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Séismes et comportements animaliers // Earthquakes and animal behaviour

A la suite des puissants séismes qui ont frappé l’Italie l’année dernière, un scientifique allemand s’est rendu dans ce pays pour voir si les animaux peuvent anticiper les catastrophes naturelles. Au mois d’octobre, le chercheur, directeur de l’Institut d’Ornithologie Max Planck de Radolfzell, a équipé plusieurs animaux de capteurs très sensibles dans une ferme de la région des Marches, dans le centre de l’Italie, pour surveiller leur comportement, en espérant qu’il se modifierait d’une manière révélatrice avant un séisme. Les résultats pourraient être utilisés dans le cadre d’un système de prévention et sauver des milliers de vies.
Les secousses sismiques ont commencé à ébranler l’Italie en août 2016, avec d’autres événements majeurs en octobre 2016 et janvier 2017, ainsi que des milliers de répliques. La catastrophe a entraîné 23 milliards d’euros de dégâts, avec des milliers de personnes sans abri et plus de 300 morts.
Des recherches antérieures ont déjà montré la capacité prédictive des animaux. Par exemple, une étude débutée en 2012-2014 a pris en compte le comportement des chèvres et des moutons sur les flancs de l’Etna. Le chercheur allemand explique que « les animaux ont prédit les éruptions volcaniques majeures au cours de ces deux années entre quatre à six heures à l’avance », ajoutant que huit éruptions majeures se sont produites lors de son étude. « La nuit, les animaux se sont réveillés et ont déambulé nerveusement ; ensuite, pendant la journée, ils se sont installés dans une zone sure » où la végétation haute laissait supposer qu’elle avait été épargnée par les anciennes coulées de lave. Sur la base de cette recherche, il a déposé en 2013 un brevet intitulé «Préparation aux catastrophes utilisant la nature». Le brevet est en attente de validation.
Les séismes à répétition dans les Marches et d’autres régions de l’Italie centrale ont permis d’enregistrer une multitude de données sur les réactions des animaux. Après le séisme dévastateur qui a frappé la région en octobre, le scientifique s’est rendu sur place et a visité une ferme familiale qui vend du fromage produit par les moutons et les vaches. Il a installé des minuscules capteurs sur un certain nombre d’animaux – un lapin, des moutons, des vaches, des dindes, des poulets et des chiens. Les appareils ont mesuré en continu les moindres mouvements des animaux: leur position magnétique, leur vitesse, leur altitude, leur température, leur humidité, leur accélération et leur localisation. Selon le chercheur, la balise, alimentée par un petit panneau solaire, se comporte comme une «boîte noire pleine d’informations».
Quelques jours après l’installation des premiers capteurs, un autre séisme majeur, de magnitude M 6.5, a frappé la région, ce qui a fourni de nouvelles données. Le chercheur a récupéré les capteurs quelques semaines plus tard et est revenu en janvier pour équiper plusieurs des mêmes animaux : six vaches, deux fois plus de moutons et deux chiens. En avril, il est revenu à la ferme récupérer les capteurs afin d’étudier les données acquises.
Le marquage de différentes espèces animales peut être important car chaque animal détecte l’environnement de façon différente. Ensemble, ils forment un réseau de détection fournissant des informations complètement nouvelles.
Une fois que les données animales seront comparées aux données sismiques de la région – en utilisant les séismes de M 4 comme point de référence -, on pourra tirer des conclusions sur les comportements des animaux avant, pendant et après un séisme. De fin octobre à avril, il y a eu 11 jours avec des séismes de magnitude supérieure à M 4.
Dans le meilleur des cas, le comportement des animaux dans les heures précédant un séisme pourrait servir de système d’alerte précoce afin que les gens puissent fuir. Les données recueillies auprès de la ferme et des animaux qui ont survécu peuvent s’avérer essentielles et seront associées à d’autres données recueillies par l’Institut d’Ornithologie qui contrôle le comportement plusieurs centaines d’animaux. Cela fait partie d’un projet international allemand-russe baptisé ICARUS – International Cooperation for Animal Research Using Space – (Coopération internationale pour la recherche animale avec l’aide de l’espace), un système de surveillance par satellite qui suivra des dizaines d’espèces équipées d’émetteurs à énergie solaire.
Adapté d’un article dans Alaska Dispatch News.

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After a series of powerful earthquakes struck Italy last year, a German scientist rushed to this country to check whether animals can anticipate natural disasters. The researcher, director of the Max Planck Institute for Ornithology in Radolfzell, tagged several animals with sensitive sensors on a farm in the Marches region of central Italy in October to monitor their behaviour, hoping that if it changed in some consistent way before an earthquake, it could be used as an early warning system and potentially save thousands of lives.

The series of earthquakes in Italy began in August 2016, with other major events coming in October and January 2017, accompanied by thousands of aftershocks. The calamity has cost 23 billion euros in damage, rendered thousands homeless and caused more than 300 deaths.

Some previous research augured well for the predictive abilities of animals. It included a study that he conducted from 2012-2014 by monitoring goats and sheep on the side of Mount Etna, in Sicily. « The animals predicted the major volcanic eruptions during these two years between four to six hours before, » he said, adding that eight major eruptions occurred during his study. « At night, the animals woke up and nervously walked around, and in daytime, they moved to a safe area » where high vegetation suggested that it had been spared by previous lava flows. On the basis of this research, he applied in 2013 for a patent: « Disaster Alert Mediation Using Nature. » The patent is pending.

The recurring earthquakes in Marches and other parts of central Italy presented the chance to record a wealth of data about animal responses to further test the theory. After a devastating earthquake hit the region in October, the scientist hurried to Italy and visited a farm which sells cheese produced by the family’s sheep and cows. He tagged a number of animals on the farm — a rabbit, sheep, cows, turkeys, chickens and dogs — with small but sophisticated sensors. The devices measured the animals’ every movement, down to the second: their magnetic direction, speed, altitude, temperature, humidity, acceleration and location. He described the tag, powered with a small solar panel, as a « black box full of information. »

A few days after the first animals were tagged, another major earthquake, measuring M 6.5, hit the area, which provided data for a significant seismic event. The researcher retrieved the monitoring devices a few weeks later and then returned in January to tag several of the same animals again, including half a dozen cows, twice as many sheep and two dogs. In April, the researchers came again to remove the remaining tags and to study the acquired data.

Tagging different species might be essential as each one senses the environment in a distinct way. Together, they might form a collective sensing system providing completely novel information.

The hope is that once the animal data is compared with the earthquake data from the area — using M 4 earthquakes as a cutoff — it will show distinctive behaviour before, during and after an earthquake. From late October to April, there were 11 days with earthquakes measuring more than M 4.

In the best case, the animals’ behaviour in the hours leading up to an earthquake might act as an early warning system so that people could evacuate. The data gathered from the farm and the animals that survived may prove critical and will be combined with other data being gathered by the ornithology institute, which tracks many hundreds of animals. It is part of an international project under a German-Russian lead called ICARUS, short for International Cooperation for Animal Research Using Space, a satellite-based monitoring system that will track dozens of species outfitted with solar-powered transmitters.

Adapted from an article in Alaska Dispatch News.

Source : Google Maps

Pluie, neige et leur impact sur la Faille de San Andreas // The impact of rain and snow on the San Andreas Fault

Selon deux chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley, les séismes le long de la faille de San Andreas sont influencés par les pluies et chutes de neige de l’hiver. La découverte est importante car elle permet de mieux comprendre ce qui provoque les séismes et à quel moment ils sont plus susceptibles de se produire. Les résultats de cette étude sont publiés dans la revue Science.
Les deux scientifiques travaillent sur l’ « impact saisonnier » sur les systèmes de failles On entend par impact saisonnier la façon dont la neige et la pluie pèsent sur le sol  pendant les mois d’hiver, ce qui le fait se comprimer. Quand la sécheresse revient, le poids se retire et le sol rebondit en quelque sorte. Selon les scientifiques, ce processus modifie le stress exercé sur la structure tectonique de l’État de Californie, en poussant et tirant sur les lignes de failles, y compris la Faille de San Andreas.
La Faille de San Andreas se trouve à la limite tectonique entre les plaques Pacifique et nord-américaine, et s’étire sur 1280 km à travers la Californie. En septembre 2016, on a enregistré un essaim d’environ 200 petits événements dans le secteur de la Salton Sea, juste au sud de la Faille. Cela a fait naître les craintes qu’un séisme de plus grande ampleur puisse avoir lieu dans le court terme. La zone de faille où l’essaim s’est produit n’a pas bougé depuis plus de 300 ans. Comme de puissants séismes se produisent normalement le long de la faille tous les 150 à 200 ans, les scientifiques pensent qu’un «Big One» est en retard.
Dans leur dernière étude, les deux chercheurs ont mesuré le mouvement vertical le long des lignes de faille en Californie pour observer les changements résultant de l’impact saisonnier. Ils ont pris en compte neuf années de données GPS sur la déformation verticale pour identifier les modifications de contraintes qui produisent de petits séismes le long des lignes de failles. A partir de ces résultats, ils ont calculé le délai de contrainte saisonnier pour chaque faille afin de calculer un cycle de contrainte moyen. Les résultats montrent que la faille de San Andreas connaît une hausse de petits séismes à la fin de l’été et au début de l’automne, alors que les failles situées le long de la bordure orientale de la Sierra Nevada enregistrent plus de séismes à la fin du printemps et au début de l’été. Les scientifiques précisent que cela ne signifie pas forcément qu’il y a une «saison sismique», mais que l’« impact saisonnier » joue un rôle. Même si la neige et les précipitations annuelles n’augmentent que légèrement le risque sismique, leur découverte fournit de nouvelles informations sur la façon dont les failles se rompent et pourquoi elles se rompent, ainsi que les contraintes qui sont mises en jeu.
L’étude ne prend pas directement en compte les séismes majeurs, mais les chercheurs ont examiné des événements historiques de magnitude supérieure à M 5.5 jusqu’en 1781. Ils ont constaté une légère augmentation de la sismicité lorsque l’impact saisonnier est plus élevé. L’étude ne prend pas en compte, et ne donne donc pas d’explications, sur l’essaim sismique enregistré sur la faille de San Andreas en septembre 2016.
Au début de l’année 2017, les scientifiques de l’Université de Stanford ont déclaré que la Californie connaîtrait à l’avenir plus d’inondations hivernales et de sécheresses estivales en raison du changement climatique. Les auteurs de l’étude disent qu’ils ne savent pas si des conditions météorologiques plus extrêmes entraîneront davantage de séismes dans les années à venir car ils n’ont pas exploré les tendances sur le long terme.
Les scientifiques prévoient maintenant d’affiner leur modèle d’impact saisonnier pour mieux comprendre «ce qui déclenche les séismes». Ils vont continuer d’examiner l’impact saisonnier et les cycles sismiques en Alaska. Dans cet Etat, il y a davantage de précipitations tout au long de l’année, ce qui entraîne un impact saisonnier plus important. En explorant un environnement tectonique différent avec différents modèles d’impact, ils espèrent mieux comprendre la fréquence des séismes en fonction des variations de contraintes saisonnières.
Adapté d’un article paru dans Newsweek.

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According to two researchers from the University of California, Berkeley, earthquakes along the San Andreas Fault in California are being triggered by winter rain and snowfall. The finding is important as it helps us understand what triggers earthquakes—and when they are more likely to strike. Their findings are published in the journal Science.

The scientists were investigating what impact seasonal loading has on fault systems. Seasonal loading refers to how snow and rain over the winter months acts as a weight, causing the land to depress. However, when it dries up, the weight is removed and the ground rebounds. This process, the scientists found, changes the stress placed on California’s state tectonics, pushing and pulling on the fault lines, including the San Andreas Fault.

The San Andreas Fault forms part of the tectonic boundary between the Pacific and North American Plate, stretching 1280 km through California. In September last year, there was a swarm of around 200 small earthquakes in the Salton Sea, just south of the fault. This raised concerns that a much larger earthquake could soon take place. The region of the fault where the swarm occurred had not ruptured for over 300 years. Large earthquakes normally occur along the fault every 150 to 200 years, so scientists think a “Big One” is overdue.

In the latest study, the two researchers measured vertical movement along the state’s fault lines to track changes resulting from seasonal loading. They used nine years’ worth of GPS data on vertical deformation to identify the stress changes on the fault lines that produce small earthquakes. From this, they calculated the seasonal stress time for each fault location to calculate an average stress cycle. Findings showed that the San Andreas Fault has an increase in small earthquakes in late summer and early fall, while the faults along the eastern edge of the Sierra Nevada see more earthquakes in late spring and early summer. The scientists indicate that this does not mean there is an “earthquake season,” but that seasonal loading plays a role. While the annual snow and rainfall increases the chance of earthquakes by a small amount, their discovery provides new information on how and why faults rupture, including the different stresses involved.

The study does not look at large earthquakes directly, but the researchers did look at historic events bigger than M 5.5 going back to 1781. They found there was a slight increase in earthquakes when seasonal loading was high compared to when it was low. However, the current findings do not explain the swarm of earthquakes at the San Andreas Fault in September 2016 which was not taken into account in the study.

Earlier this year, Stanford University scientists said California will experience more winter flooding and summer droughts in the future as a result of climate change. The authors of the study say it is not clear whether more extreme weather would lead to more earthquakes in the future as they did not explore longer-term trends.

Next, the scientists plan to refine their seasonal loading model to better understand “what makes earthquakes go.” They are continuing to look at seasonal loading and the earthquake cycle in Alaska. In that State there is more precipitation throughout the year that results in larger loads. By exploring a different tectonic environment with different loading patterns, they hope to learn more about the timing of the earthquakes with respect to the seasonal stress changes.

Adapted from an article in Newsweek.

Dans la faille de San Andreas… (Photos: C. Grandpey)

Yellowstone : Pas de quoi paniquer ! // No panic please !

Ce n’est pas une surprise: chaque fois que la sismicité augmente dans le Parc National de Yellowstone, certains craignent que le volcan entre en éruption et les tabloïds britanniques, que ce soit le Daily Star ou The Express, contribuent à faire souffler un vent de panique.
Comme je le mentionnais précédemment, un essaim sismique significatif a effectivement débuté le 12 juin 2017 sur la marge occidentale du Parc National de Yellowstone. Cependant, rien ne prouve que cet événement est annonciateur d’une éruption catastrophique dans un avenir prévisible et il n’est donc pas nécessaire de paniquer. Les essaims sismiques sont fréquents à Yellowstone et ils représentent environ 50% de la sismicité dans cette région des Etats-Unis.
Au cours de l’essaim sismique actuel, on a enregistré 464 événements d’une magnitude maximale de M 4,4 ; 5 autres secousses se situaient autour de M 3 ; 57 séismes avoisinaient M 2 ; 238 montraient une magnitude d’environ M 1. Ces différents séismes ont été localisés à des profondeurs de 0 à 14,5 km par rapport au niveau de la mer.
On remarquera qu’il s’agit du plus grand nombre de séismes enregistrés à Yellowstone en une seule semaine au cours des cinq dernières années. Malgré tout, ce nombre est inférieur aux recensements hebdomadaires lors d’essaims sismiques semblables en 2002, 2004, 2008 et 2010.
L’Observatoire n’a pas modifié les niveaux d’alerte. Le niveau d’alerte volcanique est Normal; La couleur de l’alerte aérienne est Verte.
Une nouvelle webcam orientée vers le sud-sud-est sur le lac Yellowstone a été installée sur le le relais de téléphonie mobile près de Fishing Bridge. Pour accéder à cette caméra et à d’autres caméras de Yellowstone, il suffit de cliquer sur ce lien:
https://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/yellowstone/multimedia_webcams.html

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It does not come as a surprise: Each time seismicity increases at Yellowstone National Park, there are fears that the volcano might erupt and the British tabloids, whether the Daily Star or The Express – contribute to spreading a wave of panic.

As I put it before, it is true that an energetic earthquake swarm started on June 12th, 2017 on the western edge of Yellowstone National Park. However, there is no indication that this is heralding a catastrophic eruption in the foreseeable future and there is no need to panic. Earthquake swarms are common in Yellowstone and, on average, comprise about 50% of the total seismicity in the Yellowstone region.

The current seismic swarm is composed of 464 events with a maximum magnitude of M 4.4. 5 more earthquakes were in the M 3 range, 57 earthquakes in the M 2 range, 238 in the M 1 range. These events have depths from ~0.0 km to ~14.5 km, relative to sea level.

This is the highest number of earthquakes at Yellowstone within a single week in the past five years. However, this number is inferior to weekly counts during similar earthquakes swarms in 2002, 2004, 2008 and 2010.

The Yellowstone Volcano Observatory has not changed the alert levels. The current volcano alert level is Normal; the aviation colour code is Green.

It should be noted that a new webcam looking south-southeast over Yellowstone Lake has been installed on the cell phone tower near Fishing Bridge. To access this and other Yellowstone webcams, you just need to click on this link:

https://volcanoes.usgs.gov/volcanoes/yellowstone/multimedia_webcams.html

Photo: C. Grandpey

Modernisation du réseau sismique sur le Kilauea (Hawaii) // Upgrading of Kilauea’s seismic network (Hawaii)

Grâce à plusieurs années de travail, les techniciens du HVO ont récemment terminé la modernisation des stations sismiques au sommet du Kilauea. À partir de 2014, chacune de ces stations a été progressivement remise à niveau avec un sismomètre large bande de nouvelle génération, des panneaux  solaires, une radio, une antenne, un caisson de protection et un nouveau câblage. Les nouveaux caissons sont conçus avec de meilleures propriétés d’isolation afin de mieux supporter les variations de température tout au long de la journée. L’équipement est dissimulé pour minimiser son impact visuel sur l’environnement naturel. La modernisation du réseau sismique représente une étape importante pour le HVO. Elle permettra de mieux comprendre l’alimentation magmatique complexe sous le sommet du volcan.
Les premiers sismomètres gérés par le HVO ont été installés en 1994. Il était prévu qu’ils restent en place pendant un an. Il s’agissait de sismomètres « large bande », autrement dit des capteurs numériques plus sensibles sur une gamme de fréquences beaucoup plus élevée que les anciens sismomètres analogiques à courte période qui étaient les plus utilisés jusqu’à cette époque. Malgré tout, les sismos large bande de 1994 ont été conservés au-delà de la période d’essai d’un an car ils se sont montrés très utiles pour l’enregistrement de nombreux types de séismes et de signaux volcaniques que les scientifiques ont pu analyser en utilisant de nouvelles techniques.
La fréquence revient à décrire le nombre d’oscillations contenues dans un signal sismique. Elle est généralement mesurée en cycles par seconde, ou Hertz (Hz). En volcanologie, la fréquence dominante d’un signal sismique est liée à différents processus à l’intérieur du volcan. Par exemple, les ondes haute fréquence (supérieures à 1 Hz) enregistrées pour les séismes classiques sont généralement liées à un glissement sur une faille. Les ondes basse fréquence (moins de 1 Hz) sont souvent liées au mouvement du magma ou des fluides et des gaz qui s’échappent par des fractures. Les sismomètres large bande fournissent des enregistrements complets des ondes à haute et basse fréquence en provenance du volcan. Les sismomètres courte période les plus répandus sont calibrés pour enregistrer uniquement les ondes haute fréquence.
Le mouvement du magma sous le Kilauea génère une variété de séismes basse fréquence (souvent appelés Long-Period-LP) et Very Long Period (VLP) avec des fréquences de pointe de 0,17 Hz ou 60 secondes. Ces derniers séismes, qui ne peuvent être détectés qu’avec des sismomètres large bande, étaient pratiquement absents du réseau sismique existant. La nécessité d’un bon réseau large bande est devenue évidente au début de l’éruption sommitale de l’Halema’uma’u en 2008.
En 2009, l’American Recovery and Reinvestment Act (ARRA), un plan de relance économique aux Etats Unis, a permis au HVO de recueillir des fonds pour transformer le réseau mixte de surveillance – analogique et numérique – en un réseau entièrement numérique, le premier pour un observatoire volcanologique américain. Avec le financement de l’ARRA, le HVO a acheté de nouveaux ordinateurs de terrain qui enregistrent des signaux sismiques sur place, et des radios numériques pour transmettre les données en temps réel au HVO. Les derniers ordinateurs ont considérablement élargi la gamme dynamique utile de l’ancien réseau large bande. Cette capacité supplémentaire est importante pour caractériser le mécanisme qui génère des signaux sismiques associés à des effondrements dans le lac de lave sommital. Les scientifiques utilisent également les signaux sismiques pour développer des modèles de hausse et de baisse de la surface du lac de lave liées à l’accumulation et à la libération des gaz dans sa partie supérieure.
On s’est rendu compte en 2011 que les conditions environnementales adverses dans la caldeira sommitale du Kilauea posaient des problèmes aux sismomètres vieillissants. Les instruments étaient victimes de la corrosion à l’intérieur et à l’extérieur, ce qui entraînait des erreurs dans les mesures. Certains capteurs tombaient en panne. C’est pourquoi, à partir de 2014, le HVO a donné la priorité à l’amélioration du réseau large bande au sommet du volcan. Les stations sismiques ont été modernisées par étapes, en fonction de l’arrivée des financements.
Ce nouveau réseau de surveillance sismique est à la pointe de la technologie et offre aux sismologues un outil performant pour étudier les processus qui provoquent la sismicité sur le Kilauea. Il permet également de mieux comprendre le système d’alimentation magmatique du volcan, l’activité éruptive et les dangers qui l’accompagnent.

Source : USGS / HVO.

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HVO field engineers recently completed a multi-year effort to upgrade a subset of seismic stations at the summit of Kilauea Volcano. Starting in 2014, each of the stations was progressively upgraded with a new-generation broadband seismometer, solar-power system, radio, antenna, enclosure, and cabling. The new enclosures for the seismometers are designed with better insulation properties to buffer the effects of changing temperatures throughout the day. The equipment is camouflaged to minimize its visual impact on the natural environment. The latest upgrades are an important milestone for HVO. It will improve the understanding of the complex magma plumbing system beneath volcano’s summit area.

HVO’s original seismometers were installed in 1994 as a year-long field test of “broadband” seismometers, digital sensors that are more sensitive over a much greater frequency range than are the short-period analog seismometers that were widely used at the time. But the 1994 broadband instruments were kept past the one-year test period, because they proved crucial for recording many types of earthquake and volcanic signals that scientists were able to analyze in new ways.

Frequency is one way of describing the number of oscillations of a seismic signal, typically measured in cycles per second, or Hertz (Hz). In volcano seismology, the dominant frequency of a seismic signal is related to different processes within the volcano. For example, high frequency waves (greater than 1 Hz) recorded for normal earthquakes are typically related to slip on a fault. Low frequency waves (less than 1 Hz) for some earthquakes are related to the movement of magma or fluids and gases through fractures. Broadband seismometers provide complete recordings of both high and low frequency waves coming from the volcano. The more commonly used short-period seismometers are tuned to record only high frequency waves.

The movement of magma under Kilauea generates a variety of low-frequency (often called Long-Period – LP) and Very Long Period (VLP) earthquakes with peak frequencies of 0.17 Hz or 60 seconds. The latter earthquakes, which can only be detected with broadband seismometers, were virtually invisible to the existing seismic network. The value of the dense broadband network became even more apparent when the summit eruption within Halema‘uma‘u began in 2008.

In 2009, the American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) provided resources for HVO to convert the mixed analog and digital monitoring network to an all-digital network, a first for a U.S. volcano observatory.With ARRA funding, HVO purchased new field-hardened computers called digitizers to record seismic signals on-site and digital radios to transmit the data in real time to HVO. The digitizers significantly expanded the useful dynamic range of the original broadband network. This added capability was important for characterizing the mechanism that generates seismic signals associated with large rockfalls into the summit lava lake. Scientists also are using the expanded seismic signals to develop models of the short-term rise and fall of the lava lake surface related to the accumulation and release of volcanic gas in the uppermost part of the lava lake.

It became clear in about 2011 that the harsh environmental conditions in Kilauea’s summit caldera were taking a toll on the aging seismometers. The instruments were corroding inside and outside, leading to inconsistent measurements of ground shaking. Some sensors were failing. So, starting in 2014, HVO placed a high priority on improving the summit broadband network, and the stations were upgraded in phases as resources allowed.

This upgraded network reflects state-of-the-art earthquake monitoring, and offers volcano seismologists a more powerful tool to investigate processes that cause ground shaking at Kilauea. This in turn supports advances in the understanding of the volcano’s magma plumbing system, eruptive activity, and hazards.

Source: USGS / HVO.

Les sismos à tambour en vitrine sur le Kilauea montrent aux touristes les frémissements du volcan. Les scientifiques utilisent aujourd’hui des instruments numériques beaucoup plus modernes et performants. (Photo: C. Grandpey)