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Prévision de l’activité éruptive par la couleur de la végétation // Prediction of eruptive activity by vegetation colour

En volcanologie, on sait que la modification des feuilles des arbres peut indiquer qu’un volcan montre des signes d’activité et risque d’entrer en éruption. Grâce à une nouvelle collaboration entre la NASA et la Smithsonian Institution, des scientifiques pensent désormais pouvoir détecter depuis l’espace les changements intervenus dans la végétation.
Lorsque le magma traverse la croûte terrestre, il libère du dioxyde de carbone et d’autres gaz qui remontent eux aussi à la surface. Les arbres qui absorbent ce dioxyde de carbone deviennent plus verts la végétation devient plus luxuriante. Ces changements sont visibles sur les images des satellites de la NASA, comme le Landsat 8, ainsi que sur celles des instruments à bord des vaisseaux spatiaux.
Dix pour cent de la population mondiale vit dans des zones exposées aux risques volcaniques. Il est impossible de prévoir les éruptions volcaniques. Il est donc essentiel de prendre en compte les premiers signes d’activité volcanique dans l’intérêt de la sécurité publique, en particulier aux États-Unis qui sont l’un des pays les plus volcaniques au monde.
Lorsque le magma remonte vers la surface avant une éruption, il libère des gaz, notamment du dioxyde de carbone (CO2) et du dioxyde de soufre (SO2). Les composés soufrés sont facilement détectables depuis l’espace. Cependant, les émissions de CO2 – qui précèdent celles de SO2 – et indiquent qu’un volcan est prêt à se réveiller, sont difficiles à détecter depuis l’espace.
La détection à distance du verdissement de la végétation par le dioxyde de carbone est susceptible d’offrir aux scientifiques un outil supplémentaire – en complément de la sismicité et du gonflement du sol – pour se faire une idée de ce qui se passe sous le volcan.
Les volcans émettent beaucoup de dioxyde de carbone, mais la quantité de CO2 déjà présente dans l’atmosphère est telle qu’il est souvent difficile de mesurer précisément celle d’origine volcanique. Si les éruptions majeures peuvent expulser suffisamment de dioxyde de carbone pour être mesurables depuis l’espace grâce à des capteurs comme l’Orbiting Carbon Observatory 2 de la NASA, la détection de ces signaux d’alerte pré-éruptive, beaucoup plus faibles, reste difficile.
De ce fait, les scientifiques doivent se rendre sur le terrain pour mesurer directement le dioxyde de carbone. Parmi les quelque 1 350 volcans potentiellement actifs dans le monde, beaucoup se trouvent dans des régions reculées ou sur des terrains montagneux difficiles d’accès. La surveillance du dioxyde de carbone sur ces sites est donc difficile, coûteuse et parfois dangereuse. C’est pourquoi des équipes de volcanologues se sont associées à des botanistes et à des climatologues pour observer les arbres afin de surveiller l’activité volcanique. De nombreux satellites peuvent être utilisés pour effectuer ce type d’analyse. Les scientifiques ont comparé les images recueillies par le Landsat 8, le satellite Terra de la NASA, le Sentinel-2 de l’Agence spatiale européenne et d’autres satellites d’observation de la Terre pour surveiller les arbres autour de l’Etna en Sicile. Les observations ont montré une forte corrélation entre la couleur des feuilles des arbres et le dioxyde de carbone généré par le magma.
La validation de l’imagerie satellitaire par les observations sur le terrain est un défi que certains climatologues relèvent en effectuant des relevés d’arbres autour des volcans. Lors de la mission Airborne Validation Unified Experiment: Land to Ocean de mars 2025 avec la NASA et la Smithsonian Institution, les scientifiques ont utilisé un spectromètre installé sur un avion pour analyser les couleurs de la végétation au Panama et au Costa Rica. Un groupe de chercheurs a collecté des échantillons de feuilles d’arbres près du volcan Rincon de la Vieja au Costa Rica tout en mesurant les niveaux de dioxyde de carbone. Ces travaux ont permis une interaction entre écologie et volcanologie. Les chercheurs s’intéressent non seulement à la réaction des arbres au dioxyde de carbone volcanique, un signe avant-coureur d’une éruption, mais aussi à la quantité que les arbres sont capables d’absorber, ce qui est une fenêtre sur l’avenir de la Terre lorsque tous les arbres de la planète seront exposés à des niveaux élevés de dioxyde de carbone.
Toutefois, l’utilisation des arbres comme indicateurs du dioxyde de carbone volcanique présente des limites. De nombreux volcans présentent des environnements où les arbres ne sont pas en nombre suffisant pour être photographiés par satellite. Dans certains environnements forestiers, les arbres réagissent différemment aux variations des niveaux de dioxyde de carbone. De plus, les incendies, les conditions météorologiques changeantes et les maladies des plantes peuvent compliquer l’interprétation des données satellitaires sur les gaz volcaniques.
Cependant, les observations du dioxyde de carbone d’origine volcanique présentent de nombreux avantages. Une équipe scientifique a modernisé le réseau de surveillance du volcan Mayon, aux Philippines, en y intégrant des capteurs de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre. En décembre 2017, des chercheurs philippins ont utilisé ce système pour détecter les signes d’une éruption imminente et ont conseillé des évacuations de la zone autour du volcan. Plus de 56 000 personnes ont été évacuées en toute sécurité avant le début d’une éruption majeure le 23 janvier 2018. Grâce aux alertes précoces, aucune victime n’a été à déplorer.
On peut donc conclure que l’utilisation des satellites pour surveiller les arbres autour des volcans peut permettre aux scientifiques d’avoir un aperçu plus précoce de l’activité volcanique.
Source : NASA.

Végétation en milieu volcanique en Nouvelle Zélande (Photo : C. Grandpey)

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Scientists know that changing tree leaves can indicate when a nearby volcano is becoming more active and might erupt. In a new collaboration between NASA and the Smithsonian Institution, scientists now believe they can detect these changes from space.

As volcanic magma ascends through the Earth’s crust, it releases carbon dioxide and other gases which rise to the surface. Trees that take up the carbon dioxide become greener and more lush. These changes are visible in images from NASA satellites such as Landsat 8, along with airborne instruments.

Ten percent of the world’s population lives in areas susceptible to volcanic hazards. There’s no way to prevent volcanic eruptions, which makes the early signs of volcanic activity crucial for public safety and the United States is one of the world’s most volcanically active countries.

When magma rises underground before an eruption, it releases gases, including carbon dioxide and sulfur dioxide. The sulfur compounds are readily detectable from orbit. But the volcanic carbon dioxide emissions that precede sulfur dioxide emissions – and provide one of the earliest indications that a volcano is no longer dormant – are difficult to distinguish from space.

The remote detection of carbon dioxide greening of vegetation potentially gives scientists another tool — along with seismic waves and changes in ground height—to get a clear idea of what’s going on underneath the volcano.

Volcanoes emit a lot of carbon dioxide, but thereis so much existing carbon dioxide in the atmosphere that it is often hard to measure the volcanic carbon dioxide specifically. While major eruptions can expel enough carbon dioxide to be measurable from space with sensors like NASA’s Orbiting Carbon Observatory 2, detecting these much fainter advanced warning signals has remained elusive.

Because of this, scientists must trek to volcanoes to measure carbon dioxide directly. However, many of the roughly 1,350 potentially active volcanoes worldwide are in remote locations or challenging mountainous terrain. That makes monitoring carbon dioxide at these sites labor-intensive, expensive, and sometimes dangerous.

This why seceral volcanologists have joined forces with botanists and climate scientists to look at trees to monitor volcanic activity. Plenty of satellites cen be used to do this kind of analysis. Scientists have compared images collected with Landsat 8, NASA’s Terra satellite, ESA’s (European Space Agency) Sentinel-2, and other Earth-observing satellites to monitor trees around Mount Etna in Sicily. They have shown a strong correlation between tree leaf color and magma-generated carbon dioxide.

Confirming accuracy on the ground that validates the satellite imagery is a challenge that some climate scientists are tackling with surveys of trees around volcanoes. During the March 2025 Airborne Validation Unified Experiment: Land to Ocean mission with NASA and the Smithsonian Institution, they deployed a spectrometer on a research plane to analyze the colors of plant life in Panama and Costa Rica. A group of investigators collected leaf samples from trees near the active Rincon de la Vieja volcano in Costa Rica while also measuring carbon dioxide levels. The research is a two-way interdisciplinary intersection between ecology and volcanology. The researchers are interested not only in tree responses to volcanic carbon dioxide as an early warning of eruption, but also in how much the trees are able to take up, as a window into the future of the Earth when all of Earth’s trees are exposed to high levels of carbon dioxide.

Relying on trees as proxies for volcanic carbon dioxide has its limitations. Many volcanoes display environments twith not enough trees for satellites to image. In some forested environments, trees respond differently to changing carbon dioxide levels. Moreover, fires, changing weather conditions, and plant diseases can complicate the interpretation of satellite data on volcanic gases.

However, volcanic carbon dioxide observations show many benefits. A scientific team upgraded the monitoring network at Mayon volcano in the Philippines to include carbon dioxide and sulfur dioxide sensors. In December 2017, government researchers in the Philippines used this system to detect signs of an impending eruption and advocated for mass evacuations of the area around the volcano. Over 56,000 people were safely evacuated before a massive eruption began on January 23, 2018. As a result of the early warnings, there were no casualties.

One can conclude that using satellites to monitor trees around volcanoes may give scientists earlier insights into volcanic activity.

Source : NASA.

La Courbe de Keeling en danger // The Keeling Curve at risk

Au début du 20ème siècle, on soupçonnait que la concentration de CO2 atmosphérique pouvait augmenter en raison de la combustion des combustibles fossiles. Cependant, les mesures de ce gaz étaient relativement peu nombreuses et elles variaient considérablement.
En 1953, Charles David Keeling, un chercheur californien, s’est impliqué dans un projet étudiant les équilibres entre le carbonate dans les eaux de surface, le calcaire et le CO2 atmosphérique. Il a constaté des variations significatives dans les concentrations de CO2 à Pasadena, probablement dues à l’industrie, et a ensuite transféré son équipement d’échantillonnage à Big Sur, près de Monterey. Là, il a commencé à prélever des échantillons d’air tout au long de la journée et de la nuit et a rapidement détecté une tendance diurne assez déconcertante. L’air contenait plus de CO2 la nuit que pendant la journée et, après correction des effets de la vapeur d’eau, il y avait à peu près la même quantité de CO2 chaque après-midi, soit 310 ppm. Il a répété ces mesures dans les forêts tropicales de la péninsule Olympique et les forêts de haute montagne de l’Arizona. Partout, les résultats étaient les mêmes : un fort comportement diurne avec des valeurs stables d’environ 310 ppm l’après-midi. La nuit, la concentration de CO2 était fortement influencée par la respiration des plantes et des sols.
En 1956, les mesures de Charles Keeling ont attiré l’attention des chercheurs de la Scripps Institution of Oceanography. Keeling a proposé un programme d’ampleur mondiale basé sur des analyseurs de gaz infrarouges pour mesurer la concentration atmosphérique de CO2 dans plusieurs endroits isolés du monde, notamment la station du pôle Sud et le Mauna Loa à Hawaï. Keeling a acheté quatre analyseurs de gaz infrarouges. L’un d’eux a été installé sur le Mauna Loa en mars 1958 et, le premier jour de fonctionnement, l’instrument a enregistré une concentration atmosphérique de CO2 de 313 ppm. À la surprise de Charles Keeling, la concentration de CO2 au Mauna Loa avait augmenté de 1 ppm en avril 1958 pour atteindre un maximum en mai, puis a commencé à diminuer pour atteindre un minimum en octobre. Après cela, la concentration a de nouveau augmenté et a répété le même schéma saisonnier en 1959. Les climatologues ont observé pour la première fois que la nature prélevait du CO2 de l’air pour la croissance des plantes pendant l’été et le restituait chaque hiver suivant. En 1959, la concentration moyenne avait augmenté et avait encore augmenté en 1960. Charles Keeling avait ainsi fait deux découvertes spectaculaires : celle de la « respiration » saisonnière naturelle de la planète et celle de l’augmentation du CO2 atmosphérique due à la combustion de combustibles fossiles par l’industrie.

 

Observatoire du Mauna Loa (Photo : C. Grandpey)

Au début des années 1970, cette courbe a suscité une attention particulière et a joué un rôle clé dans le lancement d’un programme de recherche sur l’effet de l’augmentation du CO2 sur le climat. Depuis lors, l’augmentation est inexorable et montre une relation remarquablement constante avec la combustion de combustibles fossiles.
Les données du Mauna Loa peuvent désormais être replacées dans le contexte des variations du CO2 au cours des 400 000 dernières années, sur la base de reconstitutions à partir de carottes de glace polaire. Pendant les périodes glaciaires, les niveaux de CO2 étaient d’environ 200 ppm, et pendant les périodes interglaciaires plus chaudes, les niveaux étaient d’environ 280 ppm.
À l’avenir, si le taux de combustion des combustibles fossiles continue d’augmenter selon une trajectoire régulière, le CO2 pourrait vite atteindre des niveaux de l’ordre de 1 500 ppm.

 

Source : Scripps Instiyution of Ocaeanography

Confirmant ce que j’ai écrit sur le « saccage climatique » du président Trump, la NOAA craint que les coupes budgétaires de l’Administration affectent gravement les mesures de CO2. Les concentrations de gaz en 2024 ont atteint des niveaux record, et la tendance se poursuit en 2025.
Aujourd’hui, le fils de Charles David Keeling, le professeur Ralph Keeling, poursuit les travaux de son père en analysant des échantillons d’air prélevés partout dans le monde dans des ballons de verre de la taille des ballons de volley-ball. Ce qui l’inquiète le plus, ce sont les coupes budgétaires prévues par l’administration Trump, qui réduiraient considérablement la recherche climatique à la NOAA, notamment la collecte continue d’échantillons de CO2. « Ce serait un coup dur si ces travaux cessaient », a déclaré Ralph Keeling. « Pas seulement pour moi personnellement, mais pour la communauté scientifique et pour le monde entier. »

Source : CBS News, NOAA, Scripps Institution.

 

Concentrations de CO2 le 9 mai 2025. On se rend compte que les concentrations ont augmenté de 7 ppm en un an pour atteindre un niveau record de plus de 430 ppm! (Source : Scripps Institution of Oceanography)

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In the first part of the 20th century it was suspected that the concentration of atmospheric CO2 might be increasing in the atmosphere due to fossil fuel combustion. However there were relatively few measurements of this gas and they varied widely.

In 1953 Charles David Keeling became involved in a project investigating the equilibria between carbonate in surface waters, limestone and atmospheric CO2. He found significant variations in CO2 concentration in Pasadena, probably due to industry, and later took his sampling equipment to Big Sur near Monterey. There he began to take air samples throughout the day and night and soon detected an intriguing diurnal pattern. The air contained more CO2 at night than during the day and after correcting for the effects of water vapor, had about the same amount of CO2 every afternoon, 310 ppm. He repeated these measurements in the rain forests of Olympic peninsula and high mountain forests in Arizona. Everywhere the data were the same:  strong diurnal behaviour with steady values of about 310 ppm in the afternoon. At night time, the CO2 concentration was heavily influenced by respiration from local plants and soils.

In 1956 Charles Keeling’s measurements came to the attention of researchers at Scripps Institution of Oceanography. Keeling proposed a global program based on infrared gas analyzers to measure the atmospheric CO2 concentration at several remote locations around the world including the South Pole station and at Mauna Loa in Hawaii. Keeling bought four infrared gas analyzers. One of these was installed at Mauna Loa in March 1958 and on the first day of operation recorded an atmospheric CO2 concentration of 313 ppm. To Charles Keeling’s surprise, however, the CO2 concentration at Mauna Loa had risen by 1ppm in April 1958 to a maximum in May when it began to decline reaching a minimum in October. After this the concentration increased again and repeated the same seasonal pattern in 1959. Climate scientists were witnessing for the first time nature’s withdrawing CO2 from the air for plant growth during summer and returning it each succeeding winter. In 1959 the average concentration had increased and increased still further in 1960. Charles Keeling had thus made two dramatic discoveries: Firstly, of the natural seasonal “breathing” of the planet and secondly, of the rise in atmospheric CO2 due to the combustion of fossil fuels by industry.

By the early 1970s this curve was getting serious attention, and played a key role in launching a research program into the effect of rising CO2 on climate. Since then, the rise has been relentless and shows a remarkably constant relationship with fossil-fuel burning.

The Mauna Loa record can now be placed in the context of the variations in CO2 over the past 400,000 years, based on reconstructions from polar ice cores. During ice ages, the CO2 levels were around 200 ppm, and during the warmer interglacial periods, the levels were around 280 ppm.

Looking ahead, if the rate of fossil-fuel burning continues to rise on a regular trajectory, CO2 will continue to rise to levels of order 1500 ppm.

Confirming what I wrote about President Trump’s « climate rampage », NOAA fears that the Administration budget cuts might severely affect CO2 measurements. The gas concentrations in 2024 were higher than ever before in recorded history, and the trend is continuing in 2025.

Today, Charles David Keeling’s son, Professor Ralph Keeling continues his father’s work, analyzing air samples collected from around the planet inside volleyball-like flasks. He recently said : « The headline, sadly, is the same every year, is that we keep breaking records. And it’s concerning. » What also concerns him are cuts proposed by the Trump Administration that would slash climate research at NOAA, such as the ongoing collection of CO2 samples. « It would be a big blow if that work stopped, » Ralph Keeling said. « Not just for me personally, but for the community and for the world at large. »

Source : CBS News, NOAA, Scripps Institution.

Le CO2 de La Palma (Îles Canaries) // Carbon dioxide at La Palma (Canary Islands)

L’éruption de la Cumbre Vieja, sur l’île espagnole de La Palma, aux Canaries, a fait la Une des médias pendant plusieurs semaines, entre le 19 septembre et le 13 décembre 2021. Avec 85 jours d’activité, il s’agit de l’éruption volcanique la plus longue et la plus dévastatrice jamais observée à La Palma. Les dégâts causés par le volcan s’élèvent à 843 millions d’euros. La coulée de lave a recouvert plus de 1 000 hectares et entraîné l’évacuation d’environ 7 000 personnes.

Image webcam de l’éruption

Cependant, la lave n’est pas le seul danger lié à l’éruption. Les concentrations de dioxyde de carbone étaient considérables, menaçant la santé des habitants. Des mois après la fin de l’éruption, les scientifiques ont découvert que le volcan avait provoqué une réaction sismique inattendue qui libérait dans l’air de dangereuses quantités de CO2, jusque là piégé dans le sol. Pendant la période d’évacuation, certaines zones de la ville ont connu des concentrations de CO2 atteignant 480 000 parties par million, soit plus de 400 fois la limite acceptable. On a retrouvé des oiseaux et des chats morts près des garages et des caves. Pendant deux ans, la plage de sable noir de Puerto Naos est restée déserte, avec des panneaux où l’on pouvait lire « Peligro !» (« Danger ! »).
En 2022, des scientifiques et les autorités locales ont lancé Alerta CO2, un projet de 4 millions d’euros financé par le gouvernement espagnol pour surveiller les niveaux de ce gaz à grande échelle. Aujourd’hui, Puerto Naos et La Bombilla sont équipés de plus de 1 300 détecteurs de CO2, faisant de ces villages les plus surveillés au monde.
Le projet a non seulement permis à environ 80 % des propriétaires de revenir, mais pourrait également servir d’exemple à d’autres localités confrontées à des catastrophes environnementales. Après l’éruption et l’évacuation de Puerto Naos, on s’est demandé si le majestueux hôtel Meliá La Palma allait pouvoir reprendre ses activités. Trois ans plus tard, il tourne à plein rendement. L’hôtel compte 55 détecteurs de CO2, discrètement placés dans les couloirs, les restaurants et le salon. La plupart des clients ne les remarqueront même pas. Mais si les concentrations deviennent trop élevées, une alerte se déclenche dans les bureaux voisins d’Alerta CO2.
Sur leurs écrans, les experts qui travaillent à Alerta CO2 peuvent surveiller les données de chaque logement de Puerto Naos et de La Bombilla grâce à leurs détecteurs. Les niveaux normaux doivent être inférieurs à 770 ppm. Si les concentrations de CO2 dépassent 1 000 ppm de manière continue pendant 30 minutes, les pompiers du bureau voisin interviennent auprès du domicile ou du commerce concernés où les habitants sont invités à sortir et à aérer l’espace. Cela peut se traduire par une simple ouverture des fenêtres ou, dans certains bâtiments, par l’utilisation de purificateurs d’air conçus par l’équipe d’Alerta CO2.
Personne ne sait combien de temps il faudra pour que le sol cesse de rejeter du CO2, car il n’existe aucun outil scientifique permettant de prédire la fin du problème. Toutefois, les niveaux ont constamment baissé au cours du second semestre 2024, ce qui a permis aux habitants de retourner chez eux et de travailler. Les 139 premières personnes sont rentrées en décembre 2023, et le nombre a progressivement augmenté depuis. Plus de 900 foyers et entreprises de Puerto Naos et de La Bombilla ont désormais été autorisés à rouvrir.
Des zones sont toujours fermées autour de Puerto Naos et de La Bombilla, et plusieurs parkings souterrains et sous-sols sont toujours fermés, avec des panneaux « Danger !». Le long de la promenade, un voyant vert clignote sur les détecteurs de CO2, rappelant constamment que la zone n’est pas encore totalement sûre. Le gouvernement régional de La Palma a créé l’application Smart Island, qui permet de consulter les niveaux de CO2 en temps réel. De leur côté, les commerçants font de leur mieux pour rassurer leurs clients.
Source : The Christian Science Monitor.

À noter que l’éruption de La Palma figure sur la couverture du livre « Histoire de Volcans – Chroniques d’éruptions ».

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  An eruption at the Cumbre Vieja volcano, on the Spanish island of La Palma in the Canary Islands, took place between 19 September and 13 December 2021. At 85 days, it is the longest known and the most damaging volcanic eruption on La Palma. The total damage caused by the volcano amounts up to 843 million euros. The lava flow covered over 1,000 hectares, prompting the evacuation of around 7,000 people.

However, lava was not the only hazard from the eruption. Concentrations of carbon dioxide spiked as well, threatening locals’ health. Months after the eruption stopped, scientists discovered that the volcano had caused an unexpected seismic reaction that released hazardous levels of CO2, once trapped in the ground, into the air. During the evacuation period, some areas in town had reached air concentrations of CO2 as high as 480,000 parts per million, over 400 times the acceptable limit. There were dead birds and cats on the ground close to garages and basements. For two years, the black sand beach of Puerto Naos on La Palma was deserted, with signs reading “Peligro!” (“Danger!”).

In 2022, scientists and local authorities launched Alerta CO2, a 4 million-euro project funded by Spain’s national government to monitor gas levels on a large scale. Now, there are more than 1,300 CO2 detectors in Puerto Naos and La Bombilla, making the villages the most monitored in the world for the gas.

The project has not only allowed around 80% of homeowners to return, but could also provide lessons for other communities facing environmental disaster going forward. After the volcano erupted and the town was evacuated, there were questions about whether the majestic Meliá La Palma hotel in Puerto Naos would get back on its feet. Three years later, it is at full capacity. There are 55 CO2 detectors spread throughout the hotel, discreetly placed in hallways, inside the restaurants, and in the lounge area. Most guests will never even notice them. But if concentration levels get too high, an alert goes off in the nearby offices of Alerta CO2.

On the computer screens, experts can monitor the data from each of the homes in Puerto Naos and La Bombilla using their detectors. Normal levels should be below 770 ppm. If the CO2 concentrations go above 1,000 ppm continuously for 30 minutes, firefighters in the office next door make a call to the home or business where people are encouraged to go outside and air out the space. That can mean simply opening the windows or, in some buildings, using the air purifiers that the Alerta CO2 team devised.

Nobody knows how long it will take for the ground to stop releasing CO2 because there are no scientific tools to forecast the end of the problem. But levels consistently went down in the last half of 2024, which has allowed people to return to their homes and businesses. The first 139 people returned in December 2023, and returnees have progressively increased since then. Over 900 homes and businesses in Puerto Naos and La Bombilla have now been authorized to reopen.

There are still zones closed off around Puerto Naos and La Bombilla, and several underground parking lots and basements remain sectioned off with “Danger!” signs. Along the boardwalk, a green light flashes on the outdoor CO2 detectors, a constant reminder that the area is not 100% safe yet. The La Palma regional government has created the Smart Island app, where people can see outdoor CO2 levels in real time. Local business owners are doing their best to reassure clients.

Source : The Christian Science Monitor.

https://www.csmonitor.com/

Inclusions fluides et chambres magmatiques du Kilauea (Hawaï) // Fluid inclusions and magma chambers at Kilauea Volcano (Hawaii)

Dans un épisode de la série Volcano Watch, publié le 13 mars 2025, des scientifiques de l’Observatoire Volcanologique d’Hawaï (HVO) ont essayé de déterminer la profondeur de la chambre magmatique à l’origine des éruptions du Kilauea. Ils expliquent que lorsque le magma remonte de 100 km de profondeur sous la surface, la pression chute et des bulles se forment, Emprisonnées dans des cristaux en train de se développer, ces minuscules bulles ont été baptisées inclusions fluides par les scientifiques.

Sur des volcans comme le Kilauea, les bulles sont principalement constituées de CO2. La densité du CO2 dans une inclusion fluide dépend de la pression à laquelle le magma était soumis lorsque le CO2 était piégé dans un cristal. Plus la profondeur (et donc la pression) du magma est importante sous la surface, plus la densité du CO2 est élevée, ce qui permet d’obtenir une indication précise de la profondeur à laquelle le magma était stocké.

En mesurant la densité de CO2 dans de nombreuses inclusions fluides, les scientifiques peuvent déterminer la profondeur à laquelle le gaz a été piégé dans les cristaux, et donc la profondeur à laquelle le magma était stocké avant l’éruption. En septembre 2023, le Kilauea est entré en éruption dans la caldeira sommitale. Une équipe scientifique de l’Université de Californie à Berkeley (UCB) et du HVO a alors procédé à une série rapide de manipulations. L’objectif était de déterminer si les inclusions fluides peuvent être analysées en temps quasi réel afin de fournir des informations sur les profondeurs de stockage du magma lors d’une éruption.

Image de l’éruption de 2023 (Crédit photo: USGS)

Les scientifiques du HVO ont collecté des échantillons de téphra et les ont envoyés à l’UCB. Dès réception des échantillons, les scientifiques de l’UCB ont commencé leurs travaux de laboratoire vers 9 heures (heure locale). Ils ont broyé les échantillons, sélectionné et poli des cristaux d’olivine pour trouver les inclusions fluides, et mesuré leur densité de CO2 à l’aide d’un spectromètre Raman. L’opération consiste à envoyer une lumière monochromatique sur l’échantillon et à analyser la lumière diffusée.
À la fin de la journée, vers 19 heures, les données concernant 16 cristaux avaient été collectées et analysées. Les données, partagées avec le HVO, ont montré que le magma qui avait provoqué l’éruption avaient été stocké dans le réservoir magmatique le moins profond du Kilauea, à une profondeur de 1 à 2 km. Cette profondeur est typique des petites éruptions sommitales, tandis que les éruptions plus importantes, comme celle qui a eu lieu dans la Lower East Rift Zone en 2018, révèlent souvent des magmas provenant de 3 à 5 km de profondeur.

La méthode utilisée par les scientifiques de l’UCB et du HVO fonctionne bien à Hawaï, car le magma des volcans hawaïens contient très peu d’eau, ce qui a favorisé le succès des travaux sur les inclusions fluides. De nombreux autres volcans dans le monde possèdent des magmas bien plus riches en eau, auxquels les travaux d’inclusion fluide ne conviendraient pas. Afin de déterminer si cette technique pouvait être appliquée à d’autres volcans que le Kīlauea, les scientifiques de l’UCB ont compilé une vaste base de données d’analyses d’inclusions fluides provenant d’autres systèmes volcaniques aux éruptions fréquentes dans le monde, notamment en Islande, dans les îles Galápagos, le rift est-africain, à la Réunion, dans les îles Canaries, les Açores et au Cap-Vert. Il convient de noter que tous ces volcans sont situés au-dessus d’un point chaud, comme à Hawaï. Par conséquent, les volcans de ces régions sont suffisamment dépourvus d’eau pour que la méthode des inclusions fluides soit efficace.

En fin de compte, l’étude a démontré que la technique mise en œuvre par l’UCB et le HVO peut être appliquée avec succès pour fournir en temps quasi réel, lors d’éruptions volcaniques, des informations sur la profondeur de la source magmatique sur de nombreux volcans à travers le monde.

Source : USGS / HVO.

 

Microphotographies d’inclusions fluides (images a et b) piégées dans des cristaux d’olivine présents dans des échantillons de roche prélevés le 10 septembre 2023, lors de l’éruption sommitale du Kīlauea (a-b, à gauche). Les données fournies par ces inclusions fluides, recueillies sur trois jours, révèlent que le magma a résidé dans la chambre magmatique peu profonde de l’Halemaʻumaʻu (HMM) avant l’éruption. La chambre magmatique profonde de la Caldeira Sud (SC) est également représentée (c, à droite). [Source : USGS]

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In an episode of the series Volcano Watch, published on March 13th, 2025, scientists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) tried to determine the depth of the storage chamber that is the source of the eruptions. They explain that as magma rises from 100 km deep beneath the surface, the pressure drops, and bubbles form. When trapped within growing crystals, these tiny bubbles are called fluid inclusions.

At volcanoes like Kīlauea, the bubbles are primarily CO2. The density of CO2 in a fluid inclusion is sensitive to the pressure the magma was under when the CO2 was trapped in a crystal. The greater the depth (and pressure) the magma was below the surface, the higher the CO2 density, providing a precise record of magma storage depths.

By measuring CO2 densities in lots of fluid inclusions, scientists can determine the depth at which the gas became trapped in crystals, and hence the depth of magma storage before eruption.

In September 2023, Kīlauea erupted within the summit caldera, and a team of scientists from the University of California Berkeley (UCB) and from HVO carried out a rapid response exercise.

They wanted to determine whether fluid inclusions could be analyzed in near-real-time to provide information on magma storage depths during an eruption.

HVO scientists collected tephra samples and mailed them to UCB. Upon sample receipt, the UCB scientists began their laboratory work around 9 a.m. (local time). They crushed the samples, picked out and polished olivine crystals to find the fluid inclusions, and measured their CO2 densities using a Raman spectrometer.

By the end of the day, around 7 p.m., data from 16 crystals had been collected and analyzed. The data, which was shared with HVO, showed that the erupted magmas had been stored in Kīlauea’s shallowest magmatic reservoir at 1–2 km depth prior to the eruption. This depth is relatively typical of small summit eruptions whereas larger eruptions, like the 2018 Lower East Rift Zone eruption, often reveal magmas coming from 3–5 km depth.

The method used by UCB and HVO scientists works well in Hawaii because the magma in Hawaiian volcanoes contains very little dissolved water, a key to the success of the fluid inclusion work. Many other volcanoes around the world have magmas with far more water, at which the fluid inclusion work would not work. To determine whether this technique could be applied to other volcanoes besides Kīlauea, UCB scientists compiled a large database of analyses of melt inclusions from other frequently erupting volcanic systems in the world, including Iceland, Galápagos Islands, East African Rift, Réunion, Canary Islands, Azores, and Cabo Verde. Is should be noted that all these volcanoes are located above a hotspot, like in Hawaii. As a consequence, volcanoes in these places are sufficiently “dry” for the fluid inclusion method to be successful.

Ultimately, the study demonstrated that this technique can successfully be applied to provide information on the source depth of the magma erupting at the surface in near-real-time during eruptive events at many different volcanoes globally.

Source : USGS / HVO.