Bienvenue sur Io, la lune de Jupiter ! // Welcome to Io, Jupiter’s moon !

J’ai écrit plusieurs notes à propos de Io, l’une des lunes de Jupiter, bien connue pour son intense activité volcanique. Le site space.com invite ses lecteurs à la visiter.
Avec un rayon moyen de 1 821 km, Io est légèrement plus grande que la Lune. Elle présente une forme légèrement elliptique, avec son axe le plus long dirigé vers Jupiter. Parmi les satellites de Jupiter, Io occupe la troisième place tant en masse qu’en volume, derrière Ganymède et Callisto mais devant Europe.
La surface de Io est parsemée de centaines de volcans. Certains émettent des panaches riches en soufre, de plusieurs centaines de kilomètres de hauteur. La surface de la lune évolue et se modifie à une vitesse incroyable. Des fissures laissent échapper de la lave qui remplit les cratères d’impact et inonde de nouvelles étendues sous de la roche liquide. Bien que la composition exacte de Io soit inconnue, il s’agit probablement de soufre fondu et de dioxyde de soufre. La température de surface de la lune est en moyenne d’environ – 130°C. Les volcans, quant à eux, peuvent atteindre 1 649°C.
L’activité volcanique de Io a été découverte pour la première fois par les missions Voyager de la NASA en 1979. La plupart des informations figurant dans l’article de space.com ont été fournies par l’agence américaine.
Comme Io décrit une orbite elliptique autour de Jupiter, la force exercée par la gravité de Jupiter sur la lune varie en fonction de sa proximité avec la planète. Cette fluctuation gravitationnelle crée une poussée et une traction perpétuelles sur l’intérieur de Io dans différentes directions, ce qui fait gonfler sa surface d’une centaine de mètres. Ce mouvement entraîne une compression des roches de Io les unes contre les autres, ce qui génère de grandes quantités de chaleur.
Si Io était la seule lune de Jupiter, son orbite ressemblerait probablement à un cercle, mais les forces exercées par Europe et Ganymède, les lunes voisines de Io, empêchent une telle situation de se produire. Io ne peut pas échapper au jeu perpétuel de tiraillement gravitationnel permanent, ni à l’échauffement planétaire qui s’ensuit.
Io met 1,77 jours terrestres pour orbiter autour de Jupiter et, verrouillée par les forces de marée, montre toujours la même face à Jupiter.
La surface de Io est principalement composée de soufre et de dioxyde de soufre. L’atmosphère de dioxyde de soufre de Io est extrêmement ténue et représente environ un milliardième de la pression de surface de l’atmosphère terrestre.
L’orbite de Io traverse les puissantes lignes de force magnétiques de Jupiter, de sorte que la lune devient un puissant générateur électrique. Selon la NASA, ce courant dissipe une puissance de plus de 1 térawatt avec un potentiel de 400 000 volts, créant à son tour 3 millions d’ampères de courant électrique. Ce courant revient ensuite le long des lignes de champ magnétique de Jupiter et provoque des orages dans la haute atmosphère de la planète.
Pendant la rotation de Jupiter, les forces magnétiques retirent environ une tonne de matériau à Io chaque seconde. Ce matériau devient ionisé et forme un nuage de rayonnement toroïdal appelé tore de plasma. Certains des ions sont attirés dans la haute atmosphère de Jupiter et créent des aurores (voir mon article du 9 mai 2015 à ce sujet). Un exemple de cette activité a été repéré par le télescope spatial Hubble qui a révélé le rôle joué par Io et Ganymède dans les aurores de Jupiter.
Io a également une atmosphère au comportement variable. L’enveloppe de dioxyde de soufre du gaz se fige lorsque la lune passe dans l’ombre de Jupiter. Le dioxyde de soufre se retransforme en gaz lorsque Io revient à la lumière du soleil.

Io a été la première des lunes de Jupiter à être découverte par l’astronome italien Galileo Galilei le 8 janvier 1610. C’était la première fois qu’une lune était observée en orbite autour d’une planète autre que la Terre. La découverte de Galilée a permis de comprendre que les planètes tournent autour du soleil, et non que le système solaire tourne autour de la Terre.
Bien qu’aucune mission dédiée n’ait été envoyée sur Io, plusieurs engins spatiaux ont survolé Jupiter et observé ses lunes : les sondes Pioneer 10 de la NASA en 1973, Pioneer 11 en 1974, Voyager 1 et Voyager 2 en 1979. Entre 1995 et 2002, l’engin spatial Galileo de la NASA a effectué plusieurs survols de Io. ils ont fourni aux scientifiques les vues les plus proches à ce jour de la lune de Jupiter.
Bien qu’il n’y ait pas de mission spécifiquement prévue pour observer Io, d’autres missions passent actuellement à proximité de la lune ou le feront dans les années à venir. La mission JUICE de l’Agence spatiale européenne, dont le lancement est prévu en 2023, se concentrera sur Europe, Ganymède et Callisto. En 2024, les projets de mission Europa Clipper de la NASA s’attarderont sur l’habitabilité d’ Europe.
Vous trouverez plus de détails sur le site space.com.
Source : space.com.

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I have written several posts about Io, one of Jupiter’s moons. It is the most volcanically active body in the solar system. The website space.com invites its readers to an exhaustive visit of the celestial body.

With a mean radius of 1,821 km, Io is slightly larger than Earth’s moon. It has a slightly elliptical shape, with its longest axis directed toward Jupiter. Among the Galilean satellites, Io ranks third, behind Ganymede and Callisto but ahead of Europa, in both mass and volume.

Io’s surface is peppered with hundreds of volcanoes, some spewing sulfurous plumes hundreds of kilometers high. This surface is changing at an incredible rate. Volcanic fissures ooze lava that fills impact craters and creates new floodplains of liquid rock. While Io’s exact composition is unknown, it is likely molten sulfur and sulfur dioxide..Io’s surface temperature averages about minus 130°C. Io’s volcanoes can reach 1,649°C degrees C.

Io’s volcanic activity was first discovered by NASA’s Voyager missions in 1979. The American agency has provided most of the information of this article.

As Io orbits Jupiter in an elliptical fashion, the strength of Jupiter’s gravity on Io varies depending on how close the moon is to the planet. This gravitation fluctuation creates a perpetual push and pull on the moon’s interior in different directions, which causes Io’s surface to bulge by as much 100 meters. This movement causes Io’s rocks to grind past each other, generating vast quantities of heat.

If Io were Jupiter’s only moon, its orbit would probably look like a circle, but the ongoing, constant outward tug from Io’s outer neighbours Europa and Ganymede ensure that does not happen. Io cannot escape this perpetual game of gravitational tug-of-war and subsequent planetary heating.

Io takes 1.77 Earth-days to orbit Jupiter. Io is tidally locked, so the same side always faces Jupiter.

Io’s surface is primarily composed of sulfur and sulfur dioxide. Io’s sulfur dioxide atmosphere is extremely thin, about one billionth the surface pressure of Earth’s atmosphere.

Io’s orbit cuts across Jupiter’s powerful magnetic lines of force, turning Io into an electric generator. According to NASA, Io can develop 400,000 volts across itself, in turn creating 3 million amperes of electrical current. This then makes its way back along Jupiter’s magnetic field lines and causes lighting storms in Jupiter’s upper atmosphere.

As Jupiter rotates, the magnetic forces strip away about a ton of Io’s material every second. The material becomes ionized and forms a doughnut-shaped cloud of radiation called a plasma torus. Some of the ions are pulled into Jupiter’s upper atmosphere and create auroras (see my post of May 9th, 2015 about this topic). An example of this activity was spotted by the Hubble Space Telescope, which revealed the influences of Io and Ganymede, in Jupiter’s auroras.

Io also has a collapsible atmosphere. The sulfur dioxide envelope of gas freezes up while Io is in the shadow of Jupiter every day. When Io comes back into the sunlight, the freezing sulfur dioxide converts to gas once more.

Io was the first of Jupiter’s moons discovered by Italian astronomer Galileo Galilei on January 8th, 1610. This discovery, along with the discovery of three other Jovian moons, was the first time a moon was ever found orbiting a planet other than Earth. Galileo’s discovery eventually led to the understanding that planets orbit the sun, instead of our solar system revolving around Earth.

While no dedicated mission has been sent to Io, several spacecraft have flown by Jupiter and observed its moons : NASA’s Pioneer 10 in 1973, Pioneer 11 in 1974, Voyager 1 and Voyager 2 probes in 1979. Between 1995 and 2002, NASA’s Galileo spacecraft made multiple flybys of Io and provided scientists with the closest views to date of the volcanic moon.

While there is no mission specifically planned to look at Io, other missions are now in the vicinity of the moon or will be in future years. The European Space Agency’s JUICE mission, set to launch in 2023, will focus on Europa, Ganymede and Callisto. In 2024, NASA’s Europa Clipper mission plans investigate the habitability of another Galilean moon, Europa.

You will find more details on the space.com website

Source : space.com.

Eruption à la surface de Io

Aurore sur Jupiter (Source; NASA)

‘Vog’ réunionnais

L’Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise a publié le 12 mai 2021 des images de la région du volcan recouverte d’une nappe de brouillard d’où émergeait le Dolomieu. Ce phénomène n’est pas exceptionnel sur le volcan où il a déjà été observé à plusieurs reprises. Les Hawaiiens le connaissent bien et ce brouillard volcanique a été baptisé vog, un condensé de volcanic fog. Il était fréquent lors de la dernière éruption du Kilauea. Au moment des intempéries, il provoquait des pluies acides qui posaient des problèmes aux horticulteurs. En effet, le gaz qui forme ce brouillard est majoritairement du dioxyde de soufre qui, même dilué dans l’air, peut aussi provoquer des irritations des muqueuses, de la peau et des voies respiratoires supérieures. Il est donc conseillé aux personnes vulnérables comme les enfants en bas âge, les femmes enceintes ou encore les personnes souffrant de difficultés respiratoires d’éviter la zone où ce brouillard est présent. A la Réunion, il était recommandé d’éviter la Route des Laves car le panache de gaz descendait vers la mer, emporté par une brise de terre.

Source : Réunion la 1ère.

Crédit photo : OVPF

Hawaii: Concurrence entre hydrogène sulfuré et dioxyde de soufre // H2S vs. SO2

Au cours des derniers mois, avec l’éruption du Kilauea, les Hawaiiens ont souvent eu l’occasion de sentir le dioxyde de soufre (SO2), un gaz typique émis au moment des éruptions. Il apparaît lorsque le magma se trouve à faible profondeur. Actuellement, le volcan émet moins de 200 tonnes de SO2 chaque jour. C’est plus de 20 fois moins que la moyenne enregistrée au cours des 10 années d’activité du lac de lave dans l’Halema’uma’u et au moins 200 fois moins que le pic des émissions au cours de l’éruption dans la Lower East Rift Zone en 2018.
Depuis la fin de l’éruption, les gens respirent parfois un autre gaz: l’hydrogène sulfuré (H2S), le cousin malodorant du SO2. En ce moment, le magma se trouve à plus grande profondeur, ce qui induit des températures plus basses au niveau des bouches éruptives. Comme il n’y a plus de magma à faible profondeur pour faire évaporer les eaux souterraines, le sous-sol est également beaucoup plus humide. Ces conditions moins chaudes et plus humides sont parfaites pour provoquer la formation de petites quantités de H2S. On sent en général le gaz lorsque les alizés cessent de souffler et dans les endroits sous le vent à proximité du sommet du Kilauea, du Pu’u O’o, et du système de fractures dans la Lower East Rift Zone, site de l’éruption de 2018.
Le SO2, qui a une odeur âcre et piquante, comme celle émise par les feux d’artifice ou lorsqu’on craque une allumette, est perceptible à raison de 0,3 à 1 partie par million (ppm), c’est-à-dire 0,3 à 1 partie de gaz par million de parties d’air.
A côté de cela, les gens perçoivent généralement l’odeur d’œuf pourri du H2S à des concentrations allant de 0,0005 à 0,3 ppm. L’odeur du H2S est bien connue des habitants des sources thermales ou des zones géothermales comme le parc national de Yellowstone. Ce gaz est également produit par la décomposition de matières organiques et on le rencontre dans les égouts et les marécages. Même le corps humain produit une petite quantité de H2S. Au cours des dernières semaines, une forte odeur de H2S a envahi les Caraïbes, provoquant de graves problèmes de santé parmi la population. La cause en était les énormes quantités de sargasses, un type d’algues qui ont atteint les côtes des îles.
L’État d’Hawaï a fixé le «niveau de nuisance» pour le H2S à 0,025 ppm, sur la base du seuil olfactif. Les symptômes négatifs de l’exposition au H2S ne se manifestent que lorsque les concentrations sont bien supérieures au seuil olfactif. Selon l’OSHA (Occupational Safety and Health Administration), une exposition prolongée à des quantités de 2-5 ppm peut provoquer des maux de tête, une irritation des yeux, des nausées ou des problèmes respiratoires chez certains asthmatiques. Les concentrations mesurées dans les zones habitées autour du Kilauea sont inférieures à 1 ppm.
Bien que l’être humain puisse détecter le H2S à de très faibles concentrations, son odorat ne le détecte plus à des concentrations élevées. Par exemple, une exposition de deux à cinq minutes à 100 ppm peut provoquer une adaptation sensorielle appelée «fatigue olfactive». Il est rassurant de noter que les concentrations de H2S mesurées sur le Kilauea, même directement au niveau des bouches éruptives, sont bien inférieures à ce niveau.
Pour les Hawaïens qui vivent depuis des décennies avec l’odeur familière du vog empreinte de SO2, l’arrivée du H2S malodorant peut être quelque peu déconcertante. Quand surviendra la prochaine éruption du Kilauea, avec une remontée du magma vers la surface, il faudra s’attendre à une diminution des émissions de H2S et à un retour à l’odeur plus familière du SO2 et du vog à dominance particulaire.
Source: USGS / HVO.

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In the past months, with the eruption of Kilauea Volcano, Hawaiians could often smell sulphur dioxide (SO2), a typical gas emitted during eruptions. It is released when magma is at a shallow depth. Currently, less than 200 tons of SO2 are emitted from the volcano each day. This is more than 20 times less than the average emissions during the 10 years of lava lake activity at Halema’uma’u, and at least 200 times less than peak emissions during the 2018 lower East Rift Zone eruption.

Since the end of the eruption, people have smelled another gas: hydrogen sulphide (H2S), the smelly cousin of SO2. With the current volcanic conditions, deeper magma has led to cooler vent temperatures. Without shallow magma to boil off ground water, the sub-surface environment is also much wetter. These cooler and wetter conditions cause a small amount of H2S to form. H2S is most commonly detected during interruptions in trade wind conditions and in locations downwind of Kilauea’s summit, Pu’u O’o, and the 2018 lower East Rift Zone fissure system.

SO2, which produces a sharp pungent aroma like that emitted when setting off fireworks or striking a kitchen match, is noticeable to most people at 0.3 to 1 parts per million (ppm) – 0.3 to 1 parts gas in 1 million parts of air.

On the other hand, people can usually smell the rotten egg odor of H2S at lower concentrations ranging from 0.0005 to 0.3 ppm. The smell of H2S is a familiar odour to people from hot spring or geothermal areas like in Yellowstone National Park. It is also produced by decaying organic material and is released by sewers and swamps. Even the human body produces a small amount of H2S. During the past weeks, a strong H2S smell invaded the Caribbean which caused severe health problems among the population. The cause lay with the huge amounts of sargassum that had reached the coasts of the islands.

The State of Hawaii has set a “nuisance level” for H2S at 0.025 ppm, based on the odour threshold. Negative symptoms of H2S exposure do not occur until concentrations are well above the odour threshold. According to the Occupational Safety and Health Administration (OSHA), prolonged exposure to 2-5 ppm may cause headaches, eye irritation, nausea or breathing problems in some asthmatics. Measured concentrations in populated areas around Kilauea are less than 1 ppm.

Although H2S can be detected by humans at very low concentrations, a person’s sense of smell to the gas is lost at high concentrations. For instance, two to five minutes of exposure at 100 ppm can cause a sensory adaptation known as “olfactory fatigue.” But concentrations of H2S measured at Kilauea, even directly at volcanic vents, are well below this level.

For Hawaiians who have spent decades living with the familiar aroma of “classic” vog, the introduction of smelly H2S can be curious or even disconcerting. When the next eruption of Kilauea occurs, when magma eventually rises toward the surface,  a decrease in H2S emissions is to be expected, with a return to the more familiar smell of the SO2 and particle-dominated vog.

Source: USGS / HVO.

Panache de gaz riche en SO2 au sommet du Kilauea

L’odeur de H2S est présente aux abords des zones géothermales

(Photos: C. Grandpey)

 

La cendre volcanique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s volcanic ash (Hawaii)

Dans son dernier article de la série «Volcano Watch», le HVO examine les effets et les dangers de la cendre volcanique émise lors de la dernière éruption du Kilauea. Au cours d’une éruption, les concentrations de dioxyde de soufre (SO2) dans l’air revêtent une grande importance car elles sont étroitement liées aux émissions de lave. Cependant, l’émission considérable de cendre volcanique lors de l’éruption du Kilauea en 2018 a suscité des inquiétudes quant aux impacts potentiels sur les zones sous le vent.
Lors d’une éruption, les réactions chimiques qui se produisent entre la cendre volcanique et le panache riche en SO2 provoquent des dépôts de couches de sels à la surface des particules de cendre. Elles contiennent toute une gamme de composants solubles. Au contact de l’eau, que ce soit lors des retombées de cendre dans les bassins de captage d’eau potable ou lorsque la pluie s’abat sur la cendre, les composants solubles sont lessivés. Cela peut avoir un impact positif sur les activités humaines et agricoles (si les cendres apportent des éléments nutritifs) ou bien un effet négatif (si la cendre libère des éléments potentiellement toxiques, telles que le fluor).
La composition de la couche d’éléments à la surface de la cendre peut être mesurée en laboratoire par des expériences de lixiviation, une technique d’extraction de produits solubles par un solvant, et notamment par l’eau. Dans le cas de la cendre volcanique, la lixiviation consiste à mélanger des échantillons récents avec de l’eau extrêmement pure et à mesurer l’évolution de la chimie de l’eau. Les résultats des mesures en laboratoire peuvent ensuite être mis en parallèle avec la quantité de cendre retombée au sol afin d’évaluer son impact potentiel sur les ressources en eau, l’agriculture et la santé humaine. Si la couche de cendre présente un danger, des actions de protection appropriées peuvent être envisagées.
L’USGS a collecté et analysé près de 30 échantillons de cendre émise lors d’effondrements au sommet du Kilauea en 2018. Toutes ces données sont consultables en ligne auprès de l’USGS.
La contamination de l’eau potable par le fluor est une préoccupation majeure pour la santé humaine. La bonne nouvelle, c’est que les dernières retombées de cendre du Kilauea n’ont pas déposé suffisamment de fluor sur les systèmes de captage d’eau potable pour causer des effets néfastes sur la santé. En fait, les analyses ont révélé des concentrations au moins dix fois inférieures au niveau maximal fixé par l’Environmental Protection Agency (EPA). La concentration de fluor dans la cendre émise pendant la dernière éruption du Kilauea est inférieure à 100 milligrammes par kilogramme. Ce chiffre est inférieur à la moyenne pour les autres éruptions dans le monde (129 mg par kg de cendre).
Les échantillons de cendre recueillis lors de la dernière éruption du Kilauea contiennent beaucoup de soufre, avec des concentrations dépassant tout ce qui a été mesuré lors d’éruptions volcaniques dans le monde. Cela n’est guère surprenant, au vu des émissions considérables de SO2 pendant l’éruption du Kilauea. Certains échantillons de cendre contenaient près de 25 000 milligrammes de soufre par kilogramme de cendre, ce qui correspond à plus de 2 cuillerées à café de soufre natif pour 450 grammes de cendre. L’impact de ce soufre sur l’eau potable à Hawaii ne concerne que son aspect visuel et n’affecte que le goût. Les concentrations étaient toujours inférieures au niveau maximum déterminé par l’EPA, malgré la quantité remarquable de soufre à la surface de la cendre.
Seuls le manganèse, l’aluminium et le fer ont été mesurés sur la cendre à des concentrations pouvant atteindre les seuils définis par l’EPA et provoquer un goût et une couleur indésirables de l’eau. Cependant, les concentrations ne constituent pas une menace pour la santé.
Bien que le danger pour l’homme soit faible, l’ingestion de grandes quantités de soufre peut entraîner des carences nutritionnelles chez les animaux en pâturage, et l’exposition au fluor peut entraîner l’érosion des dents, affecter les os et générer d’autres anomalies de croissance. En conséquence, le département d’agriculture tropicale et de ressources humaines de l’Université d’Hawaï a formulé des recommandations sur la protection du bétail.
Source: HVO.

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In its latest “Volcano Watch” article, HVO examines the effects and dangers of volcanic ash during Kilauea’s last eruption. During an eruption, a great importance is given to the sulphur dioxide (SO2) concentrations in the air because they are closely linked with lava emissions. However, vigorous volcanic ash production during the 2018 eruption of Kilauea raised new concerns about potential impacts for downwind communities.

During an eruption, chemical reactions that occur between volcanic ash and the SO2-rich plume form salt coatings on the surfaces of ash particles. These coatings contain a wide range of soluble components. Upon contact with water, either through ash falling into water catchments or by rain falling on ash, the soluble components are washed from the ash. This can impact human and agricultural activities, both positively (if ash supplies nutrient elements) and negatively (if ash releases potentially toxic species, such as fluoride).

The composition of the ash coating can be measured in the laboratory through ash leaching experiments. This is performed by mixing samples of freshly erupted volcanic ash with ultrapure water and measuring the change in the water chemistry. The results from the laboratory measurements can then be scaled with the amount of ashfall to evaluate the potential impact on water resources, agriculture, and human health. If the ash coating poses a hazard, then appropriate protective actions can be communicated.

USGS collected and analyzed almost 30 ash samples produced by collapse events at the summit of Kilauea in 2018. All data are available online from the USGS.

Contamination of drinking water by fluoride is of primary concern for human health. Some good news is that recent ashfall at Kilauea did not contribute sufficient fluoride to water catchment systems to cause adverse health effects. In fact, it was determined to be at least ten times lower than the maximum contaminant level (MCL) goal set by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA). The concentration of fluoride on ash from the recent activity of Kilauea is below 100 milligrams of fluoride per kilogram of ash. This is lower than the average for other eruptions worldwide (129 mg per kg of ash).

Ash samples collected during the last Kilauea eruption contain a tremendous amount of sulphur, exceeding anything measured at previous eruptions from volcanoes around the world. This may not be surprising given the massive output of SO2 throughout Klauea’s eruption. Some of the Kilauea ash samples had nearly 25,000 milligrams of sulphur per kilogram of ash, which is over 2 teaspoons of native sulphur for every pound of ash. The impact of this sulphur on drinking water in Hawai‘i is largely aesthetic, affecting taste only. Concentrations were still below the EPA maximum contaminant level, despite the remarkable amount of sulphur on the ash surfaces.

Only manganese, aluminum, and iron were measured on the ash at concentrations that may reach defined EPA thresholds for causing undesirable taste and colour of water. However, the concentrations are not a threat to health.

Although the hazard to humans is low, grazing animals can experience nutritional deficiencies from ingesting high amounts of sulphur, and fluoride exposures can result in the erosion of teeth, loss of bone, and other growth abnormalities. Accordingly, recommendations for protecting livestock were issued by the University of Hawaii’s College of Tropical Agriculture and Human Resources.

Source: HVO.

Retombées de cendre sur l’Etna (Photo: C. Grandpey)

Emissions de SO2 sur le Kilauea (Photo: C. Grandpey)