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Volcans extratropicaux et refroidissement de l’atmosphère:// Extratropical volcanoes and atmospheric cooling

Selon une étude effectuée par des chercheurs de plusieurs pays et publiée dans la revue Nature Geoscience, les éruptions volcaniques extratropicales qui se produisent dans les moyennes et les hautes latitudes ont une influence beaucoup plus forte sur le climat qu’on ne le pensait auparavant. [NDLR : A noter que les chercheurs appliquent à la volcanologie l’adjectif « extratropical » qui est davantage utilisé à propos des cyclones].
Au cours des dernières décennies, des éruptions extratropicales telles que celles du Kasatochi (Alaska, 2008) et du Sarychev (Russie, 2009) ont injecté du soufre dans les basses couches de la stratosphère. L’influence climatique de ces éruptions a toutefois été faible et de courte durée.

Jusqu’à présent, la plupart des scientifiques pensaient que les éruptions extratropicales avaient des effets plus faibles que les événements tropicaux. Cependant, des chercheurs appartenant à plusieurs institutions allemande, norvégienne, britannique, suisse et américaine ne sont pas d’accord avec cette hypothèse. Ils expliquent que de nombreuses éruptions volcaniques extratropicales observées au cours des 1 250 dernières années ont provoqué un refroidissement de surface prononcé dans l’hémisphère Nord. En fait, les éruptions extratropicales ont un impact plus prononcé que les éruptions tropicales en ce qui concerne le refroidissement de l’hémisphère par rapport aux quantités de soufre émises.
Un refroidissement à grande échelle se produit lorsque les volcans injectent de grandes quantités de gaz soufrés dans la stratosphère, la couche de l’atmosphère qui commence à environ 10 à 15 km d’altitude. Une fois dans la stratosphère, les gaz soufrés génèrent des aérosols sulfuriques qui persistent pendant des mois ou des années. Ces aérosols renvoient une partie du rayonnement solaire qui ne peut plus atteindre les couches inférieures de l’atmosphère, ni la surface de la Terre.
Jusqu’à présent, on supposait que les aérosols provenant d’éruptions volcaniques sous les tropiques avaient une durée de vie stratosphérique plus longue, car ils devaient migrer vers des latitudes moyennes ou des hautes latitudes avant de pouvoir être éliminés. En conséquence, on pensait qu’ils auraient un impact plus important sur le climat. Au contraire, les aérosols provenant d’éruptions à des latitudes plus élevées étaient censés disparaître de l’atmosphère plus rapidement. Les récentes éruptions extratropicales, avec des effets minimes mais mesurables sur le climat, correspondent à cette image. Cependant, ces éruptions étaient beaucoup plus faibles que celle du Pinatubo, par exemple.
Pour quantifier l’impact sur le climat des éruptions extratropicales par rapport aux éruptions tropicales, les chercheurs ont comparé des reconstitutions avec injection de soufre stratosphérique volcanique à partir de carottes de glace, avec trois reconstitutions avec une température estivale dans l’hémisphère Nord à partir de cernes d’arbres remontant à 750 après J.C. A leur surprise, les chercheurs ont constaté que les éruptions extratropicales produisaient un refroidissement de l’hémisphère beaucoup plus important que les éruptions tropicales proportionnellement à la quantité de soufre rejeté.
Pour mieux apprécier ces résultats, les chercheurs ont simulé des éruptions volcaniques à des latitudes moyennes à élevées avec des quantités de soufre et des niveaux d’injection correspondant à l’éruption du Pinatubo. Ils ont constaté que la durée de vie des aérosols résultant de ces éruptions extratropicales n’était que légèrement inférieure à celle des éruptions tropicales. En outre, les aérosols se concentraient essentiellement dans l’hémisphère de l’éruption plutôt que sur l’ensemble du globe, ce qui renforçait l’impact climatique dans l’hémisphère où avait eu lieu l’éruption.
L’étude montre aussi l’importance de la hauteur d’injection du soufre dans la stratosphère sur l’impact des éruptions extratropicales sur le climat. Les injections dans la stratosphère extratropicale la plus basse font naître des aérosols de courte durée, tandis que les injections dont la hauteur stratosphérique est semblable à celle du Pinatubo et des autres grandes éruptions tropicales peuvent entraîner une durée de vie des aérosols plus ou moins semblable à celle des éruptions tropicales.
Les résultats de cette étude permettront aux chercheurs de mieux quantifier l’impact des éruptions volcaniques sur la variabilité climatique du passé. Cela montre également que le climat des prochaines années sera affecté par des éruptions extratropicales.
Source: The Watchers.
Référence: « Disproportionately strong climate forcing from extratropical explosive volcanic eruptions »  – Toohey, M., K. Kruger, H. Schmidt, C. Timmreck, M. Sigl, M. Stoffel, R. Wilson (2019).

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According to an international study published in Nature Geoscience, explosive extratropical volcanic eruptions taking place in mid and high latitudes, have a much stronger influence on climate than was previously thought.

In recent decades, extratropical eruptions like those of Kasatochi (Alaska, 2008) and Sarychev Peak (Russia, 2009) have injected sulphur into the lower stratosphere. The climatic influence of these eruptions has however been weak and short-lived. So far, scientists have largely assumed that extratropical eruptions lead to weaker effects than their tropical counterparts.

However, researchers from several German, Norwegian, British, Ewiss and U.S institutions now contradict this assumption. They affirm that many extratropical volcanic eruptions in the past 1,250 years have caused pronounced surface cooling over the Northern Hemisphere, and in fact, extratropical eruptions are actually more efficient than tropical eruptions in terms of the amount of hemispheric cooling in relation to the amount of emitted sulphur.

Large-scale cooling after volcanic eruptions occurs when volcanoes inject large quantities of sulphur gases into the stratosphere, the layer of the atmosphere which starts at about 10 – 15 km high. Once in the stratosphere, the sulphur gases produce a sulphuric aerosol haze that persists for months or years. The aerosols reflect a portion of incoming solar radiation, which can no longer reach the lower layers of the atmosphere and the Earth’s surface.

Until now, the assumption was that aerosols from volcanic eruptions in the tropics have a longer stratospheric lifetime because they have to migrate to mid or high latitudes before they can be removed. As a result, they would have a greater effect on the climate. On the contrary, aerosols from eruptions at higher latitudes would be removed from the atmosphere more quickly. The recent extratropical eruptions, which had minimal but measurable effects on the climate, fit this picture. However, these eruptions were much weaker than that of Pinatubo, for instance.

To quantify the climate impact of extratropical vs. tropical eruptions, the researchers compared new long-term reconstructions of volcanic stratospheric sulphur injection from ice cores with three reconstructions of Northern Hemisphere summer temperature from tree rings extending back to 750 CE. Surprisingly, the authors found that extratropical explosive eruptions produced much stronger hemispheric cooling in proportion to their estimated sulphur release than tropical eruptions.

To help understand these results, the researchers performed simulations of volcanic eruptions in the mid to high latitudes with sulphur amounts and injection heights equal to that of Pinatubo. They found that the lifetime of the aerosol from these extratropical explosive eruptions was only marginally smaller than for tropical eruptions. Furthermore, the aerosol was mostly contained within the hemisphere of eruption rather than globally, which enhanced the climate impact within the hemisphere of eruption.

The study goes on to show the importance of injection height within the stratosphere on the climate impact of extratropical eruptions. Injections into the lowermost extratropical stratosphere lead to short-lived aerosol, while those with stratospheric heights similar to Pinatubo and the other large tropical eruptions can lead to aerosol lifetimes roughly similar to the tropical eruptions.

The results of this study will help researchers better quantify the degree to which volcanic eruptions have impacted past climate variability. It also suggests that future climate will be affected by explosive extratropical eruptions.

Source : The Watchers.

Reference: « Disproportionately strong climate forcing from extratropical explosive volcanic eruptions » – Toohey, M., K. Kruger, H. Schmidt, C. Timmreck, M. Sigl, M. Stoffel, R. Wilson (2019).

L’éruption du Pinatubo en 1991 et les aérosols qu’elle a générés servent de référence sur l’impact des éruptions volcaniques sur le climat (Crédit photo: Wikipedia)

Eruptions 2018: Un lourd bilan // A heavy toll

Selon le Centre de recherches sur l’épidémiologie des désastres (CRED), on a comptabilisé en 2018 281 événements liés au climat et à la géophysique. Ils incluent des séismes et des tsunamis, des tempêtes, des inondations, des éruptions volcaniques, des sécheresses et des températures extrêmes, ainsi que des incendies de forêt. Au total, ces catastrophes naturelles ont causé la mort de 10 733 personnes et affecté 61 millions de personnes dans le monde. Cependant, on constate en 2018 la poursuite de la tendance à la baisse du nombre de décès par rapport aux années précédentes. Cela démontre probablement l’amélioration des niveaux de vie et une meilleure gestion des catastrophes.
L’activité volcanique a été assez élevée en 2018. Cela a entraîné plus de décès que pendant les 18 années précédentes combinées. L’un des événements les plus meurtriers s’est produit en juin, lorsque Fuego est entré en éruption au Guatemala. Le dernier bilan du CONRED le 22 août 2018 était de 169 morts et 256 disparus.
Plus tard en décembre, l’éruption de l’Anak Krakatau en Indonésie a déclenché un tsunami. Le dernier bilan en date du 2 janvier 2019 était de 437 morts, 14 059 blessés et 16 disparus.
Source: CRED, The Watchers..

Ces chiffres montrent que notre capacité à prévoir des événements volcaniques majeurs reste faible. Les volcanologues guatémaltèques ont été critiqués pour ne pas avoir su anticiper le déclenchement de coulées pyroclastiques meurtrières. Leurs homologues indonésiens n’ont pas subi le même sort, mais force est de reconnaître qu’ils n’avaient pas prévu l’effondrement d’un flanc de l’Anak Krakatau et les vagues meurtrières qui ont suivi.

Aujourd’hui, la plupart des rapports d’activité se contentent de résumer l’activité éruptive et ses conséquences. On évacue les populations, mais trop souvent après le déclenchement des éruptions. C’est ce qui vient de se passer à Manam. Il arrive aussi que l’on évacue des populations et qu’il ne se passe rien ; c’est ce qui s’est passé il y a quelques mois quand l’Agung menaçait de se mettre en colère. Certes, la volcanologie a progressé au cours du siècle écoulé, mais il reste beaucoup à faire !

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According to the Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (CRED), there were 281 climate-related and geophysical events in 2018. These include earthquakes and tsunamis, storms, floods, volcanic eruptions, droughts and extreme temperatures, wildfires. Altogether, they caused the deaths of 10 733 people and affected 61 million people across the world. However, the ongoing trend of lower death tolls from previous years continued into 2018, potentially demonstrating the efficacy of improved standards of living and disaster management.

Volcanic activity was quite high in 2018. It resulted in more deaths than in the previous 18 years combined. The most deadly events occurred in June, when Fuego erupted in Guatemala. CONRED’s last toll on 22 August, 2018 was 169 deaths and 256 missing.

Later in December, the eruption of Anak Krakatau in Indonesia triggered a tsunami. The last toll on January 2nd, 2019 was 437 dead, 14 059 injured and 16 missing.

Source: CRED, The Watchers.

These figures show that our ability to predict major volcanic events remains low. Guatemalan volcanologists have been criticized for failing to anticipate the triggering of deadly pyroclastic flows. Their Indonesian counterparts were not criticised, but it is clear that they did not anticipate the collapse of a flank of Anak Krakatau and the deadly waves that followed.
Today, most activity reports simply sum up eruptive activity and its consequences. People are evacuated, but too often after an eruption has started. This is what has just happened in Manam. Authorities sometimes evacuate people and nothing happens; this was the case a few months ago when My Agung threatened erupt. Even though volcanology has progressed in the last century, much remains to be done!

En comparant les images des volcans (ici le Fuego et l’Anak Krakatau) avant et après les éruptions, il est facile de comprendre – mais trop tard – pourquoi ces événements ont tué tant de personnes.

Steven Brantley (USGS) prend sa retraite // USGS Steven Brantley retires

Steven Brantley, l’un des piliers de l’USGS, prend sa retraite ce mois-ci, après 37 années de bons et loyaux services, dont 16 à l’Observatoire Volcanologique des Cascades (CVO) et 21 ans à l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO). Dans un article qu’il a écrit pour ce dernier observatoire, Steve dit que ce fut pour lui un privilège de consacrer sa longue carrière à observer des volcans, travailler avec ses collègues et à aider les gens à comprendre les impacts potentiels des éruptions.
Sa carrière a débuté sur le Mont St. Helens en 1981 et se termine sur le Kilauea en 2018, éruptions marquées par deux événements majeurs d’effondrement volcanique. Suite à l’éruption du Mont Saint Helens, j’avais demandé des informations à Steve Brantley et il m’avait aimablement envoyé de la documentation pour mieux comprendre l’événement. L’éruption du Mont Saint Helens a conduit à la création de l’Observatoire Volcanologique des Cascades, inspiré de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, qui permet aux scientifiques de se concentrer sur des observations à long terme et de surveiller de près les volcans de la Chaîne des Cascades.
Steve Brantley explique dans son article que de nombreuses éruptions aux États-Unis et à l’étranger ont jalonné sa carrière. Après seulement quatre ans de travail au CVO, l’éruption du Nevado del Ruiz en 1985 a tué plus de 25 000 personnes lorsque des lahars ont submergé plusieurs vallées. Pendant des décennies, des milliers de personnes ont implanté, sans le savoir, leurs communautés sur des dépôts de lahars issus de précédentes éruptions du volcan. Cela a finalement créé le dilemme auquel les autorités colombiennes ont été confrontées lorsque le volcan s’est réveillé un an avant l’éruption meurtrière: Pendant combien de temps pourrait-on retarder l’évacuation de milliers de personnes afin de minimiser les bouleversements économiques et les coûts politiques d’une évacuation trop précoce ou d’une fausse alerte? Steve affirme que ce dilemme est le même partout dans le monde pour les autorités qui gèrent les situations d’urgence ainsi que pour les élus, car de plus en plus de gens vivent et travaillent sur les pentes des volcans ou dans des zones connues pour leurs dangers potentiels.
Ce dilemme crée également de plus en plus de défis pour les scientifiques qui doivent s’efforcer d’améliorer leurs capacités de surveillance et d’interprétation du comportement volcanique afin de pouvoir émettre des bulletins d’alerte plus précis concernant les éruptions et leurs conséquences potentielles. Ces mêmes scientifiques doivent également communiquer efficacement les résultats de leurs travaux avant, pendant et après les éruptions pour sensibiliser les médias et le public qui s’intéressent de plus en plus aux risques induits par les volcans.
Steve nous rappelle que depuis la tragédie du Nevado del Ruiz, des crises volcaniques ont trouvé des solutions positives. Selon lui, deux éruptions émergent parce que les mesures prises par les autorités et les scientifiques ont sauvé des milliers de vies: le Mont Pinatubo, aux Philippines en 1990, et le Merapi, en Indonésie en 2010, même si je pense personnellement que pour le Merapi, le bilan aurait été moins lourd avec une meilleure gestion du périmètre de sécurité.
Source: HVO, Hawaii 24/7.

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Steven Brantley, one of the pillars of the U.S. Geological  Survey (USGS) is going to retire this month after a 37-year career, with 16 years at the Cascades Volcano Observatory (CVO) and 21 at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO). In an article he wrote for this observatory, Steve says he feels privileged to have spent a long career observing volcanoes, supporting his colleagues, and striving to help people understand the potential impacts of eruptions.

His career began at Mount St. Helens in 1981 and is ending at Kilauea Volcano in 2018, with two major collapse events on volcanoes. In the wake of Mt St Helens eruption, I had asked Steve Brantley for information and he had kindly sent me documents to better understand the event.  The eruption of Mt St Helens led to the creation of the Cascades Volcano Observatory, modelled after the Hawaiian Volcano Observatory for scientists to focus long-term investigations and keep a watchful eye on Cascade Range volcanoes.

In the article, Steve Brantley says that many eruptions in the U.S. and abroad punctuated his career. Only four years into his work at CVO, the 1985 eruption of Nevado del Ruiz killed more than 25,000 people when lahars swept down several river valleys. Thousands of people had, for many decades, unknowingly built their communities on lahar deposits from earlier eruptions of the volcano. This eventually created the dilemma faced by Colombian authorities when the volcano awakened a year before the deadly eruption: How long could evacuation of thousands of people be delayed to minimize economic upheaval and political costs of a too-early evacuation or false alarm? Steve says that this dilemma is universal for current emergency-management authorities and elected officials as increasing numbers of people live and work on the slopes of volcanoes or within areas known for potential volcanic hazards.

The dilemma also creates increasing challenges for scientists to improve their capabilities to monitor and interpret volcanic behaviour so they can issue more accurate and timely warnings of eruptions and potential consequences. They must also effectively communicate the results of their work before, during, and after eruptions to raise awareness of volcano hazards to an increasingly interested and demanding media and public.

Steve reminds us that there have been successful responses to sudden periods of volcanic unrest since the Nevado del Ruiz tragedy. In his opinion, two eruptions stand out because bold actions taken by officials and scientists saved thousands of lives: Mount Pinatubo, Philippines, in 1990, and Mount Merapi, Indonesia, in 2010, although I personally think that for Mount Merapi the death toll could have been lower with a better management of the danger zone.

Source : HVO, Hawaii 24/7.

Steve Brantley le 17 juillet 2018 durant une réunion d’information à Pahoa sur l’éruption du Kilauea.

Les effondrements du Mt St Helens (Photo : C. Grandpey) et de l’Halema’uma’u (Photo : HVO) ont encadré la carrière de Steven Brantley

Cyclones, typhons, ouragans et éruptions volcaniques // Cyclones, typhoons, hurricanes and volcanic eruptions

Ces dernières semaines, des cyclones et des ouragans ont frappé plusieurs régions du monde, laissant derrière eux leur lot de mort et de destruction. Certains de ces événements extrêmes se sont produits dans des pays où des volcans actifs sont présents, comme Hawaii et les Philippines. Le site Forbes pose la question suivante: Que se passe-t-il lorsqu’un ouragan frappe un volcan actif? Selon ce site, la réponse est que les conséquences peuvent être catastrophiques ou négligeables, ou entre les deux. J’ajouterai que la différence dépend du type de lave émise par les volcans: coulées de basalte qui durcit rapidement comme à Hawaii, ou cendre qui se dépose en épiasses couches comme en Indonésie ou aux Philippines.
Le premier point à noter est que les ouragans ou les typhons n’affectent pas le processus volcanique. L’éruption se poursuit même dans des conditions très défavorables. Il semblerait que les fluctuations de la pression atmosphérique n’affectent pas le comportement de puissants volcans comme le Mauna Loa. C’est ce que m’a fait remarquer Haroun Tazieff lorsque j’étudiais le phénomène sur le Stromboli en Sicile.
La plupart des ouragans qui ont frappé Hawaii l’ont fait au moment où le Kilauea était en éruption. Lorsque les fortes pluies s’abattent sur la Grande Ile pendant un ouragan, on peut observer des nuages ​​de vapeur denses sur les sites où la pluie ou l’eau de ruissellement rencontrent de la lave, mais l’éruption proprement dite se poursuit et l’ouragan ne l’affecte pas vraiment. La lave continue à couler comme si rien de spécial ne s’était passé dans le ciel.
Au pire, on remarque que la taille imposante de volumineux édifices volcaniques comme le Mauna Loa et le Mauna Kea leur permet de contrarier la circulation des ouragans qui passent à proximité. Le Mauna Loa n’a pas la capacité d’arrêter un ouragan, mais il contribue probablement à affaiblir les plus forts et à fortement perturber les plus faibles. Ce comportement protège dans une certaine mesure les autres îles hawaïennes et leur population.

L’impact des cyclones ou des typhons est différent dans les pays où les volcans explosifs émettent d’énormes quantités de cendre. La plupart d’entre eux se dressent autour de la Ceinture de Feu du Pacifique. Le Pinatubo est entré en éruption au moment où le typhon Yunya (de catégorie 3) frappait les Philippines en 1991. Les cendres émises par le volcan se sont mélangées à la pluie pour former des lahars. Lorsque de grandes quantités de pluie tombent sur des coulées pyroclastiques récentes, cela peut provoquer ou intensifier les lahars. Les coulées pyroclastiques peuvent également envahir le lit des rivières et autres voies d’écoulement des eaux, ce qui provoque des inondations. Comme les accumulations de cendre sont relativement instables, ces barrages peuvent se rompre et provoquer des inondations soudaine en aval, même après la période de pluie.

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In recent weeks, cyclones and hurricanes has struck several parts of the world, leaving behind them a trail of death and devastation. Some of these extreme events have occurred in countries where active volcanoes are present, like Hawaii and the Philippines. The website Forbes asks the question: What happens when a hurricane hits an active volcano? The answer is that results can be catastrophic or negligible or anything in between. I would add that the difference depends on the kind of lava emitted by volcanoes: flows of basalt that get hard rapidly like in Hawaii, or ash that accumulates in thick layers like in Indonesia or the Philippines.

The first point to notice is that hurricanes or typhoons do not affect the volcanic process. The eruption goes on even in very adverse conditions. It seems the fluctuations in atmospheric pressure do not affect the behaviour of powerful volcanoes like Mauna Loa, as Haroun Tazieff told me when I was studying the phenomenon in Stromboli volcano in Sicily.

Most hurricanes that have struck Hawaii have done so while Kilauea volcano was erupting. When the heavy rains pour on the Big Island during a hurricane, one can observe dense clouds of steam where rain or flowing water encounter lava, but the eruption itself goes on like before and the hurricane does not really affect it. Lava keeps flowing as if nothing special happened in the skies.

At most, the size of huge volcanic edifices like Mauna Loa and Mauna Kea allows them to interfere with the circulation of nearby hurricanes. Mauna Loa is not quite a hurricane killer, but it certainly helps weaken the strong ones and scramble the weak ones. This effect helps protect the rest of the inhabited Hawaiian islands to some extent.

The consequence of hurricanes or typhoons is different in areas where explosive volcanoes emit huge quantities of ash. Most of them are located around the Pacific Ring of Fire. Mount Pinatubo erupted at the same time that typhoon Yunya (Cat 3) struck the Philippines in 1991. The ash emitted by the volcano mixed with rain to form lahars. Large amounts of rain falling onto fresh pyroclastic flows can cause or enhance lahars. Pyroclastic flows can also dam rivers and other drainage paths, resulting in flooding. Since fresh piles of ash and dust are not very strong, these dams may then break apart, causing sudden flooding downstream, even after the rain has passed.

Lave basaltique à Hawaii

Dépôts de lahar à la Martinique

(Photos: C. Grandpey)