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Le mercure du permafrost, une autre menace pour notre environnement // The mercury in permafrost, another threat to our environment

On savait déjà que la fonte du permafrost dans l’Arctique libère d’importantes quantités de gaz à effet de serre. Aujourd’hui, les scientifiques révèlent qu’il recèle aussi des quantités considérables de mercure, une neurotoxine agressive qui représente une menace sérieuse pour la santé humaine.
Selon une étude menée par des scientifiques du National Snow and Ice Data Center à Boulder (Colorado) et publiée dans la revue Geophysical Research Letters, il y aurait l’équivalent de cinquante piscines olympiques de mercure piégées dans le permafrost. C’est deux fois plus que ce que contient l’ensemble des sols, l’atmosphère et les océans ailleurs dans le monde. Selon l’étude, lorsque le pergélisol (autre nom du permafrost) dégèlera dans les prochaines années, une partie de ce mercure sera libérée dans l’environnement, avec un impact non encore estimé – mais considérable – sur les gens et sur nos ressources alimentaires. Les scientifiques ont effectué leurs recherches en prélevant des carottes de pergélisol à travers l’Alaska. Ils ont mesuré les niveaux de mercure et ensuite extrapolé pour calculer la quantité de mercure dans le permafrost ailleurs dans le monde, en particulier au Canada, en Russie et dans d’autres pays nordiques.
Le mercure, un élément naturel, se lie à la matière vivante à travers la planète, mais l’Arctique est particulier. Normalement, lorsque les plantes meurent et se décomposent, le mercure est libéré dans l’atmosphère. La différence dans l’Arctique, c’est que les plantes ne se décomposent pas complètement. Au lieu de cela, leurs racines sont gelées et ensuite enterrées sous plusieurs couches de sol. Cela retient le mercure qui se trouvera libéré si le permafrost vient à fondre.
La quantité de mercure libérée dépend du dégel du permafrost qui, à son tour, dépend du volume des émissions de gaz à effet de serre et du réchauffement de la planète. Le dégel du permafrost a commencé dans certaines régions et les scientifiques prévoient qu’il se poursuivra au cours du 21ème siècle. L’étude indique que si les niveaux d’émissions de gaz à effet de serre actuels se poursuivent jusqu’en 2100, le permafrost se sera réduit de 30 à 99%.
La question est de savoir où ira le mercure dans un tel contexte, et quels seront ses effets sur la Nature et sur l’Homme. Il pourrait contaminer les rivières qui se jettent dans l’océan Arctique. Il pourrait aussi se propager dans l’atmosphère, ou dans ces deux univers. Le problème est que le mercure, bien que naturel, représente un danger pour les humains et la faune, en particulier sous certaines formes. Nous rejetons déjà du mercure en faisant brûler du charbon. Il se répand alors dans l’atmosphère où il parcourt de longues distances. Quand il pleut sur l’océan ou sur les lacs, le mercure pénètre dans la chaîne alimentaire. Il s’accumule d’abord à l’intérieur des micro-organismes, puis en concentrations de plus en plus élevées dans l’organisme des prédateurs, tels les poissons, qui se nourrissent de ces petits organismes. Lorsque les humains consomment du poisson contenant du mercure en quantités trop importantes, cela peut être dangereux, surtout pour les femmes enceintes.
Dans l’Arctique, le mercure peut également s’accumuler dans les organismes de grands mammifères comme les ours polaires ou les narvals, phénomène qui a fait l’objet de plusieurs études. Si les concentrations de mercure dans l’Arctique continuaient à augmenter, ce serait une nouvelle preuve de l’impact du changement climatique sur les communautés autochtones qui y vivent.
Les résultats de l’étude sont inquiétants car elle nous apprend que le permafrost n’est pas seulement une colossale zone de stockage de carbone susceptible de modifier le climat de la planète ; c’est aussi une importante zone de stockage de mercure qui risque d’être rejeté dans notre environnement avec le dégel du pergélisol. Cela est particulièrement préoccupant au vu de la prédominance des écosystèmes de zones humides dans l’Arctique.
Source: The Washington Post.

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We already knew that thawing Arctic permafrost would release powerful greenhouse gases. Now, scientists reveal it could also release massive amounts of mercury which is a potent neurotoxin and serious threat to human health.

According to a study led by scientists with the National Snow and Ice Data Center in Boulder, Colorado and published in the journal Geophysical Research Letters, there is the equivalent of 50 Olympic swimming pools of mercury trapped in the permafrost. This is twice as much as the rest of all soils, the atmosphere, and ocean combined. According to the study, when permafrost thaws in the future, some portion of this mercury will get released into the environment, with unknown impact to people and our food supplies. The scientists performed the research by taking cores from permafrost across Alaska. They measured mercury levels and then extrapolated to calculate how much mercury there is in permafrost across the globe, where it covers large portions of Canada, Russia and other northern countries.

Mercury, a naturally occurring element, binds with living matter across the planet, but the Arctic is special. Normally, as plants die and decay, they decompose and mercury is released back to the atmosphere. But in the Arctic, plants often do not fully decompose. Instead, their roots are frozen and then become buried by layers of soil. This suspends mercury within the plants, where it can be remobilized again if permafrost thaws.

How much mercury would be released depends on how much the permafrost thaws, which in turn depends on the volume of greenhouse-gas emissions and subsequent warming of the planet. However, permafrost thaw has begun in some places and scientists project that it will continue over the course of the century. The study says that with current emissions levels through 2100, permafrost could shrink by between 30 and 99 percent.

The question is to know where this mercury will go, and what it will do. It could spread through rivers that into the Arctic Ocean. Or it could enter the atmosphere. Or both. The problem is that mercury, although naturally occurring, is damaging to humans and wildlife, especially in certain forms. We are already causing mercury to enter the atmosphere by burning coal, which lofts the element into the atmosphere where it travels long distances. When it rains out into the ocean or lakes, mercury enters the food chain, first accumulating in the bodies of microorganisms and then growing increasingly concentrated in predators – like fish – that feed off smaller organisms. When humans consume mercury-laden fish in quantities too large, it can be dangerous, especially for pregnant women.

In the Arctic, mercury can also accumulate in the bodies of major mammal predators, such as polar bears or narwhal, a phenomenon that has been documented. If the Arctic mercury burden further increases, it could be another way that climate change affects the native communities living there.

The results of the study are concerning because what we are learning is that not only is permafrost a massive storage for carbon that will feedback on global climate, but permafrost also stores a globally significant pool of mercury, which is at risk of being released into the environment when permafrost thaws. This is especially concerning, given the predominance of wetland ecosystems in the Arctic.

Source: The Washington Post.

Carte montrant l’étendue du permafrost dans l’Arctique (Source: National Snow and Ice Data Center)

Ouverture de l’Océan Arctique: La crainte des marées noires // Opening of the Arctic Ocean: The fear of oil spills

Au moment où la fonte de la glace ouvre de nouvelles voies de navigation et de nouveaux gisements dans l’Océan Arctique, on craint que cette nouvelle situation provoque une pollution à grande échelle, notamment par une marée noire ou des fuites de gaz naturel. Des tests sont actuellement en cours pour anticiper une telle situation qui serait sans aucun doute une catastrophe environnementale.

À la fin du mois de juillet, un robot – l’Aqua-Guard Triton RotoX – a été testé dans la Mer de Beaufort au moment de la débâcle. Le but était de voir s’il pourrait nettoyer le pétrole lors d’une marée noire dans l’Arctique. Cet « écumeur de pétrole », commandé à distance depuis le pont d’un brise-glace, est l’une des nombreuses technologies testées dans le cadre d’un programme de recherche et de développement de la Garde côtière des États-Unis. Le RotoX, fabriqué au Canada, a été conçu pour récupérer le pétrole à la surface de l’eau de l’Arctique au moment de la débâcle, c’est à dire au moment où la mer est jonchée de morceaux de glace. Selon les écologistes,  une telle situation est susceptible d’être causée par l’exploitation du pétrole au large des côtes de l’Alaska. Deux scénarios potentiels de marées noires sont envisageables: un événement catastrophique provoqué par un tanker comme l’Exxon Valdez, ou plus probablement, une marée noire provoquée par un petit navire suite à un déversement involontaire ou un accident.

À l’heure actuelle, il existe une technologie qui permet d’éliminer le pétrole dans les eaux libres de glace et sur la banquise. Le problème reste insoluble quand la surface de la mer est recouverte de morceaux de glace. Le RotoX est équipé de multiples «dents» de couleur orange qui dépassent légèrement de l’avant de l’appareil. Après l’avoir dirigé vers des plaques de glace et des nappes de pétrole, il découpe la glace en morceaux plus petits qui peuvent ensuite être récupérés. Le fait qu’il soit télécommandé depuis un navire est un avantage comparé aux récupérateurs de pétrole traditionnellement traînés par de gros navires. Le RotoX est plus maniable et pourrait en théorie se déplacer entre les morceaux de glace pour atteindre les nappes de pétrole. La pratique est toutefois décevante.

Après avoir fait fonctionner « l’écumeur de pétrole » dans un environnement dépourvu de glace, l’équipe scientifique l’a testé dans une eau couverte de plaques de glace d’épaisseur variable. Les résultats n’ont pas été convaincants. Bien que le RotoX ait réussi à se déplacer au sein des plaques de glace, ses dents étaient si puissantes qu’elles sont devenues un handicap pour atteindre les nappes de pétrole.

Pendant que le RotoX était testé dans les eaux de l’Arctique, un responsable de la Garde Côtière a froidement déclaré que les États-Unis n’avaient pas les moyens de nettoyer une marée noire dans l’Arctique. Déjà en 2014, le National Research Council (NRC) avait publié une étude qui mettait en évidence les obstacles naturels que les équipes de nettoyage devraient rencontrer lors d’une marée noire dans l’Arctique et formulait des recommandations pour améliorer la capacité des États-Unis à faire face à un tel événement. Le NRC a également précisé que le personnel, les équipements et les ressources de sécurité capables de répondre à une marée noire de grande ampleur dans l’Arctique n’étaient pas suffisants.

Trois ans plus tard, le président de la commission du NRC qui a rédigé le rapport et un professeur de l’université Le Moyne de Syracuse (Etat de New York), ont déclaré qu’il fallait investir davantage dans les infrastructures et la logistique, mais aussi développer les relations entre les gouvernements fédéral et étatique et les autorités locales. En ce qui concerne la nouvelle technologie, l’intégration de systèmes de capteurs devrait également être améliorée.

En conclusion, on peut dire que le test du nouvel « écumeur de pétrole » est un élément important du puzzle créé par la gestion de l’augmentation du trafic maritime dans les eaux de l’Arctique, mais il y a encore de nombreux problèmes à résoudre pour faire face à une marée noire. De toute évidence, les États-Unis n’ont toujours pas les moyens d’affronter une telle catastrophe environnementale.

Source: Alaska Dispatch News.

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As shipping lanes open with the melting of the ice in Arctic, together with the discovery of new mineral deposits, there are fears that this new situationmay some day cause a large-scale pollution, especially through an oil spill and natural gas leaks. Tests are currently being made to anticipate such a situation which would undoubtedly be an environmental disaster.

In late July, a robot – the Aqua-Guard Triton RotoX – dipped into the icy Beaufort Sea. The goal was to test whether the prototype could clean up an oil spill in the Arctic. The oil skimmer, which was remotely controlled from the deck of an icebreaker, is one of many technologies being examined by the U.S. Coast Guard’s research and development program. The Canadian-designed RotoX was made to skim oil off Arctic water littered by broken sea ice, the very problem that environmental groups say should preclude oil development in offshore Alaska. Two potential oil spill scenarios are said to be a cause for concern: a catastrophic oil spill from a tanker like the Exxon Valdez, or more likely, a spill from a small ship through an unintentional release or accident.

Currently, technology can clean up oil in open water and in pack ice. But water with broken ice still remains a problem. The RotoX is outfitted with multiple orange « teeth » slightly protruding from the front of the device. After maneuvering the oil skimmer to pockets of ice and oil, it chops up the ice into smaller pieces, which could be pumped through the skimmer or slide underneath. Being able to remotely guide the skimmer from a larger ship also gives it an advantage in ice-filled water. Compared to skimmers that are traditionally dragged along by large ships, RotoX is more nimble and could maneuver around the ice to reach oil spots.

After first deploying the skimmer in non-ice-filled water, the team tested it in waters filled with ice of varying thickness. The results were not really successful. Although the RotoX did well propelling itself through ice floes, the teeth were so powerful that they actually became a detriment in reaching potential oil.

While the oil skimmer was tested in Arctic waters, a Coast Guard official said that the United States was not prepared to clean up an oil spill in the Arctic. In 2014, the National Research Council released a study which acknowledged the natural obstacles that response crews might encounter during an Arctic oil spill, and laid out recommendations to improve the U.S. capability to respond to an oil spill. It also said the number of personnel, equipment and safety resources able to respond to a large Arctic oil spill was not adequate.

Three years later, the chairman of the committee that produced the report and a professor at Le Moyne College in Syracuse, New York, said more investment in infrastructure and logistics is needed, as well as more baseline information and relationships between federal, state and local players. Looking at new technology, and how sensor systems can be integrated into the devices, is also an area for improvement.

In conclusion, we can say that the test of the new oil skimmer was an important piece of the puzzle to gear up for more traffic sailing through Arctic waters, but there are still some limitations in preparing for a large oil spill and the U.S. is not ready to cope with such an environmental catastrophe.

Source: Alaska Dispatch News.

Le nettoyage d’une pollution provoquée par une marée noire au moment de la débâcle reste un problème insoluble (Photo: C. Grandpey)

 

Lusi, encore et encore ! // Lusi, again and again !

De nombreux articles dans la presse internationale nous rappellent ces jours-ci que l’éruption de Lusi, le volcan de boue la plus destructeur au monde, est né près de la ville de Sidoarjo, sur l’île de Java (Indonésie) il y a plus de 11 ans. L’éruption continue au moment où j’écris ces lignes. Le volcan de boue est apparu le 29 mai 2006 et, au plus fort de l’éruption, il vomissait 180 000 mètres cubes de boue chaque jour, enterrant des villages entiers sous parfois 40 mètres de fange. C’est le pire événement de ce type dans l’histoire. L’éruption a causé la mort de 13 personnes et détruit les maisons de 60 000 autres. Bien que la boue coule encore plus d’une décennie plus tard, les scientifiques ne sont toujours pas d’accord sur la cause de la catastrophe. La question est de savoir si l’éruption de Lusi est due à un séisme enregistré plusieurs jours auparavant à Yogjakarta, ou si une erreur technique s’est produite lors du forage d’un puits d’exploration de gaz à proximité du site de l’éruption.

La NASA a mis en ligne des images satellites de la zone affectée avant et après l’éruption de Lusi.

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There are quite a lot of articles in the newspapers these days to remind us that the eruption of Lusi, the world’s most destructive mud volcano, was born near the town of Sidoarjo, on the island of Java, Indonesia, just over 11 years ago. To this day it has not stopped erupting. The mud volcano started on May 29th, 2006, and at its peak disgorged 180,000 cubic metres of mud every day, burying villages in mud up to 40 metres thick. The worst event of its kind in recorded history, the eruption took 13 lives and destroyed the homes of 60,000 people. Although the mud is still flowing more than a decade later, scientists are not yet agreed on its cause. The debate is whether the eruption of Lusi was due to an earthquake several days previously, or down to a catastrophic failure of a gas exploration well that was being drilled nearby at the time.

NASA has released satellite photos of the affected area before and after the eruption of Lusi.

Les couleurs sont bien sûr fausses, mais elles permettent de discerner parfaitement la zone recouverte par la boue de Lusi (Source: NASA)

Nouvelles mesures des émissions de SO2 // New measurements of SO2 emissions

Même s’ils ne sont pas en éruption, la plupart des volcans actifs continuent à émettre des gaz. Ces émissions se présentent en général sous forme de vapeur d’eau à laquelle se mêlent du dioxyde de carbone (CO2), de l’hydrogène sulfuré (H2S), du dioxyde de soufre (SO2) et de nombreux autres gaz. Parmi ces gaz, le SO2 est le plus facile à détecter à partir de l’espace.
Dans une nouvelle étude publiée dans Scientific Reports, une équipe de chercheurs de l’Université Technologique du Michigan a mis au point le premier inventaire mondial d’émissions de SO2 d’origine volcanique en utilisant les données fournies par le mesureur d’ozone embarqué sur le satellite Aura de la NASA. Les chercheurs ont compilé des données entre 2005 et 2015 afin d’obtenir des estimations annuelles d’émissions gazeuses pour chacun des 91 volcans actifs dans le monde. L’ensemble de ces données permettra d’affiner les modèles climatiques et de chimie atmosphérique et permettra de mieux comprendre les risques pour la santé humaine et l’environnement.

Dans la mesure où les émissions quotidiennes sont beaucoup plus faibles que pendant une éruption majeure, les effets des panaches de gaz sont moins évidents, mais l’effet cumulatif est loin d’être négligeable. En fait, la plupart des volcans émettent la majorité de leurs gaz lorsqu’ils ne sont pas en éruption.
L’équipe scientifique a constaté que chaque année, l’ensemble des volcans émet de 20 à 25 millions de tonnes de SO2 dans l’atmosphère. Ce chiffre est plus élevé que l’estimation précédente qui remonte à la fin des années 1990 et qui s’appuyait sur des mesures au sol, mais il inclut davantage de volcans parmi lesquels certains n’ont jamais été visités par les scientifiques. Ce chiffre est encore inférieur aux émissions de SO2 produites par les activités humaines. Selon l’Environment and Climate Change Canada à Toronto, ces dernières envoient environ deux fois plus de dioxyde de soufre dans l’atmosphère. Les émissions anthropiques sont toutefois en baisse dans de nombreux pays en raison de contrôles de pollution plus stricts sur les centrales électriques, l’utilisation de combustibles à faible teneur en soufre, et les progrès technologiques pour le réduire pendant et après la combustion.
Les processus atmosphériques convertissent le dioxyde de soufre en aérosols sulfatés qui renvoient la lumière du soleil dans l’espace en provoquant un effet de refroidissement sur le climat. Les aérosols sulfatés situés à la surface de la Terre présentent un risque pour la santé. De plus, le SO2 est la principale source de pluie acide et constitue un irritant pour la peau et les poumons. Les problèmes de santé provoqués par les panaches SO2 sont présents dans les zones habitées sur les pentes de volcans à dégazage persistant comme le Kilauea à Hawaï et le Popocatepetl au Mexique.
Avec des observations quotidiennes, le suivi des émissions de SO2 par satellite peut également aider à prévoir les éruptions. Outre la mesure de l’activité sismique et la déformation du sol, les scientifiques qui contrôlent les données satellitaires peuvent détecter l’accroissement des émissions de gaz qui précédent les éruptions.
Les données au sol sont plus détaillées et, dans des régions comme l’Amérique Centrale où les volcans qui émettent du SO2 sont proches les uns des autres, elles permettent de mieux analyser les panaches de gaz volcaniques spécifiques. Cependant, lorsque les émissions de SO2 augmentent, les mesures effectuées sur le terrain demeurent trop éparses pour obtenir une image globale cohérente. Le nouvel inventaire mis au point par les chercheurs du Michigan fournit des données sur les volcans isolés comme ceux des îles Aléoutiennes et il fournit des mesures cohérentes à long terme sur les volcans qui émettent le plus de gaz comme Ambrym au Vanuatu et le Kilauea à Hawaï.
Le travail effectué par les chercheurs de l’Université Technologique du Michigan souligne la nécessité de ces données cohérentes sur le long terme. Si l’on veut obtenir des tendances ou effectuer un autre travail scientifique, les séries chronologiques plus longues sont vraiment indispensables. La valeur des données augmente avec sa durée.

Les nouvelles informations sur les émissions volcaniques permettront d’améliorer la surveillance des risques naturels, des risques pour la santé humaine et des processus climatiques.
Source: www.nature.com/scientificreports

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Although they are not erupting, most active volcanoes keep emitting gases. These emissions may include water vapour laced with carbon dioxide (CO2), hydrogen sulphide (H2S), sulphur dioxide (SO2), and many other gases. Of these, SO2 is the easiest to detect from space.

In a new study published in Scientific Reports, a team led by researchers from Michigan Technological University created the first global inventory for volcanic SO2 emissions, using data from the Ozone Monitoring Instrument on NASA’s Earth Observing System Aura satellite launched in 2004. They compiled emissions data from 2005 to 2015 to produce annual estimates for each of 91 currently emitting volcanoes around the world. The data set will help refine climate and atmospheric chemistry models and provide more insight into human and environmental health risks.

Because the daily emissions are smaller than a big eruption, the effect of a single plume may not seem noticeable, but the cumulative effect of all volcanoes can be significant. In fact, on average, volcanoes release most of their gas when they are not erupting.

The scientific team found that each year volcanoes collectively emit 20 to 25 million tons of SO2 into the atmosphere. This number is higher than the previous estimate made in the late 1990s based on ground measurements, but it includes data on more volcanoes, including some that scientists have never visited, and it is still lower than human emissions of SO2 pollution levels. Indeed, human activities emit about twice as much sulphur dioxide into the atmosphere, according to the Environment and Climate Change Canada in Toronto. Human emissions however are on the decline in many countries due to more strict pollution controls on power plants like burning low-sulphur fuel and technological advances to remove it during and after combustion.

Atmospheric processes convert sulphur dioxide into sulfate aerosols that reflect sunlight back into space, causing a cooling effect on climate. Sulfate aerosols near the land surface are a health risk. In addition, SO2 is the primary source of acid rain and is a skin and lung irritant. Health concerns with SO2 plumes are present in communities on the slopes of persistently degassing volcanoes like Kilauea in Hawaii and Popocatepetl in Mexico.

With daily observations, tracking SO2 emissions via satellite can also help with eruption forecasting. Along with measuring seismic activity and ground deformation, scientists monitoring satellite data can potentially pick up noticeable increases in gas emissions that may precede eruptions.

Ground-based data are more detailed, and in areas like Central America where large SO2-emitting volcanoes are close together, they better distinguish which specific volcano gas plumes come from. However, while field measurements of SO2 emissions are increasing, they still remain too sparse to piece together a cohesive global picture. The new inventory also reaches as far as the remote volcanoes of the Aleutian Islands and provides consistent measurements over time from the world’s biggest emitters, including Ambrym in Vanuatu and Kilauea in Hawaii.

The work performed by the researchers from Michigan Technological University highlights the necessity of consistent long-term data. If they want to look at trends or do other science, the longer time-series is really critical. The value of the data increases with its duration. The new volcanic emissions information pulls together opportunities to improve monitoring of natural hazards, human health risks and climate processes.

Source: www.nature.com/scientificreports.

Aperçu des émissions de SO2 au niveau des Iles Aléoutiennes et de l’Indonésie