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Le danger des gaz sur les volcans actifs // The danger of gases on active volcanoes

Selon INVOLCAN, le volcan Cumbre Vieja à La Palma a émis entre 6 000 et 9 000 tonnes de SO2 par jour au cours de la dernière éruption. Les gaz qui sont initialement dissous dans le magma se séparent du magma pendant l’éruption et sont libérés dans l’atmosphère à des températures et des vitesses élevées. Il ne faut pas oublier que les gaz sont le moteur des éruptions et leur étude est essentielle à la compréhension du dynamisme éruptif.
Les gaz peuvent également s’échapper de petites fissures dans l’édifice volcanique et dans la zone environnante. Les scientifiques surveillent attentivement ces fumerolles car certains gaz, comme le dioxyde de carbone, sont lourds et peuvent se déplacer à quelques centimètres au-dessus du sol avant de se disperser dans l’atmosphère.
Les gaz éjectés dans l’atmosphère peuvent provoquer des pluies acides en se condensant ou pendant un épisode pluvieux. Ils peuvent alors endommager les cultures mais aussi provoquer des maux de tête, des irritations de la peau et des yeux. Cela se produit essentiellement à proximité du volcan en éruption. Plus on s’en éloigne, plus les gaz se diluent dans l’atmosphère et deviennent beaucoup moins agressifs.
On a beaucoup parlé dans les médias du nuage de SO2 de l’éruption de La Palma. Il devait atteindre l’Espagne continentale puis la France, mais le risque de problèmes de santé ou de pluies acides dans ces pays est très faible. En effet, le nuage de SO2 dilué passe à environ 5 km au-dessus de nos têtes et la seule indication de sa présence sera un léger voile de brume dans le ciel.
La lave est encore loin de l’océan à La Palma. Le front de coulée le plus proche doit encore parcourir plus de deux kilomètres pour atteindre le littoral. Au début de l’éruption, certaines personnes s’inquiétaient de ce qui se passerait si la lave pénétrait dans la mer.
Ce phénomène s’est produit à plusieurs reprises à Hawaii et l’Observatoire des volcans d’Hawaii (le HVO) a mis en garde à plusieurs reprises les gens contre les dangers des entrées de lave dans l’océan. Malgré ces avertissements, les populations locales et les touristes se mettent souvent en danger en s’approchant trop près de l’entrée de lave dans l’océan.
Le panache blanc produit par l’interaction de la lave et de l’eau de mer peut sembler inoffensif, mais il ne l’est pas. Le contact brutal entre la lave très chaude (1100°C) et l’eau froide (25°C) génère une brume volcanique baptisé « laze » (abréviation de lava haze) par les Hawaiiens; il est composé de vapeur d’eau de mer condensée mêlée d’acide chlorhydrique et de minuscules éclats de verre volcanique.
Ce panache se forme lorsque la lave chaude porte l’eau de mer à ébullition jusqu’à vaporisation. Le processus génère une série de réactions chimiques qui entraînent la formation d’un nuage blanc que les visiteurs doivent éviter car il peut provoquer une irritation de la peau et des yeux, voire des difficultés respiratoires. De plus, les vagues de l’océan qui déferlent sur une entrée de lave active peuvent projeter de l’eau de mer bouillante loin à l’intérieur des terres, avec un risque de brûlure pour quiconque se trouverait sur son passage. S’approcher trop près d’une entrée de lave est risqué. Sur la base de décennies d’expérience, le HVO conseille aux touristes de rester à 400 m de l’endroit où la lave pénètre dans la mer.
La direction du vent doit elle aussi être prise en compte. Lorsque le vent vient de la mer, il entraîne le panache nocif vers l’intérieur des terres et il peut devenir un réel danger pour les visiteurs.
Jusqu’à présent, quatre décès sur le Kilauea ont été liés à des entrées de lave dans l’océan.
Source : HVO, INVOLCAN.

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According to INVOLCAN, the Cumbre Vieja volcano in La Palma has emitted between 6,000 and 9,000 tons of SO2 a day. The gases that are initially dissolved in magma separate from the magma during the eruption and are released into the atmosphere at high temperatures and speeds. One should not forget that the gases are the motor of the eruption.

The gases can also escape from small fissures in the volcanic edifice and in the surrounding area. Scientists carfully monitor these fumaroles as some gases, such as carbon dioxide are heavy and can create a cloud that moves just a few centimeters above the ground before boing dispersed in the atmosphere.

Gases ejected into the atmosphere can cause acid rain when they meet with condensation or the beginning of rainfall. They can damage crops but also cause headaches, skin and eye irritation. This happens in the vicinity of the erupting volcano. Farther away, the gases get diluted in the ambient air and become far less aggressive.

A lot has been said in the media about the SO2 cloud from the La Palma eruption. It was expected to reach continental Spain and then France, but the risk of health problems or acid rain in these countries is very low. Indeed, the diluted SO2 cloud travels about 5 km above our heads and the only indication that id exists would be a slight veil of mist in the sky.

Lava is still far from the ocean in La Palma. The nearest flow front still has to travel more than two kilometres to reach the coastline. In the early phase of the eruption, some people worried about what would happen if lava entered the sea.

This phenomenon occured several times in Hawaii and the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has repeatedly cautioned people about the hazards of ocean entries. However, local people and tourists often put themselves at risk by approaching the ocean entry too closely.

The white plume produced when lava enters the sea may look harmless, but it is not. The vigorous interaction between very hot (1100°C) lava and cold (25°C) water generates a voluminous white « laze » (short for lava haze) composed of condensed seawater steam laced with hydrochloric acid and tiny shards of volcanic glass.

This laze is formed as hot lava boils seawater to dryness. The process leads to a series of chemical reactions that result in the formation of a billowing white cloud that visitors should avoid as it can cause skin and eye irritation and breathing difficulties. Moreover, ocean waves washing over an active entry can send boiling seawater farther inland than expected, scalding anyone in its path. Approaching a lava entry too closely is risky. Based on decades of experience observing ocean entries, HVO advises people to stay 400 m away from where lava enters the sea.

The wind direction should be taken into account. When the wind blows from the sea, it carries the noxious plume inland and it can become a real danger to visitors.

Until now, four deaths on Kilauea have been related to ocean entry hazards.

Source: HVO, INVOLCAN.

Panache de vapeur et de gaz sur le site d’arrivée de la lave dans l’océan à Hawaii

Explosion littorale à Hawaii

(Photos: C. Grandpey)

L’énergie des volcans sous-marins // The energy of submarine volcanoes

La plus grande partie de l’activité volcanique sur Terre se produit dans les profondeurs de nos océans, souvent à plusieurs kilomètres sous leur surface. Toutefois, contrairement aux volcans terrestres, la détection d’une éruption sur le fond marin se révèle souvent très difficile. Il reste encore beaucoup à apprendre sur le volcanisme sous-marin et ses effets sur le milieu environnant. Comme je l’ai souligné à plusieurs reprises, nous connaissons la surface de la planète Mars,  nous sommes capables d’y faire voler un hélicoptère, mais les abysses de nos océans, là où se produit le phénomène de subduction et où se déclenchent les séismes les plus meurtriers, restent inconnus.

Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications explique que les volcans sous-marins en éruption au fond des océans peuvent générer une énergie extrêmement puissante. On croyait auparavant que les volcans sous-marins étaient beaucoup moins puissants que ceux sur terre en raison des coulées de lave relativement lentes qu’ils produisent. Toutefois, des submersibles déployés dans le nord-est du Pacifique ont fourni des données qui montrent que les volcans sous-marins peuvent libérer de puissants panaches – appelés méga panaches – qui distribuent des cendres volcaniques sur de grandes distances sous-marines. Les panaches sont poussés par des colonnes d’eau chauffée à haute température. Ils suivent les mêmes schémas que les panaches générés par les éruptions volcaniques sur terre. Ils se déplacent d’abord verticalement puis s’étalent horizontalement.

Les chercheurs estiment que les méga panaches produits par les grandes éruptions sous-marines produisent suffisamment d’eau pour remplir environ 40 millions de piscines olympiques. Cependant, leur source est restée longtemps ambiguë. La nouvelle étude est la première à relier le phénomène à l’émission de magma d’un énorme volcan sous-marin.

Pour mieux comprendre le processus des éruptions volcaniques sous-marines, les chercheurs ont proposé une simulation qui montre que l’énergie nécessaire pour générer de tels panaches de cendres est énorme. Les éruptions les plus puissantes peuvent libérer suffisamment d’énergie pour alimenter un continent. Le problème est de savoir comment exploiter cette énergie.

La nouvelle étude fournit la preuve que les méga panaches sont directement liés à l’émission de lave et sont responsables du transport des cendres volcaniques dans les profondeurs de l’océan. Les recherches montrent également que ces panaches peuvent se former en quelques heures en libérant une énorme quantité d’énergie.

À l’avenir, les scientifiques espèrent utiliser les technologies de télédétection pour observer en direct l’activité des volcans sous-marins afin de pouvoir mieux l’étudier.

Référence : « Rapid heat discharge during deep-sea eruptions generates megaplumes and disperses tephra » – Pegler, S. S., & Ferguson, D. J. – Nature Communications.

Source : The Watchers.

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The majority of Earth’s volcanic activity occurs underwater, mostly at depths of several kilometres, but in contrast to terrestrial volcanoes, detecting that an eruption has occurred on the seafloor can be very difficult. There remains a lot to be done to learn about submarine volcanism and its effects on the marine environment. As I have pointed out several times, we know the surface of Mars, we are able to fly a helicopter there, but the abyss of our oceans, where the phenomenon of subduction occurs and where the the deadliest earthquakes are triggered,  remain unknown.

A new research published in Nature Communications explains that submarine volcanoes erupting at the bottom of the oceans can release extremely powerful energy, high enough to power a continent. It was previously believed that underwater volcanoes were much less powerful than those on land due to relatively slow-moving lava flows. Submersibles operated in the North East Pacific have released data which show that submarine volcanoes can release powerful and huge plumes called megaplumes, distributing volcanic ash across wide underwater distances. The plumes are formed by columns of heated water. They follow the same patterns as plumes generated by volcanic eruptions on land. The plumes move vertically first and then spread out horizontally..

The researchers estimate that the megaplumes produced by large underwater eruptions have enough water to fill about 40 million Olympic-sized swimming pools. However, their source have long remained ambiguous. The new research is the first to link the phenomenon with the release of magma from a huge submarine volcano.

To better understand the process of underwater volcanic eruptions, the researchers came up with a simulation, which showed that the release of energy needed to generate such expansive ash plumes was enormous. The largest eruptions could release energy high enough to power a continent. The problem is how to tap this energy.

The new study provides evidence that megaplumes are directly linked to the eruption of lava and are responsible for transporting volcanic ash in the deep ocean. It also shows that plumes can form in a matter of hours, creating an immense rate of energy release.

In the future, scientists hope to use remote-sensing technologies to livestream activity of underwater volcanoes as they are happening.

Reference : « Rapid heat discharge during deep-sea eruptions generates megaplumes and disperses tephra » – Pegler, S. S., & Ferguson, D. J. – Nature Communications.

Source : The Watchers.

Source : Wikipedia

18 mai 1980, le jour où le Mont St Helens a explosé (2ème partie) // May 18th, 1980, the day when Mount St Helens exploded (part 2)

Comme je l’ai écrit dans ma note du 28 avril 2020 consacrée à l’éruption du Mont St Helens en 1980, un renflement impressionnant est apparu dès le début du mois d’avril sur le flanc nord du volcan. En une semaine, le cratère avait atteint environ 400 m de diamètre et deux systèmes de fractures impressionnantes cisaillaient toute la zone sommitale. Des épisodes éruptifs se produisaient à raison d’un événement en moyenne en mars et environ un par jour le 22 avril 1980, lorsque prit fin la première période d’activité.

Crédit photo : USGS

De petites séquences éruptives ont repris le 7 mai et se sont poursuivies jusqu’au 17 de ce mois. À ce moment-là, plus de 10 000 séismes avaient été enregistrés sur le volcan et le flanc nord avait gonflé d’environ 140 mètres pour former un renflement proéminent. Dès le début de l’éruption, le renflement a progressé plus ou moins horizontalement, à raison d’environ 2 mètres par jour. Il était clair du magma s’élevait à l’intérieur du volcan. En fait, sous le renflement visible en surface se cachait un cryptodôme, autrement dit une intrusion magmatique qui n’avait pas encore percé la surface.

Sans signes précurseurs, un séisme de magnitude M 5,1 a secoué le volcan à 8 h 32 le 18 mai 1980 et s’est accompagné d’une série rapide d’événements. En même temps que le séisme, le renflement sur le flanc nord et le sommet du volcan ont glissé pour donner naissance à un énorme glissement de terrain d’une taille encore jamais observée sur Terre. Un petit panache éruptif sombre et riche en cendre est apparu directement à la base de l’escarpement formé par l’avalanche de débris, tandis qu’un autre s’échappait du cratère sommital et montait jusqu’à environ 200 m de hauteur. Une partie de l’avalanche de débris s’est dirigée vers les crêtes au nord, mais la plus grande partie s’est dirigée vers l’ouest et s’est engagée sur 23 km dans la vallée de la North Fork Toutle River où elle a déposé des hummocks, reliefs de plusieurs dizaines de mètres de hauteur, que l’on peut encore observer aujourd’hui. Le volume de matériaux transportés par les avalanches est estimé à environ 2,5 km3.

Crédit photo : USGS

Photo : C. Grandpey

 Le glissement de terrain a fait disparaître le flanc nord du Mont St. Helens, y compris une partie du cryptodôme qui s’était formé à l’intérieur du volcan. La disparition du cryptodôme a entraîné une dépressurisation soudaine du système magmatique et déclenché un blast – de puissantes éruptions latérales – qui a arraché la partie supérieure du cône sur 300 mètres de hauteur. Lorsque ce blast a dépassé l’avalanche de débris mentionnée précédemment; il a accéléré pour atteindre une vitesse d’au moins 480 kilomètres à l’heure. En quelques minutes, un nuage éruptif a commencé à s’élever de l’ancien cratère sommital et a atteint en moins de 15 minutes une hauteur de plus de 24 km.

Crédit photo : USGS

Le blast a dévasté une zone sur près de 30 km d’ouest en est et sur plus de 20 km au nord de l’ancien sommet. Dans une zone s’étendant à une dizaine de kilomètres du sommet, il ne restait pratiquement plus d’arbres de ce qui était autrefois une belle forêt dense. Juste au-delà de cette zone, tous les arbres sur pied ont été projetés au sol, brisés comme des allumettes. A la limite extérieure de l’éruption, les arbres ont été complètement brûlés sur pied. La zone dévastée de 600 km2 a été recouverte d’un dépôt de matériaux chauds propulsés par l’explosion.

Troncs d’arbres sur le Spirit Lake

(Photos : C. Grandpey)

En disparaissant, le cryptodôme et le flanc du volcan ont mis à l’air libre le conduit d’alimentation du Mont St. Helens, entraînant une énorme libération de pression. Cette brutale dépressurisation dans le conduit éruptif a permis au magma de se précipiter vers l’extérieur. Moins d’une heure après le début de l’éruption, la dépressurisation dans le conduit éruptif a déclenché une éruption plinienne qui a envoyé un énorme panache de tephra dans l’atmosphère. Des coulées pyroclastiques en provenance du cratère ont dévalé la pente du volcan  à 80 – 130 km / h et se sont propagées jusqu’à 8 km au nord.
Cette phase plinienne s’est poursuivie pendant 9 heures, avec une très haute colonne étuptive, de nombreuses coulées pyroclastiques et des retombées de cendres dans les zones sous le vent. À la fin de la phase plinienne, un nouvel amphithéâtre de 1,9 x 2,9 km, orienté vers le nord, était apparu au sommet du volcan.

Crédit photo : USGS

Au cours de la journée, les vents dominants ont emporté la cendre vers l’est, à travers les Etats-Unis. Une obscurité totale a envahi Spokane,  dans l’Etat de Washington, à 400 km du volcan. Des retombées de cendres importantes ont été observées jusque dans le centre du Montana, avant d’atteindre les grandes plaines du centre des États-Unis, à plus de 1 500 km. Le nuage de cendres a traversé les États-Unis en trois jours et a fait le tour de la Terre en 15 jours.
Source: USGS.

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As I put it in my post of 28 April 2020, an impressive bulge had appeared on the north flank of Mount St Helens. Within a week the crater had grown to about 400 m in diameter and two giant crack systems crossed the entire summit area. Eruptions occurred on average from about 1 per hour in March to about 1 per day by April 22nd, 1980 when the first period of activity ceased.

Small eruptions resumed on May 7th and continued to May 17th. By that time, more than 10,000 earthquakes had shaken the volcano and the north flank had grown outward about 140 m to form a prominent bulge. From the start of the eruption, the bulge grew outward, nearly horizontally, at consistent rates of about 2 metres per day. It was clear that magma had risen high into the volcano. In fact, beneath the superficial bulge was a cryptodome that had intruded into the volcano’s edifice, but had yet to erupt on the surface.

With no immediate precursors, a magnitude M 5.1 earthquake occurred at 8:32 a.m. on May 18th, 1980 and was accompanied by a rapid series of events. At the same time as the earthquake, the volcano’s northern bulge and summit slid away as a huge landslide. A small, dark, ash-rich eruption plume rose directly from the base of the debris avalanche scarp, and another from the summit crater rose to about 200 m high. The debris avalanche swept around and up ridges to the north, but most of it turned westward as far as 23 km down the valley of the North Fork Toutle River and formed a hummocky deposit. The total avalanche volume is about 2.5 km3.

The landslide removed Mount St. Helens’ northern flank, including part of the cryptodome that had grown inside the volcano. The removal odf the cryptodome resulted in immediate depressurization of the volcano’s magmatic system and triggered powerful eruptions that blasted laterally and removed the upper 300 m of the cone. As this lateral blast of hot material overtook the debris avalanche; it accelerated to at least 480 kilometres per hour. Within a few minutes, an eruption cloud of blast tephra began to rise from the former summit crater. Within less than 15 minutes it had reached a height of more than 24 km.

The lateral blast devastated an area nearly 30 km from west to east and more than 20 km northward from the former summit. In an inner zone extending nearly 10 km from the summit, virtually no trees remained of what was once dense forest. Just beyond this area, all standing trees were blown to the ground, and at the blast’s outer limit, the remaining trees were thoroughly seared. The 600 km2 devastated area was blanketed by a deposit of hot debris carried by the blast.

Removal of the cryptodome and flank exposed the conduit of Mount St. Helens, resulting in a release of pressure on the top of the volcano’s plumbing system. This caused a depressurization wave to propagate down the conduit to the volcano’s magma storage region, allowing the pent-up magma to expand upward toward the vent opening. Less than an hour after the start of the eruption, this loss of conduit pressure initiated a Plinian eruption that sent a massive tephra plume high into the atmosphere. Pyroclastic flows poured out of the crater at 80 – 130 km/hr and spread as far as 8 km  to the north.

The Plinian phase continued for 9 hours producing a high eruption column, numerous pyroclastic flows, and ashfall downwind of the eruption. When the Plinian phase was over, a new northward opening summit amphitheater 1.9 x 2.9 km across was revealed

Over the course of the day, prevailing winds blew the ash eastward across the United States and caused complete darkness in Spokane, Washington, 400 km from the volcano. Major ashfalls occurred as far away as central Montana, and ash fell as far eastward as the Great Plains of the Central United States, more than 1,500 km away. The ash cloud spread across the U.S. in three days and circled the Earth in 15 days.

Source : USGS.

Le Mont St Helens aujourd’hui (Photos : C. Grandpey)

Nouvelle étude sur le panache mantellique de Yellowstone // New study on the Yellowstone mantle plume

Au cours des dernières années, plusieurs études ont été réalisées sur le panache mantellique qui alimente le super volcan de Yellowstone. Elles ont révélé que la source du panache est beaucoup plus à l’ouest que prévu. De nouvelles recherches publiées dans la dernière édition de Nature Geoscience révèlent que des scientifiques de l’Université du Texas à Austin ont cartographié la trajectoire précise suivie par ce panache magmatique depuis la surface de la Terre jusqu’à son origine dans le manteau inférieur. L’étude révèle que la source de chaleur qui alimente Yellowstone est un panache de forme cylindrique, de 345 kilomètres de large, qui trouve son origine à 2900 kilomètres de profondeur, à la verticale de la partie nord de la Péninsule de Basse Californie. Cela confirme ce que pensent depuis longtemps les géophysiciens et explique pourquoi le super volcan avec ses geysers, ses sources thermales, ses mares de boue et ses fumerolles est situé dans le nord-ouest du Wyoming.
Jusqu’à présent, les chercheurs avaient réussi à localiser le panache mantellique qui alimente le point chaud de Yellowstone jusqu’à environ 960 kilomètres de profondeur. La dernière étude s’appuie sur les techniques tomographiques existantes qui permettent de cartographier comment les ondes sismiques « S » traversent le manteau terrestre. Par exemple, ces ondes ralentissent lorsque elles rencontrent un point chaud, comme un panache magmatique.
Les chercheurs ont analysé les données de 71 séismes de magnitude 5 ou plus enregistrés dans le monde entier entre 2005 et 2012. Ces séismes font partie d’un ensemble de données fournies par le programme « USAArray » qui regroupe un réseau de 400 sismomètres à travers les États-Unis continentaux. Avant la création de l’USAArray, personne n’avait installé une telle densité de sismomètres sur une zone aussi vaste. Ce réseau a révolutionné notre compréhension de la Terre, du moins sur le continent nord-américain.
L’hypothèse de départ était que le panache mantellique de Yellowstone était probablement une structure plutôt verticale. En fait, les chercheurs ont trouvé que le panache était plus incliné que prévu, jusqu’à la frontière entre le Mexique et la Californie. A son point de départ, à la limite noyau-manteau, on estime que le panache a une température d’environ 590 à 815 degrés Celsius supérieure à celle du manteau environnant. Au fur et à mesure qu’il s’élève vers la surface, sa température s’abaisse et n’est plus que de 400 degrés Celsius supérieure à celle du manteau au moment où il se trouve à 1 000 kilomètres sous la surface de la Terre. Il contient alors de la roche à haute température, mais pas de matière en fusion ou liquide.
Source: Gillette News Record.

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In recent years, several studies have been made about the mantle plume that feeds the Yellowstone super volcano. They revealed that the source of the plume was much farther west than expected. In a recent research published in the latest edition of Nature Geoscience, University of Texas at Austin scientists have mapped the precise route of this magma plume from the Earth’s surface all the way to its outer core. It reveals that the source of heat slowly swelling the Yellowstone Plateau is a 345-kilometre-wide cylindrical plume that originates 2,900 kilometres beneath the northern reaches of Baja California. The finding confirms geophysicists’ long time suspicions and explains why the super volcano with its geysers, hot springs, mud pots and fumaroles is located in northwest Wyoming.

Until now, researchers had been able to trace the magma plume feeding the Yellowstone hotspot down to only about 960 kilometres underground. The latest study relied on existing tomography techniques, mapping how seismic “S” waves from earthquakes pass through Earth’s mantle. When the waves reach a hotspot, like a magma plume, they slow down.

The researchers analysed data from 71 M 5 or larger earthquakes that were recorded all around the world between 2005 and 2012. Those quakes were part of the “USAArray” dataset which sweeps a network of 400 seismometers across the continental United States. Before the USAArray was set up, nobody had ever put so many seismometers with such a density over such a large an area. It revolutionized our understanding of the Earth, at least in the North American continent.

The original hypothesis was that the Yellowstone mantle plume would be a rather vertical structure. Actually, the researchers found it was tilted more than they expected, going as far as the Mexico-California border. Where it originates, at the core-mantle boundary, the plume is estimated to be about 590 to 815 degrees Celsius warmer than the surrounding mantle. The structure is pulled to the surface by its buoyancy, and as it rises it loses its temperature, running only 400 degrees warmer than the mantle by the time it’s 1,000 kilometres away from the Earth’s surface. Its content is hot rock, not molten or liquid material.

Source: Gillette News Record.

Imperial Geyser à Yellowstone (Photo: C. Grandpey)