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Des drones pour mesurer les gaz volcaniques // Drones to measure volcanic gases

Les drones sont de plus en plus populaires de nos jours et ils sont utilisés dans différents domaines d’activités, depuis la géologie jusqu’à l’agriculture. Certains d’entre eux trouvent également des applications sur les volcans, même si la présence de gaz agressifs et de turbulences dans les cratères rendent leur utilisation difficile, avec le risque de perdre cet équipement coûteux. Jeannie Curtis sur Facebook a attiré mon attention sur un article concernant l’utilisation de drones pour mesurer le dioxyde de carbone près d’un volcan actif au Costa Rica.
Black Swift Technologies (BST)*, une société d’ingénierie basée à Boulder (Colorado), a annoncé qu’elle avait mis en place un partenariat avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA pour effectuer des mesures de dioxyde de carbone (CO2) sans l’air au moyen d’un drone capable de survoler la canopée à proximité d’un volcan actif.
En mesurant l’évolution des gaz volcaniques émis par les bouches éruptives et les fractures des volcans actifs, le JPL espère mieux comprendre le fonctionnement des volcans, anticiper les éruptions et avertir les populations.
Les vols ont été effectués au Costa Rica en janvier 2018. Les scientifiques ont utilisé le drone Black Swift S2 de chez BST, équipé de capteurs conçus pour mesurer le CO2 et la vapeur d’eau émis par le volcan. Les prochains vols du Black Swift S2 incorporeront des capteurs capables de mesurer le méthane, l’hydrogène sulfuré et le dioxyde de soufre, ainsi qu’un néphélomètre pour évaluer la taille et la répartition des particules volcaniques, ainsi que des sondes atmosphériques pour analyser la pression, la température et l’humidité.
Selon les partenaires, les premiers vols ont démontré qu’un drone spécialement conçu peut mesurer avec précision (contrairement aux satellites) les éléments présents dans les panaches de gaz émis par les bouches éruptives et les fractures des volcans – y compris ceux masqués par la canopée – pour quantifier les cycles de vie des volcans.
Un drone peut atteindre et se déplacer dans des endroits difficilement accessibles avec plus d’efficacité que le personnel au sol ou les aéronefs coûteux avec un pilote à leur bord. Le but des premiers vols était, dans un environnement difficile, d’utiliser un drone capable de suivre les contours de la canopée autour d’un volcan afin d’échantillonner les gaz horizontalement et verticalement. Cela permet d’obtenir des données en temps réel sur la variation du panache éruptif par rapport à l’altitude. Le drone est plus performant que les satellites qui ne peuvent calculer qu’une valeur moyenne sur tout le panache.
Les scientifiques du JPL peuvent programmer le Black Swift S2 en quelques minutes pour calculer la zone à explorer, puis commencer à collecter des données pour analyse immédiate et prise de décision. La fonction de pilotage automatique à bord du drone permet de le piloter à la fois en AGL (hauteur variable autonome suivant terrain) et en MSL (hauteur quasi constante). De plus, la conception modulaire du compartiment de la charge utile du Black Swift S2 permet une rotation rapide entre les circuits de vol, ce qui permet aux scientifiques de changer ou d’étalonner rapidement la charge utile du capteur ou de remplacer des composants. La société BST ajoute que les opérations de contrôle et la cartographie des missions sont effectuées à partir d’une simple tablette Android  sur laquelle on a chargé le logiciel SwiftTab de chez BST.
Source: Unmanned Aerial.

* Plus de détails sur les produits Black Swift à cette adresse: http://blackswifttech.com/pages/products/s2/

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Drones are getting are and more popular these days and they are used in different fields of activities ranging from geology to agriculture. Some of them are also used on volcanoes, even though the presence of aggressive gases and turbulences within the craters make their use difficult, with the risk of losing this costly equipment. Jeannie Curtis on Facebook has drawn my attention to an article about the use of drones to measure carbon dioxide close to an active volcano in Costa Rica.

Black Swift Technologies (BST), a specialized engineering firm based in Boulder, Colorado, has announced a successful collaboration with NASA’s Jet Propulsion Laboratory (NASA/JPL) to capture airborne carbon dioxide (CO2) measurements via a small unmanned aircraft system (sUAS) over the forest canopy near an active volcano.

By measuring and monitoring the prevalence of volcanic gases emitted from the vents and fractures of active volcanoes, NASA/JPL hopes to better understand how volcanoes work and improve volcano eruption planning and warning capabilities.

The flights were conducted in Costa Rica in January. They used BST’s Black Swift S2 drone, equipped with sensors designed to measure CO2 and water vapour being emitted by the volcano. Future flights of the Black Swift S2 will incorporate sensors capable of measuring methane, hydrogen sulfide and sulphur dioxide, as well as a nephelometer to assess volcanic particle size and distribution, coupled with atmospheric probes to analyze pressure, temperature, humidity.

According to the partners, the flights demonstrated that a purpose-built sUAS can more accurately measure (as opposed to satellites) the compounds present in gas plumes released from vents and fractures all around volcanoes – including those obscured by tree canopy – to help quantify the life cycles of volcanoes.

A drone can go places more effectively than ground personnel or costly manned aircraft. The goal was to deploy an sUAS in a challenging environment that was capable of following the contours of the forest canopy around a volcano to sample gases horizontally and vertically to obtain real-time data on how a plume varies over altitude, as opposed to satellite observations which might just capture an average value over its entire column.

NASA/JPL scientists can program the Black Swift S2 in minutes to calculate the area under review and then begin collecting data for immediate analysis and decision-making. The autopilot function aboard the drone allows to deploy the drone at both AGL (autonomous variable height following terrain) and MSL (near constant height). Additionally, the modular design of the payload compartment of the Black Swift S2 provides for quick turn-around between flight deployments, enabling scientists to quickly change out or calibrate the sensor payload or to replace components. BST adds that mission monitoring and mapping are done from a handheld Android tablet loaded with BST’s SwiftTab software.

Source: Unmanned Aerial.

More details on the Black Swift products at this address: : http://blackswifttech.com/pages/products/s2/

Source: Black Swift Technologies

 

Islande : Le danger des grottes de glace // Iceland : The hazards of ice caves

Le Met Office Islandais (IMO) a récemment diffusé une mise en garde concernant les grottes de glace en Islande et les précautions à prendre pour les visiter. Voici une traduction du texte de l’IMO:

Il est fréquent de rencontrer des grottes de glace sur les bords des glaciers en Islande. Elles sont creusées par l’écoulement de l’eau de fonte ou par l’activité hydrothermale. Les exemples les plus connus sont les grottes de glace de Kverkfjöll.
Il a récemment été question d’une grotte de glace découverte sur le Blágnípujökull, un appendice glaciaire dans la partie sud-ouest du Hofsjökull, petite calotte de glace au centre de Islande. On a pu lire qu’un enfant s’était trouvé mal après avoir inhalé des gaz toxiques. Il y a quinze ans déjà, des visiteurs avait fait état d’une forte odeur de soufre dans la cavité creusée par l’activité hydrothermale.
La grotte a été visitée par des scientifiques de l’IMO le 3 février 2018. Les concentrations d’oxygène (O2), de monoxyde de carbone (CO), de sulfure d’hydrogène (H2S) et de dioxyde de soufre (SO2) ont été mesurées à l’intérieur de la grotte. Il y avait une odeur de soufre à l’extérieur, au niveau de l’entrée, et à l’intérieur de la grotte. Des concentrations de H2S allant jusqu’à 60 ppm ont été mesurées à l’intérieur de la grotte. L’exposition à des concentrations de H2S aussi élevées est potentiellement dangereuse et une telle exposition pendant une heure peut causer de graves problèmes respiratoires et oculaires. Les mesures ne concernent que la visite effectuée le 3 février. Il est possible que des concentrations plus élevées de gaz s’accumulent dans la cavité. On ne sait pas à quelle concentration de gaz l’enfant mentionné ci-dessus a été exposé.

Il est fortement déconseillé de pénétrer dans la grotte sans appareils pouvant donner des indications sur les concentrations de H2S. Il est demandé aux visiteurs d’éviter de fortes concentrations. Seules des lunettes et un masque à gaz peuvent fournir une protection efficace. À une concentration de 20 ppm de H2S, certaines personnes ne sentiront pas le gaz,  mais à 100 ppm  il représente une menace pour la santé.
En plus des gaz toxiques, les morceaux de glace qui peuvent se détacher du plafond de la grotte, ainsi que le sol très glissant peuvent présenter de sérieux dangers. Il semble qu’une petite crue glaciaire (jökulhlaup) se soit produite à cet endroit, en emportant de gros morceaux de glace de glace à plusieurs centaines de mètres en aval. D’autres inondations peuvent se produire sans prévenir et représenter un réel danger.
Il faut noter que le Hofsjökull se trouve dans une zone inaccessible des Hautes Terres et aucune route ou piste ne conduit à la langue glaciaire du Blágnípujökull.
Source: OMI.

Depuis la publication de cette mise en garde, un homme d’une soixantaine d’année a été retrouvé mort le 28 février 2018 dans une grotte glaciaire du Höfsjökull. Il  était entré dans la grotte à l’intérieur du Blágnípujökull, accompagné d’un groupe de randonneurs. Ils ont tous été transportés dans refuge à Kerlingafjöll, puis à Reykjavik. Il est probable que les hommes ont été victimes des gaz toxiques comme l’hydrogène sulfuré (H2S) qui se forment à l’intérieur de la grotte.

Source : Iceland Review.

S’agissant de la sécurité dans ces cavités glaciaires en milieu volcanique, il ne faudrait pas négliger non plus la possibilité de présence de CO2. A ce sujet, il existe des ampoules sous vide qui permettent de contrôler instantanément la concentration de CO2 au sol (le CO2 est un gaz lourd). Le regretté François Le Guern m’avait conseillé de m’en procurer dans une boutique spécialisée à proximité du Panthéon à Paris, à l’époque où je passais des nuits d’hiver dans la cave de la Torre del Filosofo sur l’Etna.

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The Icelandic Met Office (IMO) has recently issued a warning about ice caves in Iceland and the precautions that should be taken to visit them. Here is the text of IMO’s warning:

Ice caves are often found at glacier edges in Iceland, formed either by meltwater flow beneath the ice or by geothermal activity (such as the well-known ice caves in Kverkfjöll).

News has recently been shared about a newly discovered ice cave in Blágnípujökull, a SW outlet from the Hofsjökull ice cap in central Iceland, where a child has collapsed due to breathing in toxic gases. Fifteen years ago, geothermal activity which melted a hole in the ice cover, accompanied by a strong sulfur smell, was observed at this same location.

The cave was visited on February 3rd, 2018. The atmospheric concentrations of oxygen (O2), carbon monoxide (CO), hydrogen sulfide (H2S) and sulfur dioxide (SO2) were measured with a handheld sensor inside the 150 m long cave. The visitors smelled sulfur outside the entrance and inside the cave. H2S concentrations of up to 60 ppm were measured inside the cave. Exposure to concentrations of H2S this high are potentially harmful, and exposure to 60 ppm for 1 hour can cause severe breathing problems and damage to the eyes. The measurements were for only one visit. It is possible that higher concentrations of gases may accumulate in the cave. It is unknown what concentration of gas the above mentioned child was exposed to.

The cave should not be entered without gas monitoring instruments that can give warnings of dangerously high concentrations of H2S. We urge people to avoid such high concentrations of H2S as only goggles and a gas-mask can provide adequate, short-term protection. At 20 ppm of H2S some people will stop smelling the gas and at 100 ppm of H2S there are significant threats to life and health.

In addition to poisonous gases, loose chunks of ice hanging from the roof of the ice cave and a very slippery floor can present serious dangers. A small jökulhlaup (glacier outburst flood) seems to have emerged from beneath the glacier at this location, breaking up the ice and transporting large chunks of glacier ice several hundred meters downstream. Future outburst floods could present an additional, unmonitored hazard.

Note that Hofsjökull is located in an inaccessible part of the highlands and no roads or tracks lead to the Blágnípujökull outlet glacier.

Source: IMO.

Since the release of this warning, a man in his sixties was found dead on February 28th, 2018 inside a glacier cave in Höfsjökull. The man had entered the cave in Blágnípujökull accompanied by a team of travellers. They were all transported to a lodge in Kerlingafjöll and then to Reykjavik. It is believed that the men were intoxicated by dangerous gases like hydrogen sulphide (H2S) forming inside the cave.

Source : Iceland Review.

When it comes to safety in these cavities in a volcanic environment, the possibility of CO2 should not be excluded either. In this regard, there are vacuum bulbs that can instantly control the CO2 concentration on the ground (CO2 is a heavy gas). The late François Le Guern had advised me to buy them in a specialist shop near the Pantheon in Paris, at the time when I spent winter nights in the basement of the Torre del Filosofo on Mount Etna.

Photos: C. Grandpey

Les bouches hydrothermales de Basiluzzo (Iles Eoliennes / Sicile) // The hydrothermal vents of Basiluzzo (Aeolian Islands / Sicily)

Panarea est l’une des Iles Eoliennes, au nord de la Sicile. Les navires et aliscaphes y font étape avant d’atteindre Stromboli, la plus septentrionale. A quelques encablures de Panarea, un petit archipel volcanique émerge des flots de la Mer Tyrrhénienne ; c’est Basiluzzo. Il s’étend sur la surface de 300 mètres carrés, ce qui représente la plus grande île inhabitée des Eoliennes. L’origine volcanique du lieu est évidente lorsque l’on observe les stratifications de lave qui atteignent 170 mètres au-dessus du niveau de la mer. L’île est principalement constituée de rhyolite dont la couleur claire contraste avec la couleur noire de l’obsidienne et la couleur blanche de la pierre ponce.

La formation de Basiluzzo remonte à 50 000 ans; elle est donc beaucoup plus récente que Panarea, apparue il y a entre 150 000 et 300 000 ans. La partie réellement émergée de Basiluzzo est le reste d’un neck volcanique. L’île a probablement été fréquentée depuis l’ère néolithique. On y a également trouvé les restes d’un sol en mosaïque d’une villa probablement construite par un propriétaire romain tombé amoureux du lieu. Au cours des derniers siècles, Basiluzzo a connu des activités agricoles et de pâturage. Enfin, en 1991, dans le but de préserver l’écosystème, une réserve naturelle intégrale, comprenant tous les autres îlots, a été établie.

Les scientifiques s’intéressent aux fonds marins entre Panarea et Basiluzzo parce qu’ils sont parsemés de plus de 200 cheminées volcaniques. C’est un véritable site hydrothermal qui a été découvert par une équipe composée, entre autres, de chercheurs du CNR, de l’ISPRA et de l’INGV en collaboration avec la Marine et les universités de Messine et Gênes. L’étude qui a été publiée dans Plos One contient également d’importantes informations sur les caractéristiques minérales, géochimiques et biologiques des systèmes hydrothermaux peu profonds en Méditerranée.
Le site entre Panarea et Basiluzzo, baptisé « Terre Fumante » par les scientifiques, est constitué de dizaines de structures de forme conique, constituées principalement d’oxydes de fer ; elles ont des hauteurs variant de 1 à 4 mètres et une base d’un diamètre moyen d’environ 3,80 mètres. Certaines de ces bouches émettent des fluides acides, riches en gaz, principalement en dioxyde de carbone. Selon les chercheurs, une structure aussi vaste et complexe n’a jamais été observée dans toute la Méditerranée et il n’en existe que quelques exemples dans certaines zones océaniques.
La découverte est la suite d’un travail de recherche de John Borthwick, océanographe à l’Ismar-CNR, récemment décédé, qui avait cherché à comprendre la nature d’une activité spectaculaire qui avait commencé à se manifester parmi les îlots à proximité de Panarea en novembre 2002. Depuis cette époque, de nombreuses campagnes océanographiques ont été menées par les navires Astrea de l’ISPRA et Urania du CNR et de Marine nationale, pour étudier la zone concernée et identifier d’autres zones de dégazage. En 2015, au cours d’une de ces campagnes, un robot télécommandé, équipé d’une caméra vidéo, d’un appareil photo et d’un bras mécanique, a identifié au fond de la mer, au sud de Basiluzzo, plusieurs cheminées fortement colonisées par les algues et les organismes benthiques. Certaines d’entre elles émettaient de toute évidence des fluides hydrothermaux et des bulles de gaz. (voir la vidéo ci-dessous)
Les premières données recueillies ont permis aux chercheurs italiens de supposer que cette zone de cheminées hydrothermales et ses voisines sont dues à une remontée de gaz profonds qui déclenche une circulation d’eau de mer dans le substrat et favorise leur ascension le long de voies préférentielles, en l’occurrence les plans de failles, et leur évacuation par les cheminées volcaniques et les zones adjacentes.

Il est pas exclu que ces zones de fonds marins affectés par une forte activité de dégazage connaissent de nouvelles émissions de gaz ou une situation semblable à celle de 2002, d’où la nécessité de nouvelles études pour comprendre non seulement la genèse du phénomène, mais aussi l’évolution de ces structures sous-marines.

Vous trouverez la vidéo à cette adresse : https://youtu.be/TkMosdEAA8Y

Source : Presse italienne.

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Panarea is one of the Aeolian Islands, north of Sicily. Ships and aliscaphs make a stop there before reaching Stromboli, the northernmost island. A short distance from Panarea, a small volcanic archipelago emerges from the waves of the Tyrrhenian Sea; it’s Basiluzzo. It extends over the area of ​​300 square metres, which is the largest uninhabited island of Aeolian. The volcanic origin of the site is evident when one observes the lava stratifications that reach 170 metres above sea level. The island consists mainly of light-colored rhyolite that contrasts with the black colour of obsidian and the white colour of pumice.
The formation of Basiluzzo goes back 50,000 years ago; thus, it is much more recent than Panarea which appeared between 150,000 and 300,000 years ago. The really emerged part of Basiluzzo is the rest of a volcanic neck. The island has probably been frequented since the Neolithic era. One also found the remains of the mosaic floor of a villa probably built by a Roman owner who fell in love with the place. In recent centuries, Basiluzzo experienced agricultural and pasture activities. Finally, in 1991, in order to preserve the ecosystem, an integral nature reserve, including all the other islets, was established.
Scientists are interested in the seabed between Panarea and Basiluzzo because it is dotted with more than 200 volcanic chimneys. It is a real hydrothermal site that was discovered by a team composed, among others, of researchers from CNR, ISPRA and INGV in collaboration with the Navy and the universities of Messina and Genoa. The study, published in Plos One, also provides important information on the mineral, geochemical and biological characteristics of shallow hydrothermal systems in the Mediterranean.
The site between Panarea and Basiluzzo, called « Smoking Land » by scientists, consists of dozens of structures of conical shape, consisting mainly of iron oxides; they have heights ranging from 1 to 4 metres and a base with an average diameter of about 3.80 metres. Some of these vents emit acidic fluids, rich in gas, mainly carbon dioxide. According to the researchers, such a large and complex structure has never been observed throughout the Mediterranean and there are only a few examples in some ocean areas.
The discovery is the result of research by the late John Borthwick, an oceanographer at ISMAR-CNR, who had sought to understand the nature of a spectacular activity that had been observed among the islets near Panarea in November 2002. Since that time, many oceanographic surveys have been conducted by ISPRA’s Astrea and CNR’s Urania and the Navy, to study the area and identify other degassing zones. In 2015, during one of these campaigns, a remotely controlled robot, equipped with a video camera, a camera and a mechanical arm, identified at the bottom of the sea, south of Basiluzzo, several chimneys heavily colonized by algae and benthic organisms. Some of them were obviously emitting hydrothermal fluids and gas bubbles. (see the video below)
The first data collected allowed Italian researchers to assume that this area of ​​hydrothermal vents and its neighbours were due to the ascent of deep hydrothermal gases that trigger a circulation of seawater in the substrate and promotes their rise along preferential routes and their evacuation through volcanic chimneys and adjacent areas.
It is not excluded that these seabed areas affected by a strong degassing activity might experience new gas emissions or a situation similar to that of 2002, hence the need for further studies to understand not only the genesis of the phenomenon, but also the evolution of these underwater structures.

The video can be found at this address: https://youtu.be/TkMosdEAA8Y

Source: Italian newspapers.

Vue de Basiluzzo depuis Panarea (Photo: C. Grandpey)

Vue d’une cheminée hydrothermale (Image extraite de la vidéo)

Vous avez froid? Allez au Pôle Nord! // Feeling cold? Just go to the North Pole!

Si vous avez trop froid ces jours-ci en Europe continentale, il vous suffit d’aller au pôle Nord! Un phénomène de réchauffement dans cette région envoie un courant d’air froid vers l’Europe. En effet, la vague de froid en Europe est causée par un «brusque réchauffement stratosphérique» au-dessus du Pôle Nord, avec pour conséquence une scission et une déviation du vortex polaire.
À la pointe nord du Groenland, le site météorologique du cap Morris Jesup a connu pendant 61 heures d’affilée – un record! – des températures au-dessus de zéro en 2018. Le phénomène est lié à un remarquable recul de la banquise. Les climatologues indiquent que la chaleur qui est arrivée en Arctique provenait à la fois de l’Atlantique et du Détroit de Béring. Dans toute la région arctique, les températures sont restées à une vingtaine de degrés Celsius au-dessus de la normale, avec une moyenne de -8°C. Plus près de nous, sur l’archipel norvégien du Svalbard, les températures se situaient à peine au-dessus de zéro avec de la pluie le 25 février 2018; c’est environ 13,4°C au-dessus de la moyenne.
Selon le National Snow and Ice Data Center, la glace de mer dans l’Océan Arctique a connu le point le plus bas jamais enregistré à la fin du mois de février, avec 14,1 millions de kilomètres carrés. C’est environ un million de km2 de moins que la normale, l’équivalent de la taille de l’Egypte. Les météorologues affirment que les conditions météorologiques en ce moment dans l’Arctique correspondent à une tendance plus générale provoquée par l’accumulation de gaz à effet de serre. Ce qui était autrefois considéré comme une anomalie devient la nouvelle norme. Le climat de la Terre change sous nos yeux, et il est grand temps que nous empêchions cette situation d’empirer encore davantage.
Le risque de voir l’ Arctique sans glace a été estimé à environ 50% ou plus – avec un réchauffement compris entre 1,5 et 2 degrés Celsius – par un groupe de scientifiques des Nations Unies. Comme je l’ai écrit dans les notes précédentes, les conséquences d’un Arctique sans glace sont faciles à imaginer: exploitation des ressources minérales de la région, ouverture à la navigation des passages maritimes du NE et du NO, etc.
Source: Agence Reuters.

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If you are too cold in continental Europe, you just need to go to the North Pole! A warming phenomenon in this region is sending a blast of Arctic cold over Europe. Indeed, the cold snap in Europe is caused by a « Sudden Stratospheric Warming » above the North Pole that led to a split in the polar vortex.
On the northern tip of Greenland, the Cape Morris Jesup meteorological site has had a record-smashing 61 hours of temperatures above freezing so far in 2018, linked to a rare retreat of sea ice in the Arctic winter darkness. Local climate scientists indicate that the warmth was coming into the Arctic both up from the Atlantic and through the Bering Strait. Around the entire Arctic region, temperatures were about 20 degrees Celsius above normal, at -8°C. Closer to us, on the Norwegian archipelago of Svalbard, temperatures were just above freezing, with rain, and about 13.4C above the long-term average on February 25th 2018.
Arctic Ocean sea ice is at a record low for late February at 14.1 million square kilometres, according to the U.S. National Snow and Ice Data Center. That is about a million less than normal, or roughly the size of Egypt. Meteorologists say that the current weather in the Arctic fits a wider pattern driven by a build-up of human-related greenhouse gases. What was once considered as anomalies is becoming the new normal. The Earth’s climate is changing right in front of our eyes, and it is high time we stopped this from getting significantly worse.
A major consequence is the risk of an ice-free Arctic in summer which has been estimated about 50 percent or higher, with warming of between 1.5 and 2.0 degrees Celsius, by a United Nations panel of scientists. As I put it in previous posts, the consequences of an ice-free arctic are easy to imagine: exploitation of mineral resources in the region, opening odf the NE and NW shipping passages, etc.
Source: Reuters press agency.

Analyse de la différence de température par rapport à la normale (en degrés Celsius) le 25 février 2018 sur l’Arctique. La température était au-dessus de zéro au pôle Nord. (Source: Université du Maine)

Analysis of temperature difference from normal (in Celsius) on February 25th, 2018 over the Arctic. The temperature was above freezing at the North Pole. (Source: University of Maine)