Un nouveau laboratoire pour le HVO (Hawaii) // New lab for HVO (Hawaii)

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO), géré par l’USGS, vient d’acquérir un nouveau laboratoire qui permettra aux scientifiques de mieux comprendre les propriétés physiques des téphras. Le mot « tephra » ou « téphra » fait référence à tous les types et toutes les tailles de fragments de roche projetés par un volcan en empruntant une trajectoire aérienne lors d’une éruption. Les téphras incluent les cendres, les bombes, les scories ou même les cheveux et les larmes de Pelé.

Ce nouveau laboratoire d’analyse de téphras permettra au HVO de déterminer la densité, la taille et la forme des particules, ainsi que les différents types de téphras émis par un volcan. En utilisant ces informations, les géologues du HVO seront en mesure d’analyser toute une gamme de phénomènes, depuis l’ascension du magma et le processus éruptif jusqu’aux dépôts de cendres laissés par les  éruptions du passé. Il est important d’obtenir ces mesures aussi précisément et rapidement que possible lors d’une éruption.

Le nouveau laboratoire du HVO est unique par sa capacité à analyser une vaste gamme d’échantillons, de un mètre à un micron (10-6 m). Le traitement des échantillons est non destructif et l’analyse est rapide. Chaque type de mesure ne prend que quelques minutes, et on estime que l’ensemble des mesures prend 1 à 2 heures. La méthode non destructive d’utilisation de ces nouveaux instruments est révolutionnaire ; elle permet aux chercheurs d’effectuer une suite complète d’analyses sur le même échantillon – au lieu d’utiliser différents échantillons du même matériau – pour une compréhension plus complète des éruptions. Cela permet également de préserver dans leur intégrité tous les  échantillons.

La première étape consiste à étudier les composants de l’échantillon afin de comprendre à quel type d’éruption les scientifiques sont confrontés.

Pour les échantillons de téphras prélevés directement sur le terrain, le HVO dispose de deux nouveaux stéréoscopes à lumière réfléchie. Lors de leur utilisation, les géologues peuvent séparer manuellement les différents composants de l’échantillon, tels que la lave juste prélevée, les cristaux, ou les petits morceaux de la paroi du cratère.

Au cours de l’étape suivante, les chercheurs mesurent la densité des échantillons. Pour les échantillons de lave, la mesure de la densité permet de comprendre quelle était la consistance du magma lors de son émission ; cela renseigne sur la dynamique de l’éruption. La densité de l’échantillon est déterminée en mesurant sa masse et son volume. Pour les morceaux de téphra de plus de cinq centimètres, le volume est calculé à l’aide d’un scanner 3D, puis l’échantillon est pesé. Les grains plus petits, depuis les lapilli jusqu’à la poudre de cendre, sont placés dans un pycnomètre à gaz, une machine qui calcule la densité directement en utilisant le principe d’Archimède de déplacement du volume en injectant de l’azote gazeux. Les pycnomètres fonctionnent aussi bien avec des scories et de la pierre ponce qu’avec des cendres ; ils permettent de comprendre la dynamique des éruptions.

La troisième étape est la mesure de la taille des échantillons, ce qui donne des informations sur la façon dont le magma s’est fragmenté pour produire des téphras pendant les épisodes de fontaines de lave et les explosions. Les fragments de plus de 3 centimètres sont tamisés à la main, de manière traditionnelle, tandis que les grains plus petits sont soumis à un Camsizer, un appareil de dernière génération qui photographie chaque fragment et convertit l’image en mesure de la taille. Le flux de particules passe devant une source de lumière stroboscopique LED ultra lumineuse et plane. Les Camsizers peuvent mesurer des dizaines de milliers de fragments en seulement 5 minutes. De plus, ils utilisent les images pour mesurer la forme 2D des fragments en utilisant des paramètres mathématiques établis. Les informations concernant la taille des fragments sont essentielles pour les modèles de fontaines de lave et de cendres.

L’étape finale peut prendre des semaines, voire des mois. Elle consiste à découper les échantillons en fines lamelles et à les étudier au microscope pétrographique. Le HVO possède deux nouveaux microscopes pétrographiques avec différents ensembles de lentilles: l’un peut évaluer la taille des bulles, la texture des bulles ainsi que la texture de mélanges de magmas, tandis que l’autre peut se concentrer sur les cristaux et les inclusions.

Les nouveaux instruments d’analyse de téphras que vient d’acquérir le HVO sont actuellement en cours d’étalonnage. Les échantillons prélevés pendant l’éruption en cours seront les premiers analysés. Ce nouveau laboratoire permet une analyse quasiment en temps réel des produits émis et donc une meilleure surveillance des éruptions.

Source: USGS / HVO.

——————————————

The USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has been granted a new laboratory that will allow scientists to better understand the physical properties of tephra.

Tephra is any type and size of rock fragment that is ejected from a volcano and travels an airborne path during an eruption. Examples include ash, bombs, scoria, or Pele’s hair and Pele’s tears.

The tephra lab will help HVO determine the density, size, and shape of individual tephra particles along with types of tephra. Using this information, HVO geologists can analyse a range of topics, from magma ascent and eruption processes to ashfall deposits from past explosive eruptions. It is important to get these measurements as accurately and quickly as possible during an eruption.

HVO’s new lab is unique in its ability to analyze a wide size range of samples, from one metre to one micron (10-6 m). The sample processing is non-destructive and analysis is fast with each type of measurement taking only minutes, and all measurements are estimated to take 1–2 hours total. The non-destructive nature of these new instruments and methods is revolutionary and allows researchers to perform a full suite of analyses on the same sample, instead of different samples of the same material for a more integrated understanding of eruptions. This also allows samples to be fully preserved.

The first step consists in studying the sample components. Componentry helps understand what type of eruption scientists are dealing with.

For tephra samples straight from the field, HVO has two new stereoscopes that use reflected light. Looking through them, geologists can manually separate the different components that might make up the sample, such as fresh glassy lava, crystals, and small pieces of the crater wall.

Next, the researchers measure density. For pieces of lava, measuring density helps understand how frothy the magma was when it erupted, which tells us about eruption dynamics.

Sample density is determined by measuring its mass and volume. For pieces of tephra larger than five centimetres, the volume is calculated using a 3D scanner, and then the sample is weighed. Smaller grains from gravel to powdery ash sizes will be placed in a pycnometer, a machine that calculates density directly using Archimedes principle of volume displacement with nitrogen gas. The pycnometers work with foams (scoria and pumice) as well as ash and helps understand eruption dynamics.

Then, the samples will be measured for size, which give information about how magma gets ripped apart to produce tephra from lava fountains and explosions. Fragments larger than 3 centimetres are sieved in the traditional manual way, while smaller grains will run through one of the new Camsizers ; this is a machine that photographs each fragment and converts the image to a size measurement. The Camsizers can measure tens of thousands of fragments in as little as 5 minutes. Additionally, they use the images to measure the 2D shape of fragments using established mathematical parameters. Size information is essential for models of lava fountaining and ashfall.

A final step that may take weeks to months. It consists in turning pieces into a thin section for final analysis on a petrographic microscope. HVO has two new petrographic microscopes with different sets of lenses: one can assess bubble sizes, bubble textures, and magma-mixing textures, while the other can focus on crystals and melt inclusions within them.

HVO’s new tephra lab instruments currently being calibrated. Samples from the current eruption will be the first analyzed. The HVO tephra lab brings physical volcanology monitoring of eruptions to near-real time analysis.

Source : USGS / HVO.

Photo : C. Grandpey

Nouvelle approche des éruptions sous-marines profondes // New approach of deep sea eruptions

Il existe environ 1 900 volcans actifs sur les continents ou sous forme d’îles, mais on pense que les volcans sous-marins sont beaucoup plus nombreux. Les chiffres exacts ne sont pas connus car les profondeurs de nos océans restent en grande partie inexplorées. Nous connaissons parfaitement la surface de la planète Mars, mais beaucoup moins bien la morphologie des abysses où se déclenchent des séismes et des éruptions. C’est pourquoi la plupart des éruptions volcaniques sous-marines passent inaperçues.
La plupart des éruptions volcaniques se produisent donc au fond des océans, et les progrès réalisés par l’océanographie ont permis de se rendre compte que le volcanisme sous-marin non seulement dépose de la lave mais émet également de grandes quantités de cendres. Pour la première fois, une équipe internationale de chercheurs a expliqué les mécanismes qui conduisent à la « désintégration explosive » du magma sous l’eau. Leur étude a pour titre «Deep-sea eruptions boosted by induced fuel–coolant explosions.»
L’équipe scientifique a étudié le volcan sous-marin Havre – Havre Seamount – situé au nord-ouest de la Nouvelle-Zélande, à une profondeur d’environ 1 000 mètres sous la surface de la mer. Le volcan est entré en éruption en 2012, en donnant naissance à un banc de pierre ponce qui s’est étalé sur une superficie d’environ 400 kilomètres carrés.
Un robot a été immergé pour examiner les dépôts de cendres et prélever des échantillons sur le plancher océanique. À partir des données d’observation, les chercheurs ont estimé le volume de cendres volcaniques à plus de 100 millions de mètres cubes. Ils ont fait fondre le matériau et l’ont mis en contact avec de l’eau dans différentes conditions de pression et de température qui ont produit des réactions explosives conduisant à la formation de cendres volcaniques artificielles. Au cours de ce processus, le matériau fondu a été placé sous une couche d’eau dans un creuset de dix centimètres de diamètre, puis déformé avec une pression semblable à celle à laquelle est soumis le magma qui émerge des fonds marins. On voit alors des fissures se former et l’eau jaillir brusquement dans le vide créé. L’eau se dilate de sorte que les particules et l’eau sont éjectées de manière explosive. Les scientifiques les ont ensuite fait passer dans un tube en U placé dans une cuve d’eau pour simuler la situation de refroidissement. Les particules ainsi créées, les «cendres volcaniques artificielles», correspondent aux cendres naturelles par leur forme, leur taille et leur composition.

Cette expérience en laboratoire démontre que ces interactions induites par le contact entre le magma et l’eau peuvent se produire dans toutes sortes d’environnements humides, quelle que soit la pression, sous la surface ou en profondeur, et peuvent s’appliquer à des matériaux autres que le magma et l’eau.

Source: The Watchers.

———————————————

There are about 1 900 active volcanoes on land or as islands. Meanwhile, the number of submarine volcanoes is estimated to be much higher. The accurate numbers are not yet known because the deep sea is largely unexplored. We perfectly know the surface of Mars, but far less the abysses where earthquakes and eruptions are triggered. Therefore, most submarine volcanic eruptions go unnoticed.

Most volcanic eruptions occur at the bottom of the oceans, and modern oceanography has shown that submarine volcanism not only deposits lava but also emits large amounts of volcanic ash. For the first time, an international research group explained the mechanisms that lead to an explosive disintegration of magma underwater. Their study is entitled « Deep-sea eruptions boosted by induced fuel–coolant explosions. »

The scientific team studied the Havre Seamount volcano, located northwest of New Zealand at a depth of around 1 000 m below the sea surface. The volcano erupted in 2012, producing a raft of pumice particles that spread to about 400 square kilometres.

A diving robot was used to examine the ash deposits and take samples from the seafloor. From the observational data, the group detected more than 100 million cubic metres of volcanic ash. The researchers melted the material and brought it into contact with water under various conditions. Under certain conditions, explosive reactions occurred which led to the formation of artificial volcanic ash. In the process, the molten material was placed under a layer of water in a crucible with a diameter of ten centimetres and then deformed with an intensity that can also be expected when magma emerges from the seafloor. Cracks are formed and water shoots abruptly into the vacuum created. The water then expands explosively. Finally, particles and water are ejected explosively. They were led through a U-shaped tube into a water basin to simulate the cooling situation underwater. The particles created in this way, the ‘artificial volcanic ash,’ corresponded to the natural ash in shape, size, and composition.

This lab experiment demonstrates that interactions between magma and water can occur in a range of wet environments regardless of pressure, from the subaerial to the deep sea, and may apply to materials other than magma and water.

Source: The Watchers.

Image satellite d’un banc de ponce près des Tonga en 2006 (Source : NASA)

Mise en place de pillow lava dans le Bassin de Lau, en arrière de la fosse des Tonga-Kermadec (Source : PMEL)

Nishinoshima (Japon): Une île-laboratoire // A laboratory-island

drapeau-francaisComme je l’ai écrit dans une note précédente (5 août 2016), Nishinoshima au Japon va devenir un laboratoire scientifique au même titre que Surtsey en Islande. La semaine dernière, des scientifiques japonais ont débarqué sur l’île, qui était un simple affleurement rocheux dans l’Océan Pacifique jusqu’au jour où,  il y a deux ans, des éruptions spectaculaires ont commencé à émettre de la lave et de la cendre, et agrandi l’île qui a grandi jusqu’à 12 fois sa taille d’origine.
Aujourd’hui, vue du ciel, Nishinoshima montre un cône entouré de végétation en son milieu.
Le 20 octobre dernier, des chercheurs du Ministère de l’Environnement ont atteint la rive de l’île à la nage, depuis un petit bateau, pour minimiser la contamination biologique. Ils étaient les premiers à mettre le pied sur l’île nouvellement formée. Ils ont recueilli des échantillons de roches, de plantes et d’insectes et ont observé la première colonisation de l’île par des fous masqués, grands oiseaux marins de la famille des Sulidae.
En dehors de la recherche écologique, l’équipe scientifique espère recueillir des échantillons de lave et de cendre pour étudier le processus de croissance d’une île volcanique.
Les chercheurs ont également installé plusieurs sismographes sur Nishinoshima.
Source: Agence Reuters.

————————————–

drapeau-anglaisAs I put it in a previous note (5 August 2016), Nishinoshima in Japan is going to become a scientific laboratory, just like Surtsey in Iceland. Last week, Japanese scientists landed on the island, which was just a rocky outcropping in the Pacific Ocean until two years ago, when spectacular eruptions spewed lava and ash, and expanded it to 12 times its original size.

Today, seen from the sky, Nishinoshima shows a cone in the middle, surrounded by vegetation.

Researchers from the Environment Ministry swam the final distance from a small boat to Nishinoshima to minimize biological contamination. They were the first people to set foot on the newly formed island on October 20th. They collected rock, plant and insect samples and observed the first colonization of the island by masked gannets.

Aside from ecological research, the team hopes to collect samples of lava and ash to learn more about the growth process of a volcanic island.

They also planted several seismic monitors around Nishinoshima.

Source: Reuters press agency.

This handout picture taken by Japan Coast Guard on July 23, 2014 shows the newly created islet (R) and Nishinoshima island (L), which are conjoined with erupting lava at the Ogasawara island chain, 1,000 kilometres south of Tokyo. A smouldering islet off Japan's Pacific coast has grown six times in its land surface since before it merged last December with a landmass created by volcanic eruptions. AFP PHOTO / JAPAN COAST GUARD---EDITORS NOTE---HANDOUT RESTRICTED TO EDITORIAL USE - MANDATORY CREDIT "AFP PHOTO / JAPAN COAST GUARD" - NO MARKETING NO ADVERTISING CAMPAIGNS - DISTRIBUTED AS A SERVICE TO CLIENTS
                                                                   Source: Japan Coastguard.

Les éclairs volcaniques en laboratoire // Volcanic lightning in a lab

drapeau-francaisOn aperçoit souvent des éclairs dans les panaches de cendre au cours des éruptions volcaniques. Des photos spectaculaires montrant ce phénomène naturel ont même été mises en ligne. Les éclairs apparaissent lorsque des particules de cendre se frottent les unes contre les autres à des vitesses élevées.
Des volcanologues allemands de l’Université Ludwig Maximilian de Munich étudient ces éclairs volcaniques. Ils utilisent pour leurs expériences un simulateur de volcan, ou tube à choc, qui permet la décompression rapide d’un mélange de gaz (l’argon) et de particules. Il s’agit d’un tube séparé en deux parties par une membrane. D’un côté se trouve le tube moteur, à pression élevée, et de l’autre côté le tube de travail, à pression plus basse. Lorsqu’à l’instant t=0 le diaphragme est rompu, les pressions tendent à s’égaliser: une onde de compression se propage dans le tube de travail, tandis qu’une onde de détente remonte dans le tube moteur. S’agissant du tube à choc utilisé par les universitaires allemands, il possède une bouche de trois centimètres de diamètre et un réceptacle en métal sous pression qui propulse de la véritable cendre volcanique en provenance de divers volcans comme le Popocatépetl (Mexique) et l’Eyjafjallajökull (Islande).
Le  tube à choc reconstitue la pression que l’on rencontre dans les chambres magmatiques des volcans actifs en accélérant les particules de cendre à des vitesses suffisantes, de sorte que le frottement qui se produit lors de la collision leur permet de se charger.
En cliquant sur le lien suivant, vous verrez une vidéo de la manipulation dans laquelle le panache vire du blanc au noir. De minuscules éclairs commencent à apparaître dans la colonne de cendre volcanique. Le tube à choc génère ainsi des éclairs qui ont jusqu’à plusieurs dizaines de centimètres de longueur.
https://youtu.be/3QoiTcQcyTY

Vous trouverez également un descriptif détaillé de l’expérience à cette adresse :

http://mavoiescientifique.onisep.fr/les-eclairs-des-eruptions-volcaniques-reconstitues-au-laboratoire/

A partir d’une série d’expériences effectuées en 2013, les scientifiques allemands ont constaté que les petites particules de cendre créent un plus grand nombre d’éclairs. Récemment, l’équipe scientifique a étudié l’activité du Sakurajima (Japon) et constaté que la fréquence des éclairs varie également avec la quantité de cendre propulsée dans l’atmosphère lors de l’éruption.
Les chercheurs sont persuadés qu’ils pourront mieux comprendre les éruptions volcaniques en observant les éclairs volcaniques. En effet, ces derniers peuvent être mesurés à plusieurs kilomètres de distance et même dans des conditions de mauvaise visibilité. Ils peuvent également être utilisés pour estimer la masse totale et la répartition en fonction de leur taille des cendres présentes dans l’atmosphère. Au bout du compte, cela permettrait d’évaluer rapidement la distribution des particules de cendre dans l’atmosphère et, si nécessaire, d’alerter les autorités en charge du trafic aérien.
Source: Atlas Obscura.

———————————–

drapeau-anglaisFlashes of lightning can often be seen in the ash plumes during volcanic eruptions. Dramatic photos have even been posted, showing this dramatic natural phenomenon. Lightning appears when ash particles collide at high speeds.

German volcanologists from Ludwig Maximilian University in Munich study the lightning events that can occur in volcanic plumes. One of the tools they use is a lab volcano simulator, or shock tube, namely a three-centimetre-wide vent and a hot, pressurized metal tub that propels real volcanic ash obtained from various volcanoes, including the active Popocatépetl in Mexico and Eyjafjallajökull in Iceland.

The shock tube mimics the kind of pressure found in magma chambers of active volcanoes by accelerating the ash particles at high enough speeds so that the friction from collision allows them to become charged.

By clicking on the following link, you will see a video in which the plume turns from white to black. Tiny lightning bolts start to flicker and flash in slow-motion in the column of volcanic ash, the shock tube generating lightning up to tens of centimetres in length.

https://youtu.be/3QoiTcQcyTY

From a series of experiments in 2013, the scientists found that smaller particles of ash create a higher number of lightning bolts. Most recently, the team studied the activity at Mount Sakurajima this year and found that the frequency of flashes also varies with the amount of ash spewed into the atmosphere during the eruption.

The researchers believe they can understand more about volcanic eruptions by surveying and monitoring volcanic lighting. Indeed, the lightning is a parameter that can be measured from a distance of several kilometres away and under conditions of poor visibility. It can also be used as a proxy to estimate the total mass and the size distribution of the ash deposited in the atmosphere. Eventually, this would help to rapidly assess the distribution of ash particles in the atmosphere and if necessary alert the aviation authorities.

Source: Atlas Obscura.

Eclair

Orage volcanique sur le Rinjani (Indonédie en 1994).

[Crédit photo : Oliver Spalt / Wikipedia].