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La datation au Carbone 14 à Hawaii // Radiocarbon dating in Hawaii

Afin d’étudier et d’essayer de prévoir le comportement d’un volcan, les géologues analysent en général les dépôts laissés par les éruptions du passé et déterminent l’âge de ces dépôts. Cette datation se fait par le carbone14 (14C), ou radiocarbone.
Les âges déterminés par la datation au carbone 14 sont exprimés en «années BP» (avant le présent). Le présent est l’année 1950 car après cette date, les essais nucléaires ont contaminé l’atmosphère avec un excès de carbone 14 (voir courbes ci-desssous).
La datation au carbone 14 a été initiée à Hawaï par Meyer Rubin, décédé en mai 2020, victime du COVID-19. Rubin a étudié à l’Université de Chicago en compagnie du prix Nobel Willard Libbey.
Meyer Rubin a commencé à travailler pour l’US Geological Survey (USGS) à Washington, D.C. où il a collaboré avec Hans Suess pour affiner la datation au carbone 14. Il a contribué à introduire cette technique à Hawaï et à la rendre accessible aux géologues.
Les premiers échantillons de carbone 14 utilisés pour dater les coulées de lave à Hawaï ont été collectés en 1955 et datés de 1958. Ils ont été découverts accidentellement à Hilo, quand un bulldozer a dégagé de la terre révélant des matières végétales carbonisées. Le premier échantillon provenait d’un ohi’a , une espèce d’arbre endémique à Hawaii et souvent associée à la déesse Pélé. L’échantillon avait un âge de 2 000 ± 250 ans BP. Le deuxième échantillon était un hapu’u, une espèce de fougère répandue à Hawaii. La datation a révélé un âge de 2070 ± 250 BP. Ces datations étaient cohérentes et proposaient un âge fiable des coulées de lave.
Un autre échantillon a été recueilli en 1959, à Wai’ohinu, dans la partie sud-est de l’île d’Hawaï. Il a été prélevé dans un cimetière, au cours du creusement d’une tombe. Un ouvrier a perforé une coulée de pahoehoe et a trouvé du charbon de bois. L’échantillon avait un âge de 3740 ± 250 ans B.P.
Ce n’est cependant qu’au début des années 1970 qu’une analyse systématique et méthodique du charbon de bois a commencé à Hawaii. Ce travail a été effectué par Jack Lockwood et Peter Lipman. Dans un article publié en 1980, les auteurs ont déclaré: «Après une vaste observation sur le terrain des contacts basaux préhistoriques et historiques des coulées de lave, nous avons effectué un travail de repérage sur le terrain pour détecter les zones de présence du charbon de bois et nous sommes maintenant en mesure de trouver du bois carbonisé sous la plupart des coulées de lave hawaïennes dans les zones de végétation.»
Avant 1974, seulement 11 coulées de lave du Mauna Loa et du Kilauea avaient été datées par la méthode du carbone 14. Très vite, avec de nouvelles connaissances sur la formation du charbon de bois, les géologues ont commencé à en prélever pour découvrir les secrets de la déesse Pélé. Jusqu’à présent, sur l’île d’Hawaï, les géologues du HVO ont recueilli plus de 1500 échantillons de charbon de bois et ont pu effectuer plus de 1000 datations au radiocarbone. Environ la moitié de ces échantillons proviennent du Mauna Loa.
Voici comment s’opère la datation au radiocarbone. La plus grande partie du carbone n’est pas radioactive, mais un isotope, le  14C, est radioactif et a une demi-vie de 5 700 ans. Le 14C est produit par décomposition radioactive de l’azote et est facilement utilisé par les plantes pour fabriquer des tissus, des fibres et du bois.
La quantité de 14C dans la plante diminue continuellement par désintégration radioactive, de sorte qu’après 5 700 ans, la quantité de 14C est de 50% de la quantité d’origine, lorsqu’elle est incorporée dans le tissu végétal. Après 5 700 autres années, la concentration chute à 25% de sa valeur initiale. Les scientifiques utilisent cette décomposition pour donner un âge au charbon de bois. Les techniques relativement nouvelles, comme le spectromètre de masse par accélérateur, peuvent théoriquement fournir des datations comprises entre 80 et 100 000 ans.
En réalité, la datation au carbone 14 est fiable jusqu’à environ 50 000 ans BP. Le carbone 14 a permis d’évaluer l’histoire géologique de l’île d’Hawaï. Grâce au regretté Meyer Rubin, à Jack Lockwood et à Peter Lipman, l’utilisation de la datation au carbone 14 a révolutionné la capacité des géologues à déterminer avec précision la date et fréquence des éruptions, et donc à découvrir la périodicité des dangers et évaluer les risques.
En permettant la datation des coulées de lave, le carbone 14 a été une véritable pierre de Rosette* pour comprendre l’histoire des volcans d’Hawaï!
Source: HVO / USGS.

* La pierre de Rosette est un fragment de stèle sur laquelle sont gravées trois écritures différentes d’un même texte et dans deux langues. Ce texte connut plusieurs tentatives de traduction avant que Champollion ne parvienne à déchiffrer les hiéroglyphes et à traduire intégralement les inscriptions.

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In order to study and try to forecast how a volcano will behave, geologists usyally analyse the deposits from past eruptions and determine the ages of those deposits. Radiocarbon dating is the principal tool of use.

Radiocarbon ages are expressed in “years BP” (Before Present). The present is the year 1950 because after that date nuclear weapons testing has contaminated the atmosphere with excess Carbon-14 ( 14C) [see graphs below]..

Radiocarbon dating was initiated in Hawaii by Meyer Rubin who died in May 2020, a victim of COVID-19. Rubin worked as a student at the University of Chicago with Nobel Prize winner Willard Libbey.

Meyer Rubin began his work with the US Geological Survey (USGS) in Washington, D.C., working with Hans Suess to refine radiocarbon dating. Meyer Rubin was instrumental in bringing radiocarbon dating to Hawaii and making this technique accessible to geologists.

The first radiocarbon samples used to date flows in Hawaii were collected in 1955 and dated in 1958. The samples were accidental finds, from Hilo, after a bulldozer cleared some land revealing carbonized plant materials. The first sample was from an ohi’a tree and yielded an age of 2,000 ± 250 years BP. A second sample, from hapu’u, gave an age of 2,070 ± 250 BP. These ages were internally consistent and yielded a reliable age of the flow.

Another sample was collected in 1959, in Wai’ohinu, on the southeast portion of the Island of Hawaii. The sample was collected in a churchyard, during the course of digging a grave, a worker broke through a pahoehoe flow and found charcoal. The sample provided an age of 3,740 ± 250 y B.P.

It was not until the early 1970s, however, that a systematic and methodical approach to charcoal recovery in Hawaii commenced. This effort was spearheaded by Jack Lockwood and Peter Lipman. In a paper published in 1980, the authors stated, “After extensive field observation of prehistoric and historic lava-flow basal contacts, we gradually developed field guidelines to predict areas of charcoal preservation and can now find carbonized wood under most Hawaiian lava flows that extend into vegetated areas.”

Prior to 1974, only 11 lava flows from Mauna Loa and Kilauea had been dated by the radiocarbon method. Soon, with new understandings of how charcoal is formed, geologists began to collect charcoal in earnest to uncover the secrets of Pele. So far, on the Island of Hawaii, HVO geologists have gathered over 1,500 charcoal samples and obtained more than 1,000 radiocarbon ages. About half of the dated material is from Mauna Loa.

Here is how radiocarbon dating works. Most carbon is not radioactive, but one isotope, 14C, is radioactive and has a half-life of 5,700 years. 14C  is produced by radioactive decay of nitrogen and is readily utilized by plants to build tissue, fiber, and wood.

The quantity of 14C  in the plant continuously diminishes through radioactive decay, so that after 5,700 years the amount of 14C is 50% of the amount when incorporated into plant tissue. After another 5,700 years, the concentration is down to 25% of its initial amount. Scientists use this decay to get an age from charcoal. The relatively new accelerator mass spectrometer techniques can theoretically provide ages between 80 and 100,000 years.

Realistically, radiocarbon dating is good to about 50,000 years BP. It has allowed to evaluate the geologic history of the Island of Hawaii. Thanks to the late Meyer Rubin, Jack Lockwood, and Peter Lipman, the use of radiocarbon dating has revolutionized grologists’ ability to firmly establish eruption frequency, unearth the periodicity of hazards, and assess risk.

One can say that for dating young lava flows, radiocarbon dating has proven to be a Rosetta Stone* for understanding the histories of Hawaii’s volcanoes!

Source : HVO / USGS.

*The Rosetta Stone is a fragment of a stele on which are engraved three different writings of the same text and in two languages. This text saw several attempts at translation before Champollion succeeded in deciphering the hieroglyphs and translating the inscriptions in full.

Influence des essais nucléaires atmosphériques (1950-1970 pour l’essentiel) sur la concentration atmosphérique en 14C.

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) : Dernières nouvelles // Latest news

17 heures (heure métropole) : L’éruption se poursuit, avec le tremor qui se maintient à un niveau relativement stable.

Ce matin, le front de coulée se trouvait à environ 1000 m d’altitude dans le haut des Grandes Pentes, à 3,8 km de la RN 2, au vu des relevés effectués à partir de la webcam du Piton Cascades.

L’OVPF indique que depuis le début de l’éruption aucune déformation significative n’a été enregistrée, et 5 séismes volcano-tectoniques superficiels ont été détectés sous la zone sommitale. A noter que l’intrusion latérale de magma vers le site éruptif le 02 avril a causé des déformations et une sismicité extrêmement faibles. Cela peut s’expliquer par le fait que la propagation latérale s’est faite dans un milieu déjà ouvert et extrêmement fragilisé par les éruptions de 2019 et février 2020 dans ce même secteur.

Pendant cette période de confinement, l’OVPF  reste mobilisé pour le suivi de cette crise à distance en télétravail et s’appuie sur l’ensemble capteurs permanents installés sur le volcan. Leurs données arrivent en temps réel sur les serveurs de l’Observatoire.

Le personnel de l’Observatoire restant confiné, il serait malhonnête de ma part de publier des photos de personnes qui ne respectent pas les mesures de confinement. La vidéo que j’ai signalée ce matin est vraiment limite !

Source : OVPF.

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17:00 (Paris time) : The eruption continues, with the tremor remaining at a relatively stable level.
This morning, the flow front was located about1000 m a.s.l., above the Grandes Pentes, 3.8 km from the RN 2, according to measurements taken from the webcam of Piton Cascades.
OVPF indicates that no significant deformation has been recorded since the beginning of the eruption. 5 shallow volcano-tectonic earthquakes have been detected beneath the summit area. It should be noted that the lateral magma intrusion toward the eruptive site on April 2nd, caused extremely low deformation and seismicity. This can be explained by the fact that the lateral intrusion took place in an already open environment that was extremely weakened by the eruptions of 2019 and February 2020 in this same area.

During the lockdown, OVPF remains operational to monitor this crisis from a distance by telework and relies on the set of permanent sensors installed on the volcano. Their data arrives in real time onto the Observatory’s servers.
As the Observatory’s staff remain confined, it would be dishonest on my part to publish photos of people who do not comply with the lockdown measures. The video I posted this morning is really borderline!
Source: OVPF.

Image du tremor le 3 avril 2020 (Source: OVPF)

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion): Dernières nouvelles de l’éruption // Latest news of the eruption

 8 heures (heure métropole) : La météo est toujours mauvaise sur le Piton de la Fournaise et il sera encore difficile aujourd’hui d’observer le déroulement de l’éruption qui se poursuit. L’intensité du tremor est relativement stable. Selon l’OVPF, la hausse observée aux alentours de 3 heures du matin serait due à l’arrivée d’un front pluvieux et orageux sur le volcan qui bruite les signaux. Un ami réunionnais se demande si cela n’annonce pas la fin prochaine de l’éruption, comme cela s’est déjà produit dans le passé.

Une cartographie précise réalisée le 10 février en soirée montre une extension des coulées plus importante que celle estimée précédemment, avec un champ de lave sur la partie haute du cône terminal et un bras de coulée qui s’est écoulé vers le sud.  Actuellement seul le bras nord qui s’écoule vers l’est reste actif.
Cette nouvelle cartographie montre un front de coulée à environ 1400 m d’altitude. Il est remarquable de noter que les fissures les plus hautes en altitude se sont ouvertes dans le même secteur que les fissures des éruptions du 18 février et 11 juin 2019 (voir carte ci-dessous). Cela montre que le dyke qui a alimenté cette éruption a repris en partie en profondeur un chemin déjà ouvert lors des précédentes éruptions. Cela explique aussi la rapidité du magma pour atteindre la surface (23 minutes entre le début de la crise sismique et l’ouverture des premières fissures éruptives)…et pourquoi l’éruption a surpris tout le monde !

Source : OVPF.

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 8 am (Paris time): The weather conditions are still poor over Piton de la Fournaise and it will be difficult today to observe the progress of the eruption. The intensity of the tremor is relatively stable. According to OVPF, the increase observed around 3 am was due to the arrival of a rainy and stormy front on the volcano and causing noise on the signals. A friend from Reunion wonders if this does not herald the imminent end of the eruption, as has already happened in the past.
A precise mapping carried out on February 10 in the evening shows a larger extension of the flows than previously thought, with a lava field on the upper part of the summit cone and a branch of the flow travelling south. Currently only the north branch flowing east remains active.
This new mapping shows the lava front is located at about 1,400 m a.s.l. It is remarkable to note that the highest fissures opened in the same area as those of the eruptions of February 18 and June 11, 2019 (see map below). This shows that the dyke which fed this eruption partially used in depth a path already opened during previous eruptions. This also explains the speed of magma to reach the surface (23 minutes between the start of the seismic crisis and the opening of the first eruptive fissures) … and why the eruption surprised everyone!
Source: OVPF.

Source: OVPF

Des volcans jeunes sur Vénus? // Young volcanoes on Venus ?

Je n’arrive pas à comprendre pourquoi nous sommes si impatients de trouver des volcans potentiellement actifs sur d’autres planètes alors que nous en savons si peu sur ceux qui existent sur Terre. Nous savons à peine prévoir les éruptions et pas du tout les séismes et nous nous acharnons à étudier le comportement des volcans sur des planètes sur lesquelles nous ne mettrons probablement jamais les pieds!
En lisant le site web space.com, nous apprenons qu’il se pourrait bien que Vénus héberge des volcans potentiellement actifs car des éruptions ont peut-être eu lieu il y a quelques années. C’est la conclusion d’une étude récente publiée dans la revue Science Advances.
Certains signes montrent que Vénus pourrait posséder des volcans actifs. Les scientifiques ont en effet détecté des traces de gaz sulfureux dans son atmosphère. De plus, en analysant en 2010 les données fournies par la sonde Venus Express de l’ESA, ils ont découvert que certaines coulées de lave sur Vénus sont âgées de moins de 2,5 millions d’années, et peut-être même moins de 250 000 ans. Ils ont trouvé des émissions inhabituellement élevées de lumière visible dans le proche infrarouge sur un certain nombre de sites sur Vénus. En théorie, on devrait détecter des émissions plus faibles de cette lumière sur les surfaces les plus anciennes suite à leur longue exposition à l’atmosphère chaude et caustique de Vénus. Les chercheurs ont donc conclu que ces zones d’émissions plus élevées de lumière visible dans le proche infrarouge étaient liées à des coulées de lave récentes. Cependant, leur âge exact reste incertain. En effet, nous ne savons pas à quelle vitesse les roches volcaniques s’altèrent au contact de l’atmosphère très agressive de Vénus et comment ces modifications interagissent avec les émissions de lumière visible dans le proche infrarouge.
Pour voir si les coulées de lave sur Vénus sont récentes, les scientifiques ont fait des expériences avec des cristaux d’olivine. Ils ont chauffé l’olivine dans les conditions d’atmosphère terrestre à l’intérieur d’un four à 900°C maximum pendant un mois. Ils ont découvert que l’olivine se recouvre en quelques jours d’une couche composée essentiellement d’hématite d’un noir rougeâtre rendant certaines caractéristiques de l’olivine plus difficiles à détecter.
Étant donné que le Venus Express de l’ESA – qui a tourné autour de Vénus de 2006 à 2014 – a été capable de détecter des signes réels d’olivine, les dernières expériences laissent supposer que cette olivine provenait d’éruptions volcaniques récentes, sinon, les réactions chimiques avec l’atmosphère de Vénus l’auraient obscurcie.
Les scientifiques poursuivront leurs recherches avec d’autres minéraux volcaniques , mais cette fois dans des conditions semblables à l’atmosphère de Vénus qui est riche en soufre et dioxyde de carbone.
Source: Space.com.

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 I fail to understand why we are so eager to find possibly active volcanoes on other planets while we know so little about volcanoes on Earth. We are not able to predict eruptions or earthquakes and we insist on studying the behaviour of volcanoes on planets we will probably never set foot on!

Reading the website space.com, we learn that Venus may still harbour active volcanoes, with eruptions taking place as recently as a few years ago. This is the conclusion of a new study published in the journal Science Advances.

There are indeed indications that Venus might harbour active volcanoes. Scientists have detected traces of sulphurous gases in its atmosphere. In addition,  researchers analyzing data from ESA’s Venus Express probe in 2010 discovered that some of the lava flows on Venus are less than 2.5 million years old, and possibly even less than 250,000 years old. They found unusually high emissions of visible to near-infrared light from a number of sites on Venus. Surface regions that are old are expected to have lower emissions of such light after long exposure to weathering from Venus’ hot, caustic atmosphere, so these patches of higher emissions were linked to recent lava flows. However, their exact ages remain uncertain. This is because we do not know how quickly volcanic rocks alter in response to Venus’ harsh atmosphere and how such changes influence emissions of visible to near-infrared light.

To see if lava flows on Venus are recent, scientists experimented with crystals of olivine. They heated olivine along with regular Earth air in a furnace up to 900 degrees Celsius for up to a month. They found olivine became coated within days mostly with the reddish-black mineral hematite, which in turn made certain features of olivine more difficult to detect.

Since ESA’s Venus Express – which orbited Venus from 2006 to 2014 – apparently could detect signs of olivine even from orbit, these new findings suggested that such olivine came from volcanic eruptions recently; otherwise, chemical reactions with Venus’ atmosphere would have obscured it.

The scientists will continue their research with other volcanic minerals baked in air more similar to Venus’ atmosphere which is laden with carbon dioxide and sulphur.

Source: Space.com.

Eruption sur Io, la lune de Jupiter (Source: NASA)