Catégorie : volcanoes

Des drones pour mesurer les gaz volcaniques // Drones to measure volcanic gases

Les drones sont de plus en plus populaires de nos jours et ils sont utilisés dans différents domaines d’activités, depuis la géologie jusqu’à l’agriculture. Certains d’entre eux trouvent également des applications sur les volcans, même si la présence de gaz agressifs et de turbulences dans les cratères rendent leur utilisation difficile, avec le risque de perdre cet équipement coûteux. Jeannie Curtis sur Facebook a attiré mon attention sur un article concernant l’utilisation de drones pour mesurer le dioxyde de carbone près d’un volcan actif au Costa Rica.
Black Swift Technologies (BST)*, une société d’ingénierie basée à Boulder (Colorado), a annoncé qu’elle avait mis en place un partenariat avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA pour effectuer des mesures de dioxyde de carbone (CO2) sans l’air au moyen d’un drone capable de survoler la canopée à proximité d’un volcan actif.
En mesurant l’évolution des gaz volcaniques émis par les bouches éruptives et les fractures des volcans actifs, le JPL espère mieux comprendre le fonctionnement des volcans, anticiper les éruptions et avertir les populations.
Les vols ont été effectués au Costa Rica en janvier 2018. Les scientifiques ont utilisé le drone Black Swift S2 de chez BST, équipé de capteurs conçus pour mesurer le CO2 et la vapeur d’eau émis par le volcan. Les prochains vols du Black Swift S2 incorporeront des capteurs capables de mesurer le méthane, l’hydrogène sulfuré et le dioxyde de soufre, ainsi qu’un néphélomètre pour évaluer la taille et la répartition des particules volcaniques, ainsi que des sondes atmosphériques pour analyser la pression, la température et l’humidité.
Selon les partenaires, les premiers vols ont démontré qu’un drone spécialement conçu peut mesurer avec précision (contrairement aux satellites) les éléments présents dans les panaches de gaz émis par les bouches éruptives et les fractures des volcans – y compris ceux masqués par la canopée – pour quantifier les cycles de vie des volcans.
Un drone peut atteindre et se déplacer dans des endroits difficilement accessibles avec plus d’efficacité que le personnel au sol ou les aéronefs coûteux avec un pilote à leur bord. Le but des premiers vols était, dans un environnement difficile, d’utiliser un drone capable de suivre les contours de la canopée autour d’un volcan afin d’échantillonner les gaz horizontalement et verticalement. Cela permet d’obtenir des données en temps réel sur la variation du panache éruptif par rapport à l’altitude. Le drone est plus performant que les satellites qui ne peuvent calculer qu’une valeur moyenne sur tout le panache.
Les scientifiques du JPL peuvent programmer le Black Swift S2 en quelques minutes pour calculer la zone à explorer, puis commencer à collecter des données pour analyse immédiate et prise de décision. La fonction de pilotage automatique à bord du drone permet de le piloter à la fois en AGL (hauteur variable autonome suivant terrain) et en MSL (hauteur quasi constante). De plus, la conception modulaire du compartiment de la charge utile du Black Swift S2 permet une rotation rapide entre les circuits de vol, ce qui permet aux scientifiques de changer ou d’étalonner rapidement la charge utile du capteur ou de remplacer des composants. La société BST ajoute que les opérations de contrôle et la cartographie des missions sont effectuées à partir d’une simple tablette Android  sur laquelle on a chargé le logiciel SwiftTab de chez BST.
Source: Unmanned Aerial.

* Plus de détails sur les produits Black Swift à cette adresse: http://blackswifttech.com/pages/products/s2/

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Drones are getting are and more popular these days and they are used in different fields of activities ranging from geology to agriculture. Some of them are also used on volcanoes, even though the presence of aggressive gases and turbulences within the craters make their use difficult, with the risk of losing this costly equipment. Jeannie Curtis on Facebook has drawn my attention to an article about the use of drones to measure carbon dioxide close to an active volcano in Costa Rica.

Black Swift Technologies (BST), a specialized engineering firm based in Boulder, Colorado, has announced a successful collaboration with NASA’s Jet Propulsion Laboratory (NASA/JPL) to capture airborne carbon dioxide (CO2) measurements via a small unmanned aircraft system (sUAS) over the forest canopy near an active volcano.

By measuring and monitoring the prevalence of volcanic gases emitted from the vents and fractures of active volcanoes, NASA/JPL hopes to better understand how volcanoes work and improve volcano eruption planning and warning capabilities.

The flights were conducted in Costa Rica in January. They used BST’s Black Swift S2 drone, equipped with sensors designed to measure CO2 and water vapour being emitted by the volcano. Future flights of the Black Swift S2 will incorporate sensors capable of measuring methane, hydrogen sulfide and sulphur dioxide, as well as a nephelometer to assess volcanic particle size and distribution, coupled with atmospheric probes to analyze pressure, temperature, humidity.

According to the partners, the flights demonstrated that a purpose-built sUAS can more accurately measure (as opposed to satellites) the compounds present in gas plumes released from vents and fractures all around volcanoes – including those obscured by tree canopy – to help quantify the life cycles of volcanoes.

A drone can go places more effectively than ground personnel or costly manned aircraft. The goal was to deploy an sUAS in a challenging environment that was capable of following the contours of the forest canopy around a volcano to sample gases horizontally and vertically to obtain real-time data on how a plume varies over altitude, as opposed to satellite observations which might just capture an average value over its entire column.

NASA/JPL scientists can program the Black Swift S2 in minutes to calculate the area under review and then begin collecting data for immediate analysis and decision-making. The autopilot function aboard the drone allows to deploy the drone at both AGL (autonomous variable height following terrain) and MSL (near constant height). Additionally, the modular design of the payload compartment of the Black Swift S2 provides for quick turn-around between flight deployments, enabling scientists to quickly change out or calibrate the sensor payload or to replace components. BST adds that mission monitoring and mapping are done from a handheld Android tablet loaded with BST’s SwiftTab software.

Source: Unmanned Aerial.

More details on the Black Swift products at this address: : http://blackswifttech.com/pages/products/s2/

Source: Black Swift Technologies

 

Hausse du niveau d’alerte de Kick’em Jenny (Mer des Caraïbes) // Alert level increased at Kick’em Jenny (Caribbean Sea)

Selon le Jamaica Observer, l’Agence nationale de gestion des catastrophes (NaDMA) a fait passer le niveau d’alerte de Kick ’em Jenny de Jaune à Orange le 12 mars 2018 « en raison de l’augmentation des activités ». En conséquence, les navires et les autres embarcations sont invités à observer la zone d’exclusion de 5 km.
En mai 2017, la NaDMA a indiqué aux habitants de la Grenade qu’ils devraient s’attendre à de nouvelles éruptions du volcan sous-marin. Depuis 1939, les épisodes éruptifs de Kick em ‘Jenny durent généralement plusieurs jours avant un retour au calme.
Kick ’em Jenny est un volcan sous-marin actif situé à environ 8 km de la côte nord de la Grenade. Le sommet s’élève à 1 300 mètres au-dessus du plancher océanique. Des éruptions ont été observées depuis 1939, année où le nuage éruptif s’est élevé à 275 mètres au-dessus de la surface de la mer.

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According to the Jamaica Observer, the National Disaster Management Agency (NaDMA) aised the alert level for Kick ’em Jenny from Yellow to Orange on March 12th, 2018 “due to increased activities”. As a consequence, ships and other marine operators are asked to observe the exclusion zone of 5 km.
In May 2017, NaDMA warned Grenadians that they should expect more eruptions of the underwater volcano, noting that volcanic episodes at Kick em’ Jenny, since 1939, usually consist of several eruptions lasting over several days before returning to repose.
Kick ’em Jenny is an active submarine volcano located about 8 km off the north shore of Grenada. Is summit rises 1 300 metres above the seafloor. Eruptions have been observed since 1939, a year when the eruptive cloud rose 275 metres above the sea surface.

Impact de l’éruption du Toba sur la population de la Terre // Impact of the Toba eruption on the Earth’s population

L’éruption du Toba sur l’île indonésienne de Sumatra il y a 74 000 ans est souvent citée comme un exemple de super éruption. On pense que c’est la plus grande éruption volcanique des deux derniers millions d’années. Le Toba a expulsé environ 10 000 fois plus de roches et de cendre que l’éruption du Mont St. Helens en 1980. Les masses de matériaux émis par le volcan ont probablement obscurci le ciel dans le monde entier. Les scientifiques pensent que l’éruption a pu plonger la Terre dans un hiver volcanique ressenti loin de l’Indonésie. Les modèles climatiques laissent supposer que les températures ont chuté de 17 degrés Celsius. Dans un univers aussi froid, les plantes ont probablement cessé de pousser, les glaciers ont peut-être progressé, le niveau de la mer a peut-être baissé et les précipitations ont peut-être ralenti.
Cependant, une nouvelle étude publiée le 12 mars 2018 dans la revue Nature avance l’idée que les humains ont non seulement survécu à l’événement; ils ont aussi prospéré. L’étude va à l’encontre des hypothèses précédentes qui prétendent que l’éruption cataclysmique a été si désastreuse qu’elle a conduit l’espèce humaine au bord de l’extinction.
En 1998, un anthropologue a établi un lien entre la catastrophe et des preuves génétiques. Sa conclusion montre qu’une réduction démographique drastique est apparue à l’époque de l’éruption du Toba. Le chercheur était persuadé que la super éruption avait fait chuter la population de la planète à seulement 10 000 personnes. Plusieurs théories catastrophistes sont par la suite apparues, à la fois dans le monde scientifique et dans l’imagination publique.
Toutefois, la dernière étude publiée en 2018 s’efforce de démontrer que ces théories sont incorrectes. A environ 9 000 kilomètres du site de la super éruption du Toba en Asie du sud-est, un anthropologue de l’Arizona State University et ses collègues ont découvert des traces de matériaux émis par le volcan sur deux sites archéologiques situés sur la côte sud de l’Afrique du Sud. La présence d’éclats de verre volcanique microscopiques éjectés par le Toba parmi des couches d’os anciens, d’outils en pierre et de feux allumés par des humains a permis à l’équipe scientifique d’observer directement et pour la première fois l’impact de l’éruption sur la population humaine.
Les résultats de ces découvertes ont surpris les chercheurs. Si la théorie avancée en 1998 – effet de réduction drastique de la population par l’éruption – était correcte, il y aurait moins de signes d’occupation humaine dans la couche de sol au-dessus de celle présentant des traces de la super éruption du Toba. En fait, l’équipe scientifique a constaté qu’après l’événement catastrophique, il y avait plus de signes d’occupation humaine. Non seulement les humains semblaient s’être adaptés au traumatisme causé par l’événement, mais ils avaient aussi prospéré. Cela ne veut pas dire que l’hiver volcanique provoqué par l’éruption du Toba n’a jamais eu lieu, mais le  refroidissement qui a suivi l’éruption a pu pousser ces êtres préhistoriques à se diriger vers la côte où ils ont pu survivre.
Cependant, tous les scientifiques ne sont pas d’accord avec cette interprétation. Certains expliquent que les dernières recherches ne soutiennent pas l’hypothèse d’une catastrophe climatique mondiale suite à l’éruption du Toba. Ils font référence à une étude publiée cette année sur une couche de cendre similaire analysée dans le lac Malawi en Afrique de l’Est. Là, les scientifiques n’ont détecté aucun signe que la température du lac avait chuté de manière significative après l’événement, ce qui laisse supposer qu’il n’y a pas eu d’hiver volcanique, et cela met à mal l’idée d’un déclin de la population humaine provoqué par l’éruption du Toba.
Source: Presse américaine.

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The eruption of Toba volcano on the Indonesian island of Sumatra 74,000 years ago is often cited as an example of a super eruption. It is said to be the largest volcanic eruption of the last two million years. It expelled roughly 10,000 times more rock and ash than the 1980 Mount St. Helens eruption. So much ejecta probably darkened skies worldwide, causing scientists to speculate that it might have plunged the Earth into a volcanic winter whose chill could be felt far from Indonesia. Climate models suggest that temperatures may have plummeted by as much as 17 degrees Celsius. In such a cold world, plants may have ceased growing, glaciers may have advanced, sea-levels may have dropped and rainfall may have slowed.

However, a new study published on March 12th, 2018, in Nature suggests that humans not only survived the event; they also thrived. The study counters previous hypotheses, which suggested that the cataclysmal eruption was so disastrous it caused the human species to teeter on the brink of extinction.

In 1998, an anthropologist linked the proposed disaster to genetic evidence that suggested a population bottleneck had occurred around the same time. He was certain that the Toba super eruption had caused the human population to decline to some 10,000 people. Several dramatic theories became popular, both in the scientific world and in the public imagination.

The latest study, however, suggests that those theories are incorrect. About 9,000 kilometres from the site of the Toba super eruption in Southeast Asia, an anthropologist at Arizona State University, and his colleagues discovered signs of its debris at two archaeological sites on South Africa’s southern coast. The appearance of microscopic glass shards once ejected by the Toba event amid layers of ancient bones, complex stone tools and evidence of human fires allowed the team to directly observe the volcano’s impact on the human population for the first time.

The results surprised the researchers. Should the theory suggested in 1998 be correct, there would be fewer signs of human occupation in the layer of soil above the one with the signs of the Toba super eruption. Actually, the scientific team saw the opposite: After the catastrophic event, there were more signs of human occupation. Not only did humans appear to adapt to the trauma caused by the event, they also thrived. That doesn’t mean Toba’s volcanic winter never occurred. The global chill that followed the eruption may have driven these prehistoric humans to the coast where they were able to survive.

However, not all experts agree with that interpretation. They say the latest research does not buttress the case for a global climate catastrophe following the Toba eruption. They point to a study published this year of a similar ash layer within Lake Malawi in East Africa. There, scientists found no signs that the lake’s temperature dropped significantly after the event, which suggests that there was no volcanic winter, and further challenging the idea of a human population decline resulting from the Toba eruption.

Source: American press.

Site de l’éruption du Toba vu depuis l’espace (Source: NASA)

La lune et le Ruapehu (Nouvelle Zélande) // The Moon and Mt Ruapehu (New Zealand)

Des scientifiques américains du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA ont établi un lien entre les cycles des marées et l’éruption soudaine du Ruapehu en 2007. Ils pensent même que cette corrélation apparente pourrait offrir une solution pour prévoir les futures éruptions. Cependant, des scientifiques néo-zélandais ont émis des doutes et critiquent la méthodologie utilisée pour cette étude qui a été publiée dans la revue Scientific Reports.
L’étude a montré comment, juste avant l’éruption soudaine du Ruapehu le 25 septembre 2007, l’activité sismique à proximité du cratère correspondait étroitement aux changements bimensuels de la force de la marée. En examinant les données couvrant une douzaine d’années, les chercheurs ont constaté que cette corrélation entre l’amplitude du signal sismique et les cycles des marées est apparue seulement dans les trois mois précédant l’éruption de 2007.
Les marées terrestres sont gérées quotidiennement par l’attraction lunaire. Au cours des pleines et nouvelles lunes, l’attraction lunaire s’aligne avec celle du soleil, ce qui rend l’amplitude des marées un peu plus importante. Au cours du premier et du dernier quartier, l’amplitude des marées est légèrement plus faible. Alors que les marées sont généralement considérées comme une montée et une baisse des eaux, les contraintes gravitationnelles peuvent également affecter la croûte de notre planète. Beaucoup de recherches ont été effectuées afin de savoir si la force de marée peut déclencher des éruptions volcaniques, mais aucune réponse vraiment fiable n’a été fournie.
Les chercheurs du JPL qui ont travaillé sur le Ruapehu ont adopté un angle d’approche différent et ont recherché s’il existait un signal détectable associé à la force des marées et qui pourrait être une indication de l’approche d’une éruption. Ils ont choisi d’étudier le Ruapehu, d’une part parce que son activité est étroitement surveillée depuis des années par GNS Science, et d’autre part  parce qu’ils étaient particulièrement intéressés par les données provenant des capteurs sismiques situés près du cratère.
L’équipe scientifique s’est penchée sur 12 années de données sismiques et a recherché les périodes où apparaissait une corrélation entre la sismicité et les cycles lunaires. Les chercheurs ont constaté que pendant la majeure partie de cette période de 12 ans, il n’existait pas de corrélation entre l’activité sismique et les cycles lunaires, à l’exception des trois mois qui ont précédé l’éruption phréatique de 2007. Tandis que les fluctuations de l’amplitude sismique étaient subtiles, la force de la corrélation avec le cycle des marées atteignait 5 sigma, ce qui signifie que la probabilité que ce modèle soit dû au hasard était d’environ un sur 3,5 millions. [NDLR : 5 sigma est une mesure de la confiance des scientifiques à l’égard de leurs résultats.]
Pour comprendre comment la force des marées a pu avoir une influence sur le comportement du Ruapehu pendant ces trois mois, les chercheurs ont utilisé un modèle de tremor sismique qu’ils avaient développé précédemment. Il montre que lorsque la pression de la poche de gaz sous le volcan atteint un niveau critique – niveau auquel une éruption phréatique devient possible – les différentes contraintes associées au changement de force des marées étaient suffisantes pour changer l’amplitude du tremor. Ils sont persuadés que ce fut le cas en 2007. Lorsque la pression dans le système est devenue critique, elle est devenue sensible aux marées. Les scientifiques ont pu montrer que le signal était détectable. Ils voudraient maintenant recueillir plus de données concernant d’autres éruptions sur d’autres volcans pour voir si le signal de marée est apparu ailleurs.
Comme je l’ai écrit plus haut, les scientifiques néo-zélandais ont exprimé des doutes sur les résultats de l’étude et ont regretté l’absence de nombreux paramètres sismiques. Un chercheur néo-zélandais a déclaré que « l’étude considère le mécanisme comme un piégeage des gaz provoqué par des changements dans la perméabilité des roches, mais n’aborde pas directement la résistance de ces roches […] Avec seulement deux événements abordés par l’étude – et l’un d’eux pas « prévu » par le modèle – je ne suis pas sûr qu’elle puisse avoir une valeur prédictive. »
Source: New Zealand Herald.

Cette étude m’intéresse car j’ai moi-même fait des observations sur la corrélation possible entre la pression atmosphérique et l’activité éruptive en milieu strombolien. Vous trouverez un résumé de cette étude dans la colonne de gauche de ce blog.

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US scientists at NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) have linked tidal cycles to Mt Ruapehu’s surprise eruption in 2007, and even suggest the apparent correlation could offer a new way to predict future eruptions. However, New Zealand scientists have cast doubt over that idea and questioned the methodology used for the study which was recently published in the journal Scientific Reports..

The study indicated how, just before Ruapehu’s surprise eruption on September 25th, 2007, seismic tremors near its crater became tightly correlated with twice-monthly changes in the strength of tidal forces. Looking at data for this volcano spanning about 12 years, the researchers found that this correlation between the amplitude of seismic tremor and tidal cycles developed only in the three months before this eruption.

Earth’s tides rise and fall daily due to the gravitational tug of the moon as the Earth rotates.

In full and new moons, the lunar gravitational pull lines up with that of the sun, which makes the daily tidal bulges a little larger during those moon phases. During the first and third-quarter moons, the daily tidal bulge is slightly smaller. While tides are generally thought of as rising and falling waters, gravitational stresses can also affect the planet’s solid crust. A lot of research has been focused on whether or not tidal forces can trigger eruptions, but there is no definitive evidence that they do.

The Mt Ruapehu researchers wanted to take a different angle with their study and look at whether there was some detectable signal associated with tidal forces that could tell us something about a volcano’s criticality. The researchers chose to study Ruapehu partly because its activity has been closely monitored for years by GNS Science, and were particularly interested in data from seismic sensors located near the crater.

The team worked through 12 years of seismic data, looking for any period when the seismicity was correlated with lunar cycles. They found that for most of that period, there was no correlation between tremor and lunar cycles, except the three months before 2007’s phreatic eruption. While the fluctuations in seismic amplitude were subtle, the strength of the correlation to the tidal cycle was as strong as 5 sigma, meaning that the probability that pattern arose by chance was about one in 3.5 million.

To understand how tidal forces may have been affecting Ruapehu during those three months, the researchers used a model of seismic tremor that they had developed previously. It suggested that when the pressure of the gas pocket beneath the volcano reaches a critical level — a level at which a phreatic eruption was possible — the differing stresses associated with changing tidal forces were enough to change the amplitude of tremor. They are persuaded it was what happened in 2007. When the pressure in the system became critical, it became sensitive to the tides. The scientists were able to show that the signal was detectable. They would like to collect more data from other eruptions and other volcanoes to see if the tidal signal showed up elsewhere.

As I put it above, New Zealand scientists expressed doubts about the results of the study and explained that many seismic parameters were missing. One NZ researcher said that « the paper considers the mechanism to be one of gas trapping driven by changes in rock permeability, but doesn’t directly address the strength of this rock […] With only two events addressed by the paper – and one of them not « predicted » by the model – I am not confident that it would have any predictive value. »

Source: New Zealand Herald.

I was interested in this study as I have myself made observations about the possible correlation between atmospheric pressure and Strombolian activity. You will find an abstract of this study in the left-hand column of this blog.

Photos: C. Grandpey