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La survie des plus aptes // The survival of the fittest

Dans une note publiée le 22 juillet 2020, j’expliquais que, contrairement à l’idée reçue, la vie est présente dans les environnements les plus extrêmes. Par exemple, des espèces extrémophiles se développent autour de «fumeurs noirs», bouches hydrothermales au fond des océans.

La vie est également présente à très haute altitude. Au cours d’une expédition dans le nord du Chili au début de l’année 2020, des biologistes américains et chiliens ont mis la main sur une souris à croupion jaune (Phyllotis xanthopygus rupestris) au sommet du volcan chilien Llullaillaco (6600 m.). Cette souris a battu le record du monde d’altitude pour un mammifère observé par les scientifiques. En 2019, la même espèce de souris avait été repérée à 6100 m. d’altitude.

On vient d’apprendre que des scientifiques ont redécouvert une espèce rare de souris vivant en milieu volcanique que l’on pensait disparue à jamais. Le petit rongeur a survécu à l’éruption cataclysmale du Pinatubo (Philippines) en 1991. L’éruption a tué quelque 800 personnes et détruit le paysage tout autour. Plusieurs années après l’éruption, des expéditions ont étudié la région et ont été surpris de constater qu’une faune très diversifiée avait survécu au cataclysme, avec en particulier des chauves-souris et une souris très rare vivant en milieu volcanique.

Les biologistes ont publié les résultats de leurs recherches dans le Philippine Journal of Science en janvier 2021. On peut lire que lorsque le Pinatubo est entré en éruption, une unique espèce de souris était censée vivre sur le volcan, et les scientifiques étaient persuadés que l’espèce s’était éteinte avec l’éruption. En fait, ils avaient tort d’être aussi pessimistes.

Apomys sacobianus, la souris du Pinatubo, avait été identifiée à partir d’un spécimen unique décrit en 1962 et conservé au Musée national d’histoire naturelle des États-Unis. Les chercheurs sont retournés sur le Pinatubo plusieurs dizaines d’années après l’éruption pour dresser un bilan des mammifères qui y vivaient autrefois. Leur visite a offert beaucoup de surprises. Les forêts d’autrefois étaient remplacées par une végétation clairsemée et broussailleuse au sein de laquelle les rongeurs indigènes pullulaient.

Parmi eux figurait la souris du Pinatubo qui avait certes survécu, mais sa population était aussi en plein essor. Les biologistes ont eu du mal à croire qu’une espèce vivant dans une zone aussi restreinte ait pu survivre à une catastrophe volcanique qui avait détruit des forêts entières.

Au vu de ces découvertes, le Pinatubo pourrait devenir un laboratoire naturel servant à observer le rétablissement de l’habitat et le réassemblage de la vie animale après une éruption. Une telle étude pourrait aussi être utile dans le cadre de la régénération des nombreuses zones de déforestation.

Source: Cnet.

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In a post released on July 22nd, 2020, I explained that, contrary to what many people think, life is present in the most extreme environments. For instance, extremophile species develop around « black smokers », hydrothermal vents at the bottom of the oceans.

Life is also present at very high altitude. During a mountaineering expedition in northern Chile in early 2020, U.S. and Chilean biologists spotted and captured a yellow-rumped leaf-eared mouse (Phyllotis xanthopygus rupestris) atop the 6,600 m summit of the Chilean volcano Llullaillaco. The mouse broke the world record for the highest-dwelling mammal documented by scientists to date. In 2019, the same species of mouse was spotted at 6,100m.

Scientists have rediscovered a rare volcano mouse species thought to be extinct. It survived the devastating eruption of M Pinatubo (Philippines) in 1991. The eruption  killed an estimated 800 people and destroyed the landscape around it. Later expeditions to study the wildlife in the area turned up the surprising survival of a diverse group of fauna, including bats and a very rare volcano-dwelling mouse.

The researchers published their findings in the Philippine Journal of Science in January 2021. One can read that when Pinatubo erupted, a little species of mouse was thought to live only on that one mountain, and biologists thought it had become extinct as a result of the event. Actually, they were wrong.

Apomys sacobianus, the Pinatubo volcano mouse, was previously known from a single specimen described in 1962 and kept at the US National Museum of Natural History.  Researchers returned to Mt Pinatubo a couple of decades after the eruption to find out what had become of the mammals that once lived there. Their visit offered quite a lot of surprises. Despite the fact that all areas surveyed supported sparse, scrubby second-growth vegetation rather than forest, native rodents were abundant everywhere.

The Pinatubo volcano mouse had not only survived, its population was booming. The biologists could hardly believe that a species found in such a localized area made it through a volcanic catastrophe that wiped out entire forests.

It seems Mt. Pinatubo could become a natural laboratory to monitor habitat recovery and community re-assembly following the eruption. Such information would be helpful in efforts to regenerate the many areas that have been deforested by people.

Source : Cnet.

La souris du Pinatubo (Source : Field Museum)

Le mot juste // The right word

Dans un article sur l’utilisation d’une terminologie précise en volcanologie, les scientifiques du HVO se demandent quel mot doit être utilisé pour désigner les masses de matériau basaltique que l’on observe au milieu du lac de lave dans le cratère de l’Halema’uma’u depuis le début de la dernière éruption du Kilauea.

Au début de l’éruption, ces masses de basalte se déplaçaient lentement dans le lac et s’élevaient à mesure que la lave s’accumulait dans le cratère. Ce  ne sont pas des îles qui sont, par définition, immobiles dans leur environnement. Il y a une centaine d’années, les volcanologues du HVO ont utilisé l’expression «îles flottantes» pour y faire référence, mais l’expression n’est pas vraiment exacte, elle non plus.

Pour plus de facilité, le HVO a utilisé le mot «île» pour décrire ces masses en mouvement dans le lac de lave actuel. Il semblerait toutefois que le mot «radeau» soit mieux adapté au vu de leur mobilité. Un radeau est généralement perçu comme une masse flottante avec un faible tirant d’eau, mais les géologues du HVO pensent (sans en être certains) que la grande île – ou le grand radeau? – que l’on observe actuellement dans le lac a un tirant d’eau relativement important qui expliquerait son lent déplacement.

Des scientifiques ont suggéré d’appeler ces masses flottantes des «bergs de basalte» par analogie avec les icebergs dont la majeure partie de la masse est submergée. Îles flottantes? Radeaux?  Bergs de basalte? Autre appellation? Seul le temps dira quel mot ou expression sera finalement retenu !

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In an article about the use of accurate terminology in volcanology, HVO scientists wonder what word should be used to refer to the masses of solid basalt material seen in the middle of the lava lake within Halema’uma’u Crater since the start of the new Kilauea eruption.

At the start of the eruption, these basalt masses moved slowly around in the lake and rose as the lake deepened. The masses are therefore not islands, which are stationary relative to their surroundings. HVO volcanologists 100 years ago used the phrase ‘floating islands’ for such features, an expressive but inaccurate phrase.

HVO used the word “island” to describe these drifting masses in Halema‘uma‘u’s current lava lake, though “raft” may be a better term to acknowledge their mobility. A raft, however, is usually perceived as a floating mass having a shallow draft, but HVO geologists suspect (admittedly with little confidence) that the largest current island/raft has a relatively deep draft reflecting a sluggish foundation.

It was suggested that the floating masses might be termed ‘basalt bergs’ by analogy with icebergs, which are mostly submerged. Floating islands, rafts, basalt bergs, or something else? Only time will tell what name finally sticks.

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Afin d’illustrer cet article, le HVO a publié deux photos du cratère de l’Halema’uma’u en 1917 et en 2021 avec la présence d’ « îles » à la surface des lacs de lave.

Le cliché panoramique de 1917 a été pris depuis le bord du lac de lave qui se trouvait alors à seulement une trentaine de mètres sous la lèvre de la caldeira de Kilauea.

L’île s’élevait à une vingtaine de mètres au-dessus de la surface et mesurait 100 mètres de large.

En janvier 2021, la plus grande île faisait environ 250 mètres de long, 135 mètres de large et environ 20 mètres de haut. L’île a effectué une rotation et s’est déplacée vers l’est et vers l’ouest depuis son apparition dès le premier jour de l’éruption. (Crédit photo: K. Mulliken)

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In order to illustrate the article, HVO has released two photographs of Halema’uma’u Crater from 1917 and 2021 showing islands floating in lava lakes.

The 1917 photographic panorama was taken from the edge of the lava lake, which was only about 30 metres below Kilauea caldera floor. The island rose about 20 metres from the surface and was 100 metres wide.

In January 2021, the largest island is about 250 metres long, 135 metres wide, and roughly 20 metres tall. The island has rotated and moved both eastward and westward since its formation on the first day of the eruption. (Crédit photo : K. Mulliken)

La Soufrière de St Vincent : la crainte des volcanologues // St Vincent’s La Soufriere: what the scientists fear

L’extrusion du dôme de lave se poursuit lentement dans le cratère de la Soufrière de Saint-Vincent. Les dernières mesures effectuées le 24 janvier 2021 révèlent un volume estimé à 4,5 millions de mètres cubes.

Pour l’instant, la masse dôme de lave est bien calée au fond du cratère de sorte qu’il n’y a aucun risque de le voir déborder et que des blocs dévalent les flancs du volcan.

Ce qui inquiète le plus les scientifiques qui surveillent La Soufrière, c’est la pression exercée par le dôme contre la paroi du cratère. Des techniques GPS et de mesure électronique de distance (EDM) sont en cours d’installation pour contrôler la situation.

Si la pression exercée par le dôme devenait trop élevée, il pourrait y avoir un risque d’effondrement d’une partie du cratère et cela deviendrait un réel danger pour les zones situées au pied du volcan.

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The extrusion of the lava dome is slowly continuing within the crater of St Vincent’s La Soufrière. The latest measurements performed on January 24th, 2021 reveal an estimated volume of 4.5 million cubic metres.

For the time being, the lava dome is still deep within the crater and there is no risk to see it overflow with blocks rolling down the slopes of the volcano.

What worries most the scientists observing La Soufriere is the pressure exerted by the dome against the crater wall. GPS and Electronic Distance Measurement (EDM) techniques are being installed to monitor the situation

Should the pressure exerted by the dome become too high, there might be a risk of collapse of a part of the crater and this would become a real danger to the areas at the foot of the volcano.

Crédit photo : UWI

La géochimie de la lave du Kilauea // The geochemistry of Kilauea’s lava

En 2011, quand j’ai travaillé sur le processus de refroidissement de la lave (voir le résumé de mon étude sous l’entête de ce blog) dans le Parc National des Volcans d’Hawaii, en relation avec le HVO, Jim Kawaikawa, alors en charge de l’Observatoire, m’a expliqué l’importance de l’analyse chimique de la lave dans le contexte de la prévision éruptive. Il m’a d’ailleurs remercié d’avoir publié les résultats concernant les échantillons de lave que j’avais prélevés sur le terrain.  

Chaque nouvelle éruption du Kilauea donne un aperçu de ce qui se passe à l’intérieur du volcan et en particulier du ou des réservoirs magmatiques. La récente éruption sommitale, qui a débuté le 20 décembre 2020, offre au HVO une fenêtre à l’intérieur du volcan et permet de mieux connaître l’origine du magma qui alimente l’éruption.

Pour savoir à quel endroit est stocké le magma et comment il se comporte avant une éruption, les scientifiques analysent la chimie des matériaux émis (minéraux, gaz dissous ou bulles de gaz). Les analyses renseignent sur la température du magma dans la chambre magmatique, le temps pendant lequel il est resté à l’intérieur du volcan avant d’arriver à la surface, et comment différents magmas (anciens ou juvéniles, plus froids ou plus chauds) ont pu se mélanger avant que le volcan entre en éruption.

Un moyen simple de répondre à ces questions est d’examiner la quantité de magnésium (Mg) à l’intérieur de la lave. Les géochimistes utilisent le magnésium (exprimé en MgO, ou oxyde de magnésium) pour déterminer la chaleur d’un magma qui indique le laps de temps mis pour atteindre la surface depuis la source. Des teneurs élevées en MgO indiquent des magmas juvéniles à haute température qui sont arrivés dans le réservoir superficiel du Kilauea peu de temps avant l’éruption. En revanche, des teneurs plus faibles en MgO reflètent des magmas plus anciens et plus froids qui sont restés stockés à l’intérieur du volcan pendant de plus longues périodes.

Les 20 et 21 décembre 2020, donc peu de temps après le début de la dernière éruption, des scientifiques du HVO ont travaillé en collaboration avec le laboratoire de l’Université d’Hawaï à Manoa et sa microsonde électronique pour mesurer le MgO dans la lave nouvellement émise. Elle présente une teneur en MgO d’environ 7% de son poids, ce qui est très proche de la composition du lac de lave au sommet du Kilauea en 2018. [NDLR : L’analyse la lave que j’avais prélevée en 2011 reéléit un taux de MgO équivalant à 7.34%]. Les dernières analyses montrent que l’éruption actuelle n’a pas débuté avec un magma juvénile venant d’entrer dans le réservoir sommital peu profond du Kilauea. L’éruption actuelle a probablement mis e jeu du magma en provenance de la même source superficielle qui a alimenté le lac de lave entre 2008 et 2018.

Les cristaux d’olivine – souvent présents dans les laves hawaïennes – contiennent également beaucoup de magnésium. Dans l’olivine, la teneur en Mg est exprimée en fonction de la teneur en forstérite (Fo), rapport entre la quantité de Mg et la teneur en fer (Fe) [Mg / (Mg + Fe) x100]. [ NDLR : De composition Mg2SiO4, la forstérite est le pôle pur magnésien de l’olivine]. Comme pour les verres, une plus grande teneur en Mg dans l’olivine (par exemple, plus de Fo) signifie que les cristaux se sont développés à partir de magmas plus chauds et plus récents. En revanche, si la teneur en olivine Fo est faible, cela indique que les cristaux se sont développés dans un magma plus froid. Les premiers cristaux d’olivine apparus dans les magmas les plus récents – et donc les plus chauds – sous le Kilauea ont généralement des teneurs en Fo de 88–90.

Sur le Kilauea, les cristaux d’olivine les plus récents, d’un diamètre d’environ 0,5 mm en général, ont des valeurs de Fo relativement faibles, autour de 82. Cela signifie que les cristaux se sont développés dans des magmas relativement froids stockés à faible profondeur, à quelques kilomètres sous la surface. Les cristaux sont également chimiquement homogènes, ce qui signifie qu’il n’y a pas de variations de la teneur en Fo entre leur centre et leur surface. Cela montre que le mélange entre les magmas plus chauds (avec une teneur en MgO élevée) et les magmas plus froids (avec moins de MgO) n’a pas eu lieu récemment au sommet du Kilauea.

D’une manière plus globale, la présence de verres à faible teneur en MgO et d’olivine homogène à faible teneur en Fo indique que du magma juvénile à haute température n’a pas été émis. Au lieu de cela, on a affaire à du magma plus ancien et plus froid. Il s’agit probablement d’un reste de magma de l’éruption de 2018 qui a maintenant atteint le sommet du Kilauea.

Source : USGS / HVO.

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In 2011, when I worked on the lava cooling process (see the summary of my study under the heading of this blog) in Hawaii Volcanoes National Park, in relation with HVO, Jim Kawaikawa, then in charge of the Observatory, explained to me the importance of the chemical analysis of the lava in the context of eruptive prediction. He also thanked me for posting the results of the lava samples I had collected in the field.

Each new eruption at Kilauea provides a glimpse into what is happening inside the volcano and its magma reservoirs. The recent summit eruption, which began on December 20th, 2020, provides HVO with a window  inside the volcano and allows to learn more about where the magma supplying the eruption is coming from.

To know about where magma is stored and how it moves prior to an eruption, geologists can measure the chemistry of erupted materials such as minerals, and dissolved gases or gas bubbles. The chemistry can tell them a lot about how hot the magma was at depth, how long it sat inside the volcano prior to arriving at the surface, and how different magmas (old vs. fresh, cooler vs. hotter) might have mixed together before erupting.

A simple way to start investigating is to look at how much magnesium (Mg) the lava contains.

Geochemists use Mg (expressed as MgO, or magnesium oxide) to determine how hot a magma is, which indicates how recently it arrived at Kilauea from its source. Higher MgO contents indicate “fresh” hot magmas entering Kilauea’s shallow reservoir shortly prior to eruption, whereas lower MgO contents reflect “older” and colder magmas that have been stored within the volcano for longer periods of time.

Shortly after the first tephra erupted on December 20th and 21st, 2020, HVO scientists worked with the electron microprobe lab housed at the University of Hawaii at Manoa to measure MgO in the new lavas. These have glass MgO contents of approximately 7 weight percent, which is very similar to the composition of Kilauea’s previous lava lake in 2018. This indicates that the current eruption did not begin with “fresh” hot magma entering Kilauea’s shallow summit reservoir. Instead, the eruption is likely drawing magma from the same shallow source that fed the 2008–2018 lava lake.

Olivine crystals – commonly found in Hawaiian lavas – also have a lot of Mg. In olivine, the abundance of Mg is expressed as the forsterite content (Fo), which is a ratio of how much Mg there is compared to the iron (Fe) content [Mg/(Mg+Fe)x100]. Similar to the glasses, higher Mg in olivine (for example, higher Fo) means that the crystals grew from hotter, fresher magmas. If the olivine Fo content is low, it tells scientists that the crystals grew in a cooler magma. The first olivine crystals to grow in the freshest, hottest magmas rising beneath Kilauea typically have Fo contents of 88–90.

Kilauea’s newest olivine crystals, which are typically about 0.5 mm in diameter, have relatively low Fo values of 82. This suggests that the crystals grew in relatively cool magmas stored at shallow depths, a few kilometres below the ground surface. The crystals are also chemically homogeneous, meaning that there are no changes in Fo content from the middle to the rim. This shows that mixing between hotter (higher MgO) and colder (lower MgO) magmas has not occurred recently at Kilauea’s summit.

Together, the low-MgO glasses and homogeneous, low-Fo olivine indicate that hot, fresh magma has not been erupted. Instead, these compositions reveal that older, “cooler” magma, possibly the left-over magma from 2018 eruption, is being emitted now at Kilauea’s summit.

Source: USGS / HVO.

Vue au microscope, le 26 décembre 2020, d’un échantillon de lave émise lors de la dernière éruption, avec cheveux et larmes de Pele.

Zoom sur l’image électronique de cette lave, où les niveaux de gris indiquent la teneur relative en fer. On aperçoit de très petits cristaux de clinopyroxène et de plagioclase à côté des vésicules.

Autre image électronique de la lave qui contient de petits cristaux d’olivine ainsi que des spinelles.

(Source : Université d’Hawaii à Manoa, USGS / HVO).