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La muographie permettra-t-elle un jour de prévoir les éruptions ? // Will muography some day help predict eruptions ?

J’ai expliqué dans des notes précédentes (21 novembre 2015, 11 juillet 2016) que les muons pourraient nous aider à comprendre la structure interne de certains volcans. Un nouvel article publié dans la presse américaine va plus loin et affirme que ces particules cosmiques pourraient être utilisés pour prévoir les éruptions.
Les muons sont partout et nous frappent à chaque seconde. Ces particules, qui se forment lorsque les rayons cosmiques pénètrent dans l’atmosphère terrestre, sont inoffensives et se désintègrent rapidement en formant des amas de particules encore plus fines.
Les muons pénètrent dans les objets comme le font les rayons X,. C’est ainsi qu’ils ont permis aux scientifiques de découvrir une chambre funéraire à l’intérieur de la Grande Pyramide d’Égypte il y a plusieurs années.
Les scientifiques utilisent également des muons pour cartographier la structure interne des volcans, ce qui pourrait un jour aider à prévoir des éruptions. C’est ce que l’on peut lire dans un article publié la semaine dernière dans les Proceedings of the Royal Society.
Pour créer ces cartes, les scientifiques mesurent la faculté des muons à traverser le magma qui circule dans les cavités, les chambres et entre les passages rocheux à l’intérieur des volcans. Ils utilisent ensuite ces informations pour créer des aperçus géologiques. Selon l’un des auteurs de l’article, la muographie, pourrait un jour permettre de suivre les mouvements du magma qui précèdent une éruption
Les muons ont une charge négative, mais sont 207 fois plus lourds que les électrons. Ils se déplacent presque à la vitesse de la lumière. Cette lourdeur et cette vitesse permettent aux particules de pénétrer dans des matériaux denses comme la roche volcanique. Plus l’objet est dense, plus les muons perdent de la vitesse et se désintègrent. De nombreux muons peuvent heurter le flanc d’un volcan et le traverser. Toutefois, si la structure de la montagne est suffisamment dense, par exemple parce qu’un passage est rempli de magma, un muon ne pourra pas sortir de l’autre côté du volcan.
Pour repérer quels muons ont réussi à traverser l’édifice volcanique, les scientifiques installent des détecteurs sur les flancs d’un volcan. Ces détecteurs créent une image de l’intérieur du volcan en capturant les muons qui ne se sont pas désintégrés lors de leur passage à travers l’édifice, et en notant les zones où les muons ne sont pas ressortis. Certains chercheurs réalisent cette cartographie depuis les airs en positionnant les détecteurs de muons à l’intérieur d’hélicoptères et en volant à proximité des flancs du volcan.
Les muons qui traversent complètement l’édifice volcanique projettent des zones sombres sur le détecteur de muons. Mais lorsque les muons frappent des parties denses et se désintègrent, ils laissent des zones plus claires. Autrement dit, plus l’objet est dense, plus zone imprimée est claire. Plus on dispose de détecteurs de muons autour d’un volcan, meilleure est l’image. En utilisant plusieurs détecteurs positionnés autour d’un objet, il est possible de créer une image 3D.
Les chercheurs ont utilisé la muographie pour scruter l’intérieur des volcans japonais Sakurajima et Asama, ainsi que trois volcans en Italie, dont le Vésuve, et La Soufrière de la Guadeloupe.
[NDLR : Le problème est que les détecteurs ne sont pas toujours faciles à mettre en place sur les flancs d’un volcan, comme on a pu le voir avec La Soufrière de la Guadeloupe. De plus, pour être efficaces, les détecteurs doivent être installés sur des volcans coniques, de forme pyramidale comme le mont Unzen au Japon, ou encore le Mayon aux Philippines. Les résultats seraient beaucoup plus aléatoires sur des volcans boucliers comme le Kilauea à Hawaii.]
En plus de la cartographie des entrailles d’un volcan, l’article explique que la muographie pourrait être utilisée pour repérer les réservoirs de magma à l’intérieur des volcans qui sont sur le point d’entrer en éruption et pour suivre le mouvement du magma en temps réel. Les éruptions sont souvent précédées d’une ascension du magma vers le sommet du volcan. L’utilisation de muons pour détecter le déplacement du magma dans la zone sommitale pourrait aider les scientifiques à détecter les éruptions imminentes. Cela permettrait d’évacuer des populations en toute sécurité avant une éruption. Cependant, la muographie est encore loin de ce résultat et le rêve de tout volcanologue n’est pas près de se réaliser…
Source (entre autres) : Business Insider.

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I explained in previous posts (21 November 2015, 11 July 2016) that muons could help us understand the inner structure of some volcanoes. A new article published in the American press goes farther and explains that these cosmic particles could be used to predict eruptions.

Muons are everywhere and strike us every second. These particles, which are created when cosmic rays enter the Earth’s atmosphere, are harmless and quickly decay into clusters of lighter particles.

The particles penetrate objects like X-rays do, which make them useful to scientists, who used muons to uncover a hidden chamber in Egypt’s Great Pyramid several years ago.

Scientists also use muons to map the internal structure of volcanoes, which could one day help predict dangerous eruptions, according to an article published last week in the Proceedings of the Royal Society.

To create those maps, scientists measure how efficiently particles pass through magma flowing through caverns, chambers, and rocky passages in volcanoes, then use that information to create geological blueprints. According to one of the authors of the article, muography, may one day make it possible to track magma movements that may precede an eruption

Muons have a negative charge, but are 207 times heavier than electrons, traveling at nearly the speed of light. That heaviness and speed allows particles to penetrate dense materials like volcanic rock. The denser the object, the more quickly muons lose speed and decay. Many muons can hit the side of a volcano and travel right through. But if the volcano is dense enough, for instance because a passage is filled with magma, a muon won’t make it out the volcano’s other side.

To spot which muons survived the journey, scientists set up muon detectors on the flanks of a volcano. Those detectors create an image of the volcano’s interior by capturing the muons that didn’t decay while passing through the volcano, and noting gaps where muons didn’t survive intact. Some researchers do this mapping from the air by positioning muon detectors inside helicopters and flying near the volcano’s flanks.

Muons that pass through completely cast dark shadows on the muon detector. But when muons hit dense parts of the volcano and decay more quickly, they leave lighter silhouettes. In short, the denser the object, the lighter the silhouette. The more muon detectors surrounding a volcano, the better the image. By using multiple detectors positioned around the object, it’s possible to build up a crude 3D image.

Researchers have used muography to glimpse inside Japan’s Sakurajima and Mount Asama volcanoes, as well as three volcanoes in Italy,including Vesuvius, and La Soufrière volcano in Guadeloupe.

[NDLR: The problem is that the detectors are not always easy to set up on the flanks of a volcano, as could be seen with La Soufrière. Moreover, to be effective, the detectors need to be installed on pyramid-like conical volcanoes like Mount Unzen in Japan. The operations would be much more diffiocult on shield volcanoes like Kilauea in Hawaii.

Beyond helping scientists map volcanic innards, the new article suggests muography could be used to spot magma reservoirs inside volcanoes that are primed to erupt and to track magma movement in real time. Eruptions are often preceded by magma rising toward the volcano’s summit, and using muons to detect magma flow in that summit area may help scientists detect impending eruptions. This would allow people to safely evacuate ahead of an eruption. However, muon technoly is still far from what is a volcanologist’s dream.

Source (among others) : Business Insider.

Image muonique de la Soufrière de la Guadeloupe (Source: CNRS)

Pavlof (Aléoutiennes / Alaska) : difficulté de la prévision éruptive // Pavlof (Aleutians / Alaska) : Predicting eruptions is not easy

L’Alaska héberge 54 volcans actifs, soit 80% du volcanisme actif aux États-Unis. Avant de nombreuses éruptions récentes, la hausse de la sismicité, l’augmentation du tremor volcanique et/ou des déformations rapides du sol ont été observées par les scientifiques de l’Alaska Volcano Observatory (AVO). Ces précurseurs peuvent aider à prévoir les éruptions volcaniques. Ils sont particulièrement importants en Alaska où les conditions météorologiques peuvent empêcher la détection d’autres précurseurs tels que les émissions de vapeur et de gaz, ou les anomalies thermiques par les satellites et les caméras. Cette détection est importante car elle permet d’informer les pilotes des conditions de vol. Il ne faut pas oublier que le trafic aérien est intense entre l’Amérique et l’Asie dans cette partie du monde.
Différents types de précurseurs peuvent apparaître à l’échelle de mois, de semaines, de jours ou même d’heures avant une éruption. Cependant, de telles indications d’une éruption imminente ne sont pas toujours observables sur tous les volcans d’Alaska. Il suffit de prendre l’exemple du Pavlof pour s’en rendre compte. Le Pavlof (2440 m) est un stratovolcan situé dans l’arc volcanique des Aléoutiennes. Il reste muet et est réticent à donner des indices sur une éruption imminente.
Les éruptions récentes du Pavlof en 2013, 2014 et 2016 n’ont pas montré d’activité sismique préalable, et l’éruption de 2007 n’a montré une activité sismique que quelques heures avant l’événement. Les observations satellitaires du volcan confirment que des éruptions du passé se sont produites sans provoquer de déformation préalable du sol.
L’étude de la lave émise par le Pavlof montre que le magma alimentant les éruptions est stocké à une profondeur de plus de 20 km sous sa surface. Lorsque Pavlof n’est pas en éruption, le magma reste probablement en profondeur tandis que les gaz s’accumulent dans le système de stockage de magma profond. On pense que sous la pression des gaz le magma monte rapidement vers la surface juste avant une éruption du Pavlof. Cette situation rend difficile sur le long terme l’observation des précurseurs tels que l’activité sismique superficielle et la déformation du sol.
Le magma du Pavlof est riche en gaz, ce qui entraîne généralement des éruptions explosives, avec des panaches de cendres qui atteignent les hautes altitudes. Par exemple, des panaches de cendres entre 10 et 17 km de hauteur ont été générés lors d’éruptions du Pavlof en 1986, 2014 et 2016. Ces hauteurs de panaches de cendres correspondent aux altitudes de croisière habituelles des vols commerciaux. Étant donné que l’activité volcanique du Pavlof est fréquente et peut produire des panaches de cendres d’une hauteur importante, le volcan représente un danger majeur pour les 60 000 personnes qui survolent les Aléoutiennes chaque jour. C’est pourquoi les scientifiques de l’AVO surveillent attentivement l’arc en raison des dangers posés à l’aviation par le Pavlof et d’autres volcans actifs de cette région
Actuellement, l’AVO achève un projet de mise à niveau des équipements au sol existants utilisés pour surveiller les volcans des Aléoutiennes afin d’améliorer la capacité des scientifiques de l’Observatoire à prévoir les éruptions. À la suite de récentes améliorations, les scientifiques de l’AVO ont remarqué en juillet 2021 l’apparition d’un tremor volcanique sur le réseau sismique du Pavlof, ce qui indiquait le mouvement du gaz, du magma et d’autres fluides dans le sous-sol. Un mois plus tard, le Pavlof est entré dans une période éruptive qui continue actuellement. La couleur de l’alerte aérienne a été élevée à l’ORANGE, un niveau qui indique une éruption avec émissions de cendres mineures.
Le succès de la prévision de l’éruption actuelle du Pavlof laisse supposer que les améliorations apportées à l’équipement de surveillance au sol à proximité du volcan ont peut-être permis aux scientifiques de l’AVO d’identifier une sismicité qui n’avait peut-être pas pu être détectée lors des éruptions précédentes. Cela montre que les améliorations apportées aux instruments de surveillance au sol sur le Pavlof et sur d’autres volcans des Aléoutiennes donnent aux scientifiques de l’AVO un ensemble d’outils plus efficace pour potentiellement prévoir les éruptions.
Source : HVO/USGS.

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Alaska is home to 54 active volcanoes and accounts for 80% of active volcanism in the United States. Before many recent eruptions in Alaska, increases in the number of earthquakes, the appearance of volcanic tremor, and/or rapid ground displacements were observed. These precursors can help forecast volcanic eruptions. They are particularly important in Alaska, where weather can prevent other visible precursors, such as steam and volcanic gas emissions, and thermal anomalies, from being detected by satellites and cameras. This detection is important to inform pilots of the flying conditions. One should keep in mind that air traffic is intense in that part of the world between America and Asia.

Different types of precursory behaviour can occur on scales of months, weeks, days, or even hours before an eruption. However, such indications of impending eruption are not always observable at all Alaskan volcanoes. Pavlof (2440 m) is a stratovolcano located within the Aleutian volcanic arc. It has remained elusive in yielding clues to impending eruption.

Recent Pavlof eruptions in 2013, 2014 and 2016 haven’t shown precursory earthquake activity, and the 2007 eruption showed only hours of precursory earthquake activity. Further, satellite observations of the volcano show that past eruptions have occurred here without causing precursory ground deformation.

Studies of lavas from past eruptions at Pavlof show that the magma feeding these eruptions is stored deep (greater than 20 km) beneath its surface. When Pavlof isn’t erupting, magma likely remains at depth as gases accumulate within this deep magma storage system. The gas-entrained magma is thought to ascend rapidly to the surface just prior to eruption at Pavlof. This phenomenon complicates the Alaska Volcano Observatory (AVO)’s ability to observe longer-term eruption precursors such as shallow earthquake activity and ground deformation.

The gas-rich nature of magma at Pavlof commonly results in explosive eruptions, creating ash plumes that reach high altitudes. For example, ash plumes between 10 and 17 km high were generated during eruptions at Pavlof in 1986, 2014, and 2016. These ash plume heights fall in line with the typical cruising altitudes of commercial aviation flights. Since volcanic activity at Pavlof occurs frequently and can produce ash plumes of significant height, the volcano poses a major hazard to the 60,000 people that fly over the Aleutian arc each day. This is why AVO scientists carefully monitor the Aleutian arc due to the hazards posed to aviation by Pavlof and other active volcanoes there.

Currently, AVO is completing a project to upgrade existing ground-based equipment used to monitor these volcanoes to improve their ability to forecast volcanic eruptions. Following recent upgrades, in July 2021, AVO scientists noticed the onset of volcanic tremor on Pavlof’s network of seismic instruments indicating the movement of gas, magma, and other fluids in the subsurface. A month later, Pavlof entered a period of eruption that is ongoing and the color code was raised to ORANGE, indicating an eruption with minor ash emissions.

The success in forecasting Pavlof’s current eruption suggests that improvements in the ground-based monitoring equipment near the volcano may have allowed AVO scientists to identify tremor that possibly went undetected in previous eruptions. This shows that improvements made to ground-based monitoring instruments at this and other volcanoes give AVO scientists a stronger set of tools to potentially forecast eruptions.

Source: HVO / USGS.

 

Localisation du Pavlov sur l’arc des Aléoutiennes et séquence éruptive sur le volcan (Source: AVO)

Le volcanisme des Iles Canaries

Alors que l’éruption du Cumbre Vieja se poursuit sans relâche sur l’île de La Palma, on peut se demander pourquoi des volcans sont actifs dans cette région de l’Océan Atlantique.

 

En effet, des éruptions ont eu lieu relativement récemment sur d’autres îles de l’archipel. On se souvient de l’éruption sous-marine à El Hierro en 2011-2012.

 

En remontant dans le temps, on note les éruptions de Teneguia (La Palma) en 1971 ou celle du volcan Chinyero, dans le nord-ouest de Tenerife en 1909.

A Tenerife, le Pico Viejo est entré en éruption du 9 juin au14 septembre 1798. Sur le site, l’événement semble avoir eu lieu hier  (Photo: C. Grandpey).

Toutes ces éruptions sont dues à la situation des Canaries à la verticale d’un point chaud dans l’Océan Atlantique. L’archipel présente une série d’îles approximativement alignées selon un axe ouest-est, et qui se prolonge vers le nord-est par une série de monts sous-marins. L’âge des îles diminue d’est en ouest, avec à l’est les îles et monts sous-marins les plus anciens et à l’ouest les îles plus récentes. Ainsi, Fuerteventura et Lanzarote sont les îles les plus anciennes avec 20,2 millions d’années, tandis qu’El Hierro est la plus jeune avec 1,1 million d’années.

 

Illustration réalisée par Erik-Jan Bosch, 2013

On remarquera que, contrairement à beaucoup de points chauds océaniques comme Hawaii, par exemple, le volcanisme des Canaries ne se limite pas à l’île la plus récente (El Hierro), mais est diffus sur l’ensemble des îles de l’archipel. Certains scientifiques pensent que le phénomène serait dû à la présence d’une cellule de convection dans le manteau terrestre qui entraînerait une partie du magma plus vers l’est, réactivant ainsi les anciennes îles. Ce même magma serait aussi responsable du volcanisme épars au nord-ouest du continent africain jusqu’au sud de l’Espagne.

Même si sa dernière activité n’est pas récente, le Pilón de Azúcar du Teide attire de nombreux volcanophiles. Le Teide est la troisième structure volcanique la plus haute et volumineuse de la planète, derrière le Mauna loa et Mauna kea à Hawaii. Son sommet présente encore de nos jours une activité résiduelle sous forme de fumerolles et de solfatares.

Photos: C & C Grandpey

Eruptions volcaniques et réchauffement climatique // Volcanic eruptions and global warming

Il y a quelques jours, mon attention a été attirée par le titre d’un article paru sur le site du magazine GEO : «Pourquoi les fortes éruptions volcaniques sont-elles accentuées par le réchauffement climatique ?»

Même en me creusant les méninges, je n’arrivais pas à comprendre comment des éruptions pouvaient être amplifiées par la réchauffement climatique actuel.

En fait, en lisant l’article, on se rend compte que le contenu ne correspond pas au titre. On nous explique que « le réchauffement climatique va accentuer les conséquences des éruptions volcaniques de grande ampleur, amplifiant le refroidissement temporaire suivant ce type d’événements. » Il ne s’agit donc pas d’un scoop car le phénomène est étudié depuis plusieurs années.

Des chercheurs de l’université de Cambridge expliquent que « les éruptions de grande magnitude auront des effets plus importants à mesure que le climat continuera à se réchauffer. » Les panaches de cendres et de gaz émis par les éruptions volcaniques importantes s’élèveront de plus en plus haut dans l’atmosphère et ils se répandront répandront plus rapidement à la surface du globe. Cela empêchera la lumière du soleil d’atteindre la surface de la Terre, ce qui amplifiera l’effet de refroidissement temporaire survenant après une éruption, comme cela a été observé après celle du Pinatubo (Philippines) en 1991. Le panache éruptif avait alors provoqué une baisse globale de température de 0,5°C en 1992.

En revanche, selon les chercheurs anglais, pour les éruptions moins importantes qui sont les plus fréquentes,, un fort réchauffement climatique réduira de 75% les effets de refroidissement temporaire.

Selon les chercheurs, la fonte des calottes glaciaires devrait par ailleurs augmenter la fréquence et la taille des éruptions volcaniques dans des endroits comme l’Islande. Les scientifiques font référence au « rebond isostatique », mais à ce jour, aucun effet significatif n’a été observé en Islande.

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A few days ago, my attention was drawn to the title of an article that appeared on the website of the GEO magazine: « Why are strong volcanic eruptions accentuated by global warming? »  »
Even racking my brains, I couldn’t understand how eruptions could be magnified by the current global warming.
In fact, reading the article, you realize that the content does not match the title. We are told that “global warming will accentuate the consequences of large-scale volcanic eruptions, amplifying the temporary cooling following this type of event. This is not a scoop because the phenomenon has been studied for several years.
Researchers at Cambridge University explain that « large-scale eruptions will have greater effects as the climate continues to warm. » Plumes of ash and gas emitted by major volcanic eruptions will rise higher and higher in the atmosphere and will spread more rapidly over the surface of the globe. This will prevent sunlight from reaching the surface of the Earth, which will amplify the temporary cooling effect occurring after an eruption, as was observed after that of Pinatubo (Philippines) in 1991. The eruptive plume had then caused an overall temperature drop of 0.5°C in 1992.
On the other hand, according to the English researchers, for the smaller eruptions which are more frequent, a strong global warming will reduce by 75% the effects of temporary cooling.
Melting ice caps are also expected to increase the frequency and size of volcanic eruptions in places like Iceland, the researchers say. Scientists refer to “isostatic rebound”, but to date no significant effect has been observed in Iceland.

Eruption du Pinatubo en 1991 et couche d’aérosols générée par cet événement (Source: Wikipedia et NASA)