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Compréhension en profondeur des éruptions // Deep understanding of eruptions

Les derniers événements en Islande ont montré que les scientifiques savent qu’une éruption est susceptible de se produire, mais ils ne peuvent pas prédire le moment précis où elle débutera. Lorsqu’ils sont sur le point d’entrer en éruption, les volcans montrent des signes qui sont enregistrés par des instruments tels que des sismomètres, des inclinomètres ou même par les satellite. Ces paramètres concernent les couches les plus superficielles de la croûte terrestre.
De nouvelles recherches, menées par des équipes de l’Imperial College de Londres et de l’Université de Bristol, révèlent que nous devrions observer ce qui se passe plus profondément, jusqu’à 20 km sous terre. Certains indices annonciateurs d’éruptions pourraient nous aider à améliorer nos prévisions.

Les auteurs de l’étude se sont concentrés sur la compréhension des réservoirs magmatiques, là où une chaleur extrême fait fondre les roches solides et les transforme en magma à des profondeurs d’environ 10 à 20 kilomètres.
Après avoir collecté des données sur cette zone, l’équipe scientifique les a intégrées dans des modèles informatiques. Les chercheurs ont découvert que certaines conditions au sein des réservoirs magmatiques profonds pouvaient donner des indications sur la taille, la composition et la fréquence des éruptions volcaniques. En d’autres termes, en étudiant ce qui se passe en bas, nous pouvons mieux prévoir ce qui pourrait se passer en haut.
La flottabilité du magma est peut-être l’un des indicateurs les plus surprenants d’une éruption. Contrairement aux théories émises jusqu’à présent, la nouvelle étude montre que c’est la flottabilité du magma, plus que la proportion de roches solides et fondues, qui déclenche les éruptions. Une fois que la densité du magma lui permet de flotter, donc de s’élever, il crée des fractures dans la roche solide sus-jacente. ; il s’engouffre alors très rapidement dans ces fractures et provoque une éruption.
Un autre facteur est la taille du réservoir magmatique proprement dit. Un réservoir magmatique de grande taille ne signifie pas forcément que l’éruption sera plus importante. En effet, plus le réservoir est grand, plus la chaleur est dispersée, ce qui réduit la vitesse de fusion des roches et leur transformation en magma. De plus, plus le magma reste longtemps sous terre, plus l’éruption sera réduite.
Un auteur de l’étude affirme qu' »en améliorant notre compréhension des processus à l’origine de l’activité volcanique et en fournissant des modèles qui mettent en lumière les facteurs contrôlant les éruptions, la nouvelle étude constitue une étape cruciale vers une meilleure surveillance et prévision de ces puissants événements géologiques ».
Source : Science Advances.

Vous pourrez lire l’étude (en anglais) et découvrir les illustrations en plus grande taille en cliquant sur ce lien :

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1595

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The recent events in Iceland have shown that scientissts know that an eruption is likely to erupt. However, they cannot predict the precise moment an eruption will begin. When tey are bout to erupt,volcanoes often show signs that are recorded by instruments suchas seismometers, tiltmetersor even satellite images. These parameters concern the topmost layers of Earth’s crust.

New research, led by teams from Imperial College London and the University of Bristol, suggests we should look deeper, down to 20 km underground, at different eruption clues that might help us improve our predictions.

The authors of the study focused on understanding magma source reservoirs deep beneath our feet, where extreme heat melts solid rocks into magma at depths of around 10 to 20 kilometers.

After collecting data from this part of the Earth’s crust, the team fed that data into computer models. What they found was that certain conditions within deep magma reservoirs could indicate the size, composition and frequency of volcanic eruptions. In other words, by studying what is going on below, we can better predict what might happen above.

Magma buoyancy is perhaps one of the most surprising indicators of an eruption. Contrary to previous beliefs, the new study suggests that the buoyancy of the magma, rather than the proportion of solid and molten rock, is what drives eruptions, Once the magma becomes buoyant enough to float, it rises and creates fractures in the overlying solid rock ; it then flows through these fractures very rapidly, causing an eruption.

Another factor is the size of the reservoir itself. While it is true that larger reservoirs hold more magma, that doesn’t always mean the eruption will be greater. The larger the reservoir, the more heat is dispersed, reducing the rate of melting rock into magma. Plus, the longer magma sits underground, the smaller the eruption will be.

One author of the study says that « by improving our understanding of the processes behind volcanic activity and providing models that shed light on the factors controlling eruptions, the new research is a crucial step towards better monitoring and forecasting of these powerful geological events. »

Source : Science Advances.

You can read the whole  study and discover the full-scale  illustrations by clicking on this link :

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add1595

Un rideau pour sauver le glacier Thwaites (Antarctique) ? // A curtain to save the Thwaites Glacier (Antarctica) ?

Le Thwaites est un immense glacier situé sur la côte ouest de l’Antarctique, auquel j’ai déjà consacré plusieurs notes sur ce blog. Son front mesure 120 kilomètres.

 

Les scientifiques lancent constamment des messages d’alerte car le Thwaites fond très rapidement. Il a perdu plus de 1 000 milliards de tonnes de glace depuis l’an 2000. Les scientifiques souhaitent l’équiper de rideaux de 100 kilomètres de long afin de ralentir sa fonte. Le projet est évalué à 50 milliards de dollars. Si le Thwaites disparaissait entièrement, le niveau de la mer dans le monde augmenterait d’environ 3 mètres.

 

Crédit photo: NASA

Si le niveau de la mer augmentait de seulement 60 centimètres dans le monde,  les conséquences pour les villes côtières seraient terribles. New York, Miami et la Nouvelle-Orléans connaîtraient des inondations dévastatrices. Dans le monde entier, 97 millions de personnes seraient confrontées à une montée rapide des eaux mettant en danger leurs maisons et leurs moyens de subsistance.

La ville de Miami est déjà confrontée à la montée des eaux de l’océan (Photo : C. Grandpey)

À l’heure actuelle, la banquise de l’Antarctique constitue un rempart qui empêche les eaux chaudes de l’océan Austral d’atteindre les glaciers. Si le Thwaites venait à fondre dans sa totalité, cela déclencherait une cascade de fonte glaciaire avec une hausse supplémentaire de trois mètres du niveau de la mer. En effet, les glaciers côtiers de l’Antarctique sont interconnectés. Si la fonte de l’un s’accélère, celle des autres fera de même.

Image montrant les glaciers de l’ouest Antarctique (Source ; BAS)

La fonte du Thwaites contribue déjà à 4 % de l’élévation du niveau de la mer dans le monde.Certains scientifiques – qui jouent parfois aux apprentis-sorciers – tentent de trouver des solutions innovantes susceptibles de ralentir la fonte des glaciers. La dernière stratégie réside dans l’installation de gigantesques rideaux sous-marins de 100 kilomètres de long pour empêcher l’eau de mer chaude d’atteindre et de faire fondre les glaciers. En effet, l’un des principaux facteurs responsables de la fonte des glaciers en Antarctique est la pénétration d’eau de mer chaude, aidée par les courants, sous la banquise, ce qui provoque sa fonte rapide. À mesure que les océans se réchauffent avec le réchauffement climatique, les courants érodent de plus en plus le Thwaites, menaçant de le faire fondre, ce qui serait une catastrophe.

L’eau chaude de l’océan Austral mine la banquise par en dessous (Source : BAS)

En théorie, ces rideaux bloqueraient l’arrivée des courants chauds vers le Thwaites. Cela donnerait à sa banquise le temps de se régénérer et donc de mieux protéger les glaciers en amont. L’idée du rideau s’appuie sur une solution similaire qui a été suggérée en 2018 et qui consistait à bloquer l’eau chaude à l’aide d’un mur. Les rideaux semblent une meilleure option. En effet, ils sont tout aussi efficaces qu’un mur pour bloquer les courants chauds, mais beaucoup plus faciles à retirer si nécessaire.

Diagramme montrant comment un rideau ancré au fond marin pourrait empêcher les courants d’eau chaude et profonde d’atteindre les glaciers (Source :.Arctic Centre / Université de Laponie)

Des chercheurs de l’Université de Cambridge ont déjà effectué les premiers tests sur un prototype, et ils pourraient passer à l’étape suivante dès l’été 2025. Ils testent actuellement une version d’un mètre de long à l’intérieur de réservoirs. Une fois qu’ils auront prouvé sa faisabilité du projet, ils procéderont à son test dans la rivière Cam, soit en installant un rideau au fond de la rivière, soit en le tirant derrière un bateau. L’idée est de développer progressivement les prototypes jusqu’à ce qu’ils prouvent que la technologie est suffisamment fiable pour être installée en Antarctique. Si tout se passe bien, les chercheurs pourraient tester un ensemble de prototypes de rideaux de 10 mètres de long dans un fjord norvégien d’ici environ deux ans. Un problème majeur sera d’obtenir le financement nécessaire pour mener à bien ce projet extrêmement coûteux..
Source  : Business Insider via Yahoo Actualités.

Je suis personnellement extrêmement sceptique devant ce projet de rideaux en Antarctique. Tout d’abord, je ne suis pas certain que la somme colossale exigée par sa réalisation sera attribuée aux scientifiques britanniques. Par ailleurs, le gigantisme du projet tient davantage du fantasme d’un Professeur Nimbus que de scientifiques raisonnables. Il est fort à parier que les rideaux prévus dans le projet ne pèseront pas lourd devant la force des courants marins. Vouloir freiner la chaleur qu’ils transportent semble une douce illusion. De toute façon, comme je l’ai écrit à maintes reprises, ce n’est pas aux conséquences du réchauffement climatique qu’il faut s’attaquer mais à ses causes. Priorité doit être donnée à la lutte contre les émissions de gaz à effet de serre, CO2 et NH4 en particulier. Malheureusement, la Courbe de Keeling et celle de la température mondiale qui lui est parallèle ne montrent pas le moindre fléchissement. Si des mesures ne sont pas prises de toute urgence, nos enfants et petits-enfants seront confrontés à de très graves problèmes.

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Thwaites is a massive glacier on Antarctica’s western coast. Its front is 120 kilometers wide. Scientists are worried because Thwites is melting very fast. It has lost over 1,000 billion tons of ice since 2000. Scientists want to build 100-kilometer-long curtains around the glacier to slow its catastrophic melting. The cost of the project is estimated at $50 billion.

If the Thwaites collapsed entirely, global sea levels would ultimately rise by about 3 meters.

Sixty centimeters of sea level rise may not sound like a lot. But if sea levels rose by 60 centimeters worldwide, the effects on coastal communities would be catastrophic. Cities like New York, Miami, and New Orleans would experience devastating flooding. Across the globe, 97 million people would be in the path of rapidly encroaching waters, putting their homes, communities, and livelihoods at risk.

Right now, the Antarctic ice shelf prevents the warming waters of the Southern Ocean from reaching the glaciers on land. If the Thwaites collapsed, it would trigger a cascade of melting that could raise sea levels another 3 meters. Indeed, the coastal glaciers in Antarctica are interconnected

Already, the melting Thwaites contributes to 4% of global sea level rise. Geoengineers are trying to find innovating technologies that could slow glacial melting. The latest strategy lies with underwater curtains. They would like to install gigantic 100-kilometer-long underwater curtains to prevent warm seawater from reaching and melting glaciers. Indeed, one of the main drivers of glacial melting is the flow of warm, salty sea water deep within the ocean. These warm currents lap against the sides of the Thwaites, melting away the thick ice that keeps the shelf’s edge from collapsing. As oceans warm due to global warming, these intruding currents will increasingly erode the Thwaites, driving it closer to total collapse.

In theory, these curtains would block the flow of warm currents to the Thwaites to halt its melting and give its ice shelf time to re-thicken. The curtain idea is based on a similar solution that was suggested in 2018, which would block warm water using a massive wall.. Curtains are supposed to be a much safer option. They are just as effective as a wall at blocking warm currents, but much easier to remove if necessary.

Researchers at the University of Cambridge are already in the very early stages of developing and testing a prototype, and they could progress to the next stage as early as summer 2025. Right now, they are testing a one-meter-long version of this technology inside tanks. Once they have proven its functionality, they willl move on to testing it in the River Cam, either by installing it at the bottom of the river or by pulling it behind a boat. The idea is to gradually scale up the prototypes until evidence suggests the technology is stable enough to install in the Antarctic. If all goes well, they could be testing a set of 10-meter-long curtain prototypes in a Norwegian fjord in about two years. A major problem will be to get the necessary funds to complete the project.

Source : Business Insider via Yahoo News.

1783 : une année sans été en Alaska // 1783 : a year without a summer in Alaska

L’une des éruptions les plus dévastatrices de l’histoire a été celle du Laki, dans le sud-est de l’Islande. Pendant huit mois en 1783, cette éruption fissurale a émis des coulées de lave et vomi des gaz nocifs dans l’atmosphère. Un quart de la population islandaise a péri. Les gaz riches en soufre qui se sont répandus à la surface de la Terre ont réfléchi les rayons du soleil, provoquant une baisse des températures dans de nombreux endroits.

Vue de Lakagigar, la fissure éruptive du Laki (Photo: C. Grandpey)

Des chercheurs ont analysé les cernes de troncs d’épinettes blanches en Alaska et ont conclu que l’éruption du Laki avait aussi été une catastrophe pour les habitants du nord-ouest de cet Etat. Ces gens ne savaient pas pourquoi juillet avait pris des allures de novembre cette année-là.
Une scientifique du laboratoire d’analyse des cernes des arbres de l’Observatoire Lamont-Doherty à New York a raconté l’histoire de l’année sans été en Alaska. Elle a montré une photo des cernes sur le tronc d’une épinette blanche prélevée en Alaska. Au milieu d’une série de lignes sombres, on en distingue une plus claire qui correspond à l’année 1783.

Forêt d’épinettes (spruce trees), arbres emblématiques de l’Arctique (Photo: C. Grandpey)

En juin 1940, un archéologue et ingénieur des mines prit l’avion entre Fairbanks et Allakaket. Une fois arrivé dans ce petit village, il se dirigea vers le cours supérieur de la rivière Kobuk où il a confectionna un radeau en rondins. Il descendit la rivière, tout en prélevant des échantillons d’arbres en cours de route et en s’arrêtant sur des sites archéologiques.
À l’embouchure de la Kobuk, il tourna à droite et remonta la rivière Noatak. Il atteignit ensuite la péninsule de Seward et termina son expédition scientifique dans la ville de Haycock, non loin du village actuel de Koyuk. À l’automne 1940, l’archéologue rédigea sa thèse qui mettait en évidence ses remarquables travaux sur le terrain à partir des centaines d’échantillonsd’arbres qu’il avait collectés.
Un demi-siècle plus tard, les scientifiques de Lamont-Doherty ont utilisé certains de ses échantillons. Avec d’autres enregistrements de cernes d’arbres recueillis en Alaska et les données fournies par des stations météorologiques archivées à l’Université d’Alaska et ailleurs, les chercheurs ont reconstitué les températures estivales de l’Alaska de la fin des années 1600 à nos jours. Ils ont estimé que la moyenne des températures en Alaska de mai à août était normalement d’environ 11,6°C pendant la majeure partie de cette période. En 1783, la température moyenne de mai à août était d’environ 6,6°C.
Pour montrer l’aspect exceptionnel de l’année 1783, les scientifiques de Lamont-Doherty ont également cité un livre dans lequel sont répertoriées des traditions orales de peuples autochtones du nord-ouest de l’Alaska. L’ouvrage raconte quatre vieilles légendes, chacune liée à la quasi-extinction de tous les êtres vivants dans le nord-ouest de l’Alaska. Les deux premiers événements décrits dans le livre étaient trop anciens pour que les chercheurs puissent en tenir compte. Le quatrième événement était l’épidémie de grippe espagnole qui, en 1918, frappa durement l’Alaska et le reste du monde. La troisième calamité dans le nord-ouest de l’Alaska était liée à l’éruption islandaise. Cette année-là (probablement 1783), au printemps, les oiseaux migrateurs étaient revenus en Alaska et tout semblait normal… jusqu’à la fin du mois de juin. On peut lire que  » tout d’un coup, le temps est devenu froid… et les gens ne pouvaient plus aller chasser ni pêcher. » En quelques jours, les lacs et rivières, récemment dégelés, ont gelé de nouveau. Le temps chaud n’est revenu qu’au printemps (début avril) de l’année suivante.
Source : Anchorage Daily News.

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One of the most devastating eruption in history was that of Laki Volcano in south-east Iceland. For eight months in 1783, a fissure eruption spewed lava and belched noxious fumes into the atmosphere. One-quarter of the Icelandic population died. The sulfur-rich gases that spread worldwide reflected the sun’s rays, causing temperatures to drop and making many places on Earth cooler.

Using evidence held in white spruce trees, researchers think the Laki eruption was a catastrophe for northwest Alaska residents who had no idea why July turned into November that year.

A scientist from the tree-ring lab at Lamont-Doherty Earth Observatory in New York told the story of Alaska’s year without a summer. She displayed a photo of tree rings from a white spruce tree from Alaska. Amid a series of dark lines is a faint one that lines up with the year 1783.

In June of 1940, an archaeologist and mining engineer, flew from Fairbanks to Allakaket. Once in that small village, he travelled to the headwaters of the Kobuk River where he lashed together a log raft. He floated it down the river, taking tree cores along the way and stopping at known and possible archaeological sites.

At the mouth of the Kobuk, he turned right and traveled up the Noatak River. Then, he went on to the Seward Peninsula and finished his scientific journey in the town of Haycock, not far from today’s village of Koyuk. In the autumn of 1940, the archaeologist wrote his master’s thesis, detailing his remarkable season of fieldwork and the hundreds of tree cores he acquired.

Half a century later, scientists at Lamont-Doherty used some of his samples. With other tree-ring records gathered in Alaska and the real weather-station data gathered at the University of Alaska and other places, the researchers reconstructed Alaska summer temperatures from the late 1600s to the present. They figured average Alaska temperatures from May to August were about 11.6°C for most of that time. In 1783, the May to August average temperature was about 6.6°C.

To further show the weirdness of 1783, the Lamont-Doherty scientists also cited a book of oral traditions from Natives of northwest Alaska. It describes four ancient legends, each linked to the near-extinction of everyone living in northwest Alaska. The first two events were too far back for the researchers to imagine what they might have been. The fourth and most recent disaster was the influenza epidemic of 1918 that hit Alaska and the rest of the world so hard. In between, the third calamity in northwest Alaska was linked to the Iceland eruption. That year (perhaps 1783), in the springtime migratory birds had returned to Alaska and all seemed normal, until after June passed. Then, on can read in the book : “suddenly it turned into cold weather … and people could not go out hunting and fishing. In a few days, the lakes and rivers, recently thawed, froze over. Warm weather did not return until spring (early April) of the next year.”

Source : Anchorage Daily News.

Islande : Nouvelle approche des fontaines de lave // Iceland : New approach to lava fountains

À partir d’observations de l’éruption du Fagradalsfjall (Islande) en 2021, une équipe de spécialistes des Sciences de la Terre, de météorologues, de géologues et de volcanologues a proposé une nouvelle théorie expliquant la mécanique des fontaines de lave. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature Communications*.
Les fontaines de lave sont des phénomènes spectaculaires pendant lesquels la lave jaillit vers le ciel avant de retomber en cascade sur les flancs d’un volcan. Ces manifestations volcaniques ont longtemps intrigué les scientifiques. Les travaux de l’équipe de chercheurs se sont concentrés sur la compréhension des forces qui servent de moteur à ce phénomène. Contrairement à la plupart des  éruptions classiques, celle du Fagradalsfjall a présenté une série de fontaines de lave de différentes hauteurs offrant une opportunité unique de les approcher et de les examiner.
Pour analyser la dynamique de l’éruption, les chercheurs ont utilisé la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (OP-FTIR)*. Cette technique leur a permis d’analyser les émissions de gaz du volcan sur plusieurs cycles d’épisodes éruptifs entrecoupés de pauses. Leurs observations sur la composition du gaz a fourni des indications sur les processus qui sous-tendent les fontaines de lave.
Il ressort de ces observations que les volcans comme le Fagradalsfjall possèdent une cavité peu profonde remplie de magma sous leur caldeira. En remontant dans cette cavité, le magma génère une couche d’écume à son sommet. Les chercheurs pensent que l’effondrement de cette couche d’écume crée la pression nécessaire pour propulser la lave vers le haut, un peu comme l’éjection d’une boisson gazeuse quand on secoue la bouteille. Ce processus se produit de manière cyclique, conduisant aux éruptions sous forme de fontaines observées en Islande.
L’étude offre non seulement une explication des caractéristiques uniques de l’éruption du Fagradalsfjall, mais elle a également des implications plus larges. Les chercheurs pensent que leur étude pourrait s’appliquer à différents types de fontaines de lave observées dans le monde.
Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour valider et élargir ces résultats. Cependant, ces travaux fournissent des informations significatives sur les processus complexes qui entourent les fontaines de lave.

* Near-surface magma flow instability drives cyclic lava fountaining at Fagradalsfjall, Iceland – Scott, S., Pfeffer, M., Oppenheimer, C. et al. – Nature Communications – November 7, 2023 – DOI https://doi.org/10.1038/s41467-023-42569-9 – OPEN ACCESS.

* La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier ou spectroscopie IRTF (ou encore FTIR, de l’anglais Fourier Transform InfraRed spectroscopy)1 est une technique utilisée pour obtenir le spectre d’absorption, d’émission, la photoconductivité ou la diffusion Raman dans l’infrarouge d’un échantillon solide, liquide ou gazeux.

Le résumé de l’étude a été publié sur le site web The Watchers avec une vidéo de drone de l’éruption de 2021 :
https://youtu.be/DQx96G4yHd8

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From the observations of the 2021 Fagradalsfjall eruption in Iceland, a team of Earth scientists, meteorologists, geologists, and volcanologists has formulated a new theory explaining the mechanics of volcanic fountaining. The research* was published in the journal Nature Communications.

Volcanic fountaining, characterized by explosive eruptions with lava shooting skywards and cascading down a volcano’s sides, has long puzzled scientists.The team’s research centered on understanding the driving forces behind this phenomenon. Unlike a single massive eruption, the Fagradalsfjall event presented a series of lava fountains of varying heights, providing a unique opportunity for close-up examination.

To probe the eruption’s dynamics, the researchers employed Fourier transform infrared (OP-FTIR) spectroscopy. This technique enabled them to analyze the gas emissions from the volcano across multiple eruption and pause cycles. Their investigation into the gas composition yielded clues about the processes underpinning volcanic fountaining.

The team’s emerging theory posits that volcanoes like Fagradalsfjall have a magma-filled shallow cavity beneath their calderas. Magma rising into this cavity generates a foam layer at the top. The researchers suggest that the collapse of this foam layer creates the pressure needed to propel magma upwards, akin to soda being ejected from a shaken can. This process occurs cyclically, leading to the observed fountain-like eruptions.

The study not only offers a compelling explanation for the Fagradalsfjall eruption’s unique characteristics but also has broader implications. The researchers believe that their theory could apply to various types of volcanic fountains observed worldwide.

Further research is needed to validate and expand upon these findings. However, the team’s work provides significant insights into the intricate processes of volcanic fountaining.

* Near-surface magma flow instability drives cyclic lava fountaining at Fagradalsfjall, Iceland – Scott, S., Pfeffer, M., Oppenheimer, C. et al. – Nature Communications – November 7, 2023 – DOI https://doi.org/10.1038/s41467-023-42569-9 – OPEN ACCESS.

* Fourier transform infrared spectroscopy or FTIR spectroscopy is a technique used to obtain the absorption spectrum, emission spectrum, photoconductivity or Raman scattering in the infrared of a solid, liquid or gas sample.

The abstract of the research was published on the The Watchers website together with a drone video of the 2021 eruption :

https://youtu.be/DQx96G4yHd8

Capture écran webcam de l’éruption et des fontaines de lave