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L’intelligence artificielle (IA) pour mieux comprendre le Popocatepetl (Mexique) // Artificial intelligence (AI) to better understand Popocatepetl (Mexico)

Des scientifiques de l’Université nationale autonome du Mexique (UNAM) ont créé le premier modèle tridimensionnel du Popocatépetl qui dresse ses 5426 m à 70 kilomètres au sud-est de Mexico, dans les États de Puebla et de Mexico.

Les chercheurs espèrent que leurs travaux permettront de mieux comprendre la structure interne du volcan avec l’existence possible de chambres magmatiques, et d’optimiser la surveillance du volcan et la prévention des catastrophes.

L’étude intitulée « Estructura de velocidades sísmicas del volcán Popocatépetl, México, a partir de campos difusivos », publiée dans la revue ScienceDirect, indique que ces travaux permettront de mieux anticiper les futures éruptions. Grâce à l’intelligence artificielle (IA), les chercheurs seront en mesure, à l’avenir, de construire des tomographies en quatre dimensions.
Depuis 1994, année de la première éruption du Popocatépetl en plus de 70 ans, diverses études géophysiques ont été menées afin de comprendre l’histoire éruptive, l’activité et les risques volcaniques de ce volcan. Cependant, les modèles précédents, basés sur la sismicité volcano-tectonique, se sont avérés insuffisants pour décrire les phénomènes dans certaines zones ou sur une grande profondeur, en raison de la distribution spatiale de l’activité sismique et des stations utilisées. La nouvelle étude propose le premier modèle 3D du Popocatépetl, et prend en compte l’ensemble du volcan.

Les responsables du projet ont utilisé 18 stations sismiques réparties sur le volcan. Huit d’entre elles ont été installées par leurs soins, les autres appartenaient déjà au CENAPRED. Les appareils effectuent au moins 100 mesures par seconde et ces données, qui représentent une immense quantité d’informations, sont traitées automatiquement grâce à l’intelligence artificielle. Auparavant, tout était analysé manuellement. Aujourd’hui, grâce à l’IA, les scientifiques peuvent traiter une année de données, provenant de toutes les stations, en trois heures seulement. L’étude menée sur 18 stations permet de détecter des structures internes interconnectées, susceptibles d’être des zones d’accumulation de magma, des conduits d’alimentation et des anomalies. Toutes ces structures sont identifiées grâce à la propagation des ondes sismiques dans le sous-sol ; ces ondes se propagent plus rapidement dans les roches dures et plus lentement dans les zones contenant du magma ou des matériaux tendres.

Modèle de la structure interne du Popocateptl après traitement des données par l’intelligence artificielle (Source : UNMA)

L’étude montre la présence d’un système magmatique en forme de champignon dans deux régions présentant une vitesse des ondes S (Vs) élevée. Ces régions sont situées respectivement entre 0 et 5 kilomètres d’altitude, et entre 4 et 7 kilomètres de profondeur, et sont reliées par un conduit étroit en forme de tube.
Selon l’étude, la région à Vs élevée la plus superficielle est directement liée à des structures volcaniques anciennes et récentes. Ce phénomène résulte du mélange de matériaux magmatiques et d’un processus intense de dégazage, qui accroît la viscosité et la cristallisation du magma.
La région à Vs élevée la plus profonde est interprétée comme un piégeage de matériaux magmatiques par la pression lithostatique exercée par le poids des roches et sédiments sus-jacents sur une formation rocheuse profonde. De plus, le modèle met en évidence des paléostructures volcaniques enfouies et des vestiges d’anciens effondrements volcaniques.
Source : EL PAÍS USA.

Il ne fait aucun doute que l’IA, par la rapidité avec laquelle elle est capable de traiter des volumes importants de données, va énormément aider les volcanologues dans leur étude des structures volcaniques. Malgré tout, il restera encore un long chemin avant de pouvoir prévoir avec plus de précision qu’aujourd’hui le déclenchement des éruptions volcaniques.

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Scientists from the National Autonomous University of Mexico (UNAM) have created the first tridimensional model of the Popocatépetl volcano in the pursuit of understanding its internal structure, resolving doubts as to the existence of magma chambers, and optimizing monitoring efforts as well as disaster prevention. The study Estructura de velocidades sísmicas del volcán Popocatépetl, México, a partir de campos difusivos (Structure of seismic velocities of the Popocatépetl volcano, Mexico, via diffusion fields), which was published in the journal ScienceDirect, states that the model will better allow for the anticipation of future eruptive episodes. Thamks to the use of use of artificial intelligence, the researchers will be able to construct tomographies in four dimensions in the future.

Since 1994, the year that Popocatépetl erupted for the first time in more than 70 years, various geophysics studies have been carried out in the hopes of understanding the eruptive history, activity and volcanic perils of the volcano. But previous models based on volcanic-tectonic seismicity have not been sufficient in describing patterns in certain areas or across a large range of depth, due to spatial distribution of seismic activity and stations that have been used. The new study proposes the first 3D velocity model of Popocatépetl volcano describing the whole edifice.

Project leaders utilized 18 seismic stations located across the volcano. They installed eight of them, and the rest belong to the National Center for Disaster Prevention. Teams register at least 100 measurements per second and that data, an immense quantity of information, is automatically processed using AI. Previously, everything was analyzed manually. Today, with AI, scientists can process a year’s worth of data, from all stations, in three hours.

The 18-station study allows for the detection of interconnected internal structures as possible regions of magma accumulation and ascending conduits and abnormalities. All are identified by seismic waves traveling through the subsoil, which are faster in hard rocks and slower in areas with magma or soft material.

The study suggests the presence of a mushroom-shaped magmatic system in two regions with high Vs (S-wave velocity) between zero and five kilometers above sea level, and four and seven kilometers below sea level, connected by a narrow tube-shaped conduit.

According to the study, the most shallow high Vs region is directly related to old and new volcanic structures, as a result of magmatic materials mixing with and being affected by an intense process of degasification, which increases magma’s viscosity and crystal content.

The deepest region of high Vs is interpreted as magmatic material trapped by lithostatic pressure exerted by the weight of overlying rocks and sediments on a deep rock formation. In addition, the model presents evidence of buried volcanic paleostructures and remnants of ancient volcanic collapses.

Source : EL PAÍS USA.

Nouvelles du Popocateptl (Mexique) // News of Popocatepetl (Mexico)

Le Popocatépetl a montré une hausse d’activité au cours des derniers jours, avec d’importantes émissions de cendres et de SO2.

À partir du 16 octobre 2024, le réseau sismique a enregistré entre 9 et 89 événements longue période (LP) par jour, accompagnés d’émissions de vapeur et de gaz. Des épisodes de tremor ont également été enregistrés avec des périodes d’une durée de 54 minutes à 13 heures. Le 20 octobre, l’un de ces épisodes s’est accompagné d’un panache de gaz et de cendres qui s’est élevé à 2 km au-dessus du cratère, avec projection de matériaux incandescents à une courte distance du cratère. Des retombées de cendres ont été signalées dans plusieurs localités.
L’activité volcanique a augmenté au cours des jours suivants. Un panache de cendres a été signalé à 6,7 km d’altitude ; il s ‘étirait sur 130 km au nord-ouest du sommet.

Le 25 octobre, un panache de cendres dense détecté sur l’imagerie satellite s’élevait à environ 10 km d’altitude.

Le 26 octobre 2024, un nuage de cendres a été estimé à environ 9,1 km au-dessus du niveau de la mer ; il s’étirait jusqu’à environ 833 km au nord-est du sommet dans le golfe du Mexique. Selon le bureau du National Weather Service de Jacksonville (Floride), des pilotes ont signalé avoir vu des cendres dans l’air près de Sarasota. Un coucher de soleil coloré a été observé grâce aux concentrations élevées de cendres dans l’atmosphère.

Le CENAPRED demande expressément à la population et aux touristes de ne pas escalader le volcan en raison des explosions qui projettent des fragments incandescents. De plus, il est conseillé au public de rester vigilant en raison de la menace de coulées de boue en cas de fortes pluies. Il est rappelé à la population de respecter la zone d’exclusion de 12 km de rayon autour du cratère.
La phase éruptive actuelle a commencé le 9 janvier 2005.

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Le Popocatepetl, dont le nom est un mot aztèque qui signifie ‘montagne fumante’, se dresse à 70 km au sud-est de Mexico et ses 22 millions d’habitants. Le stratovolcan montre à son sommet un cratère aux parois abruptes de 400 m de diamètre. Depuis le milieu de l’Holocène, le volcan a connu trois éruptions pliniennes majeures, la dernière vers l’an 800 de notre ère, avec des coulées pyroclastiques et des lahars.
Les éruptions historiques se sont poursuivies jusqu’à l’époque moderne. 15 éruptions majeures ont été observées depuis l’arrivée des Espagnols en 1519. Voici quelques exemples de l’activité la plus récente :
– En décembre 2000, des dizaines de milliers de personnes ont été évacuées par le gouvernement, sur la recommandation des scientifiques. Le volcan a ensuite montré sa plus grande activité éruptive depuis 1 200 ans.
– Le 25 décembre 2005, une explosion a généré une grande colonne de gaz et de cendres à environ 3 km dans l’atmosphère et a projeté des matériaux incandescents hors du cratère.
– 8 mai 2013 : À 17h00 heure locale, le Popocatépetl est entré en éruption avec un épisode de tremor de forte amplitude qui a été enregistré pendant 3,5 heures. Des panaches de cendres se sont élevés à 3 km dans les airs, recouvrant ensuite plusieurs villages. Des explosions ont éjecté des fragments incandescents jusqu’à 700 m du cratère. Le 4 juillet de la même année, au moins six compagnies aériennes américaines ont annulé plus de 40 vols à destination et en provenance des aéroports de Mexico et de Toluca.
– Le 28 mars 2016, une colonne de cendres de 2 000 m de hauteur a entraîné la mise en place d’un «anneau de sécurité» de 12 kilomètres autour du sommet.
– Le 28 mars 2019, en raison de l’activité continue et sur la base de l’analyse des informations disponibles, l’alerte volcanique au préalable de couleur Jaune Phase 2 est passée à la Phase 3.
– Le 22 juin 2022, quatre alpinistes et un guide ont commencé à escalader le Popocatépetl malgré l’interdiction de grimper sur le volcan. Une femme est décédée et une autre a été grièvement blessée par une pluie de roches et de débris volcaniques, avant de chuter dans une ravine à 300 mètres du cratère.

– Le 19 mai 2023, le Popocatépetl a émis des nuages ​​de cendres provoquant la fermeture d’écoles dans 11 villes voisines. Deux jours plus tard, le 21 mai, le niveau d’alerte a de nouveau été élevé à la couleur Jaune Phase 3 car des projections de fragments incandescents ont été observées et les aéroports de Mexico et de Puebla ont été temporairement fermés. Le niveau d’alerte a ensuite été abaissé à la couleur Jaune Phase 2, qui est le niveau d’alerte actuel.
– Les 27 et 28 février 2024, le Popocatépetl est entré en éruption 13 fois en 24 heures, provoquant l’annulation de 22 vols dans les aéroports internationaux de Mexico et de Puebla.
Source : CENAPRED, Smithsonian Institution, Wikipedia.

Image webcam du Popocatepetl le 22 octobre 2024

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Popocatépetl has shown an increase in activity over the past few days, with significant ash and SO2 emissions.

Starting on October 16th, 2024, the seismic network recorded 9 – 89 long-period (LP) events per day, accompanied by steam-and-gas emissions. Episodes of tremor were also recorded with periods lasting from 54 minutes to 13 hours. On October 20th, one of these episodes was accompanied by a gas-and-ash plume that rose 2 km above the crater and incandescent material ejected a short distance from the crater. Ashfall was reported in several municipalities.

Volcanic activity at the volcano increased in the following days. Ash was reported reaching 6.7 km a.s.l. and extending 130 km northwest of the summit.

On October 25th, a dense ash plume detected in satellite imagery was rising to about 10 km a.s.l.

On October 26th, 2024, an ash cloud was estimated at approximately 9.1 km above sea level, extending about 833 km northeast of the summit into the Gulf of Mexico. According to the National Weather Service office in Jacksonville, Florida, pilots reported seeing the ash in the air near Sarasota, along Florida’s Gulf Coast. A colorful sunset was observed around the elevated concentrations of ash in the atmosphere.

CENAPRED is urging residents and tourists not to climb the volcano due to explosions that project incandescent fragments. Additionally, the public is advised to remain aware of the threat of mud and debris flows in case of heavy rain. The population is reminded to respect the 12 km radius exclusion zone around the crater.

The current eruptive phase at the volcano started on January 9, 2005.

Popocatepetl, whose name is the Aztec word for smoking mountain, rises 70 km southeast of Mexico City (population 22 million). The stratovolcano contains a steep-walled, 400 x 600 m wide crater. Since the mid-Holocene, the volcano has experienced three major Plinian eruptions, the latest around 800 CE, producing pyroclastic flows and lahars.

Historical eruptions, first noted in Aztec records, have continued into modern times. 15 major eruptions have been observedsince the arrival of the Spanish in 1519. Here are a few examples of the most recent activity :

In December 2000, Tens of thousands of people were evacuated by the government, based on the warnings of scientists. Then the volcano showed its largest eruptive activity in 1,200 years.

On 25 December 2005, an explosion ejected a large column of smoke and ash about 3 km into the atmosphere and projected incandescent material out of the crater.

8 May 2013: at 7:28 p.m. local time, Popocatépetl erupted again with a high amplitude tremor that was recorded for 3.5 hours. Ash plumes rose 3 km into the air, later covering several villages in smoke and ash. Explosions subsequently ejected incandescent fragments as far as700 m from the crater. On July 4th of that same year, at least six U.S. airlines canceled more than 40 flights into and out of Mexico City and Toluca airports.

On 28 March 2016, an ash column 2,000 m high prompted the establishment of a 12-kilometre « security ring » around the summit.

On 28 March 2019, due to the continuing activity, and based on the analysis of the available information, the phase of the Yellow Volcanic Warning Light Phase 2 was raised to Yellow Phase 3.

On 22 June, 2022, four climbers and a guide began climbing Popocatépetl despite the prohibition of climbing the volcano. One woman died and another was seriously injured when they were showered with volcanic rocks and debris and fell into a gully 300 meters from the volcano’s crater.

On 19 May, 2023: Popocatépetl emitted ash clouds causing the closure of schools in 11 nearby towns. Two days later on May 21st, the alert level in Mexico City was raised to Yellow Phase 3 as incandescent fragments were observed and the airports in Mexico City and Puebla were temporarily shut down. It was lowewered to Yellow Phase 2, which is the current alert level.

On 27-28 February, 2024: Popocatépetl erupted 13 times within 24 hours, causing the cancellation of 22 flights at Mexico City and Puebla International Airports.

Source : CENAPRED, Smithsonian Institution, Wikipedia.

Effets d’un séisme au Mexique sur la Vallée de la Mort (Californie) // Repercussions of a Mexican earthquake on Death Valley (California)

Ce n’est pas de la volcanologie, mais il s’agit d’un phénomène très surprenant qui a été observé dans la Vallée de la Mort suite au puissant séisme de M 7,6 qui a secoué la côte Pacifique du Mexique le 19 septembre 2022, tuant au moins deux personnes.
Les vibrations générées par le séisme ont été ressenties jusqu’à 2 400 kilomètres au nord, où des vagues de 1,20 mètre de haut ont commencé à s’agiter fortement à l’intérieur de Devils Hole, une cavité dans le Parc national de la Vallée de la Mort.
Une séquence vidéo du phénomène montre une vue d’en haut de la cavité au moment où l’eau, initialement calme, produit une série de vagues qui viennent s’écraser par intermittence sur les parois de la cavité pendant plusieurs minutes. D’un point de vue technique, il s’agit d’une seiche, une oscillation de l’eau que l’on observe lorsque des changements soudains se produisent dans un lac ou un plan d’eau partiellement fermé sous l’effet de petites secousses telluriques.
Devils Hole est une pièce d’eau géothermale au fond d’une cavité creusée dans le calcaire, dans une partie de la Vallée de la Mort près de la frontière entre le Nevada et la Californie. La cavité proprement dite a plusieurs dizaines de mètres de profondeur et la pièce d’eau relativement peu profonde sert de lieu de vie à une espèce marine en voie de disparition appelée Cyprinodontidae

(Cyprinodon salinus) et pupfish en anglais . Les poissons, dont la population s’élevait à seulement 175 individus début 2022, se nourrissent d’algues qui poussent sur une saillie rocheuse peu profonde et ensoleillée dans Devils Hole. La seiche déclenchée par le séisme a arraché les algues qui poussaient dans la grotte, ce qui réduit la nourriture des poissons à court terme. Cependant, un biologiste marin du National Park Service estime que les poissons seront probablement suffisamment résistants pour faire face au changement temporaire de leur environnement. En effet, ils ont survécu à plusieurs événements semblables ces dernières années, et aucun poisson mort n’a été retrouvé après l’arrêt de la dernière seiche.
Le séisme ressenti dans la Vallée de la Mort est le premier de deux événements puissants qui ont secoué le Mexique. Un deuxième séisme a été enregistré plus à l’intérieur des terres, près de la ville de Mexico, en début de journée le 22 septembre. Il avait une magnitude préliminaire de M 6,8, a fait osciller des bâtiments et a tué au moins une personne.
Source : Service des Parcs Nationaux.

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This is not volcanology, but a very surprising phenomeneon was observed in Death Valley following the M 7.6 earthquake tat shook Mexico’s Pacific coast on September 19th, 2022 and killed at least two people.

Repercussions of the earthquake extended as far as 2,400 kilometers north, where 1.20 meter-tall waves began churning inside Devils Hole, a cave in a Death Valley National Park.

Video footage of the phenomenon – technically called a seiche, when sudden changes are observed in a lake or partially enclosed body of water – shows a view of the cave from above as the initially still water erupts into a series of waves that roil and crash intermittently over the course of several minutes.

Devils Hole is a geothermal pool within a limestone cave, located in a section of Death Valley near the border of Nevada and California. The cave itself is several tens of meters deep, and its relatively shallow water level is crucial for an endangered marine species called pupfish that live there. The fish, whose naturally-occurring population totaled just 175 earlier this year, feed on algae that grows on a shallow, sunlit shelf in Devils Hole. Because the seiche triggered by the earthquake removed algae that had been growing in the cave, it will reduce the pupfish’s food supply in the short term. However, an aquatic ecologist with the National park Service, believes that the creatures may be resilient enough to withstand the temporary shift in their environment. Indeed, the pupfish have survived several of these events in recent years, and no dead fish was found after the waves stopped.

The Mexican earthquake was the first of two powerful events that shook the country. A second quake happened further inland near Mexico City, early on September 22nd. It was given a preliminary magnitude of M 6.8, and killed at least one person while causing buildings to sway.

Source: National Park Service.

Cette image fournie par le National Park Service montre les vagues provoquées par la seiche à l’intérieur de Devils Hole après le séisme au Mexique.

Cyprinodontidae male (à droite) et femelle (à gauche) – Source : Wikipedia

Les limites de la prévision volcanique à Uruapan (Mexique) // The limits of volcanic prediction in Uruapan (Mexico)

Si vous parlez de Uruapan à des touristes qui sont allés au Mexique, ils vous diront qu’ils sont partis de cette localité pour aller visiter le Paricutin qui se trouve à une trentaine de kilomètres à l’ouest de la ville. Uruapan est la deuxième plus grande ville de l’État du Michoacán, à l’extrémité ouest des hautes terres de Purépecha, et juste à l’est de la région de Tierra Caliente.

Pour la deuxième fois depuis 2020, les scientifiques pensent qu’un nouveau volcan pourrait naître dans le secteur de Uruapan. Ils ont en effet détecté 236 séismes de faible magnitude dans la région entre le 1er mai et le 8 juin 2021.

En 2020, une équipe scientifique avait déjà effectué des études dans la région pour déterminer si l’intensification de la sismicité annonçait la naissance d’un nouveau volcan. De janvier à février 2020, plus de 3 000 séismes avaient été enregistrés, avec des magnitudes comprises entre M 2,9 et M 4,1 dans une zone au nord-ouest d’Uruapan. Les chercheurs de l’Institut de Géophysique de l’Université Nationale Autonome (UNAM) pensaient à l’époque que l’essaim pouvait être lié à des événements tectoniques ou magmatiques. Ils n’étaient pas certains que la hausse de l’activité sismique déboucherait sur la formation d’un nouveau volcan car la plupart des mouvements magmatiques détectés étaient horizontaux et non verticaux. Ce n’était donc pas le signe d’une ascension du magma.

Cependant, les essaims sismiques détectés en 2021 ont incité les scientifiques à continuer de surveiller le site, même s’il n’y a actuellement aucune preuve réelle qu’un nouveau volcan se formera. Un chercheur de l’UNAM explique que si un essaim sismique est une condition préalable à la naissance d’un nouveau volcan, ce n’est pas la seule. Comme autre paramètre, il y a une déformation de la croûte terrestre qui permet à un volcan de s’édifier verticalement plutôt que latéralement. Il est probable que les essaims sismiques actuels sont associés au mouvement du magma, mais il se peut aussi que la lave n’atteigne pas la surface. Des essaims similaires se sont produits en 1997, 1999 et 2006, mais le magma n’a pas atteint la surface. La situation est peut-être identique en ce moment, mais il est important de continuer à surveiller les mouvements du magma.

Source : The Watchers.

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If you mention Uruapan to tourists who have been to Mexico, they will tell you that they started from the city to go and visit Paricutin which stands about 30 kilometres to the west. Uruapan is the second largest city in the Mexican state of Michoacán. It is located at the western edge of the Purépecha highlands, just to the east of the Tierra Caliente region.

For the second time since 2020, scientists are considering the possibility of a new volcano forming in Uruapan. They have detected 236 low magnitude quakes in the area from May 1st to June 8th, 2021. 

In 2020, a scientific team conducted studies in the region to determine whether the increased seismic activity could foretell the birth of a new volcano. From January to February 2020, more than 3 000 earthquakes were recorded, with magnitudes between M 2.9 and M 4.1 in an area northwest of Uruapan. The researchers from the Institute of Geophysics at the National Autonomous University (UNAM) thought at the time that the swarm could be related to either tectonic or magmatic events. They did not think that the elevated seismic activity would lead to the formation of a new volcano as most of the detected magma movements were horizontal, rather than vertical. This was not the sign of a magma ascent.  

However, the earthquake swarms detected in 2021 prompted scientists to keep monitoring the site, even though there is no current conclusive evidence that a new volcano will form. 

A UNAM researcher explains that while an earthquake swarm is a crucial pre-condition for the birth of a new volcano, it is not the only one. Among others is a deformation in the Earth’s crust that allows a volcano to pierce through upward, rather than sideways. It is likely that these seismic swarms are associated with the movement of magma, but it may not reach the surface. Similar swarms occurred in 1997, 1999, and 2006, but magma didn’t reach the surface. The situation might be the same right now, but it is important to keep monitoring the magma movements. 

Source: The Watchers.

L’éruption du Paricutin en 1943 (Source: Wikipedia)