sismique traditionnel. .
Ces petits séismes se produisent à des profondeurs d’environ 15 – 25 km directement sous le sommet du Mauna Kea, toutes les 7 à 12 minutes avec une régularité surprenante. En outre, ces événements répétitifs apparaissent depuis au moins l’année 1999, mais il est très probable qu’ils se produisaient bien avant cette date.
Les scientifiques se sont tout d’abord montrés prudents avant d’attribuer ces séismes à des processus volcaniques car leur régularité semblait artificielle. Ils ont pris le temps d’éliminer toutes les causes possibles, comme les activités dans la zone d’entraînement de Pohakuloa ou les travaux routiers.
Un facteur permettant d’interpréter l’origine des séismes répétés et profonds du Mauna Kea est que leurs ondes sismiques sont différentes de celles des séismes classiques. Alors que les séismes classiques donnent naissance essentiellement à des événements haute fréquence, ceux du Mauna Kea sont plus prolongés, avec des fréquences plus basses. Cela signifie qu’un décrochement sur une faille n’est pas la cause de ces événements.
Les séismes basse fréquence peuvent se produire sur les volcans, mais il n’y a aucun autre exemple de ce type de répétition ou de longévité dans le monde. Au total, on a enregistré plus d’un million de secousses sismiques sur le Mauna Kea entre 1999 et 2018. Cumulée, l’énergie ainsi libérée correspond à un séisme de M 3.0 sous le volcan chaque jour. En mettant ensemble les signaux produits par ces milliers de ces séismes, on peut examiner leur forme d’onde plus en détail. Les résultats montrent que ces événements sont probablement causés par le mouvement de fluides au-dessus d’une chambre magmatique profonde. À mesure que les fluides s’élèvent, ils pénètrent dans une fissure hermétique dans sa partie supérieure. L’arrivée continue de fluide met la fissure sous pression, ce qui finit par briser l’obturation à son sommet et déclencher un séisme. La fissure se referme ensuite, et tout recommence.
La question est de savoir d’où proviennent ces fluides. La source d’alimentation réside probablement au niveau des gaz magmatiques qui se comportent comme des fluides lorsqu’ils se trouvent dans les profondeurs de la croûte terrestre. Ces gaz se séparent du magma en se refroidissant. Les grandes poches magmatiques mettent des centaines à des milliers d’années pour se refroidir, donc ce processus génère des fluides sur le long terme, ce qui pourrait expliquer la présence des séismes profonds sous le Mauna Kea.
Selon cette interprétation, les fluides sont produits par le refroidissement du magma en place. Rien n’indique toutefois qu’il y ait une ascension du magma sous le Mauna Kea. Bien que cette étude donne un aperçu intéressant des processus en cours sous le volcan, elle ne change en rien le niveau de risque volcanique du Mauna Kea. Si une éruption devait être imminente, les scientifiques de l’USGS pensent que l’ouverture d’un nouveau conduit d’alimentation s’accompagnerait d’essaims sismiques à faible profondeur pour avertir à l’avance d’une activité éruptive imminente.
Les séismes profonds qui ont été détectés par les scientifiques de l’USGS confirment que le Mauna Kea reste un volcan potentiellement actif.
Source: USGS, HVO, AVO.

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Mauna Kea volcano hasn’t erupted in over 4,500 years, but that doesn’t mean it is quiet. In fact, for decades it has been hiding one of the most unique seismic signals seen at any volcano.

Several years ago, USGS seismologists were trying out a new method to track seismicity at Kilauea Volcano. The method scans 24-hour sections of seismometer data looking for signal similarity on many instruments. Out of curiosity, they decided to look at the rest of the Island of Hawaii to see what else they might find. What they found came as a surprise. A study published in the journal Science in May 2020 describes how they detected deep earthquakes beneath Mauna Kea that repeat every 7 to 12 minutes. Noise in the seismic records from wind and nearby cars, together with the small size of the individual earthquakes (magnitude M 1.5), had prevented these earthquakes from being detected with the regular earthquake detection system.

The small, repeating earthquakes occur at depths of about 15-25 km directly beneath Mauna Kea’s summit and happen every 7 to 12 minutes with surprising regularity. Furthermore, the repeating events can be detected going back to at least 1999, but it is very likely that the repeating earthquakes were occurring even further back in time.

Scientists were initially cautious about interpreting the earthquakes due to volcanic processes because the regularity seemed man-made. It took a long period of investigation to rule out all of the possibilities, such as activity at the Pohakuloa Training Area or road construction.

One clue to the origin of the repeating, deep Mauna Kea earthquakes is that their seismic waves look different from those of ordinary earthquakes. Where regular earthquakes produce more high frequency shaking, the Mauna Kea events are more drawn out, containing lower frequencies. This means that regular slip on a fault is not responsible for the deep Mauna Kea events.

Low-frequency earthquakes are not unusual at volcanoes, but there is no other example of this kind of repetition or longevity anywhere in the world. Ultimately, over 1 million earthquakes were found from 1999 to 2018. Summing the energy release of the earthquakes gives a total that is equivalent to an M 3.0 earthquake under Mauna Kea every day. Adding together the signals of thousands of these earthquakes allows the waveform to be examined in greater detail, and the results suggest the events are caused by the movement of fluids above a deep magma chamber. As the fluids ascend, they enter a crack that is sealed at the top. The continuous flow of fluid pressurizes the crack, eventually breaking the top seal and creating the earthquake. The crack then reseals, and everything starts over again.

The question is to know where these fluids come from. The source of the fluid dupply is likely magmatic gases that behave like fluids when they are deep within the Earth’s crust. These gases separate from the magma as it cools. Large magma bodies cool over hundreds to thousands of years, so this process provides a long-term, nearly continuous supply of fluids to repeatedly drive deep earthquakes beneath Mauna Kea.

Under this interpretation, the fluids are produced from magma cooling in place. There is no evidence that magma is rising under Mauna Kea. So while this study provides important insight into processes beneath the volcano, it does not change estimates of volcanic hazard at Mauna Kea. USGS scientists expect any opening of a new conduit will be accompanied by swarms of shallow earthquakes to provide advanced warning of impending eruptive activity.

The earthquakes nonetheless underscore that Mauna Kea is classified as an active volcano.

Source : USGS, HVO, AVO.

Photos: C. Grandpey