La technologie muonique pour étudier le Stromboli (Sicile) // Muon technology to study Stromboli (Sicily)

Dans des notes publiées en novembre 2015 et 2017, et en juillet 2016, j’ai attiré l’attention sur l’intérêt que représentait la technologie muonique dans le domaine volcanique. Déjà en 2007, les scientifiques japonais essayaient d’observer l’intérieur des volcans en utilisant cette nouvelle technologie basée sur l’utilisation de particules chargés positivement ou négativement, en provenance des couches supérieures de l’atmosphère

La technique de radiographie muonique est basée sur un principe similaire à celle utilisant les rayons X, mais elle présente l’avantage de pouvoir être utilisée pour étudier des objets beaucoup plus volumineux, tels que les pyramides ou les volcans.
La Protection Civile italienne nous apprend aujourd’hui que la radiographie muonique a été appliquée au Stromboli. C’est le fruit de la collaboration d’un groupe de chercheurs de l’Institut National de Physique Nucléaire (INFN) et de l’Institut National de Géophysique et de Volcanologie (INGV), sans oublier des instituts de recherche japonais. Les résultats de l’étude sur le Stromboli ont été publiés dans la revue Scientific Reports qui couvre toutes les sciences naturelles. Ils révèlent la présence d’une zone de faible densité dans la région sommitale du volcan. Cette zone correspond à une structure d’effondrement formée dans la zone des cratères lors de l’éruption effusive de 2007. Cette zone a ensuite été remplie de matériaux pyroclastiques produits par l’activité explosive strombolienne. Cette structure, qui a influencé le style éruptif du volcan après l’éruption de 2007, a une densité de plus de 30% inférieure à celle du reste du substrat rocheux.
Les muons produits par l’interaction des rayons cosmiques avec l’atmosphère pénètrent dans la roche volcanique et peuvent la traverser de part et d’autre. Cependant, en fonction de la densité et de l’épaisseur de la roche, seule une partie est absorbée. Par le nombre de muons arrivant sur le détecteur, on peut comprendre la densité de la matière qu’ils ont traversée. Des radiographies périodiques du sommet du volcan peuvent être utilisées pour suivre l’évolution de sa structure interne. Le résultat obtenu servira à mieux comprendre les processus éruptifs stromboliens et la dynamique de la Sciara del Fuoco qui a été à plusieurs reprises affectée par des glissements de terrain générateurs de tsunamis.
Le détecteur de muons utilisé pour analyser le Stromboli est basé sur les technologies développées pour l’expérience OPERA ; elles ont étudié les propriétés du faisceau de neutrinos du CERN au Laboratoire national du Gran Sasso de l’INFN. Le premier défi auquel les scientifiques ont été confrontés a été la nécessité de concevoir un détecteur compact à haute résolution angulaire ne nécessitant pas d’alimentation électrique et pouvant être transporté sur les pentes d’un volcan tout en résistant aux éléments. Le détecteur est constitué de 320 films d’émulsions nucléaires, plaques photographiques spéciales qui permettent de « photographier » avec une grande précision le passage des particules qui les traversent. La surface du détecteur est d’environ un mètre carré. Le détecteur a été placé sur le site de Le Roccette, à une altitude de 640 mètres, et a recueilli les traces des muons qui ont traversé le volcan pendant environ 5 mois.

Source : Revue de la Protection Civile Italienne.

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 In several posts published in November 2015 and 2017, and in July 2016, I drew attention to the interest of the muon technology in the volcanic field. Already in 2007, Japanese scientists had tried to observe the interior of volcanoes using this new technology based on the use of positively or negatively charged particles from the upper layers of the atmosphere
The muon radiography technique is based on a principle similar to that using X-rays, but it can also be used to study much larger objects, such as pyramids or volcanoes.
The Italian Civil Protection informs us today that muon radiography has been applied to Stromboli. This is the result of the collaboration of a group of researchers from the National Institute of Nuclear Physics (INFN) and the National Institute of Geophysics and Volcanology (INGV), not to mention Japanese research institutes. The results of the study on Stromboli were published in the journal Scientific Reports which covers all natural sciences. They reveal the presence of a low density area in the summit area of the volcano. This zone corresponds to a collapse structure formed in the crater zone during the effusive eruption of 2007. This area was then filled with pyroclastic materials produced by strombolian explosive activity. This structure, which influenced the eruptive style of the volcano after the eruption of 2007, has a density more than 30% lower than the rest of the bedrock.
The muons produced by the interaction of cosmic rays with the atmosphere penetrate the volcanic rock and can cross it on both sides. However, depending on the density and thickness of the rock, only a part is absorbed. By the number of muons arriving on the detector, one can understand the density of the material which they crossed. Periodic radiographs of the summit of the volcano can be used to follow the evolution of its internal structure. The result will be used to better understand Strombolian eruptive processes and the dynamics of the Sciara del Fuoco which has been repeatedly affected by tsunami-generating landslides.
The muon detector used to analyze Stromboli is based on the technologies developed for the OPERA experiment; they studied the properties of the CERN neutrino beam at the INFN’s Gran Sasso National Laboratory. The first challenge that scientists had to face was the need to design a compact, high-resolution angular detector that does not require power and can be transported on the slopes of a volcano while resisting the elements. The detector consists of 320 films of nuclear emulsions, special photographic plates that allow to « photograph » with a great precision the passage of the particles which cross them. The surface of the detector is about one square metre. The detector was placed on the site of Le Roccette, at an altitude of 640 metres; it collected traces of muons that crossed the volcano for about 5 months.
Source: Journal of Italian Civil Protection.

Photo: C. Grandpey

Le Stromboli vu par les muons (Source: Protection Civile / INFN)

Conséquences sanitaires de l’éruption du Kilauea dans les Leilani Estates // Health impacts of the Kilauea eruption in the Leilani Estates

Plusieurs semaines après la fin de l’éruption du Kilauea et la destruction de 716 structures dans la Lower East Rift Zone, les personnes dont la maison avait été épargnée par la lave ont été autorisées à regagner leur domicile le 8 septembre 2018. Certains des habitants subissent encore aujourd’hui les effets des polluants atmosphériques car des nuages ​​de vapeur continuent de s’échapper de la Fracture n° 8. Le HVO a indiqué que «les niveaux de gaz étaient bas ou inexistants et qu’il n’y avait plus de coulée de lave active en surface».
Malgré cette conclusion, de nombreux habitants se plaignent de problèmes respiratoires à cause de l’odeur de dioxyde de soufre qui a envahi la région. Le médecin d’une femme a déclaré que la pleurésie dont elle souffrait était probablement due aux émissions de gaz et peut-être aussi aux cheveux de Pelé.
Selon USGS, outre le SO2, les éruptions laissent échapper du sulfure d’hydrogène, gaz très toxique à des concentrations élevées. Les éruptions volcaniques libèrent également du fluor, du chlore et du brome qui sont des acides toxiques, ainsi que du méthane qui peut interférer avec l’oxygène. Les services de santé contrôlent en permanence les données fournies par les stations de surveillance de la qualité de l’air, en particulier les niveaux de SO2 et de particules fines sur Big Island. Un habitant a expliqué que le filtre d’habitacle de sa voiture était «noir à cause des substance qu’il respirait quotidiennement depuis des mois.»
En plus des émanations gazeuses, des cheveux de Pelé restent accrochés dans les arbres, les fossés et sur les pelouses de certaines habitations car leurs propriétaires n’ont pas les moyens de faire face à ces problèmes. Les professionnels de la santé ont conseillé à plusieurs habitants d’éviter de s’exposer aux gaz et aux particules, mais cela semble bien difficile.

En plus des conséquences physiques durables, de nombreux habitants des Leilani Estates ont l’impression qu’ils ne se remettront jamais émotionnellement des impacts de l’éruption du Kilauea. .
Source: Presse hawaiienne.

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Several weeks after the 2018 Kilauea eruption, with the destruction of 716 homes in the Lower East Rift Zone, those whose homes still remain were allowed to return on September 8th, 2018. Some of the returning residents are being affected by air pollutants because clouds of fumes continue to emanate from Fissure 8. The Hawaiian Volcano Observatory determined that “the gas levels were low or nonexistent, with the nonexistence of lava on the surface.”

Despite this conclusion, many residents are complaining of breathing problems because of the sulphur dioxide odour that pervades the area. One woman said that her doctor assumes that the reason she got pleurisy was due to the emissions in the air and possibly Pele’s hair.

According to USGS, in addition to SO2, eruptions release hydrogen sulfide, which is very toxic at high concentrations. Volcanic eruptions also release fluorine, chlorine and bromine, which are strong, toxic acids, and methane, which can interfere with oxygen levels. The Department of Health maintains permanent SO2 and PM2.5 (particulates) air monitoring stations around the Big Island. A resident explained that the AC filter in his car was “black from months of the stuff he breathed in daily.”

In addition to the fumes, fine threads of Pele’s hair remain in the trees, gutters and lawns of some residents who have not had the resources to return home and deal with the damage. Medical professionals told several residents to avoid exposure, but it seems like an inescapable reality for them. In addition to concerns over lasting physical effects, many residents feel they will never recover emotionally from the ordeal.

Source : Hawaiian newspapers.

La dernière éruption du Kilauea a laissé échapper des quantités considérables de SO2 (Crédit photo: USGS / HVO)

Navires pollueurs (suite)

On peut lire aujourd’hui sur le site web de la radio France Info un article qui attire l’attention sur la pollution générée par les navires, commerciaux et de croisière, à quai dans le port de Toulon (Var). Pour la plupart, il s’agit de ferries qui relient le continent à la Corse, à Majorque ou à la Sardaigne. Ils accostent souvent tôt le matin et repartent tard le soir en laissant tourner leurs moteurs entre deux rotations pour assurer l’électricité à bord. Cette situation génère une importante pollution et les habitants décrivent un air rendu parfois « irrespirable » à cause de la fumée dégagée par les navires. Ces derniers sont de gros consommateurs de carburant. Pour un navire de croisière moyen, la consommation de carburant est d’environ 700 litres par heure lorsqu’il est à quai. De ce fait, les bateaux engendrent une augmentation de la quantité de dioxyde d’azote et d’oxyde de soufre dans l’air. Lorsque les bateaux sont à quai, la pollution au dioxyde d’azote grimpe de 29 à 43 parties par milliard (ppb), soit d’environ 58 à 86 microgrammes par mètre cube, des chiffres au-dessus de la norme annuelle pour la protection de la santé humaine, fixée à 40 microgrammes par mètre cube. Les cheminées de navires émettent par ailleurs des particules qui expliquent l’empoussièrement dont font état les riverains. Selon l’association France nature Environnement, chaque année en Europe, les émissions du transport maritime causent près de 60 000 morts et coûtent 58 milliards d’euros aux services de santé.

La solution à ce type de pollution est bien connue et déjà testée à Marseille : l’électrification des quais. Branchés à l’électricité de la ville, les navires peuvent ainsi couper les moteurs une fois à quai et supprimer la quasi-totalité des émissions polluantes. Le port de Toulon, en plein cœur de la ville et très proche des habitations, n’est pas encore équipé pour des raisons financières et techniques. D’autres solutions sont toutefois à l’étude pour tenter d’enrayer cette pollution, comme l’électrification des quais avec une électricité renouvelable.

J’ai abordé le problème des navires pollueurs dans une note publiée dans ce blog le 8 juillet 2017. J’y abordais les problèmes engendrés par le nouveau trafic maritime suite à l’ouverture des passages du nord-est et du nord-ouest. La fonte de la glace à cause du réchauffement climatique est en passe d’ouvrir de nouvelles voies de navigation dans cette partie du monde, avec tous les risques de pollution que cela ne manquera pas de générer. L’article se trouve à cette adresse :

https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2017/07/08/navires-pollueurs-une-menace-pour-larctique-et-la-sante-polluting-ships-a-threat-to-the-arctic-and-human-health/

En rouge, le nouveau Passage du Nord-Est

Navire de croisière dans le port de Juneau (Alaska) [Photo: C. Grandpey]

Nouvelle étude sur l’impact sanitaire de l’éruption dans l’Holuhraun (Islande) //A new study of the health impact of the Holuhraun eruption (Iceland)

Une nouvelle étude de l’éruption dans l’Holuhraun (Islande) a révélé un risque sanitaire non détecté à l’époque, dû à la forte concentration de particules fines découvertes dans un deuxième panache volcanique.
Une équipe de scientifiques de l’Université de Leeds a étudié l’évolution de la chimie du panache émis lors de l’éruption de l’Holuhraun (Islande) en 2014-2015 et a découvert l’existence d’un deuxième type de panache qui a eu une incidence sur la qualité de l’air.
Ce deuxième panache a atteint les villes islandaises bien après que l’alerte sanitaire provoquée par le panache initial ait été levée. L’analyse de ce deuxième panache, baptisé ‘plumerang’, a révélé que le soufre émis par le volcan avait évolué de l’état de gaz à celui de particule lors de son séjour dans l’atmosphère. Cette évolution signifie que les niveaux de dioxyde de soufre (SO2) à l’intérieur du ‘plumerang’ étaient faibles et entraient dans les normes de qualité de l’air définies par la Commission Européenne ; il n’y avait donc pas lieu d’émettre un message d’alerte sanitaire. Cependant, les échantillons examinés par les scientifiques de l’Université de Leeds montrent que ce deuxième panache était relativement riche en particules fines contenant de fortes concentrations d’acide sulfurique et d’éléments traces métalliques. Les concentrations de ces derniers ne se sont pas réduites au cours de l’évolution du panache et on y relève des métaux lourds que l’on trouve habituellement dans la pollution de l’air d’origine anthropique. Ils provoquent des effets néfastes sur la santé. Pendant au moins 18 jours pendant l’éruption de 6 mois, le ‘plumerang’ a envahi Reykjavík, alors que les bulletins officiels ne faisaient état d’aucun panache.

Les particules fines détectées dans le ‘plumerang’ sont de si petite taille qu’elles peuvent pénétrer profondément dans les poumons et causer de graves problèmes de santé, comme l’intensification des crises d’asthme. On estime que l’exposition à court et à long terme à ce type de particules fines provenant aussi bien de sources humaines que naturelles, provoque plus de trois millions de décès prématurés par an et reste le risque sanitaire environnemental le plus important en Europe. Les personnes vivant à Reykjavik ont ​​fait état d’une sensation de brûlure dans la gorge et les yeux alors que les niveaux de SO2 étaient officiellement dans les limites acceptables de qualité de l’air, mais également au moment où le ‘plumerang’ riche en particules se trouvait sur la ville.
Au cours de l’éruption qui a duré de six mois, les prévisions quotidiennes du Met Office islandais sur la dispersion du panache éruptif ne prenaient en compte que les concentrations de SO2 dans le panache initial. Le ‘plumerang’ n’entrait pas dans le cadre de la surveillance de la pollution atmosphérique volcanique.
L’étude, publiée dans Earth and Planetary Science Letters, recommande que, lors de futures éruptions riches en gaz, les panaches initiaux et les ‘plumerangs ‘ soient pris en compte lors de la prévision de la pollution atmosphérique, de la dispersion et de la trajectoire du panache. L’éruption dans Holuhraun a provoqué l’un des événements de pollution volcanique les plus intenses et les plus étendus depuis des siècles. On estime que la quantité de dioxyde de soufre rejetée dans l’atmosphère était environ deux fois supérieure à celle de l’ensemble des émissions de SO2 générées par l’espace économique européen pendant un an.
Source: Université de Leeds et presse scientifique.

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A new study of the Holuhraun eruption (Iceland) has found a previously undetected potential health risk from the high concentration of small particles found in a boomerang-like return of a volcanic plume.

A team of scientists at the University of Leeds traced the evolution of the plume chemistry from the 2014-2015 Icelandic Holuhraun eruption and found a second type of plume that impacts air quality.

This second plume had circled back to Icelandic towns long after the health warning about the initial plume had been lifted. The return of this second, mature, plume, which was referred to as a ‘plumerang’, showed that the volcanic sulphur had undergone a gas-to-particle conversion by spending time in the atmosphere. This conversion meant that the sulphur dioxide (SO2) levels of the ‘plumerang’ were reduced and within the European Commission air quality standards and therefore there were no health advisory messages in place. However, samples showed that the mature plume was instead very rich in fine particles which contained high concentrations of sulphuric acid and trace metals. The concentrations of these trace metals did not reduce as the plume matured and included heavy metals found in human-made air pollution that are linked to negative health effects. On at least 18 days during the 6-month long eruption the ‘plumerang’ was in the capital city of Reykjavík, while the official forecast showed ‘no plume’.

The fine particles found in the ‘plumerang’ are so small they can penetrate deep into the lungs, potentially causing serious health problems such as exacerbating asthma attacks. It is estimated that short and long-term exposure to this type of fine particles, from both human-made and natural sources, cause over three million premature deaths globally per year and remains the single largest environmental health risk in Europe. People living in Reykjavik described a burning sensation in the throat and eyes when the SO2 levels would have been well within air quality standards but the particle-rich ‘plumerang’ would have been over the city.

During the six-month-long eruption, the Icelandic Meteorological Office’s daily forecasts of the plume dispersion accounted only for SO2 concentrations in the young plume. The mature plume was not forecast as part of volcanic air pollution monitoring.

The study, published in Earth and Planetary Science Letters, recommends that in future gas-rich eruptions both the young and mature plumes should be considered when forecasting air pollution and the dispersion and transport pattern of the plume. The Holuhraun eruption caused one of the most intense and widespread volcanogenic air pollution events in centuries. It is estimated that the amount of sulphur dioxide released into the atmosphere was roughly two times that of a yearly total of SO2 emissions generated by the European Economic area.

Source: University of Leeds and scientific press.

Source: Met Office islandais

 

Io et les aurores de Jupiter // Io and Jupiter’s auroras

drapeau francaisIo, la lune volcanique de Jupiter, est apparemment responsable des spectaculaires éclats de lumière qui illuminent les aurores bleues de la planète.

Aurore-Jupiter

(Source:  NASA)

Les aurores apparaissent lorsque des particules chargées électriquement entrent en collision avec l’atmosphère d’une planète où elles excitent les gaz et font naître les superbes lueurs que l’on sait. Le soleil est la source des particules qui produisent les aurores sur Terre.
Les aurores de Jupiter, qui sont déclenchés par des particules provenant des lunes de la planète ainsi que du soleil, développent des milliers de fois plus d’énergie que celles sur Terre. Elles sont constantes, mais elles montrent parfois une intensité incroyable. La cause de ce phénomène ne serait pas une éruption solaire, mais l’activité volcanique sur Io.
Depuis le mois de janvier 2014, un télescope à bord du satellite Hisaki de la Japan Aerospace Exploration Agency a observé Jupiter pendant deux mois. Dans le même temps, le télescope spatial Hubble de la NASA a également observé Jupiter pendant une heure chaque jour pendant deux semaines. Les deux engins ont enregistré des éclats de lumière aléatoires au sein des aurores polaires de la planète.
Ces éclats de lumière ont eu lieu les jours où le flux de particules chargées en provenance du soleil était relativement faible. Les chercheurs en ont conclu qu’ils étaient probablement le résultat d’interactions complexes entre Jupiter et Io, et peut-être les trois autres lunes de Jupiter – Callisto, Ganymède et Europa.
Io, la lune la plus proche de Jupiter, est entraînée dans l’attraction gravitationnelle entre Jupiter et les deux autres grandes lunes, Europe et Ganymède. Le phénomène génère une chaleur interne, processus qui, à son tour, conditionne l’activité d’une série de volcans sur Io. Quand ces volcans entrent en éruption, ils envoient dans l’espace de grandes quantités d’électrons et d’atomes chargés électriquement.
Le champ magnétique de Jupiter attire ces particules chargées au cours de son passage à côté de Io et il forme une région annulaire de plasma à la densité relativement élevée autour de Jupiter. Cette magnétosphère est si vaste qu’elle englobe toutes les lunes de Jupiter et se prolonge jusque vers Saturne. Au fil du temps, les particules présentes dans la magnétosphère interagissent avec l’atmosphère de Jupiter, donnant naissance à la belle lueur qui encercle le pôle nord de cette dernière.
C’est ainsi que Io contribue à sa façon aux aurores de Jupiter. Mais la lune provoque aussi, semble-t-il, des éclats de lumière dans les aurores boréales. Ils se produisent lorsque des particules chargées pénètrent directement vers l’atmosphère de Jupiter; ces particules chargées continuent à se déplacer à travers la magnétosphère, mais elles ne sont pas déviées en cours de route.
Source: Space.com

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drapeau anglaisJupiter’s volcanic moon Io is apparently responsible for the dramatic brightenings of the planet’s blue auroras (see picture above).

Auroras are generated when electrically charged particles collide with a planet’s atmosphere, where they excite gases and cause them to glow. The sun is the source of the particles that produce Earth’s auroras.

Jupiter’s auroras, which are sparked by particles from the planet’s moons as well as the sun, are thousands of times more energetic than Earth’s. They’re also constant, but every once in a while they grow to an incredible intensity. It might be the result not of a solar flare but of volcanic activity on Io.

Starting in January 2014, a telescope aboard the Japan Aerospace Exploration Agency’s Hisaki satellite focused on Jupiter for two months. At the same time, NASA’s Hubble Space Telescope also focused on Jupiter for an hour each day for two weeks. Both observatories recorded random brightenings of the planet’s polar auroras.

These flare-ups occurred on days when the sun’s flow of charged particles was relatively weak. So the researchers conclude that they must be the result of the complex interactions between Jupiter and Io, and perhaps the other three moons of Jupiter – Callisto, Ganymede and Europa.

Io, Jupiter’s closest moon, gets caught in this gravitational tug of war between Jupiter and the two other large moons, Europa and Ganymede. The phenomenon drives internal heat, a process which, in turn, drives a series of active volcanoes on Io. And when those volcanoes erupt, they blast large amounts of electrons and electrically charged atoms into space.

Jupiter’s magnetic field catches these charged particles as it sweeps past Io and forms a donut-shaped region of relatively high-density plasma around Jupiter. This magnetosphere is so large that it encapsulates all of Jupiter’s moons and extends nearly as far as Saturn. Over time, the particles in the magnetosphere interact with Jupiter’s atmosphere, creating the beautiful glow circling Jupiter’s north pole.

This is one way Io contributes to Jupiter’s auroras. But the moon also apparently causes flare-ups in the auroras. They occur when charged particles flow directly toward Jupiter’s atmosphere; these charged particles still travel through the magnetosphere, but they don’t get sidetracked along the way.

Source : Space.com