Prévision éruptive par les variations thermiques d’un volcan // Eruptive prediction through the thermal fluctuations of a volcano

On peut lire sur le site web The Watchers un article intéressant sur une nouvelle méthode imaginée par des scientifiques du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et de l’Université de l’Alaska (UA) et qui pourrait être utilisée pour essayer de prévoir les éruptions volcaniques.

Les volcanologues s’appuient en général sur des signes avant-coureurs tels que l’augmentation de l’activité sismique, des changements dans les émissions gazeuses et la déformation du sol pour dire qu’un volcan est susceptible d’entrer en éruption. Cependant, la prévision éruptive est difficile car chaque volcan possède un comportement qui lui est propre. La situation est d’autant plus complexe qu’un petit nombre de volcans actifs dans le monde possèdent des systèmes de surveillance dignes de ce nom.

À l’aide de données satellitaires, les scientifiques du JPL et de l’UA ont proposé une nouvelle méthode qui pourrait rendre la prévision volcanique plus fiable. Elle se base sur une augmentation subtile mais significative des émissions de chaleur autour d’un volcan dans les années qui précèdent une éruption. Cela permet de constater qu’un volcan s’est réveillé, souvent bien avant l’apparition des autres signes mentionnés ci-dessus.

L’équipe scientifique a analysé plus de 16 années de données sur le rayonnement thermique capté par les instruments MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) à bord des satellites Terra et Aqua de la NASA sur plusieurs types de volcans qui sont entrés en éruption au cours des 20 dernières années. En dépit du fait que l’on a affaire à différents types de volcans, les résultats sont identiques. Dans les années précédant une éruption, la température de surface émise par la majorité des volcans a augmenté de 1°C par rapport à son état normal. Elle a ensuite diminué après chaque éruption.

Les scientifiques pensent que cette hausse de température peut résulter de l’interaction entre les systèmes hydrothermaux et les réservoirs magmatiques. Lors de l’ascension du magma à l’intérieur de l’édifice volcanique, les gaz se diffusent à la surface et peuvent dégager de la chaleur. De même, ce dégazage peut favoriser la remontée des eaux souterraines et la circulation hydrothermale, ce qui peut faire s’élever la température du sol.

Cette approche pourrait fournir de nouvelles informations sur le comportement des volcans, en particulier si on l’associe à des informations provenant d’autres satellites et  d’autres modèles. Les chercheurs ont découvert que les données thermiques se superposaient aux données semblables de déformation, mais avec un certain décalage dans le temps.

Bien que cette nouvelle méthode de prévision éruptive ne réponde pas à toutes les questions, elle ouvre la porte à de nouvelles approches de télédétection, en particulier pour les volcans isolés ou éloignés, souvent dépourvus de systèmes locaux de surveillance. .

Il faut noter que les mesures InSAR de déformation de la surface du sol permettent également aux observatoires volcanologiques du monde entier d’identifier les volcans les plus susceptibles d’entrer en éruption, ainsi que ceux qui devraient être instrumentés pour des observations plus approfondies.

Référence: « Large-scale thermal unrest of volcanoes for years prior to eruption » – Girona, T., et al. – Nature Geoscience.

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One can read on the website The Watchers an interesting article about a new method that could be used to try and predict volcanic eruptions.

Scientists at NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) and the University of Alaska (UA) have developed a new method that may lead to earlier predictions of volcanic eruptions.

Up to now, volcanologists have referred to warning signs such as an increase in seismic activity, changes in gas emissions, and sudden ground deformation to say that a volcano was likely to erupt in the future. However, forecasting eruptions is difficult because each volcano displays its own behaviour. The situation is all the more complex as a small number of the world’s active volcanoes have monitoring systems in place.

Using satellite data, scientists at JPL and UA came up with a new method that might make volcanic prediction more reliable. It is is based on a subtle but significant increase in heat emissions over large areas of a volcano in the years leading up to its eruption. It allows to see that a volcano has reawakened, often well before any of the other signs have appeared.

The scientific team studied more than 16 years of radiant heat data from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers (MODIS) instruments aboard NASA’s Terra and Aqua satellites for several types of volcanoes that erupted in the last 20 years. Despite the differences among the volcanoes, the results were the same. In the years leading up to an eruption, the radiant surface temperature over the majority of the volcanoes increased by 1°C from its normal state. Then, it decreased after each eruption.

Scientists believe that the thermal increase may result from the interaction between hydrothermal systems and magma reservoirs. When magma rises through a volcano, the gases diffuse to the surface and can give off heat. Similarly, this degassing can promote the up-flow of underground water and hydrothermal circulation, which can heat up soil temperature.

The new method may provide more insight into volcano behaviour, especially when combined with information from other satellites and models. The researchers found that the thermal time series very much mimicked the deformation time series but with some time separation.

Although the research does not answer all of the questions, it opens the door to new remote sensing approaches, especially for distant volcanoes which are devoid of local monitoring systems.

The InSAR ground-surface deformation measurements also help allow volcano observatories around the world to identify which volcanoes are most probably to erupt, as well as which should be instrumented for closer observations.

Reference : « Large-scale thermal unrest of volcanoes for years prior to eruption » – Girona, T., et al. – Nature Geoscience.

Image thermique du Parc National de Yellowstone (délimité en rouge). A gauche l’image du Parc en couleurs réelles. A droite l’image thermique avec les températures les plus élevées en blanc. (Source :  Goddard Space Flight Center de la NASA).

Yellowstone ne sera pas forcément le volcan le plus facile pour la détection des variations thermiques.

L’aide des satellites dans la prévision éruptive // The help of satellites in eruptive prediction

Lorsque le Mont Ontake au Japon est entré en éruption sans prévenir en 2014 et a tué plus de 60 personnes, les volcanologues japonais ont réalisé que la surveillance du volcan était loin d’être parfaite.

Un article publié sur le site Internet «Wired» explique que des techniques modernes de surveillance volcanique sont apparues ces dernières années. Par exemple, les satellites sont susceptibles de participer à la prévision éruptive. La chaleur est un important paramètre à prendre en compte. Au lieu de mesurer la température en des endroits précis avec des thermomètres, les satellites permettent une approche thermique plus globale. C’est la raison pour laquelle une équipe scientifique du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de Pasadena (Californie) s’est tournée vers les données de rayonnement thermique fournies par les satellites Terra et Aqua de la NASA. En survolant les zones potentiellement actives deux fois par jour, ces deux satellites fournissent des mesures précises intégrées sur des pixels de 1 kilomètre au carré.

Cinq volcans ont connu des éruptions importantes depuis 2002: Ontake au Japon, Ruapehu en Nouvelle-Zélande, Calbuco au Chili, Redoubt en Alaska et Fogo au Cap-Vert. Des hausses de température avaient été observées au cours des deux à quatre ans précédant chaque éruption, y compris l’éruption surprise de l’Ontake en 2014. La température n’avait augmenté que de 1 degré Celsius ou moins avant chaque événement, mais il s’agissait de tendances statistiquement significatives et pas seulement de bruit de fond.

Selon les chercheurs, la hausse de température observée par les satellites peut s’expliquer par la combinaison de deux processus. D’une part, le magma pendant son ascension vers la surface peut stimuler la circulation hydrothermale, ce qui génère une migration de la chaleur vers la surface. D’autre part, cet apport d’humidité peut émettre un rayonnement thermique facilement capté par les satellites. Ces variations subtiles sont facilement détectables dans les données satellitaires.

Source: Wired.

S’agissant des satellites, il faut ajouter que les paramètres InSAR sont d’une grande aide pour mesurer la déformation de surface, comme on l’a vu récemment sur la Péninsule de Reykjanes en Islande.

Cependant, ne considérer que la chaleur de surface d’un volcan comme le fait l’article ci-dessus n’est pas suffisant pour tenter de prévoir une éruption. Le regretté Maurice Krafft comparait un volcan sur le point d’entrer en éruption avec une personne malade ou blessée: la fièvre monte; la personne a des frissons, une mauvaise haleine et la zone autour de la blessure enfle. C’est la même chose pour un volcan. Il est très utile de mesurer la température, mais la sismicité, les émissions de gaz et l’inflation doivent également être prises en compte. Le seul paramètre thermique n’est pas suffisant.

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When Japan’s Mount Ontake erupted in 2014 without warning, killing more than 60 people, Japanese volcanologists realised that the monitoring of the volcano was far from perfect.

An article published on the website “Wired” explains that modern techniques for volcano surveillance have appared these last years. For instance, satellites could provide an entirely new way to warn of eruptions.

Heat is a relevant parameter for volcanic activity. Instead of measuring it at individual spots with thermometers, satellites allow to get a more global thermal view. This is the reason why a scientificteam at the Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena (California) turned to thermal radiation data from NASA’s Terra and Aqua satellites. Combined, these two provide twice-daily passes with global coverage, and each measurement is integrated over a 1 kilometre by 1 kilometre pixel.

Five volcanoes have had significant eruptions since 2002 : Ontake in Japan, Ruapehu in New Zealand, Calbuco in Chile, Redoubt in Alaska, and Fogo in Cape Verde.

Increasing temperature trends were observed over the two- to four-year periods preceding each eruption—including Ontake’s surprise 2014 eruption. Temperatures only increased by 1 degree Celsius or less in the lead-up to each event, but these were statistically significant trends and not just noise. The peak temperatures in each record were associated with an eruption.

The researchers say this might represent a combination of two processes. First, magma progressing closer to the surface could stimulate hydrothermal circulation, carrying heat to warm the surface from below. Second, if this pushes more moisture into the soil layer, the ground could emit thermal radiation more efficiently and so appear “brighter” to the satellites. Either way, these subtle changes seem easily detectable in the satellite data.

Source : Wired.

As far as satellites are concerned, id should be addes that InSAR parameters are of a great help to measure surface deformation, as could recently be seen on the Reykjanes Peninsula in Iceland.

However, considering only the surface heat of a volcano is not a sufficient parameter to try and predict an eruption. The late Maurice Krafft compared a volcano about to erupt with an ill or injured person: the fever goes up; the person has shivers, bad breath and the area around the injury inflates. It is the same with a volcano. It is very useful to measure the temperature, but seismicity, gas emissions and inflation should also be taken into account. The sole heat parameter is far from sufficient.

Image InSaR fournie le 1er mars 2021 par le satellite Sentinel-1. L’image montrait alors une intensification des déformations dans la zone la plus active d’un point de vue sismique.

Risque d’éruption sur la Péninsule de Reykjanes (Islande) ? // Eruption hazard on the Reykjanes Peninsula (Iceland) ?

De nouvelles données concernant l’essaim sismique en cours sur la Péninsule de Reykjanes montrent que du magma s’accumule sous la montagne Fagradalsfjall. Selon les scientifiques, l’essaim sismique est susceptible de déboucher sur une éruption volcanique, mais il est peu probable qu’elle soit très dangereuse ou menace les zones habitées.

La Protection Civile et le Conseil Scientifique se sont réunis pour évoquer l’essaim sismique dans la Péninsule. Les dernières images InSAR montrent plus de mouvements de terrain au cours des derniers jours qu’auparavant. Les données révèlent que la terre s’est soulevée jusqu’à 30 centimètres dans certaines zones. L’explication la plus probable est la présence de magma en mouvement sous la zone d’origine des secousses sismiques.

À la lumière des nouvelles données, les scientifiques ont envisagé cinq scénarios possibles:

Les séismes disparaîtront dans les prochains jours ou les prochaines semaines.

Les séismes vont reprendre, avec une secousse pouvant atteindre M6, avec son épicentre à proximité de Fagradalsfjall.

Les séismes vont reprendre, avec une secousse pouvant atteindre M6,5 près de Brennisteinsfjöll.

L’intrusion magmatique se poursuit près de Fagradalsfjall mais l’activité diminue et le magma se solidifie.

L’intrusion magmatique se poursuit et aboutit à une éruption fissurale avec une coulée de lave qui ne menacera probablement pas les zones habitées.

L’activité dans la Péninsule de Reykjanes étant fluctuante, il est difficile de dire quel scénario est le plus probable. Les scientifiques espèrent acquérir de nouvelles données dans la semaine pour mieux évaluer les causes de l’activité sismique.

L’activité sismique est suffisamment éloignée des zones habitées et une coulée de lave de taille moyenne ne devrait pas poser de problème à la population. De plus, les données montrent qu’une éruption ne produirait pas beaucoup de cendres. Bien qu’aucune zone habitée ne soit menacée, il est possible que la route qui traverse la péninsule et relie Reykjavík à l’aéroport international de Keflavík soit endommagée.

Au cas où une éruption se produirait dans la région, une caméra a été installée, pointée vers la montagne Keilir et ses environs. C’est la zone considérée par les scientifiques comme étant le lieu le plus probable d’une éventuelle éruption volcanique.

Une image haute résolution de la zone autour de Fagradalsfjall a été publiée. Vous pouvez cliquer sur ce lien pour avoir une vue à 360°. Les noms des montagnes sont indiqués.

https://www.iceland360vr.com/panorama/fagradalsfjall/?fbclid=IwAR3VqGqKL9ORcS62RAoDqx26WKm0LPHr7qxhIhNVEejFQ0N46P_UY5Gsads

Source : Iceland Monitor & Iceland Review.

Il ne faudrait tout de même pas oublier qu’un essaim sismique semblable, lui aussi accompagné de déformations du sol a été observé il y a quelques mois sur la Péninsule de Reykjanes. Les volcanologues islandais s’attendaient à une possible éruption, mais la lave n’a jamais percé la surface…

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Dernière minute : Un épisode de tremor a été détecté à 14h20 par la plupart des stations sismiques en Islande. L’événement a été localisé au sud de Keilir.

Un séisme de M4.0 a été enregistré à 15h11dans la même zone que la séquence de tremor, et de nombreuses secousses de moindre intensité ont été enregistrées le 3 mars. Plus tôt ce même jour, plusieurs séismes d’une magnitude voisine de M4 ont été détectés dans la région.

Après 15h30, le tremor a un peu diminué mais de nombreux séismes sont encore présents.

L’épisode de tremor et la sismicité intense obligent les autorités locales à se tenir prêtes au cas où une éruption se produirait. Il est important que les gens restent à l’écart de la zone. La route menant à la montagne Keilir a été fermée et les gens sont priés de respecter la signalisation et d’éviter de se diriger vers la Péninsule de Reykjanes dans l’espoir de voir quelque chose.

Source : Iceland Review.

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New data from the ongoing seismic swarm on the Reykjanes peninsula suggests magma is accumulating underneath Fagradalsfjall mountain. Experts say there is a chance the swarm could lead to a volcanic eruption, but it is not likely to be very dangerous or threaten inhabited areas.

The Department of Civil Protection and the Scientific Advisory Board met yesterday to discuss the earthquake swarm on the peninsula. The Board went over InSAR images which show more land movement in the area in the last few days than had been detected earlier. The new data shows land has shifted by up to 30 centimetres in some areas. The most likely explanation is that a magma passage is forming underneath the area where the earthquakes originate.

In light of the new data, scientists have projected five possible scenarios:

The seismic unrest will die down in the next few days or weeks.

The seismic unrest will pick up, culminating in an earthquake up to M6 originating close to Fagradalsfjall.

The seismic unrest will pick up, culminating in an earthquake up to M6.5 originating close to Brennisteinsfjöll.

The magma intrusion continues close to Fagradalsfjall but the activity dies down and the magma solidifies.

The magma intrusion continues, culminating in a fissure eruption and lava flow that will likely not threaten inhabited areas.

As activity in the Reykjanes peninsula is fluctuating, it is difficult to predict which scenario is most likely. Scientists are expecting to acquire new data later this week that may cast a clearer light on the reasons for the earthquakes.

The location of the earthquake activity is far enough from inhabited areas that even a medium-sized lava flow would not affect people. Moreover, data suggests the possible eruption would not produce much ash. While no inhabited areas would be threatened, it’s possible that the road across the peninsula, which links Reykjavík and the international airport in Keflavík, would be damaged.

In case an eruption should occur uin the area, a video camera has been installed, pointed at Keilir mountain and vicinity ,  the area believed by scientists to be the likeliest location of a potential volcanic eruption.

A high-resolution picture of the area all around Fagradalsfjall  has been released. You can click on this link for yourself and view it from any direction. The names of the mountains are included.

https://www.iceland360vr.com/panorama/fagradalsfjall/?fbclid=IwAR3VqGqKL9ORcS62RAoDqx26WKm0LPHr7qxhIhNVEejFQ0N46P_UY5Gsads

Source : Iceland Monitor & Iceland Review.

One should not forget that a similar seismic swarm with ground deformation was already observed on the Reykjanes Peninsula a few months ago. Local volcanologists expected a possible eruption but lava never pierced the surface…

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Last minute : A tremor pulse was detected at 2.20 PM and is measured at most seismic stations in Iceland. The event is located south of Keilir.

An earthquake M4.0 at 15:11 was measured in the same area as the tremor pulse, and many smaller earthquakes have been measured there on March 3rd. Earlier that same day a few earthquakes around M4 were detected in the area.

After 15:30 the tremor has decreased a little but many earthquakes are still being measured.

The tremor pulse and the intense seismicity require local authorities to to be ready in case an eruption should occur. It is important for people to stay away from the area. The road to Keilir mountain has been closed and people are asked to respect the closure signs and to avoid driving out to the Reykjanes peninsula in hopes of seeing something.

Source : Iceland Review.

La sismicité et le tremor montrent des valeurs vraiment élevées:

Source : Icelandic Met Office

Source: Iceland Monitor

La source magmatique de l’Agung et du Batur (Bali / Indonésie) // The magma source of Agung and Batur volcanoes (Bali / Indonesia)

Grâce aux informations fournies par les satellites de la mission Copernicus Sentinel-1 sur les déformations du sol, les scientifiques ont désormais une meilleure idée de la localisation de la chambre magmatique à l’origine de l’éruption du Mont Agung sur l’île de Bali en novembre 2017. Le volcan a émis des panaches de cendre qui ont entraîné la fermeture de plusieurs aéroports et bloqué des milliers de touristes. Les autorités ont évacué quelque 100,000 personnes, mais aucune éruption majeure n’a eu lieu. Un événement précédent, en 1963, avait toutefois coûté la vie à près de 2 000 personnes; ce fut l’une des éruptions les plus meurtrières du 20ème siècle. L’Agung est resté actif depuis 2017 et il connaît périodiquement des épisodes éruptifs mineurs.

Bali abrite deux stratovolcans actifs, l’ Agung et le Batur, mais on sait relativement peu de choses sur leurs systèmes d’alimentation magmatique. On avait toutefois remarqué en 1963 que l’éruption de l’Agung avait été suivie d’une petite éruption du Batur qui se trouve à 16 km de distance.

Un article publié récemment dans Nature Communications décrit comment une équipe de scientifiques de l’Université de Bristol (Angleterre) a utilisé les données radar de la mission Copernicus Sentinel-1 pour surveiller les déformations du sol autour de l’Agung. Sentinel-1 est une constellation de deux satellites pouvant fournir des informations interférométriques tous les six jours, ce qui est important pour surveiller les variations rapides de déformation du sol. Ces données peuvent jouer un rôle important en matière de prévision d’éruptions dans la région. Les chercheurs ont utilisé l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR), avec laquelle deux images radar ou plus sur la même zone sont associées pour détecter d’infimes variations de déformation de la surface du sol. Comme je l’ai expliqué dans des notes précédentes, les moindres modifications au sol entraînent des différences dans le signal radar et font naître des interférences de couleur arc-en-ciel dans l’image combinée, ce qui donne naissance à des interférogrammes (voir l’image ci-dessous). Ces interférogrammes révèlent comment la terre se soulève ou s’affaisse et indiquent donc si du magma juvénile se déplace sous le volcan.

Dans leur étude, les membres de l’équipe de l’Université de Bristol ont détecté une inflation d’environ 8 à 10 cm du flanc nord de l’Agung au cours de la période de forte activité sismique qui a précédé la dernière éruption. Ils ont également remarqué que l’activité sismique et le signal de déformation du sol se trouvaient à cinq kilomètres du sommet du volcan, ce qui signifie que le magma se déplaçait probablement aussi bien latéralement que verticalement. L’étude fournit la première preuve géophysique que les volcans Agung et Batur pourraient avoir un système d’alimentation connecté. Cela pourrait expliquer l’apparition d’éruptions simultanées, comme ce fut le cas en 1963.

Source: Université de Bristol.

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Thanks to information on ground deformation provided by the Copernicus Sentinel-1 mission, scientists now have a better idea of the magma chamber that caused the eruption of Mount Agung on the island of Bali in November 2017. The volcano emitted ash plumes which caused airport closures and stranded thousands of visitors. Authorities evacuated about 100,000 people to safety, but no majotr eruption occurred. A previous event in 1963, however, claimed almost 2000 lives and was one of the deadliest volcanic eruptions of the 20th century. Agung has remained active, slowly erupting on and off since 2017.

Bali is home to two active stratovolcanoes, Agung and Batur, but relatively little is known of their underlying magma plumbing systems. A clue came from the fact that Agung’s 1963 eruption was followed by a small eruption at its neighbouring volcano, Batur, which stands 16 km away.

A paper published recently in Nature Communications describes how a team of scientists, led by the University of Bristol (England), used radar data from the Copernicus Sentinel-1 mission to monitor the ground deformation around Agung. Sentinel-1 is a two-satellite constellation that can provide interferometric information every six days, which is important for monitoring rapid changes of ground deformation. Their findings may have important implications for forecasting future eruptions in the region. They used the remote sensing technique of interferometric synthetic aperture radar, or InSAR, where two or more radar images over the same area are combined to detect slight surface changes. As I already explained in previous posts, tiny changes on the ground cause differences in the radar signal and lead to rainbow-coloured interference patterns in the combined image, creating interferograms (see image below). These interferograms can show how land is uplifting or subsiding, and indicate whether fresh magma is moving beneath the volcano.

In their study, the University of Bristol team detected an uplift of about 8–10 cm on Agung’s northern flank during the period of intense earthquake activity prior to the eruption. They also noticed that both the seismic activity and the ground deformation signal were five kilometres away from the summit, which means that magma was probably moving sideways as well as vertically upwards. The study provides the first geophysical evidence that Agung and Batur volcanoes may have a connected plumbing system. This could explain the occurrence of simultaneous eruptions such as in 1963.

Source: University of Bristol.

L’image InSAR du satellite Sentinel-1 montre un soulèvement du sol sur le flanc du Mont Agung entre août et novembre 2017, avant l’éruption du volcan le 27 novembre.