Étiquette : gaz volcaniques

Analyse des inclusions pour mieux comprendre le magma // Analysis of inclusions to better understand magma

Les gaz volcaniques peuvent nous fournir des informations essentielles avant une éruption. Pour les analyser, les scientifiques du HVO font appel à des pétrologues, spécialistes de l’étude de la formation des roches et des minéraux, capables de détecter les gaz emprisonnés dans les roches volcaniques. La mesure des gaz contenus dans les roches volcaniques permet d’estimer leur composition et la profondeur du magma avant l’éruption et l’émission de la lave. Ces gaz emprisonnés sous la surface sont appelés éléments volatils et peuvent se présenter sous forme solide, liquide ou gazeuse.

L’expression « gaz » désigne un élément volatil passé à l’état de vapeur. Les gaz les plus fréquemment émis en surface (ou éléments volatils en phase vapeur) sont l’eau, le dioxyde de carbone (CO₂) et le dioxyde de soufre (SO₂).

Les scientifiques peuvent mesurer les éléments volatils piégés dans le magma avant son éruption en analysant de minuscules gouttelettes emprisonnées dans des cristaux comme l’olivine. Ces gouttelettes, appelées inclusions, peuvent contenir différents matériaux : des inclusions de magma (liquide) ou des inclusions fluides. Les inclusions de magma contiennent le magma à l’état solide, tandis que les inclusions fluides peuvent contenir des gouttelettes d’eau, de dioxyde de carbone et de dioxyde de soufre à l’état liquide ou gazeux. Une fois piégée, l’inclusion est contenue dans le cristal qui l’entoure, qui agit comme une capsule de pression et conserve des informations sur le magma au moment de sa formation.

Les inclusions fluides dans les volcans sont principalement composées de dioxyde de carbone. Aux températures magmatiques (1 200 °C, soit 2 192 °F), la densité du dioxyde de carbone dépend fortement de la pression, elle-même influencée par la profondeur du magma à cet instant précis. Ainsi, en mesurant la densité du dioxyde de carbone au sein d’une inclusion fluide, on peut estimer la pression à laquelle cette inclusion a été piégée dans le cristal en croissance et en déduire la profondeur à laquelle se trouvait le magma lors de la formation de ce cristal. La détermination de la profondeur de stockage des cristaux est essentielle pour comprendre où résident et comment se comportent les magmas, superficiels ou profonds, sous la surface avant une éruption.

La densité des inclusions fluides est mesurée en préparant de fines lames de cristaux, analysées par spectroscopie Raman. La spectroscopie Raman est définie comme « une méthode d’analyse chimique non invasive. C’est une spectroscopie vibrationnelle à l’instar de la spectroscopie infrarouge (IR) qui fournit une caractérisation simultanée de la composition chimique d’un matériau, de son environnement ou encore de son degré d’oxydation. » L’une des difficultés de ce processus réside toutefois dans la taille infime des inclusions fluides, qui les rend difficiles à identifier. Leur diamètre peut varier de 0,010 mm à 0,10 mm environ.

En 2025, des scientifiques du HVO ont animé et participé à un atelier à l’Université d’Hawaï à Hilo, destiné aux étudiants de premier cycle et aux professeurs. Cet atelier portait sur la préparation et l’identification des échantillons d’inclusions fluides. Les participants ont appris les techniques de laboratoire permettant d’identifier les inclusions fluides et de préparer correctement les cristaux pour la spectroscopie Raman. Les résultats préliminaires d’étude d’échantillons s’étalant de mi-janvier 2025 à début juillet 2025 montrent que les magmas provenaient d’une profondeur d’environ 1,6 km sous la surface, ce qui correspond à l’emplacement de la chambre magmatique superficielle de l’Halemaʻumaʻu.

Voici deux images d’un cristal d’olivine observé au microscope pétrographique (ou polarisant).

L’image A montre l’olivine avec inclusion de magma (melt – couleur jaunâtre) contenant une bulle de gaz (cercle noir).

L’image B est un gros plan de l’olivine mettant en évidence une inclusion fluide (cercle noir, point blanc au centre) et une inclusion de magma (melt).

Source : Volcano Watch, USGS / HVO.

 Cette étude sur les inclusions en milieu volcanique a fait remonter en moi le souvenir d’une très longue conversation que j’ai eue un jour à Nicolosi (Sicile) avec Roberto Clocchiatti qui m’a expliqué l’intérêt d’étudier les inclusions pour mieux appréhender le comportement du magma. Roberto m’a conseillé la lecture de plusieurs ouvrages. Un de ces moments précieux que j’ai eu le privilège de vivre sur le terrain volcanique…

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Volcanic gases can give us critical information in the lead up to an eruption. To analyse them, HVO scientists need to turn to petrologists who study the origins of rocks and minerals and who can find gases trapped within volcanic rocks. Gases within volcanic rocks can be measured to estimate gas compositions and magma storage depths before lava erupts on the surface. These gases trapped below the surface are called volatiles whose composition can be a solid, liquid or vapor phase.

When referred to as a gas, it means a volatile transitioned into the vapor phase. The most common gases – or vapor phase volatiles – emitted at the surface are water, carbon dioxide (CO2) and sulfur dioxide (SO2).

Scientists can measure volatiles trapped within the magma before it erupts by analyzing tiny droplets that become trapped within crystals such as olivine. These tiny droplets, called inclusions, can contain different materials. They can be melt inclusions or fluid inclusions. Melt inclusions contain the magma, in solid form, while fluid inclusions can contain drops of water, carbon dioxide and sulfur dioxide in the liquid or gas phase. Once an inclusion is trapped, the surrounding crystal acts as a pressure-capsule and retains information about the magma at the time the inclusion was formed.

Fluid inclusions in volcanoes are dominantly composed of carbon dioxide. At magmatic temperatures – 1,200 degrees Celsius, 2,192 degrees Fahrenheit- the density of the carbon dioxide strongly depends on pressure, which is influenced by the depth of the magma at that point in time.

Thus, if we can measure the density of the carbon dioxide within a fluid inclusion, we can estimate the pressure at which that fluid inclusion was trapped in the growing crystal and infer the depth under the volcano where the magma was when that crystal grew. Determining storage depths of crystals has large implications for how we understand volcanoes and how shallow or deep magmas reside below the surface before they rise to erupt.

Fluid inclusion density is measured by creating thin slices of the crystals that are analyzed using Raman Spectroscopy. One challenge in this process, however, is that fluid inclusions are so very tiny they can be hard to identify. They can range in size from about 0.0004 (0.010 mm) to 0.004 inches 0,10 mm) in diameter.

Hawaiian Volcano Observatory scientists in 2025 conducted and participated in a short workshop at University of Hawaiʻi at Hilo for undergraduate students and professors discussing fluid inclusion sample preparation and identification. They learned laboratory techniques for identifying fluid inclusions and how to properly prepare the crystals for Raman Spectroscopy. Preliminary results from episodes that span from mid-January 2025 to early July 2025 show that the magmas came from about 1.6 km deep beneath the surface, which is the location of the shallow Halemaʻumaʻu magma chamber.

Source : USGS / HVO.

Islande: Une autre approche de la liberté // Another approach to freedom

Le vent a tourné le 25 mars 2021 et soufflait du nord et du nord-est de sorte que des nuages ​​de gaz enveloppaient des parties du sentier conduisant à l’éruption. En conséquence, il a été conseillé aux gens d’éviter de se rendre dans la  Geldingadalur. Cette situation risque de se répéter dans les prochains jours. Le Met Office travaille sur un système de code couleur pour informer les randonneurs de la sécurité d’approche de l’éruption. La politique des autorités islandaises n’est pas de fermer l’accès à la zone, mais de fournir des informations et une assistance aux visiteurs qui effectuent le parcours en prenant leur propre responsabilité.

Le chemin vers le site éruptif est parfois recouvert de glace et certains tronçons peuvent poser des problèmes. Deux randonneurs ont été transportés à l’hôpital avec des blessures sans gravité après avoir glissé sur la glace pendant la nuit.

Il est intéressant de noter que l’éruption se déroule sur des terres privées. La terre en question est une vaste zone qui a pour nom Hraun («lave» en islandais). Une vingtaine de personnes se partagent la propriété. La notion de propriété privée dans les pays nordiques est très différente de celle que nous connaissons en France où l’on voit des pancartes «Propriété privée / Défense d’entrée) dans de nombreux endroits. Comme la Scandinavie dans son ensemble, l’Islande a une loi sur la «liberté de se déplacer». On peut lire que «la loi islandaise sur la conservation de la nature réglemente les activités de plein air et la conduite à tenir. Elle stipule que chacun a le droit de se déplacer à travers le pays et de profiter de la nature tant que le voyageur est respectueux et veille à ne pas causer de dégâts aux ressources naturelles. Il est permis de traverser des propriétés privées non cultivées sans demander d’autorisation spéciale, mais les propriétaires fonciers peuvent en limiter l’accès avec des panneaux [ou] d’autres indications. »

Comme Hraun n’est pas une zone cultivée ou mise en valeur et n’est pas non plus une zone de protection naturelle, n’importe qui est libre de se rendre sur le site éruptif, même en traversant des terres privées. Au lieu d’empêcher les gens de pénétrer sur leurs terres, les propriétaires «apprécient de voir tous ces gens venir sur les terres et profiter de la chose la plus belle et la plus effrayante que la nature puisse offrir. L’une des propriétaires a ajouté qu’elle était ravie de constater que, jusqu’à présent, personne n’avait laissé de détritus et que tout le monde a respecté les formations naturelles de la région.

Source: Iceland Review, The Reykjavik Grapevine.

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The wind had shifted on March 25th, 2021 and was blowing from the north and north-east so that gas clouds were wrapping parts of the hiking path leading to the eruption. As a consequence, people were advised to avoid hiking to the eruption site in Geldingadalir. This situation is likely to repeat itself i the coming days. The Met Office is working on a colour-coded system to inform hikers on whether it’s safe to approach the eruption. The authorities’ policy is not to close access to the area again but rather provide information and assistance to hikers, who make the trek on their own responsibility.

The route to the eruption site is icy and there are some stretches of the hiking paths where visitors encountered some problems. Two hikers were brought to hospital with minor injuries after slipping on the ice in the night.

It is interesting to notice that the Geldingadalsgos eruption is actually on private land.

The land in question is a large area called Hraun (literally “Lava” in Icelandic). About 20 people share the ownership.

The notion of private property in Nordic countries is far different from what we know in France where you can often see signs “Propriété privée / Défense d’entrée) in many places. Like Scandinavia, Iceland has a “freedom to roam” law. The text goes as follows:

“The Icelandic Nature Conservation Act regulates outdoor activities and standards of conduct. It stipulates that everyone has the right to travel around the country and enjoy its nature as long as the traveller is tidy and careful not to damage or otherwise spoil natural resources. It is permissible to cross uncultivated private property without seeking any special permission, but landowners may limit routes with signs [or] other marks.”

As Hraun is uncultivated and undeveloped, nor is it under the auspices of any conservation areas, anyone is indeed free to visit the volcano, even if it is on private land. Instead of preventing people from walking on their land, the owners “find it very pleasing to see all these people come onto the land and enjoy the best and even spookiest thing that nature has to offer.”  One of the owners has added that she has been pleased to see that so far no one has been littering, and everyone has been respecting the natural formations in the area.

Source: Iceland Review, the Reykjavik Grapevine.

Vue de l’éruption ce matin

Eruption islandaise: Attention aux gaz volcaniques ! // Icelandic eruption: Beware of volcanic gases !

Une nouvelle voie d’accès plus courte et plus sure vient d’être mise en place pour permettre aux curieux d’atteindre le site éruptif dans la Geldingadalur sur la péninsule de Reykjanes. Le nouveau parcours dure environ une heure et demie pour des randonneurs bien préparés. Il mesure 3,5 km dans chaque sens, 7 km aller-retour.

Comme je l’ai déjà écrit, le site de l’éruption a été fermé aux visiteurs en raison des fortes concentrations de gaz volcaniques. Selon un scientifique du Met Office, si les gaz s’accumulent à la surface du sol autour de vous, et si vous vous penchez pour relacer vos chaussures, ces gaz lourds peuvent vous faire perdre connaissance. Selon le Met Office islandais, la diminution du vent de sud-ouest le 23 mars 2021 a entraîné une chute de la qualité de l’air près du site éruptif avec une concentration de SO2 supérieure à 9000 µg / m3. Le gaz peut s’accumuler dans les points bas. Il est conseillé de quitter la zone avant 17h00 et de rester à l’écart des dépressions de terrain. La concentration de SO2 dans l’atmosphère peut devenir une menace pour la santé si elle dépasse 350 µg / m3. Le cratère proprement dit est dans une dépression et lorsque le vent ne permet pas aux gaz volcaniques de s’évacuer, ils s’accumulent sur le site de l’éruption, créant une situation potentiellement très dangereuse.

Les visiteurs ne doivent pas entrer sur le nouveau champ de lave. Outre les gaz, la lave peuvent présenter un autre danger. Les coulées ne sont pas particulièrement rapides mais elles peuvent être imprévisibles et leur direction peut changer soudainement. L’accumulation de lave autour du cône éruptif le rend particulièrement instable. Une partie de l’hornito s’est effondrée il y a quelques jours, laissant échapper une volumineuse coulée e lave. sur ses flancs.

Source: Iceland Review.

Dernière minute : Le site éruptif est de nouveau ouvert au public. Distanciation sociale demandée car de nouveaux cas de Covid-19 sont apparus ces dernières heures. Une agence de voyage organise des excursions vers l’éruption depuis Reykjavik avec départ à 16, heures et retour à 23 heures (4990 couronnes; environ 35 euros AR) .

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A new, shorter and safer hiking path can now be used by visitors to reach the eruption site in Geldingadalur on the Reykjanes Peninsula. The new hike takes about an hour and a half for well-prepared hikers, the route is 3.5km each way, 7 km in total.

As I put it before, the eruption site was closed to visitors because of high concentrations of volcanic gases. According to a Met Office expert, if the heavy gasses have gathered on the ground around you, even stooping down to tie your shoelace could be enough to fall unconscious. According to a statement from the Icelandic Meteorological Office, decreasing southwesterly wind on Marh 23rd, 2021 caused unhealthy air quality near the eruption site with SO2 concentration over 9000 µg/m3. The gas may gather in valleys and depressions in the landscape. It is advised to leave the area before 17:00 and keep away from valleys and depressions. It should be noted that the amount SO2 in the atmosphere can start to threaten health if it goes over 350 µg/m3. The crater itself is in a depression and when the wind is not constantly blowing the gases away from the eruption, they gather there, creating a life-threatening situation. As a consequence, visitors should NOT walk on the new lava.

Beside the gases, the lava flows can be another danger. They are not particularly fast but they can be unpredictable and their direction can change suddenly. The buildup of cooled lava around the crater is high and unstable. Part of it collapsed a few days ago, with a huge flow travelling down its flanks.

Source: Iceland Review.

Last minute : The eruptive site is again open to the public. Sanitary measures should be respected because new Covid-19 cases have appeared in the last hours. A travel agency organises trips to the eruption from Reykjavik. Departure at 4 pm. Return at 11 pm. Price: 4990 crowns; about 35 euros).

Tracé de la nouvelle voie d’accès au site éruptif (Source : Iceland Review)

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