Alaska) : Predicting eruptions is not easy

L’Alaska héberge 54 volcans actifs, soit 80% du volcanisme actif aux États-Unis. Avant de nombreuses éruptions récentes, la hausse de la sismicité, l’augmentation du tremor volcanique et/ou des déformations rapides du sol ont été observées par les scientifiques de l’Alaska Volcano Observatory (AVO). Ces précurseurs peuvent aider à prévoir les éruptions volcaniques. Ils sont particulièrement importants en Alaska où les conditions météorologiques peuvent empêcher la détection d’autres précurseurs tels que les émissions de vapeur et de gaz, ou les anomalies thermiques par les satellites et les caméras. Cette détection est importante car elle permet d’informer les pilotes des conditions de vol. Il ne faut pas oublier que le trafic aérien est intense entre l’Amérique et l’Asie dans cette partie du monde.
Différents types de précurseurs peuvent apparaître à l’échelle de mois, de semaines, de jours ou même d’heures avant une éruption. Cependant, de telles indications d’une éruption imminente ne sont pas toujours observables sur tous les volcans d’Alaska. Il suffit de prendre l’exemple du Pavlof pour s’en rendre compte. Le Pavlof (2440 m) est un stratovolcan situé dans l’arc volcanique des Aléoutiennes. Il reste muet et est réticent à donner des indices sur une éruption imminente.
Les éruptions récentes du Pavlof en 2013, 2014 et 2016 n’ont pas montré d’activité sismique préalable, et l’éruption de 2007 n’a montré une activité sismique que quelques heures avant l’événement. Les observations satellitaires du volcan confirment que des éruptions du passé se sont produites sans provoquer de déformation préalable du sol.
L’étude de la lave émise par le Pavlof montre que le magma alimentant les éruptions est stocké à une profondeur de plus de 20 km sous sa surface. Lorsque Pavlof n’est pas en éruption, le magma reste probablement en profondeur tandis que les gaz s’accumulent dans le système de stockage de magma profond. On pense que sous la pression des gaz le magma monte rapidement vers la surface juste avant une éruption du Pavlof. Cette situation rend difficile sur le long terme l’observation des précurseurs tels que l’activité sismique superficielle et la déformation du sol.
Le magma du Pavlof est riche en gaz, ce qui entraîne généralement des éruptions explosives, avec des panaches de cendres qui atteignent les hautes altitudes. Par exemple, des panaches de cendres entre 10 et 17 km de hauteur ont été générés lors d’éruptions du Pavlof en 1986, 2014 et 2016. Ces hauteurs de panaches de cendres correspondent aux altitudes de croisière habituelles des vols commerciaux. Étant donné que l’activité volcanique du Pavlof est fréquente et peut produire des panaches de cendres d’une hauteur importante, le volcan représente un danger majeur pour les 60 000 personnes qui survolent les Aléoutiennes chaque jour. C’est pourquoi les scientifiques de l’AVO surveillent attentivement l’arc en raison des dangers posés à l’aviation par le Pavlof et d’autres volcans actifs de cette région
Actuellement, l’AVO achève un projet de mise à niveau des équipements au sol existants utilisés pour surveiller les volcans des Aléoutiennes afin d’améliorer la capacité des scientifiques de l’Observatoire à prévoir les éruptions. À la suite de récentes améliorations, les scientifiques de l’AVO ont remarqué en juillet 2021 l’apparition d’un tremor volcanique sur le réseau sismique du Pavlof, ce qui indiquait le mouvement du gaz, du magma et d’autres fluides dans le sous-sol. Un mois plus tard, le Pavlof est entré dans une période éruptive qui continue actuellement. La couleur de l’alerte aérienne a été élevée à l’ORANGE, un niveau qui indique une éruption avec émissions de cendres mineures.
Le succès de la prévision de l’éruption actuelle du Pavlof laisse supposer que les améliorations apportées à l’équipement de surveillance au sol à proximité du volcan ont peut-être permis aux scientifiques de l’AVO d’identifier une sismicité qui n’avait peut-être pas pu être détectée lors des éruptions précédentes. Cela montre que les améliorations apportées aux instruments de surveillance au sol sur le Pavlof et sur d’autres volcans des Aléoutiennes donnent aux scientifiques de l’AVO un ensemble d’outils plus efficace pour potentiellement prévoir les éruptions.
Source : HVO/USGS.

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Alaska is home to 54 active volcanoes and accounts for 80% of active volcanism in the United States. Before many recent eruptions in Alaska, increases in the number of earthquakes, the appearance of volcanic tremor, and/or rapid ground displacements were observed. These precursors can help forecast volcanic eruptions. They are particularly important in Alaska, where weather can prevent other visible precursors, such as steam and volcanic gas emissions, and thermal anomalies, from being detected by satellites and cameras. This detection is important to inform pilots of the flying conditions. One should keep in mind that air traffic is intense in that part of the world between America and Asia.

Different types of precursory behaviour can occur on scales of months, weeks, days, or even hours before an eruption. However, such indications of impending eruption are not always observable at all Alaskan volcanoes. Pavlof (2440 m) is a stratovolcano located within the Aleutian volcanic arc. It has remained elusive in yielding clues to impending eruption.

Recent Pavlof eruptions in 2013, 2014 and 2016 haven’t shown precursory earthquake activity, and the 2007 eruption showed only hours of precursory earthquake activity. Further, satellite observations of the volcano show that past eruptions have occurred here without causing precursory ground deformation.

Studies of lavas from past eruptions at Pavlof show that the magma feeding these eruptions is stored deep (greater than 20 km) beneath its surface. When Pavlof isn’t erupting, magma likely remains at depth as gases accumulate within this deep magma storage system. The gas-entrained magma is thought to ascend rapidly to the surface just prior to eruption at Pavlof. This phenomenon complicates the Alaska Volcano Observatory (AVO)’s ability to observe longer-term eruption precursors such as shallow earthquake activity and ground deformation.

The gas-rich nature of magma at Pavlof commonly results in explosive eruptions, creating ash plumes that reach high altitudes. For example, ash plumes between 10 and 17 km high were generated during eruptions at Pavlof in 1986, 2014, and 2016. These ash plume heights fall in line with the typical cruising altitudes of commercial aviation flights. Since volcanic activity at Pavlof occurs frequently and can produce ash plumes of significant height, the volcano poses a major hazard to the 60,000 people that fly over the Aleutian arc each day. This is why AVO scientists carefully monitor the Aleutian arc due to the hazards posed to aviation by Pavlof and other active volcanoes there.

Currently, AVO is completing a project to upgrade existing ground-based equipment used to monitor these volcanoes to improve their ability to forecast volcanic eruptions. Following recent upgrades, in July 2021, AVO scientists noticed the onset of volcanic tremor on Pavlof’s network of seismic instruments indicating the movement of gas, magma, and other fluids in the subsurface. A month later, Pavlof entered a period of eruption that is ongoing and the color code was raised to ORANGE, indicating an eruption with minor ash emissions.

The success in forecasting Pavlof’s current eruption suggests that improvements in the ground-based monitoring equipment near the volcano may have allowed AVO scientists to identify tremor that possibly went undetected in previous eruptions. This shows that improvements made to ground-based monitoring instruments at this and other volcanoes give AVO scientists a stronger set of tools to potentially forecast eruptions.

Source: HVO / USGS.

Localisation du Pavlov sur l’arc des Aléoutiennes et séquence éruptive sur le volcan (Source: AVO)

Les mystères du Mont St Helens (Etats Unis) // Mt St Helens’mysteries (United States)

Le Mont St Helens est l’un des volcans les plus actifs de l’Arc des Cascades. C’est aussi l’un des plus étranges. La plupart des principaux volcans situés le long de cet arc s’alignent sur un axe nord-sud, là où la plaque tectonique Juan de Fuca s’enfonce sous la plaque nord-américaine, ce qui entraîne une remontée du magma à haute température depuis le manteau. Paradoxalement, le St Helens se trouve à l’ouest de cet axe, au sein d’une région d’avant-arc géologiquement assez calme.
Afin d’élucider ce mystère, une équipe scientifique de l’Université du Nouveau-Mexique à Albuquerque a récemment tenté d’effectuer une cartographie sismique du Mont St Helens. Au cours de l’été 2014, l’équipe avait déployé des milliers de capteurs destinés à mesurer les mouvements du sol autour du volcan. Ensuite, ils ont foré une vingtaine de trous qu’ils ont remplis d’explosifs. Ils ont ensuite provoqué une séquence de petits séismes et observé le déplacement des ondes sismiques sous le volcan. (Voir ma note du 31 mai 2014)
Les résultats de leurs travaux, qui viennent d’être publiés dans Nature Communications, révèlent plus de questions que de réponses. Au vu des ondes sismiques, les types de minéraux présents à la limite entre la croûte terrestre et le manteau sont nettement différents à l’est et à l’ouest du Mont St Helens, preuve que cette zone est géologiquement spéciale. Au lieu d’une chambre magmatique à haute température directement sous le volcan, les données sismiques indiquent une pénétration de serpentine froide.
Non seulement le Mont St Helens ne devrait pas se trouver là où il est, mais il ne possède pas le réservoir magmatique auquel on pourrait s’attendre compte tenu de sa violente histoire éruptive. La question est de savoir où il s’alimente. Les chercheurs pensent que la source magmatique du volcan se trouve peut-être à l’est, plus près du reste de l’arc des Cascades où le matériau dans le manteau supérieur est plus chaud. De nouvelles recherches devront être effectuées pour en savoir plus sur le comportement de cet étrange volcan
Ce que les géologues peuvent apprendre sur le Mont St Helens pourrait améliorer leur compréhension des systèmes d’arc volcanique dans le monde. Comme l’a déclaré le responsable de l’équipe scientifique: « Le Mont St Helens sort de l’ordinaire. Il nous apprend ‘quelque chose’ sur le comportement du système d’arc, mais nous ne savons toujours pas ce qu’est ce ‘quelque chose’. ».
Source: Phys.org.

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Mount St. Helens is one of the most active volcanoes of the Cascade Arc. It’s also one of the strangest. Most major volcanoes of the Cascade Arc sit neatly along a north-south line, where the wedging of the Juan de Fuca tectonic plate beneath the North American plate forces hot mantle material to rise. Mount St. Helens, however, lies to the west, in a geologically quiescent region called the forearc wedge.

Seeking answers, a scientific team at the University of New Mexico in Albuquerque recently led a seismic mapping survey of Mount St. Helens. In the summer of 2014, the team deployed thousands of sensors to measure motion in the ground around the volcano. Then, they drilled nearly two dozen holes, packed the holes full of explosives, triggered a handful of minor quakes, and watched as seismic waves bounced around beneath the mountain. (See my note of 31 May 2014)

Their analysis, which has just been published in Nature Communications, appears to have created more questions than it answered. Judging from the seismic waves, the types of minerals present at the boundary between Earth’s crust and mantle are markedly different to the east and west of Mount St. Helens, confirming that this area is geologically special. But instead of finding a hot magma chamber directly beneath the volcano, seismic data indicates a relatively cool wedge of serpentine rock.

Not only is Mount St. Helens out of place, but it also lacks the magma reserves one might expect given its violent history. The question is to know where Mount St. Helens gets its fuel from. The researchers suspect the volcano’s magma source lies to the east, closer to the rest of the Cascade Arc, where material in the upper mantle is hotter. More research will have to be performed to know more about the behaviour of this strange volcano

What geologists can learn about Mount St Helens could improve our understanding of volcanic arc systems around the world. Said the leader of the team: “Mount St. Helens is pretty unusual. It’s telling us something about how the arc system is behaving, and we don’t yet know what that something is.”

Source: Phys.org.

Profil géologique de l’Arc des Cascades (Source: USGS).

Vue du Mt St Helens en juin 2015. (Photo: C. Grandpey)

Tectonique et sismicité en Alaska // Tectonics and seismicity in Alaska

Le dernier séisme de M 7.1 qui a frappé la partie sud-ouest de l’Alaska le 24 janvier 2016 n’est pas vraiment une surprise. Comme je l’ai écrit auparavant, la région subit les effets de la subduction de la plaque Pacifique qui glisse sous la plaque nord-américaine.
L’arc des Aléoutiennes est le résultat parfait de ce phénomène. Il étend sur environ 3000 kilomètres depuis le Golfe d’Alaska à l’est jusqu’à la péninsule du Kamtchatka à l’ouest. La subduction est responsable de la naissance des îles Aléoutiennes et, au large, de la Fosse des Aléoutiennes qui plonge parfois à plus de 7800 mètres de profondeur.
L’arc des Aléoutiennes est généralement divisée en trois régions: les îles Aléoutiennes occidentales, centrales, et orientales. La plaque Pacifique se déplace vers le nord-ouest à une vitesse qui va d’environ 60 mm par an sur la bordure est de l’arc à 76 mm par an près de son extrémité ouest.
La partie orientale de l’arc des Aléoutiennes s’étend depuis la péninsule d’Alaska à l’est jusqu’aux Iles Fox à l’ouest. Le mouvement le long de cette partie de l’arc se caractérise par une convergence de perpendicularité à l’arc et la subduction de la plaque Pacifique sous l’épaisse lithosphère continentale. Cette région connaît une activité volcanique intense et présente une histoire de violents séismes.
La partie centrale des Aléoutiennes s’étend des îles Andreanof à l’est jusqu’aux Iles Rat à l’ouest. Ici, le mouvement se caractérise par une convergence de plus en plus oblique vers l’ouest et la subduction de la plaque Pacifique sous la mince lithosphère océanique. Le long de cette partie de l’arc, la zone Wadati-Benioff apparaît nettement à une profondeur d’environ 200 km. Un volcanisme actif et de puissants séismes sont présents le long de cette marge.
Les îles Aléoutiennes occidentales, entre l’extrémité occidentale des Iles Rat à l’est et les Iles du Commandeur (Russie) à l’ouest, offre une tectonique différente des parties centrale et orientale de l’arc. Le résultat est un volcanisme moins actif. En outre, cette partie de la zone de subduction n’a pas enregistré de violents séismes historiques.
L’arc des Aléoutiennes est donc une région sismique très active, comme le prouvent les nombreux séismes de forte magnitude qui se produisent chaque année.
Le premier événement très puissant pendant le 20ème siècle a été le séisme de M 8,6 qui a frappé les Iles Shumagin le 10 novembre 1938. Cet événement a été provoqué par une rupture de l’arc sur environ 300 km, avec un petit tsunami qui s’est propagé vers le sud, jusqu’à Hawaï.
Le séisme du 1er avril 1946, d’une magnitude de M8.6, sur l’Ile Unimak Island, dans la partie centrale de l’arc des Aléoutiennes, s’est caractérisé par une rupture lente suivie d’un tsunami dévastateur à grande échelle dans le Pacifique, jusqu’en Antarctique. Bien que les dégâts n’aient pas été particulièrement importants localement, la vague du tsunami est montée jusqu’à 42 mètres sur l’Ile Unimak et des vagues ont fait des victimes à Hilo (Hawaii). [Voir ma note du 1er avril 2015 à propos de cet événement]
Le puissant séisme suivant a eu lieu dans la partie centrale de l’arc des Aléoutiennes, près des Iles Andreanof le 9 mars 1957, avec une magnitude de M 8.6. La longueur de la rupture a été d’environ 1200 km, ce qui en fait la plus longue zone de répliques jamais observée le long de l’arc. D’importants dégâts ainsi que des tsunamis ont été observées sur les îles Adak et Unimak, avec des vagues d’environ 13 mètres de hauteur.
Le séisme le plus puissant de la partie orientale a été enregistré le 27 mars 1964 dans le Prince William Sound avec une magnitude de M 9.2. C’est actuellement le deuxième plus puissant séisme enregistré dans le monde après celui de M 9,5 enregistré au Chili en mai 1960. Il a été généré par une rupture d’environ 700 km entre le Prince William Sound au nord-est et l’extrémité sud de l’île Kodiak au sud-ouest. La secousse principale a été ressentie dans une grande partie de l’Alaska, ainsi que dans certaines parties du Territoire du Yukon et de la Colombie Britannique au Canada. Des dégâts très importants ont été observés à Anchorage avec les glissements de terrain qui ont suivi. Le séisme a également déclenché un tsunami dévastateur qui a causé des dégâts le long du Golfe d’Alaska, de la côte Ouest des États-Unis, et à Hawaii.
Le puissant séisme le plus occidental des îles Aléoutiennes s’est produit un an plus tard, le 4 février 1965. D’une magnitude de M 8.7, il a frappé les Îles Rat et a été marqué par une rupture d’environ 600 km. Un tsunami relativement faible a été enregistré tout au long de l’Océan Pacifique avec tout de même des hauteurs de vagues jusqu’à 10,7 mètres sur l’île Shemya et des inondations sur l’île Amchitka.
Source: USGS.

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The last M 7.1 earthquake that struck Southcentral Alaska on January 24th did not come as a real surprise. As I put it before, the region undergoes the subduction of the Pacific late beneath the North American plate.
The Aleutian arc is the perfect evidence of this phenomenon. It extends approximately 3,000 km from the Gulf of Alaska in the east to the Kamchatka Peninsula in the west. The subduction is responsible for the generation of the Aleutian Islands and the offshore Aleutian Trench which can be more than 7800 metres deep.
The Aleutian arc is generally divided into three regions: the western, central, and eastern Aleutians. The Pacific plate is moving northwest at a rate that increases from roughly 60 mm/year at the arc’s eastern edge to 76 mm/year near its western terminus.
The eastern Aleutian arc extends from the Alaskan Peninsula in the east to the Fox Islands in the west. Motion along this section of the arc is characterized by arc-perpendicular convergence and Pacific plate subduction beneath thick continental lithosphere. This region exhibits intense volcanic activity and has a history of powerful earthquakes.
The central Aleutian arc extends from the Andreanof Islands in the east to the Rat Islands in the west. Here, motion is characterized by westward-increasing oblique convergence and Pacific plate subduction beneath thin oceanic lithosphere. Along this portion of the arc, the Wadati-Benioff zone is well defined to depths of approximately 200 km. Active volcanism and powerful earthquakes are also present along this margin.
The western Aleutians, stretching from the western end of the Rat Islands in the east to the Commander Islands, Russia, in the west, is tectonically different from the central and eastern portions of the arc. The result is less active volcanism. Additionally, this portion of the subduction zone has not hosted large earthquakes in recorded history.
The Aleutian arc is a seismically active region, evidenced by the many moderate to large earthquakes occurring each year.
The first very powerful event along the arc during the 20th century was the November 10th 1938 M8.6 Shumagin Island earthquake. This event ruptured an approximately 300 km long stretch of the arc and generated a small tsunami that was recorded as far south as Hawaii.
The April 1st, 1946 M8.6 Unimak Island earthquake, located in the central Aleutian arc, was characterized by slow rupture followed by a devastating Pacific-wide tsunami that was observed as far south as the shores of Antarctica. Although damage from earthquake shaking was not severe locally, tsunami run-up heights were recorded as high as 42 metres on Unimak Island and tsunami waves in Hilo (Hawaii) also resulted in casualties. [See my note of April 1st 2015 about this event]
The next powerful earthquake occurred along the central portion of the Aleutian arc near the Andreanof Islands on March 9th 1957, with a magnitude of M8.6. The rupture length of this event was approximately 1200 km, making it the longest observed aftershock zone of all the historic Aleutian arc events. Significant damage and tsunamis were observed on the islands of Adak and Unimak with tsunami heights of approximately 13 metres.
The eastern most powerful earthquake was the March 27th 1964 M9.2 Prince William Sound earthquake, currently the second largest recorded earthquake in the world. The event had a rupture length of roughly 700 km extending from Prince William Sound in the northeast to the southern end of Kodiak Island in the southwest. Significant shaking was felt over a large region of Alaska, as well as in parts of western Yukon Territory, and British Columbia in Canada. Property damage was the largest in Anchorage with the ensuing landslides. The earthquake also triggered a devastating tsunami that caused damage along the Gulf of Alaska, the West Coast of the United States, and in Hawaii.
The westernmost Aleutians powerful earthquake followed a year later on February 4th 1965. This M8.7 Rat Islands earthquake was characterized by roughly 600 km of rupture. A relatively small tsunami was recorded throughout the Pacific Ocean with run-up heights up to 10.7 metres on Shemya Island and flooding on Amchitka Island.
Source : USGS.

Vue de l’ensemble des volcans le long de la zone de subduction entre l’Alaska et le Kamchatka

(Source : Alaska Volcano Observatory)

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Aujourd’hui, personne n’a oublié la catastrophe du Vendredi Saint 1964, que ce soit à Anchorage…. :

où à Valdez où 33 personnes ont perdu la vie sur les 115 victimes recensées en Alaska :

Le risque d’un séisme majeur existe toujours en Alaska et il faudra faire vite, très vite, pour se mettre à l’abri d’un tsunami!

Photos: Claude Grandpey

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