Modélisation 3D de la chambre magmatique du Stromboli // 3D model of Stromboli’s magma chamber

Les scientifiques de l’INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) et du CNT (Centro Nazionale Terremoti) viennent de réaliser une modélisation 3D de la chambre magmatique du Stromboli, située entre 2 et 4 km de profondeur. Ils ont pu réaliser cette tâche grâce aux images acquise par technologie tomographique, semblable à celle utilisée dans les hôpitaux. Les résultats ont été publiés dans la revue Geophysical Research Letters.
Domenico Patane, chercheur à l’INGV explique que « le projet est né de la nécessité d’en savoir plus sur la structure interne du volcan.» Pour ce faire, les scientifiques ont installé 20 stations sismiques temporaires sur l’île, en plus du réseau de 13 stations permanentes, et ils l’ont complété par 10 sismomètres au fond de la mer (Ocean-Bottom Seismometers, OBS), ce qui a permis pour la première fois d’explorer la partie sous-marine du volcan.
« La surveillance géophysique et géochimique du Stromboli au cours des dernières années a été renforcée par l’INGV, surtout après la crise éruptive de 2002-2003, le tsunami du 30 décembre 2002 et le paroxysme du 5 avril 2003 ». Les recherches ont intégré les données acquises en 2006 à bord du navire de recherche Urania du CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), en même temps que des enregistrements d’événements sismiques locaux effectués par le réseau permanent.
« Il a été possible de définir pour la première fois la géométrie de la chambre magmatique superficielle du Stromboli, qui s’étend depuis l’île proprement dite jusqu’au Strombolicchio. Ce dernier représente la cheminée centrale de l’ancien volcan, émergé il y a environ 200 000 ans au nord-est de Stromboli et aujourd’hui presque totalement érodé. »
Les images tomographiques montrent deux régions présentant des anomalies, à différentes profondeurs, là où est stocké le magma qui alimente l’activité permanente du Stromboli. De plus, grâce aux images tomographiques de la croûte de surface, les scientifiques possèdent maintenant un modèle physique en 3D de la géométrie de la chambre magmatique, ce qui devrait contribuer à l’avenir à effectuer de meilleures prévisions des phénomènes volcaniques.

Source : ANSA.it.

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Scientists from INGV (CNRS) and CNT (Centro Nazionale Terremoti) have just completed a 3D model of the magma chamber of Stromboli Volcano, located between 2 and 4 km deep. They were able to perform this task with images acquired by tomographic technology, similar to that used in hospitals. The results were published in the journal Geophysical Research Letters.
Domenico Patane, a researcher at INGV, explains that « the project was born of the need to know more about the internal structure of the volcano. » To do this, scientists installed 20 temporary seismic stations on the island, beside the network of 13 permanent stations, and completed it with 10 seismometers at the bottom of the sea (Ocean-Bottom Seismometers, OBS), allowing for the first time to explore the underwater part of the volcano.
« The geophysical and geochemical monitoring of Stromboli in recent years has been reinforced by INGV, especially after the eruptive crisis of 2002-2003, the tsunami of 30 December 2002 and the eruption of 5 April 2003 ». The research incorporated data acquired in 2006 on board the research vessel Urania of CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), together with records of local seismic events carried out by the permanent network.
« It was possible to define for the first time the geometry of the shallow magma chamber of Stromboli, which extends from the island proper to Strombolicchio. The latter represents the central chimney of the ancient volcano, emerged some 200,000 years ago northeast of Stromboli and now almost totally eroded.  »
The tomographic images show two regions with anomalies at different depths, where the magma that supplies the permanent activity of Stromboli is stored. Moreover, thanks to the tomographic images of the surface crust, scientists now possess a 3D physical model of the geometry of the magmatic chamber, which should contribute in the future to better predictions of volcanic phenomena.
Source: ANSA.it.

Source: INGV / La Sicilia

Photo: C. Grandpey

Les chambres magmatiques du Mt St Helens (Etats Unis) // The magma chambers of Mt St Helens

drapeau-anglaisDans trois notes rédigées en mai, juin et juillet 2014, j’indiquais que les scientifiques américains avaient l’intention d’utiliser des explosifs et d’enregistrer les ondes sismiques produites dans la région du Mont St Helens afin de mieux comprendre les mouvements du magma sous le volcan. Les résultats de cette campagne de mesures ont été dévoilés le 3 novembre lors d’une réunion de la Geological Society of America à Baltimore (Maryland).
Les scientifiques ont pour la première fois cartographié le système d’alimentation qui se cache sous le Mont St. Helens. Il comprendrait une énorme chambre magmatique située entre 5 et 12 kilomètres sous la surface et une autre encore plus grande entre 12 et 40 kilomètres sous la surface. La manière dont les deux chambres sont liées pourrait expliquer le déroulement de l’éruption 1980.
La détonation d’explosifs a envoyé des ondes dans la croûte et les sismomètres les ont enregistrées. En prenant en compte la durée de déplacement des ondes (elles se déplacent plus lentement dans les chambres magmatiques que dans les roches denses), les chercheurs ont pu reconstituer une image tomographique de la croûte à des profondeurs comprises entre 5 et 40 kilomètres. Pour cartographier les 5 premiers kilomètres de la croûte, ils ont placé 920 sismomètres près du sommet du volcan. Il ont enregistré les ondes produites par les explosions, mais aussi les petits séismes qui se produisent fréquemment près du St. Helens et même le bruit haute fréquence produit en permanence par la Terre elle-même. Pour terminer, ils ont installé un ensemble de 75 sismomètres qui resteront jusqu’en 2016 autour du volcan afin d’enregistrer les séismes qui permettent d’obtenir des images jusqu’à 80 kilomètres de profondeur.
Les images récoltées à partie des dernières données sismiques montrent que le Mont St. Helens pourrait ne pas être le seul volcan alimenté par la chambre magmatique profonde (juste à l’est de la chambre proche de la surface). En effet, la chambre profonde se situe entre le Mont St. Helens, le Mont Adams, et un ensemble de volcans éteints connus sous le nom de champ volcanique Indian Heaven, ce qui laisse supposer que la chambre magmatique profonde pourrait tous les alimenter.
Malgré ces dernières découvertes, beaucoup de questions restent sans réponse sur le Mont St Helens. En particulier, les scientifiques aimeraient connaître les dimensions de la chambre magmatique profonde.
Source: Science Mag: http://www.sciencemag.org/

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drapeau-anglaisIn three notes written in May, June and July 2014, I indicated that US scientists intended to detonate explosives and record the seismic waves they produce in the Mt St Helens area in order to better understand magma movements beneath the volcano. The results of the campaign were unveiled on November 3rd at a meeting of the Geological Society of America in Baltimore, Maryland.
Geoscientists have for the first time revealed the magma plumbing beneath Mount St. Helens. The emerging picture includes a giant magma chamber, between 5 and 12 kilometres below the surface, and a second, even larger one, between 12 and 40 kilometres below the surface. The two chambers appear to be connected in a way that could help explain the sequence of events in the 1980 eruption.
The detonation of explosives sent waves of energy into the crust, and the seismometers picked up reflections. Based on the expected travel times of the energy waves—they travel more slowly through magma chambers than through dense rock—the researchers could piece together a tomographic image of the crust between depths of 5 and 40 kilometres. To map the upper 5 kilometres of crust, they placed 920 seismometers near the volcano summit and monitored them not only for reflections from the explosions, but also the small earthquakes that occur frequently near Mount St. Helens and even the high-frequency noise produced constantly by Earth itself. Finally, they placed a set of 75 long-lasting seismometers around the volcano, where they will remain until 2016 to listen for earthquakes that can help produce images down to 80 kilometres.
The images they are building from that data show that Mount St. Helens might not be the only volcano fed by the deep chamber, which lies just to the east of the shallow chamber. Indeed, the deep chamber sits between Mount St. Helens, Mount Adams, and a set of extinct volcanoes called the Indian Heaven volcanic field, suggesting that the deep chamber might be supplying magma to all of them.
More questions need to be answered about Mt St Helens. Scientists would like to know how extensive the deepest magma chamber is.
Source: Science Mag: http://www.sciencemag.org/

St-Helens-blog

Adams-pour-blog

Mt St Helens & Mt Adams: Une même alimentation magmatique?

(Photos: C. Grandpey)

Les sources magmatiques du Kilauea (Hawaii) // The magma sources of Kilauea (Hawaii)

drapeau francaisSelon une nouvelle étude incluant l’analyse de traceurs chimiques des 50 dernières années d’écoulement de la lave, les éruptions du Kilauea sont alimentées par deux petits réservoirs magmatiques. L’étude indique également que le Kilauea possède une source d’alimentation plus profonde ; en effet, ces petits réservoirs magmatiques superficiels n’ont pas pu émettre à eux seuls l’énorme quantité de lave que le volcan a déversé depuis 1983.
On estime que les deux chambres magmatiques représentent un volume de moins d’un demi kilomètre cube de magma. Depuis le début de l’éruption actuelle en 1983, le Kilauea a vomi environ huit fois ce volume, avec quelque 4 kilomètres cubes de lave
Les auteurs de l’étude sont parvenus à localiser les chambres magmatiques en analysant les isotopes de plomb dans la lave du Kilauea. Les isotopes, qui sont des atomes de plomb avec des nombres différents de neutrons, retracent l’histoire de la lave depuis les profondeurs jusqu’au moment où elle sort à la surface de la Terre. Le Kilauea est un volcan avec deux rapports isotopiques de plomb très distincts dans les laves qui sortent à son sommet. Les laves avec les rapports isotopiques de plomb les plus élevés proviennent du cratère de l’Halema’uma’u alors que les laves avec des rapports plus faibles ont été émises près de la lèvre de la caldeira du Kilauea.
Ces isotopes de plomb distincts laissent supposer qu’il existe deux sources magmatiques sous le sommet du Kilauea. La source la plus profonde des éruptions – qui est aussi celle des éruptions de tous les volcans d’Hawaï – est le panache mantellique sous la croûte océanique ; il représente la clé de voûte de la théorie du «point chaud».
Les analyses chimiques correspondent aux mesures géophysiques et elles ont identifié des chambres magmatiques sous le sommet du Kilauea aux mêmes endroits. Un réservoir se trouve à moins de 2 km sous le cratère de l’Halema’uma’u, là où un lac de lave est apparu en 2008. L’autre réservoir est légèrement plus profond et plus volumineux ; il se trouve à environ 2 – 4 km sous la lèvre sud de la caldeira.
Les mesures géophysiques révèlent que les chambres magmatiques sont un peu plus volumineuses que celles indiquées par les traceurs chimiques. Cela pourrait signifier qu’elles contiennent une plus grande quantité de matière en fusion que l’indiquent les analyses chimiques.
L’étude a été publiée en mars 2015 dans la revue Earth and Planetary Science Letters.
Source: Live Science.

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drapeau anglaisAccording to a new study including the analysis of chemical tracers from the last 50 years of lava flows, Kilauea’s eruptions are fed by two small magma reservoirs. The study also suggests that Kilauea also taps a deeper source, because the shallower magma chambers are too tiny to account for all of the lava that has been emitted since 1983.

It has been estimated that the size of both magma chambers adds up to less than half a cubic kilometre of magma. Since the current eruption started in 1983, Kilauea has belched about eight times that amount of molten rock, or some 4 cubic kilometres of lava

The authors of the study located the underground magma chambers by analyzing lead isotopes in Kilauea’s lava rock. The isotopes, which are atoms of lead with different numbers of neutrons, trace the lava’s history as it travelled underground before erupting. Kilauea is a single volcano with two very distinct lead isotope ratios in its summit lavas. Lavas with higher lead isotope ratios come from Halema’uma’u Crater whereas lavas with lower ratios erupted near the caldera rim

The different lead isotopes suggest there are two magma sources beneath Kilauea’s summit.

The deeper source for Kilauea’s eruptions, as with all of Hawaii’s volcanoes, is a mantle plume beneath the oceanic crust which is the key explanation to the “hot spot” theory.

The chemistry matches up with geophysical surveys of the volcano, which have identified magma chambers under Kilauea’s summit in the same spots. One reservoir sits less than 2 km beneath Halema’uma’u Crater, where the lava lake emerged in 2008. The other reservoir is slightly deeper and larger, and rests about 2 to 4 km under the caldera’s south rim.

Separate geophysical measurements suggest the magma chambers are somewhat larger than indicated by the chemical tracing. This could mean there is more molten rock than the chemical analyses indicate.

The study was published in March 2015 in the journal Earth and Planetary Science Letters.

Source: Live Science

Kilauea source

Source:  Aaron Pietruzska / USGS.

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion): Remplissage de la chambre magmatique? // Is the magma chamber filling up?

drapeau francaisDans un article intitulé « Le Piton de la Fournaise monte en pression », le Journal de l’Ile de la Réunion expliquait le 4 décembre que le volcan « affiche un comportement qui n’avait pas été observé depuis plusieurs années ». Au vu de deux pics de sismicité enregistrés en mars et avril 2014, l’équipe scientifique de l’Observatoire pense avoir la preuve d’une réalimentation en profondeur de la chambre magmatique qui s’était vidangée lors de la méga éruption de 2007.

Les dernières éruptions mineures (dont celle de juin dernier) ont mis en jeu des poches de magma superficielles, mais il se pourrait bien que cela change. C’est surtout au niveau des déformations de l’édifice volcanique que l’évolution est la plus remarquable. Alors que le sommet continue à se contracter lentement, on observe « les indices d’une mise en pression profonde (1000 mètres sous le niveau de la mer) affectant tout l’Enclos qui se déforme » et gonfle de manière faible mais continue.

Un autre facteur révélateur de cette évolution est la présence constante de SO2 dans les émissions gazeuses au sommet du Piton.

Selon les scientifiques, ces différents paramètres – sismiques, chimiques et de déformation – sont la preuve quasi certaine de la réalimentation magmatique en profondeur du système volcanique du Piton de la Fournaise.

Reste à savoir maintenant combien de temps prendra le remplissage. Selon la formule consacrée, « une éruption est possible dans les jours ou les semaines à venir ».

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drapeau anglaisIn an article entitled « Pressure is building up at the Piton de la Fournaise », the Journal de l’Ile de la Réunion explained on December 4th that the volcano « evinces a behaviour that had not been seen for several years. » Given two peaks of seismicity recorded in March and April 2014, the scientific team of the Observatory thinks it has the evidence of a deep recharge of the magma chamber that drained during the mega eruption of 2007.
The latest minor eruptions (including that of June 2014) involved shallow magma pockets, but this may soon change. The most striking phenomenon is the deformation of the volcanic edifice. While the summit continues to contract slowly, there is « evidence of an in-depth pressurization (1,000 metres below sea level) affecting the whole Enclos which is deforming » and inflating slowly and steadily.
Another factor that confirms this evolution is the constant presence of SO2 in the gas emissions in the summit area.
According to scientists, these parameters – seismic, chemical and deformation – are a clear proof of the magma recharge of the deep volcanic system of the Piton de la Fournaise.
Now the question is: How long will the recharge take? As the usual formula goes, « An eruption is possible within days or weeks. »

Dolomieu-blog

Aucune activité dans le Dolomieu ! (Webcam OVPF)

La chambre magmatique du Kilauea (Hawaii / Etats Unis)

drapeau francaisUne étude ayant pour titre « Preuves sismiques d’un réservoir magmatique dans la croûte terrestre sous l’Upper Rift Zone du Kilauea à Hawaii » a été récemment publiée dans la revue Geology. Elle a été effectuée par des scientifiques de l’Ecole Rosensteil (Université de Miami) qui ont découvert la présence d’une chambre magmatique profonde, jusqu’alors inconnue, sous le Kilauea. Il s’agit de la première observation géophysique prouvant que des chambres magmatiques profondes existent dans le système volcanique.

Les scientifiques ont analysé le déplacement des ondes sismiques afin de comprendre la structure interne du système volcanique. Avec ces données, ils ont mis au point le modèle en 3 dimensions d’une anomalie magmatique, à partir de la vitesse de déplacement des ondes. Ils ont pu ainsi déterminer la taille, la profondeur et la composition de la chambre magmatique dont le diamètre est estimé à plusieurs kilomètres, à une profondeur entre 8 et 11 kilomètres.

Jusqu’à présent, on savait que le Kilauea présentait de petites chambres magmatiques peu profondes. Cette étude démontre pour la première fois que de vastes chambres magmatiques existent sous le volcan, dans la croûte océanique profonde. L’étude montre également que cette chambre profonde recèle 10% de magma et 90% de roche. Ce réservoir magmatique sous le Kilauea ressemble à ceux observés sous la plupart des volcans situés sur les dorsales médio-océaniques.

De nombreux petits séismes sont enregistrés sur le Kilauea et l’attention particulière portée à l’activité sismique à proximité de cette chambre magmatique permettra de mieux comprendre l’origine de la lave qui accompagnera les futures éruptions.

Source : University of Miami’s Rosenstiel School.

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drapeau anglaisA study, entitled « Seismic evidence for a crustal magma reservoir beneath the upper east rift zone of Kilauea volcano, Hawaii, » was recently published in the journal Geology. It was led by scientists at the University of Miami (UM) Rosenstiel School who uncovered a previously unknown magma chamber deep below Kilauea volcano. This is the first geophysical observation that large magma chambers exist in the deeper parts of the volcano system.

Scientists analyzed the seismic waves that travel through the volcano to understand the internal structure of the volcanic system. Using the seismic data, the researchers developed a three-dimensional velocity model of a magma anomaly to determine the size, depth and composition of the lava chamber, which is several kilometres in diameter and located at a depth of 8-11 km.

It was known before the study that Kilauea had small, shallow magma chambers. This study is the first geophysical observation that large magma chambers exist in the deep oceanic crust below. The study also showed that the deep chamber is composed of a mixture of 10-percent magma and 90-percent rock. The crustal magma reservoir below Kilauea is similar to those widely observed beneath volcanoes located at mid-ocean ridges.

Kilauea volcano produces many small earthquakes and paying particular attention to new seismic activity near this body will help better understand where future lava eruptions will come from.

Source : University of Miami’s Rosenstiel School.

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Schéma simplifié montrant la relation supposée entre le sommet du Kilauea et l’East Rift Zone  (Source: HVO)

La chambre magmatique de Yellowstone // Yellowstone’s magma chamber

drapeau francais   Des chercheurs de la Société Sismologique Américaine ont récemment déclaré au cours de leur réunion annuelle que la chambre magmatique qui sommeille sous Yellowstone est au moins 50% plus grande et plus homogène que le pensaient les scientifiques jusqu’à aujourd’hui.
La dernière éruption du Yellowstone s’est produite il y a 640 000 ans. Des éruptions moins spectaculaires ont eu lieu entre et après les grands événements ; la plus récente s’est produite il y a environ 70.000 ans. La chambre magmatique reconstituée au cours de la nouvelle étude alimentait ces petites éruptions et elle donne aujourd’hui naissance aux sources hydrothermales et aux geysers du parc. Elle est également à l’origine des épisodes de soulèvement que l’on observe de temps en temps dans le parc.
Réalisée par les départements de Géophysique et d’Informatique de l’Université de l’Utah, la première image « géoélectrique» à grande échelle du point chaud de Yellowstone révèle que, au lieu des deux grandes entités décrites jusqu’à présent, la chambre magmatique ressemble à une banane dont une extrémité bulbeuse se redresse vers le secteur NE du Parc National tandis que le reste du fruit à la forme tubulaire forme un angle vers la surface au SO. Il s’agit d’une chambre unique, d’une longueur d’environ 60 kilomètres, de 30 km de large, et de 5 à 12 km de profondeur. Le magma le plus superficiel, dans la partie nord-est, correspond également à l’activité hydrothermale la plus intense du parc.

Source: Live Science.

drapeau anglais   Researchers at the Seismological Society of America’s annual meeting recently reported that Yellowstone‘s magma chamber is at least 50% bigger and better connected than scientists thought.

The last Yellowstone eruption occurred 640,000 years ago. Smaller eruptions occurred in between and after the big blasts, most recently about 70,000 years ago.

The magma chamber seen in the new study fed these smaller eruptions and is the source of the park’s hydrothermal springs and geysers. It also creates the surface uplift that is observed from time to time in the park..

Made by University of Utah geophysicists and computer scientists, the first large-scale ‘geoelectric’ image of the Yellowstone hotspot revealed that instead of two big blobs described up to now, the Yellowstone magma chamber resembles a banana, with a bulbous end poking up toward the northeast corner of Yellowstone National Park, and the rest of the tubular fruit angling shallowly southwest. It’s a single connected chamber, about 60 kilometres long, 30 km wide, and 5 to 12 km deep.

The shallowest magma, in the northeast, also matches up with the park’s most intense hydrothermal activity.  

Source: Live Science.

Lone-Star-Geyser

Lone Star Geyser (Parc National de Yellowstone)  [Photo:  C. Grandpey]

Nouvelle approche des chambres magmatiques // A new approach of magma chambers

   Des chercheurs de l’Université de Bristol (Grande Bretagne) ont publié dans le Journal of Geophysical Research les résultats d’une nouvelle étude censée aider les scientifiques dans la compréhension des processus de formation des chambres magmatiques et le déclenchement des éruptions. La recherche a été financée par le Conseil Européen de la Recherche.

C’est bien connu : à l’issue des éruptions les plus violentes, il peut se produire l’effondrement du couvercle qui se trouve au-dessus du réservoir magmatique qui vient de se vider. Il se forme alors une dépression appelée caldeira. Il s’agit de l’un des événements les plus dévastateurs sur Terre car il menace les zones habitées à proximité et peut avoir un impact sur le climat de la planète.

L’étude, réalisée par deux étudiants du département des Sciences de la Terre de l’Université de Bristol, montre que les chambres magmatiques susceptibles de provoquer des éruptions donnant naissance à des caldeiras se développent probablement plus rapidement et avec une montée de magma initiale plus faible qu’on le pensait jusqu’à présent.

L’idée la plus répandue jusqu’à aujourd’hui était que seule une augmentation progressive de l’alimentation magmatique pouvait former la chambre magmatique de grande envergure nécessaire au déclenchement d’une forte éruption entraînant la formation d’une caldeira.

Contrairement à cette hypothèse, les modélisations informatiques réalisées par les chercheurs montrent que cette formation n’est guère possible avec une alimentation magmatique progressive. Cette alimentation doit augmenter très fortement et presque instantanément, en tout cas beaucoup plus fortement que la normale, pour donner naissance à un volumineux réservoir magmatique.

Si cette hypothèse se vérifie, il sera vraiment difficile de prévoir de telles éruptions volcaniques dans la mesure où les signes annonciateurs tels que la déformation du sol ne pourront être détectés que très peu de temps avant le début de l’éruption.

Source: The Post (This is Bristol).

 

   Researchers from Bristol University in Great Britain have unveiled in the Journal of Geophysical Research the results of a new study which is supposed to help scientists to understand magma chamber processes and volcanic eruption timing. The research was funded by the European Research Council (ERC).

It is well known that violent eruptions can lead to collapse of the solid lid above the drained magma reservoir and create a depression called a caldera. They are among the most devastating natural processes on Earth, threatening not only nearby settlements but also impacting upon the global climate.

The study by two students in Bristol’s School of Earth Sciences shows that magma chambers required for caldera-forming eruptions might grow faster and with less initial magma input than previously thought. Indeed, it was previously believed that a gradual increase in the magma input could form a large magma chamber which is necessary prior to a big caldera-forming eruption. However, the researchers’ numerical models show that this is quite difficult with a continuously rising magma influx. Instead, the magma input has to increase drastically and almost instantaneously above the background magma flux in order to create a big magma reservoir.

If such a hypothesis is confirmed, it will increase the difficulty of making volcanic eruption forecasts because precursors of an eruption such as ground deformation would be detectable just shortly before an eruption.

Source: The Post (This is Bristol).

Crater-Lake

Caldeira de Crater Lake (Etats Unis)   [Photo:  C. Grandpey]