Étiquette : rebond isostatique

Eruptions sous-marines et rebond isostatique // Submarine eruptions and isostatic rebound

Lorsqu’une crue glaciaire s’est produite sur le Grimsvötn, volcan islandais sous la calotte glaciaire du Vatnajökull, les volcanologues locaux se sont demandé si l’événement serait suivi d’une éruption volcanique. Elle pourrait être provoquée par le relâchement de pression dû à l’énorme évacuation de l’eau de fonte contenue dans le lac sous-glaciaire. De telles éruptions se sont produites plusieurs fois dans le passé, en 2004 pour la dernière fois.
Lors de ma conférence « Glaciers en péril », j’explique que la fonte des calottes glaciaires au-dessus des volcans pourrait provoquer un rebond isostatique avec un relâchement de pression qui pourrait provoquer une éruption. Cependant, aucune éruption de ce type n’a été, jusqu’à présent, clairement liée à la fonte directe d’une calotte glaciaire. S’agissant du Grimsvötn, c’est plutôt la vidange d’un lac d’eau de fonte sous-glaciaire qui est susceptible de déclencher une éruption.
Une récente étude menée par des scientifiques du Royaume-Uni et de Suède et publiée dans la revue Nature Geoscience, a examiné les 360 000 ans d’histoire de l’activité volcanique à Santorin en Grèce. L’île se trouve au sud de la Mer Égée, à environ 200 km au sud-est de la Grèce continentale.
Il y a environ 3 600 ans, Santorin a connu l’une des plus grandes éruptions historiques. Le cataclysme est responsable de la disparition de la civilisation minoenne en Crète, à seulement 100 km au sud, où elle a été ensevelie par d’épaisses couches de matériaux volcaniques.
Les chercheurs ont analysé les enregistrements des éruptions préservés dans les carottes de sédiments marins à proximité. Les couches de cendres ont été datées avec précision à l’aide de méthodes radiométriques, et les chercheurs sont arrivés à la conclusion que l’activité volcanique océanique peut varier selon que le niveau de la mer monte et descend. En d’autres termes, le poids de l’eau peut supprimer ou donner naissance à l’activité volcanique.
Des modélisations numériques ont déjà indiqué que le poids de l’eau peut supprimer ou déclencher l’activité volcanique. Lorsque le niveau de la mer baisse de plus de 40 mètres, la lave commence à remonter dans les roches au-dessus de la chambre magmatique. Lorsque le niveau de la mer descend à moins 70 ou 80 mètres, des éruptions sont probables. Au fur et à mesure que le niveau de la mer remonte, l’activité volcanique diminue : 208 des 211 éruptions se sont produites lorsque le niveau de la mer a baissé.
Il faut toutefois beaucoup de temps pour que les variations de pression se propagent à travers la roche solide, de sorte que les changements d’activité volcanique ne sont pas instantanés. Il y a un décalage d’environ 30 000 ans entre le moment où niveau de la mer descend en dessous de 40 mètres et le début des éruptions. De plus, comme le niveau de la mer remonte beaucoup plus vite qu’il ne baisse, il n’y a qu’un décalage plus court, d’environ 11 000 ans, entre le moment où le niveau de la mer s’élève à plus de 40 mètres et la cessation des éruptions.
Selon l’étude, Santorin est probablement entrée dans une phase calme. La chambre magmatique qui alimente le volcan est peu profonde, à seulement quatre kilomètres environ sous le plancher marin. D’autres volcans ont des chambres magmatiques plus profondes, donc l’effet de la pression devrait changer plus lentement, tout en continuant, malgré tout, à réagir aux variations du niveau de la mer. Cette hypothèse est importante car 57% des volcans dans le monde sont des îles ou se trouvent le long des côtes où ils sont, soumis à la pression générée par la montée et la descente du niveau des mers.
Source : Yahoo News.

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When a glacial outburst flood occurred at Grimsvötn, an Icelandic volcano beneath the Vatnajökull icecap, local volcanologists wondered whether the event would be followed by a volcanic eruption. It would be caused by the release of pressure due to the huge evacuation of the meltwater in the subglacial lake. Such eruptions occured several times in the past, in 2004 for the last time.

During my conference « Glaciers at risk », I explain that the melting of icecaps above volcanoes might cause an isostatic rebound with a release of pressure which, in turn, might cause an eruption. However, no such eruption has benn clearly linked so far to the direct melting of an icecap. As far as Grimsvötn is concerned, it is rather the drainage of a subglacial meltwater lake that may trigger an eruption.

A recent bit of research by scientists from the United Kingdom and Sweden, published in the journal Nature Geoscience, examined the 360,000 year history of volcanic activity at Santorini in Grece. The island lies in the south Aegean Sea, about 200 km southeast of the Greek mainland.

Around 3,600 years ago, Santorini exploded in one of the largest eruptions in recorded history.The cataclysm is blamed for the demise of the Minoan civilization, based on the island of Crete, just 100 km to the south, which was buried by huge l ayers of volcanic debris.

Looking at the record of eruptions in cores obtained by drilling in nearby marine sediments, whose ash layers can be precisely dated using radiometric methods, the researchers came to the conclusion that ocean volcanic activity may vary when sea levels rise and fall; the weight of the water can suppress or release volcanic activity.

Numerical modeling had already indicated the weight of water could suppress or release volcanic activity. When sea level fell by more than 40 meters, lava started working its way up into the rocks above the chamber. When sea level fell to minus 70 or 80 meters, eruptions occurred. As sea level rose again, volcanic activity decreased: 208 of 211 eruptions occurred when sea level dropped.

It takes time for the changes in stress to propagate through solid rock, so the changes are not instantaneous. There is a time lag of about 30,000 years between sea level dropping below minus-40 meters and the start of eruptions. Also, because sea level rises much faster than it falls, there is a time lag of only about 11,000 years between sea level rising above the minus-40 meter mark and the cessation of eruptions.

The study suggests that Santorini might be entering a quiet phase. The magma chamber feeding Santorini is shallow, only about four kilometers below the sea bottom. Other volcanoes have deeper magma chambers, so the stress should change more slowly, but still react to changes in sea level. That is significant because 57% of the world’s volcanoes are islands or along the coast, subject to pressure produced by rising and falling seas.

Source: Yahoo News.

Processus du rebond isostatique (Source: Wikipedia)

Vagues de chaleur et séismes glaciaires // Heatwaves and glacial earthquakes

La vague de chaleur qui a affecté le nord-ouest des Etats Unis et l’ouest du Canada s’est propagée jusqu’en Alaska où un séisme de magnitude M 2,7 provoqué par la fonte des glaciers a été enregistré le 29 juin 2021 à 40 kilomètres à l’est de Juneau, la capitale de l’État.

La température a grimpé jusqu’à 33,3 °C dans certaines parties de l’Alaska. Avec la hausse du mercure, la fonte de la neige et des glaciers provoque souvent des inondations dans la région. Il arrive aussi que l’eau de fonte se retransforme en glace et se dilate, ce qui provoque des contraintes suffisantes pour entraîner une activité sismique. Connu sous le nom de cryoséisme – un type de sismicité non tectonique – l’événement du 29 juin a eu lieu dans le sud-est de l’Etat d’Alaska.

Les scientifiques ont établi un lien entre la fonte des glaciers et une recrudescence de la sismicité dans le cadre d’un phénomène baptisé rebond isostatique. Le substrat rocheux sur lequel reposent les glaciers a tendance à varier en fonction de leur poids relatif, qui diminue naturellement avec leur fonte. Au fur et à mesure que les glaciers se soulèvent, le substrat rocheux sur lequel ils reposent s’élève lui aussi en créant des failles qui peuvent entraîner une augmentation de la fréquence et de l’intensité des séismes. Certains scientifiques pensent que lorsque les glaciers recouvrent des volcans potentiellement actifs, leur fonte et la perte de masse qui s’ensuit pourraient entraîner une augmentation de l’activité volcanique. Cette relation n’a toutefois jamais été prouvée de manière concrète.

Le séisme glaciaire du 29 juin en Alaska a été enregistré à une profondeur d’environ 13 kilomètres et n’avait aucun lien avec un séisme sous-marin de M 4.0 au large des côtes de l’Oregon le 30 juin 2021 à une profondeur de 13 kilomètres.

Outre les conséquences sismiques pour les glaciers, la vague de chaleur dans le nord-ouest du Pacifique a eu un effet dévastateur sur l’environnement. Les câbles électriques ont fondu et il a fallu fermer des écoles. La température au sol dans certaines parties de l’État de Washington a atteint jusqu’à 63 degrés Celsius. De telles conditions constituent non seulement une menace pour la santé publique mais aussi pour les infrastructures essentielles. Ainsi, les routes fondent littéralement et se déforment sous l’effet de la chaleur qui a également mis sous tension le réseau électrique. Les gens se sont précipités sur les climatiseurs pour apporter un peu de fraîcheur dans leurs maisons.

Il est probable que les épisodes de chaleur intense vont devenir de plus en plus fréquents, de sorte que les conséquences vont continuer à devenir problématiques pour les régions du monde habituées à des températures plus fraîches. Le développement des infrastructures va devoir s’adapter afin de mieux faire face aux conditions météorologiques extrêmes qui sont appelées à devenir la nouvelle norme.

Source : médias d’information de l’Alaska.

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The heatwave which has affected the Pacific Northwest has made its way up to Alaska, where a 2.7 magnitude ice quake – the result of seismic activity triggered by melting glaciers – was recorded on June 29th, 2021 40 kilometres east of Juneau, the State’s capital.

Temperatures climbed to as high as 33.3°C in parts of Alaska. As temperatures rise, melting snow and glaciers often cause flooding in the region. Sometimes, the water refreezes and expands so that the ice triggers enough accumulated stress to result in seismic activity. Known as a cryoseism – a non-tectonic seismic event – the 29 June event took place in the Alaska Panhandle.

Scientists have long linked the melting of glaciers to incidences of earthquakes, in a phenomenon called isostatic rebound. The land that the glaciers are situated on tends to shift around according to their relative weight, which naturally lessens as they melt. As the glaciers spring upwards, the land that they sit upon rises, creating faults that can lead to an increase in the frequency and intensity of earthquakes. It has been suggested that when the glaciers cover potentially active volcanoes, the melting of the glaciers and the ensuing loss of mass might lead to increased volcanic activity.However, this relationship has never been clearly proved.

The ice quake in Alaska was recorded at a depth of about 13 kilometres, and was distinct from a separate M 4.0 undersea earthquake hat occurred off the coast of Oregon on June 30th, 2021 at a depth of 13 kilometres.

Beside the seismic consequences for the glaciers, the heatwave had a ruinous effect on the Pacific Northwest’s landscape. Power cables melted and districts were forced to shutter schools. Ground temperatures in parts of Washington State reached as high as 63 degrees Celsius, conditions that pose not only a threat to public health but also to critical infrastructure, with roadways buckling under the staggering heat. The wild heat also stressed the power grid, as people rushed to cool down their homes with air conditioning units.

With climate change likely to become more and more frequent, these types of stresses will continue to plague areas of the world accustomed to cooler temperatures. Infrastructure development will need to adapt in order to better accommodate the extreme weather patterns that are set to become the new abnormal.

Source: Alaska’s news media.

 

Glacier Mendenhall, pas très loin de Juneau (Photo: C. Grandpey)

La dangereuse fonte de l’Antarctique // Antarctica’s dangerous melting

Selon une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances le 30 avril 2021, l’élévation du niveau de la mer à l’échelle de la planète à cause de la fonte de la calotte glaciaire antarctique au cours du prochain millénaire a probablement été sous-estimée d’environ 30%. Jusqu’à présent, les études ont expliqué que si la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental disparaissait, le niveau de la mer augmenterait d’environ 90 centimètres. Les auteurs de la nouvelle étude expliquent qu’un effet appelé «mécanisme d’expulsion de l’eau» a été sous-estimé.

L’effet – qui correspond au rebond isostatique – fait référence au soulèvement du substrat rocheux sous la calotte de glace de l’Antarctique occidental qui, selon les scientifiques, accompagnera la fonte de la calotte glaciaire. Je mentionne le rebond isostatique à propos de l’Islande au cours de ma conférence «Glaciers en péril», ainsi que son effet possible sur l’activité volcanique et sur le petit port d’Höfn, sur la côte sud de ce pays.

Le nouveau calcul du «mécanisme d’expulsion de l’eau» montre qu’au cours du prochain millénaire, le niveau de la mer dans le monde pourrait s’élever d’environ un mètre de plus que prévu. Comme le substrat rocheux sous la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental est quelque peu élastique, les scientifiques pensent qu’il s’élèvera au-dessus du niveau de la mer lorsque la calotte glaciaire fondra. Lorsque cela se produira, l’eau de l’océan pourrait être repoussée autour de cette émergence, ce qui ne manquera pas d’augmenter le niveau de la mer dans le monde. Les scientifiques connaissaient déjà ce phénomène, mais de nouvelles recherches montrent que la croûte terrestre sous la région est moins visqueuse qu’on le pensait jusqu’à présent, de sorte que le substrat rocheux pourrait se soulever plus rapidement que prévu.

Un professeur de géophysique à Harvard et qui a participé à l’étude affirme que chaque estimation de l’élévation du niveau de la mer « va devoir être revue à la hausse » au vu de la nouvelle étude.

Les scientifiques craignent que la disparition de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental soit inéluctable. En particulier, le glacier de Thwaites recule à raison d’environ 800 mètres par an. Le réchauffement des eaux océaniques a creusé sous le glacier une cavité de la taille de l’île de Manhattan Les scientifiques ont baptisé le Thwaites le «glacier de la fin du monde» parce qu’il joue le rôle de tampon entre la calotte glaciaire et les eaux océaniques en phase de réchauffement. S’il fond, le glacier déclenchera un effet domino car tous les glaciers de la région sont interconnectés.

Source: Business Insider.

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According to a a new study published in the journal Science Advznces on April 30th, 2021, the global sea-level rise due to the melting of Antarctic ice sheets in the next 1,000 years could have been underestimated by about 30%. Previous studies had estimated that if the West Antarctic ice sheet were to collapse, the sea levels would increase by about 90 centimetres. However, the new study suggests that an effect called the « water-expulsion mechanism » had been underestimated.

The effect – which could also be called isostatic rebound – refers to the bedrock beneath the West Antarctic ice sheet which, according to scientists, will rise above sea levels when the ice sheet melts. I mention the isostatic rebound about Iceland during my conference “Glaciers at risk” and the effect it might have on volcanic activity, as well as on Höfn, a port on the south coast of this country.

The new calculation of this « water-expulsion mechanism » shows that over the next 1,000 years, the world’s sea level could rise by one metre higher than previously predicted.

Because the bedrock underneath the West Antarctic ice sheet is somewhat elastic, scientists believe it will lift above sea level when the ice sheet melts. As this happens, it could push the water around the glacier into the surrounding ocean, adding to the global sea-level rise.

Scientists already knew this, but the new evidence suggests the underlying Earth is less viscous than previously thought, so the bedrock could rise faster than first expected.

A professor of geophysics at Harvard and an author of the study affirms that every single estimate of sea level rise « is going to have to be revised upward » because of this work.

Scientists are concerned that the collapse of the West Antarctic ice sheet could be unstoppable. In particular, the Thwaites Glacier is receding at a rate of about 800 metres per year, and warming waters have created a huge cavity underneath. Scientists have nicknamed this glacier the « Doomsday Glacier » because it is acting as a buffer between the ice sheet and warming waters. As it melts away, it will trigger a cascading effect as all the glaciers of the region are interconnected.

Source: Business Insider.

Le glacier Thwaites (Source : Wikipedia)

Séismes et glaciers // Earthquakes and glaciers

Une activité sismique significative, avec 27 événements présentant des magnitudes entre M 1,6 et M 3,2 sur l’échelle de Richter, a été enregistrée entre le 15 et le 17 juillet 2020 à l’est de Juneau, la capitale de l’Etat d’Alaska, sur le Juneau Icefield. L’Alaska Earthquake Center a expliqué que cette activité n’était pas d’origine tectonique ; il s’agit de «séismes glaciaires» générés par les mouvements des glaciers. En d’autres termes, l’origine des ondes sismiques ne se situe pas sous terre, mais à la surface du glacier proprement dit.
Toutefois, la sismicité dans un environnement glaciaire peut avoir d’autres causes que celle qui vient d’être évoquée.

Lorsque les glaciers vêlent dans un lagon ou dans la mer, de gros blocs de glace se détachent de leurs fronts et s’effondrent en soulevant des masses d’eau ; cela donne naissance à un spectacle impressionnant et bruyant. Une distance de sécurité doit être respectée car les vagues générées par les effondrements peuvent être puissantes et sont capables de retourner des embarcations.
Les séismes glaciaires provoqués par de tels effondrements ont été multipliés par sept au Groenland au cours des deux dernières décennies. Les scientifiques ont surveillé pendant 55 jours de juillet à septembre 2013 le glacier Helheim, l’un des principaux exutoires de la calotte glaciaire du Groenland. Ils ont enregistré 10 séismes glaciaires, dont certains atteignaient une magnitude de M 5,0. Ils ont également vu le glacier reculer d’environ 1,5 km à la suite de ces événements accompagnés de sismicité.
Les scientifiques ont étudié le phénomène et découvert que lorsqu’un gros bloc de glace se détache du front d’un glacier en train de vêler et bascule dans l’océan, l’événement peut non seulement arrêter la progression du glacier, mais aussi le faire reculer. Le recul du glacier et le changement de pression de l’eau qui s’ensuit provoquent des séismes glaciaires qui peuvent déclencher des vagues de tsunami et des grondements impressionnants. Le glacier recule pendant quelques minutes avant de reprendre sa progression vers l’avant.
Avec le réchauffement climatique, ces séismes glaciaires sont de plus en plus nombreux car il y a de plus en plus de vêlages lorsque la température de l’eau et de l’air augmente. Les glaciologues expliquent que les icebergs produits lors des vêlages peuvent peser un milliard de tonnes et retiennent suffisamment d’eau pour couvrir la surface de Central Park avec la hauteur de l’Empire State Building à New York. La perte de masse de glace du Groenland s’élève à 300 à 400 gigatonnes par an. La magnitude des séismes semble varier en fonction de la taille des icebergs.

Une autre facteur peut expliquer la sismicité en milieu glaciaire : le rebond isostatique – ou post-glaciaire – bien que certains scientifiques ne soient pas d’accord avec cette théorie. Le rebond isostatique fait référence au soulèvement des terres émergées après l’évacuation du poids énorme des calottes glaciaires et / ou des glaciers. Par exemple, il a été remarqué qu’avec la fonte rapide des 75000 kilomètres carrés occupés par les glaciers du sud de l’Alaska, certaines régions du sud-est de cet Etat se soulèvent à raison de 25 millimètres par an. Certains glaciologues disent que ce soulèvement des terres émergées est susceptible de déclencher des séismes. D’autres affirment que ce n’est pas parce que la région connaît beaucoup d’activité sismique et de rebond post-glaciaire que les deux phénomènes sont nécessairement liés. Ils ajoutent qu’il se passe tellement de choses différentes – sismicité, comportement glaciaire, changement climatique,  température des océans et érosion – qu’il y a forcément une coïncidence à un moment ou un autre entre les phénomènes naturels. Autrement dit, la fonte des glaciers et les séismes peuvent avoir lieu en même temps et ne pas s’affecter mutuellement.

Source : médias d’information de l’Alaska.

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Significant seismic activity, with 27 different events between M 1.6 and M 3.2 on the Richter scale was recorded between July 15th and 17th, 2020 east of Juneau on the Juneau Icefield. The Alaska Earthquake Center said the activity was not caused by earthquakes but “ice quakes” associated with glacial activity.  The origin of the seismic waves does not lie underground, but on the surface of the glacier itself.

Seismicity in a glacial environment may have other causes.

When glaciers are calving in a lagoon or in the sea, large chunks of ice break off from their fronts and collapse with a giant splash into the water, which gives birth to a dramatic and noisy show. A safety distance should be respected as the waves generated by the collapses can be quite powerful.

Ice quakes triggered by such collapses have been multiplied by seven in Greenland in the past two decades. Scientists monitored the Helheim Glacier, a major outlet of the Greenland Ice Sheet, over 55 days from July to September 2013. They recorded 10 glacial earthquakes, some of which registered a magnitude of M 5.0, and saw the glacier retreat by about 1.5 kilometres following the shaking events.

The scientists discovered that, when a big chunk of ice breaks off from a calving glacier and tips forward into the ocean, it can force the glacier not only to stop inching forward, but also to push it backward. The backward movement and the subsequent change in water pressure cause glacial earthquakes, which can trigger massive tsunami waves and thunderous rumbling. The glacier moves backward for a few minutes before springing forward again and moving as normal.

With global warming, such ice quakes will increase in frequency because calving rates rise when water temperatures and air temperatures rise. Glaciologists explain that calved icebergs often weigh around one billion tons and hold enough water to fill Central Park up to the Empire State Building. The mass loss of ice from Greenland amounts to 300 to 400 gigatons of ice per year. The size of the icebergs appears to determine the magnitude of the earthquakes.

Another explanation for the seismicity in a glacial environment if the isostatic – or post-glacial – rebound, although some scientists do not agree with this theory. This expression refers to the rise of land masses after the removal of the huge weight of ice sheets and / or glaciers For instance, it has been noticed that because Southern Alaska’s 75,000 square kilometres of glacier are melting at a rapid rate, some regions of Southeast are rising by a rate of 25 millimetres a year. Some glaciologists say this rise of land masses may trigger earthquakes. Other scientists say that just because the region has plenty of seismic activity and postglacial rebound does not mean the two are necessarily related. They add that there are so many different things going on, such as earthquakes, glaciology, climate change, ocean temperatures and erosion, that you are bound to have coincidence between natural phenomena. In other words, glacial melt and earthquake activity could be taking place at the same time and not affecting each other.

Source : Alaskan news media.

 Effondrements des glaciers alaskiens Columbia (Prince William Sound) et Sawyer (Juneau Icefield) [Photos : C. Grandpey]

Vidéo montrant l’effondrement du front du Sawyer Glacier dans le Juneau Icefield (C. Grandpey) :

https://www.youtube.com/watch?v=jZtvNMxoxdY