Catégorie : volcans

Volcanisme stratosphérique et isotopes du sulfate // Stratospheric volcanism and sulphate isotopes

Dans les archives glaciaires, les éruptions volcaniques du passé sont associées à des pics de concentration de sulfate. Pour estimer la contribution volcanique aux variations climatiques passées, il est nécessaire de pouvoir faire la différence, dans ces enregistrements, entre les éruptions stratosphériques, à fort impact climatique, et les éruptions troposphériques, d’impact faible et local. L’étude des isotopes du sulfate (soufre et oxygène), permet de faire cette distinction et d’établir un inventaire des éruptions stratosphériques enregistrées à Dôme C, Antarctique, sur les 2600 dernières années. Cette étude a été réalisée par l’Institut des géosciences de l’environnement de l’Université de Grenoble et le Laboratoire de géologie de Lyon.

La glace polaire est la meilleure archive en terme de paléovolcanisme. Les reconstructions du volcanisme passé se basant sur l’analyse des carottes de glace sont nombreuses. Elles permettent d’estimer l’effet refroidissant du volcanisme et ses conséquences climatiques, dû aux interactions entre aérosols d’acide sulfurique d’origine volcanique, et le rayonnement solaire incident.

Différencier, dans les enregistrements volcaniques polaires, les éruptions troposphériques des éruptions stratosphériques (à forte conséquence climatique) est crucial pour estimer l’impact climatique naturel exercé par le volcanisme dans le passé. La découverte d’une signature isotopique particulière sur le sulfate volcanique formé dans la stratosphère a permis d’établir une reconstruction des éruptions stratosphériques enregistrées à Dôme C, Antarctique, sur les 2600 dernières années.

Jusqu’alors, les reconstructions volcaniques ont été faites à partir d’enregistrements volcaniques bipolaires (carottes de glace issues d’Antarctique et du Groenland), et reposent sur le principe qu’une éruption stratosphérique, à fort impact climatique, entraîne un dépôt global de sulfate, mis en évidence par comparaison de carottes de glace de pôles opposés. Les émissions soufrées issues d’une éruption dite troposphérique ont, quant à elles, une faible durée de vie dans cette basse couche de l’atmosphère, et leur incidence climatique reste négligeable. Cette approche, dite bipolaire, nécessite une excellente synchronisation et datation des carottes de glace entre elles.

En 2010-2011, 5 carottes de glace de 100 mètres de long ont été collectées à Dôme C en Antarctique et ensuite rapatriées à Grenoble. Ces carottes ont été analysées et échantillonnées dans le but de reconstruire une histoire du volcanisme stratosphérique des 2600 dernières années, par la méthode isotopique.

Cette première reconstruction des éruptions stratosphériques par la méthode isotopique fournit une validation indépendante des reconstructions antérieures. Elle met en évidence des évènements stratosphériques de hautes latitudes, non bipolaires mais néanmoins significatifs d’un point de vue climatique. Il arrive en effet que les aérosols issus d’une éruption stratosphérique localisée dans les hautes latitudes se cantonnent à un seul hémisphère. L’analyse isotopique révèle également, en profondeur, des signaux troposphériques jusqu’alors considérés comme bipolaires. Elle permet donc d’affiner les précédentes reconstructions.

Tandis que l’analyse isotopique du soufre renseigne sur la nature de l’éruption, l’analyse isotopique de l’oxygène révèle un effondrement du traceur suite à deux éruptions majeures. Cette évolution du signal isotopique reflète soit une altitude d’injection particulièrement importante, soit un épuisement de l’ozone atmosphérique, provoqué par une large injection de composés halogénés.

Etendue à d’autres régions et d’autres types de sites, cette approche isotopique constitue un outil intéressant pour affiner et compléter les reconstructions du volcanisme passé, et à terme, pour mieux quantifier l’impact du volcanisme sur le climat.

Source : Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG).

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In glacial records, volcanic eruptions of the past are associated with peaks of sulphate concentration. To estimate the volcanic contribution to past climatic variations, it is necessary to be able to make a diffrence, in these recordings, between stratospheric eruptions, with high climatic impact, and tropospheric eruptions, of weak and local impact. The study of sulphate isotopes (sulphur and oxygen) makes it possible to make this distinction and to establish an inventory of the stratospheric eruptions recorded at Dome C, Antarctica, over the last 2600 years. This study was carried out by the Institute of Environmental Geosciences of Grenoble University and the Geology Laboratory of Lyon.
Polar ice is the best archive in terms of paleovolcanism. The reconstructions of past volcanism based on the analysis of ice cores are numerous. They make it possible to estimate the cooling effect of volcanism and its climatic consequences, due to the interactions between sulphuric acid aerosols of volcanic origin, and the incident solar radiation.
Differentiating in polar volcanic recordings tropospheric eruptions from stratospheric (high climatic) eruptions is crucial for estimating the natural climatic impact of volcanism in the past. The discovery of a particular isotopic signature on the volcanic sulphate formed in the stratosphere has made it possible to establish a reconstruction of the stratospheric eruptions recorded at Dome C, Antarctic, over the last 2600 years.
Up to now, volcanic reconstructions have been made from bipolar volcanic records (ice cores from Antarctica and Greenland), and are based on the premise that a stratospheric, climate-impacting eruption results in a global sulphate deposition, highlighted by comparison of ice cores from opposite poles. The sulphur emissions resulting from a so-called tropospheric eruption have, for their part, a short life in this low layer of the atmosphere, and their climatic incidence remains negligible. This so-called bipolar approach requires excellent synchronization and dating of the ice cores.
In 2010-2011, five 100-meter-long ice cores were collected at Dome C in Antarctica and then repatriated to Grenoble. These cores were analyzed and sampled with the aim of reconstructing a history of stratospheric volcanism of the last 2600 years by the isotopic method.
This first reconstruction of stratospheric eruptions by the isotopic method provides an independent validation of previous reconstructions. It highlights stratospheric events of high latitudes, non-bipolar but nevertheless significant from a climatic point of view. Aerosols from a stratospheric eruption located in high latitudes may be confined to a single hemisphere. Isotopic analysis also reveals, in depth, tropospheric signals previously considered as bipolar. It allows to refine previous reconstructions.
While isotopic analysis of sulphur provides information on the nature of the eruption, isotopic analysis of oxygen reveals a collapse of the tracer after two major eruptions. This evolution of the isotopic signal reflects either a particularly high injection altitude, or a depletion of atmospheric ozone, caused by a large injection of halogenated compounds.
Extended to other regions and other types of sites, this isotopic approach is an interesting tool to refine and complete reconstructions of past volcanism, and ultimately to better quantify the impact of volcanism on the climate.
Source: Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG).

L’analyse isotopique des sulfates volcaniques permet de différencier les éruptions stratosphériques (en rouge), à fort impact climatique, des éruptions troposphériques (en bleu), d’incidence climatique négligeable et locale. Les éruptions enregistrées à Dôme C (Antarctique) sur les 2600 dernières années sont majoritairement d’origine stratosphérique.

Popocatepetl (Mexique): Hausse du niveau d’alerte // The alert level has been raised

Suite aux explosions à répétition des derniers jours, les autorités mexicaines ont décidé le 28 mars de faire passer le niveau d’alerte du volcan de la couleur Jaune Phase 2 à la couleur Jaune Phase 3. Comme je l’ai indiqué précédemment, les explosions sont dues à la destruction du dôme de lave qui s’est formé dans le cratère.
Source: CENAPRED.

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Following the repetitive explosions of Popocatepetl during the past days, Mexican authorities decided to raise the alert level for the volcano from Yellow Phase 2 to Yellow Phase 3 on March 28th, 2019. As I put it before, the explosions are caused by the destruction of the lava dome that built up in the crater.
Source: CENAPRED.

Volcans du monde // Volcanoes around the world

Tout est calme sur le Kilauea (Hawaii), tellement calme que le niveau d’alerte volcanique vient de redescendre à Normal et l’alerte aérienne a été abaissée de Jaune à Vert. Sismicité, déformation et émissions gazeuses sont faibles, que ce soit au sommet du volcan ou le long de l’East Rift Zone.

Source : HVO.

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Au Kamchatka, la couleur de l’alerte aérienne pour le Karymsky et le Sheveluch est maintenue à l’Orange car des explosions accompagnées de panaches de cendre pouvant atteindre 10 à 15 km d’altitude peuvent se produire à tout moment et affecter le trafic aérien.

La couleur de l’alerte aérienne pour le Bezymianny a été abaissée au jaune. Toutefois on observe toujours d’importantes émissions de gaz et de vapeur.

Source : KVERT.

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GeoHazards indique qu’une activité volcanique élevée persiste à Ambrym (Vanuatu)  et devrait se poursuivre sans grands changements. Les zones de danger dans la caldeira se limitent à 1 km autour du Benbow et 2 km autour des cratères du Marum. La zone de sécurité pour les personnes inclut la Zones d’Exclusion Permanente du Benbow et la Zone de Danger A du Marum. Une zone de danger supplémentaire au sud-est d’Ambrym a té mise en place à moins de 1 km des principales fractures.
Les fractures qui se sont ouvertes dans le sud-est d’Ambrym pendant l’éruption de décembre 2018 peuvent continuer à s’ouvrir en raison de l’érosion. Une forte sismicité peut continuer à affecter ces fractures ainsi que les zones autour des cratères actifs où l’on observe des émissions de vapeur. Comme je l’ai écrit précédemment, les lacs de lave dans les cratères du Benbow et du Marum ont disparu le 16 décembre 2018.

Le niveau d’alerte pour Ambrym est à 2 depuis le 14 février 2019.

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L’activité du Popocatepetl (Mexique) n’a guère évolué depuis la semaine dernière, avec les habituelles émissions de gaz et de vapeur, ponctuées de temps à autre par une explosion de cendre et de matériaux incandescents suite à la destruction, sous la pression des gaz, du dôme de lave qui s’est mis en place dans le cratère.

Le niveau d’alerte reste à la couleur Jaune, Phase 2.

Source : CENAPRED.

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L’Observatoire Volcanologique et Sismologique de Guadeloupe n’a pas l’air de s’inquiéter, mais un essaim sismique d’origine volcanique a débuté le samedi 23 Mars 2019 à 04h01 (heure locale) dans la zone du volcan de La Soufrière. Cette séquence sismique continue avec 147 événements depuis son début. Les séismes sont de très faible magnitude (M < 1) at aucun d’eux n’a été ressenti par la population. Les événements ont été localisés à une profondeur d’environ 2.5 km sous le sommet du dôme de La Soufrière.

Le niveau d’alerte reste à la couleur Jaune, Vigilance.

Rappelons que la zone d’accès au sommet du volcan a été réduite il y a quelques semaines suite à l’intensification de certaines fumerolles.

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Au cours de ma conférence intitulée «Volcans et risques volcaniques», j’informe le public que la dernière éruption du Fuego (Guatemala) en juin 2018, a tué 332 personnes ; c’est le bilan officiel publié par le gouvernement guatémaltèque. En fait, personne ne sait exactement combien de personnes sont mortes sous les coulées pyroclatiques qui ont rayé le village de San Miguel Los Lotes de la carte. J’ai lu récemment que le bilan était de 202 morts et 229 disparus, mais on pense généralement qu’il est près de 1 000. Après des mois de tests, y compris l’envoi d’échantillons à l’étranger, environ 110 restes de corps n’ont pas pu être identifiés. Le processus d’analyse est terminé ; 202 personnes ont été identifiées et leurs restes remis aux familles pour l’inhumation. Pour les autres, il se peut qu’il y ait des doublons de personnes déjà identifiées.
L’INSIVUMEH (responsable de la surveillance volcanique) et la CONRED (responsable de la gestion des catastrophes au Guatemala) ont été tenus responsables de la mauvaise gestion de la crise éruptive. Les deux institutions se sont même accusées mutuellement. Aujourd’hui, l’INSIVUMEH dispose de davantage d’équipements (stations sismiques, écrans de contrôle, etc.) pour tenter d’anticiper l’activité volcanique. Il y a aussi une meilleure collaboration avec la CONRED. Espérons que la prochaine éruption du Fuego sera moins meurtrière que des leçons auront été tirées de celle de juin 2018.

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Everything is quiet on Kilauea Volcano (Hawaii), so quiet that the volcanic alert level has just been lowered from Advisory to Normal. The aviation colour code has been lowered from Yellow to Green.  The rates of seismicity and deformation as well as the gas emissions are low at the summit and along the East Rift Zone.

Source: HVO.

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In Kamchatka, the aviation colour code for Karymxky and Sheveluch is Orance because ash explosions up to 10-15 km a.s.l. could occur at any time and affect air traffic

The aviation colour code for Bezymianny has been lowered to Yellow. However, a strong gas-steam activity continues.

Source: KVERT.

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GeoHazards indicates that volcanic activity at Ambrym is continuing at the level of major unrest and is likely to continue at this level. The Danger Zones at the caldera remain at 1 km around Benbow and 2 km around Marum craters. The Danger Zone for life safety remains limited at the Permanent Exclusion Zone at Benbow and Danger Zone A at Marum. An additional Danger Zone at the South-East of Ambrym remains within 1 km from major cracks.
Open cracks in the South-East Ambrym area during the December eruption 2018 may continue to open due to erosion. Major seismicity could continue to affect these cracks and areas around the active craters with emissions of steam. As I put it before, the lava lakes in Benbow and Marum craters have disappeared since December 16th, 2018.

The alert level for Ambrym has been at 2 since February 14th, 2019.

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Activity at Popocatepetl (Mexico) has not much changed since last week, with the usual gas and steam emissions, punctuated from time to time by an explosion of ash and incandescent materials due to the destruction, under the pressure of gases, of the lava dome in the crater.
The alert level remains at Yellow, Phase 2.

Source: CENAPRED.

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The Volcanological and Seismological Observatory of Guadeloupe does not seem to worry, but a seismic swarm of volcanic origin began on Saturday, March 23rd, 2019 at 04:01 (local time) in the Soufrière volcano area. This seismic sequence continues with 147 events since its beginning. The earthquakes are of very small magnitude (M <1) and none of them has been felt by the population. The events are located at a depth of about 2.5 km beneath the summit of the dome of La Soufrière.
The alert level remains at Yellow, Watch.
One should bear in mind that the access area at the top of the volcano was reduced a few weeks ago following the intensification of some fumaroles.

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During my conference entitled « Volcanoes and volcanic risks », I inform the public that Fuego’s latest eruption in Guatemala in June 2018 killed 332 persons, which is the government’s official death toll. Actually, no one knows for sure how many people died under the pyroclatic flows which wiped the village of San Miguel Los Lotes from the map. I have read recently that the toll was 202 dead and 229 missing, but it is generally thought that it is close to 1,000. After months of testing, which included sending some samples abroad, about 110 remains cannot be identified. The analysis process has come to an end and 202 people were identified and their remains handed to family for burial. As for the rest of the remains, some could be duplicates from people already identified.

Both INSIVUMEH (in charge of volcano monitoring) and CONRED (which manages disasters in Guatemala) were held responsible for the poor management of the eruptive crisis. They even accused each other of mismanagement. Today, INSIVUMEH has got more equipment (seismic stations, monitors, etc) to try to anticipate volcanic activity. There is also a better collaboration with CONRED. Let’s hope Fuego’s next powerful eruption will be less deadly than the June 2018 event.

Vue de San Miguel Los Lotes avant et après l’éruption du Fuego (Source: CONRED)

Mesure de l’épaisseur des coulées de lave // How to measure the thickness of lava flows

Au cours des premières années de l’éruption du Kilauea au niveau du Pu’uO’o, les scientifiques de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) ont mesuré l’épaisseur des coulées de lave en effectuant des relevés manuels en bordure de chaque coulée. Le volume de la coulée était ensuite calculé en multipliant sa surface par son épaisseur moyenne. Le débit éruptif était égal à ce volume divisé par la durée de l’éruption en secondes. Pendant la première année d’activité du Pu’uO’o en 1983, le débit éruptif a été estimé entre 15 et 65 mètres cubes par seconde. Cependant, cette méthode ne tenait pas compte de toutes les variations d’épaisseur des coulées à travers le champs de lave. Par exemple, de nombreuses coulées a’a, comme la coulée de lave émise par la Fracture n° 8 en 2018, abritent un chenal ou une cavité vide. En conséquence, si l’on suppose que la coulée présente une épaisseur constante, on surestime le volume de la lave ainsi que le débit éruptif.
En 1993, les scientifiques ont utilisé un radar aéroporté et survolé Kilauea à un peu moins de 8 km d’altitude. Le radar pouvait élaborer une image des coulées de lave avec une précision de 1 à 2 mètres. Il était également en mesure de fournir des milliers de points de hauteur de la surface de chaque coulée de lave, et pas seulement l’épaisseur en bordure de coulée, comme cela se faisait auparavant. Le volume d’une coulée calculé de cette manière (hauteur de la surface du sol avant la éruption soustraite de la hauteur de la lave de 1993) était légèrement supérieur à celui calculé avec la méthode classique de mesure manuelle en bordure des coulées.

Un progrès dans la mesure de l’épaisseur des coulées est intervenu avec l’arrivée du LIDAR [Light (ou Laser Imaging) Detection And Ranging], appareil qui émet un faisceau laser et en reçoit l’écho (comme le radar), ce qui permet de déterminer la distance d’un objet. Le LIDAR a été embarqué à bord d’avions ou d’hélicoptères et a envoyé des milliards d’impulsions laser en direction du sol. On a ainsi obtenu une foule de données précises (à quelques centimètres près) sur l’épaisseur des coulées de lave.
Au cours des dernières années, les géologues ont obtenu des résultats semblables en hélicoptère, en prenant des photos numériques superposées du sol, avec pour chaque cliché les coordonnées GPS de l’appareil photo. Les logiciels informatiques utilisant la “Surface-from-Motion” (SfM) technique – Surface à partir du Mouvement – peuvent identifier automatiquement les emplacements communs sur des photos adjacentes et réaliser une image 3 D des hauteurs du sol à partir de centaines de photos. Un autre avantage est que les photos peuvent être assemblées pour produire une carte haute résolution, en mosaïque de photos, de la zone observée.
Lors de l’éruption dans l’East Rift Zone du Kilauea en 2018, des appareils photo ont été embarqués sur des drones. A partir de quelque 2 800 photographies aériennes, le logiciel SfM a calculé 1,5 milliard de points communs qui ont été connectés pour créer un modèle altimétrique numérique à l’échelle du centimètre de la coulée de lave dans le district de Puna. Un modèle pré-éruptif obtenu avec le LIDAR a été soustrait du modèle réalisé avec la technique SfM du drone pour produire une carte d’épaisseur des coulées de lave. Une première version de cette carte, publiée sur le site web du HVO le 19 février 2019, est visible ci-dessous. (https://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/kilauea/multimedia_maps.html)

En utilisant cette première ébauche de la carte, on peut obtenir une estimation approximative du volume total de lave émis au cours de l’éruption : environ 0,8 kilomètre cube. En tenant compte des cavités dans la lave et en divisant par la durée de l’éruption, on obtient un débit éruptif minimum d’environ 50 à 200 mètres cubes par seconde. Ce débit éruptif est nettement supérieur à la plupart de ceux enregistrés lors des précédentes éruptions du Kilauea.

Source: USGS / HVO.

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During the first few years of Kilauea Volcano’s eruption at Pu’uO’o, Hawaiian Volcano Observatory (HVO) scientists measured thicknesses using hand levels at multiple locations along the edges of each lava flow. The flow volume was then calculated as the product of the flow area multiplied by the average flow thickness. The eruption rate equalled this volume divided by the duration of the eruption in seconds. For the first year of Pu’uO’o activity in 1983, calculated eruption rates were 15-65 cubic metres per second. However, this method did not rale into account all the variations of lava flow thicknesses across flows. For example, many a’a flows, like Kilauea’s fissure 8 lava flow in 2018, host an empty lava channel. If they assumed that the flow was uniformly as thick as the height of its edges, scientists would overestimate the lava flow volume as well as the eruption rate.

In 1993, scientists used an airborne radar flown over Kilauea at an altitude of just under 8 km. The radar could image a lava flow with accuracies of 1-2 metres and determine thousands of surface elevations for each lava flow, not just a few thicknesses along its edge. Flow volumes calculated this way (pre-eruption elevations of the ground surface subtracted from the 1993 elevations of a lava flow) were slightly higher than those calculated with the simpler method of measuring thicknesses along flow edges.

The next improvement in measuring flow thickness was the development and use of Light Detection and Ranging (LIDAR). Specialized equipment was flown over an area by airplane or helicopter, from which billions of laser pulses showered down to the ground. This produced details on lava flow surface elevations accurate to a few centimetres.

Over the last few years, similar results have been obtained by geologists in helicopters snapping overlapping digital photos of the ground, each tagged with the camera’s GPS coordinates. Computer software, using the “Surface-from-Motion” (SfM) technique, can automatically identify common locations in adjacent photos and assemble a 3-dimensional image of ground elevations from hundreds of photos. A bonus is that the photos can be stitched together to produce a single, high-resolution, photo mosaic map of the area.

During Kilauea’s 2018 lower East Rift Zone eruption, cameras on drones did the photography. Using about 2,800 aerial photographs, the SfM software calculated 1.5 billion common points that were connected to create a centimetre-scale digital elevation model of the Puna lava flow. A pre-eruption LIDAR digital elevation model was subtracted from the drone SfM digital elevation model of the erupted flows to produce a lava flow thickness map. A preliminary version of this map was posted on the HVO website on February 19, 2019 and can be seen here below. (https://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/kilauea/multimedia_maps.html)

Using the preliminary map, one can calculate a rough estimate of the total volume of lava erupted and added to the land surface: about 0.8 cubic kilometres. When corrected for voids in the lava and divided by the duration of the eruption, this yields a minimum eruption rate of about 50-200 cubic metres per second. This eruption rate is significantly larger than most known Kilauea eruption rates.

Source : USGS / HVO.

Source: USGS / HVO

La Fracture n°8 a émis d’énormes quantité de lave dans l’East Rift Zone  en 2018 (Crédit photo : USGS /HVO)