De la chaleur de l’Australie à la froideur des pôles // From Australian heat to polar cold

L’été n’a pas encore commencé dans l’hémisphère sud et Sydney (Australie) a déjà connu la nuit de novembre la plus chaude de tous les temps. La ville a enregistré une température nocturne minimale de 25,4°C, puis le mercure a atteint 40°C pendant la journée du 29 novembre 2020. Le précédent record nocturne était de 24,8°C en 1967.

Des dizaines d’incendies de végétation se sont déclenchés en Nouvelle-Galles du Sud et un temps encore plus chaud est prévu dans les prochains jours.

Il est fort probable que novembre 2020 sera l’un des mois de novembre les plus chauds  jamais enregistrés.

Des images de presse montrent d’énormes foules en train d’affluer vers la plage de Sidney, avec un risque évident de contamination par Covid-19. Les services sanitaires de Nouvelle-Galles du Sud ont rappelé aux gens de respecter les règles de distanciation sociale.

Source: BBC News.

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Alors que l’Australie transpire, les scientifiques sont inquiets car il risque fort d’y avoir un vide de plusieurs années dans les mesures de l’épaisseur de la glace à la fois dans l’Arctique et en Antarctique. En effet, les deux seuls satellites dédiés à l’observation des pôles sont pratiquement en fin de vie et leur remplacement n’est pas prévu dans l’immédiat. Les chercheurs ont fait part de leurs préoccupations à la Commission Européenne et à l’Agence Spatiale Européenne.

L’enjeu est la durée restante de deux missions : la mission européenne CryoSat-2 et son homologue américaines IceSat-2. Ces engins spatiaux ont à leur bord des altimètres qui mesurent la forme et l’élévation des surfaces de glace. Ces dernières années, ils ont joué un rôle essentiel pour mesurer la perte de volume de glace de mer et  la diminution de la masse des glaciers.

Ces satellites sont uniques par leurs orbites. Ils se trouvent à 88 degrés nord et sud par rapport à l’équateur, ce qui signifie qu’ils sont capables d’observer l’ensemble des régions arctiques et antarctiques, à l’exception d’un petit cercle d’environ 430 km de diamètre au niveau des pôles.

CryoSat-2 est déjà bien au-delà de sa durée de vie. Il a été lancé en 2010 avec l’espoir qu’il fonctionnerait pendant au moins 3 années et demie. Les ingénieurs pensent pouvoir le faire fonctionner jusqu’en 2024 peut-être, mais l’usure de la batterie et une fuite de carburant laissent supposer qu’il ne durera pas aussi longtemps.

IceSat-2 a été lancé en 2018 avec une durée de vie de trois ans, mais e espérant qu’il sera opérationnel pendant une dizaine d’années.

Si les deux satellites ne sont pas remplacés rapidement, il y aura un vide de deux à cinq ans dans la mesure altimétrique satellitaire au niveau des pôles. En conséquence, cette absence de mesures empêchera les scientifiques d’évaluer et améliorer les projections des modèles climatiques.

La seule solution de remplacement actuellement envisagée est la mission CE / ESA qui a pour nom de code Cristal. On sera dans la même situation qu’avec Cryosat, mais avec une capacité de mesure beaucoup plus grande grâce à un altimètre radar bi-fréquence. Le problème est que l’engin spatial ne sera pas lancé avant 2027-2028, peut-être même plus tard en raison d’un retard dans le financement.

Une solution pourrait se trouver en Europe avec l’équivalent du projet IceBridge de la NASA. Il s’agissait d’une plate-forme aéroportée que l’agence américaine a exploitée au cours des huit années écoulées, entre la fin de la première mission IceSat en 2010 et le lancement d’IceSat-2 en 2018. Un avion a fait voyager un altimètre laser au-dessus de l’Arctique et de l’Antarctique pour recueillir des ensembles de données susceptibles d’être utilisés pour établir un lien entre les deux missions IceSat.

De nombreux chercheurs pensent qu’un projet « CryoBridge » européen serait la meilleure solution dans le court terme pour combler le vide entre CryoSat-2 et Cristal.

Source: BBC News.

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Summer has not yet started in the Southern Hemisphere and Sydney (Australia) has already reported its hottest November night on record. The city recorded a minimum night temperature of 25.4°C and then hit 40°C during the daytime on November29th, 2020. The previous overnight record was 24.8C in 1967.

Dozens of bush fires are already burning in New South Wales with hotter weather predicted in the next few days.

It is quite likely it will be one of our hottest Novembers on record..

Newspaper images from Sydney show huge crowds of people flocking to the beach with the obvious risk of Covid-19 contamination. The New South Wales health department has reminded people to keep to social-distancing regulations.

Source : BBC News.

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While Australia is sweating, scientists are worried and warning that there is going to be a gap of several years in their ability to measure the thickness of ice in both Artic and Antarctica. Indeed, the only two satellites dedicated to observing the poles are almost certain to die before they are replaced. The researchers have raised their concerns with the European Commission and the European Space Agency.

At issue is the longevity of the European CryoSat-2 and American IceSat-2 missions.

These spacecraft carry altimeters that gauge the shape and elevation of ice surfaces. In the past years, they have been essential in recording the loss of sea-ice volume and the declining mass of glaciers.

What’s unique about the satellites is their orbits around the Earth. They fly to 88 degrees North and South from the equator, which means they see the entire Arctic and Antarctic regions, bar a small circle about 430 km in diameter at the poles.

CryoSat-2 is already way beyond its design life. It was put in space in 2010 with the expectation it would work for at least 3.5 years. Engineers think they can keep it operating until perhaps 2024, but battery degradation and a fuel leak suggest not for much longer.

IceSat-2 was launched in 2018 with a design life of three years, but with the hope it can operate productively over ten years or so

If both satellites are not replaced rapidly, there will be a gap of between two and five years in polar satellite altimetry capability. This, in turn, will degrade the scientists’capacity to assess and improve climate model projections.

The only satellite replacement currently in prospect is the EC/Esa mission codenamed Cristal. It will be like Cryosat, although with much greater capability thanks to a dual-frequency radar altimeter.  The problem is that that the spacecraft won’t launch until 2027/28, maybe even later because of a delay in the funding.

A solution might lie in Europe with a version of Nasa’s IceBridge project. This was an airborne platform that the US agency operated in the eight years between the end of the very first IceSat mission in 2010 and the launch of IceSat-2 in 2018. An aeroplane flew a laser altimeter over the Arctic and the Antarctic to gather some limited data-sets that could eventually be used to tie the two IceSat missions together.

Many researchers think a European « CryoBridge » is the most affordable and near-term option to mitigate the empty years between CryoSat-2 and Cristal.

Source: BBC News.

IceSat-2 et CryoSat-2  (Source : NASA)

Les satellites et la fonte de l’Antarctique // Satellites and Antarctica’s melting

Une nouvelle étude publiée dans Nature Geoscience nous apprend que 25 années d’observations satellitaires ont permis d’élaborer une histoire détaillée des plates-formes glaciaires en Antarctique. Ces plates-formes sont la partie frontale flottante des glaciers et elles entourent tout le continent. Les observations ont été réalisées par les missions d’altimètre radar de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) avec les satellites ERS-1, ERS-2, EnviSat et CryoSat-2. Ils ont mesuré les variations d’épaisseur des plates-formes glaciaires de l’Antarctique depuis le début des années 1990.
L’ensemble des données de l’ESA confirme la tendance à la fonte des plateformes. Ensemble, elles ont laissé échapper près de 4000 gigatonnes d’eau douce depuis 1994, une quantité qui pourrait remplir le Grand Canyon aux Etats-Unis.
On sait depuis longtemps que la taille de ces plates-formes diminue car l’eau océanique relativement chaude les ronge par dessous. Nous sommes maintenant en mesure de dire exactement où et quand la fonte se produit, et où va l’eau de fonte. Une partie de cette eau froide plonge dans les profondeurs de la mer autour de l’Antarctique où elle influence sans aucun doute la circulation océanique, ce qui pourrait avoir des conséquences sur le climat bien au-delà du sud polaire. Par exemple, certains modèles ont montré que la fonte de la glace de l’Antarctique ralentit l’élévation de la température des océans dans le monde, entraînant de ce fait une augmentation des précipitations aux États-Unis.
En mettant en relation les données satellitaires, les informations sur la vitesse de déplacement de la glace fournies par d’autres sources, et les résultats de modèles informatiques, les scientifiques de la Scripps Institution of Oceanography ont obtenu une image haute résolution de la fonte des plateformes glaciaires au cours de la période étudiée.
Comme on pouvait s’y attendre, le fonte des plateformes montre beaucoup de variations, avec des pertes et des gains de masse, même au sein d’une même playeforme, mais l’image globale révèle que les plateformes perdent de la glace.

Grâce aux satellites, les scientifiques peuvent désormais savoir avec précision à quelle endroit et à quelle profondeur se produit le fonte de la glace. Certaines de ces plateformes flottantes plongent sur plusieurs centaines de mètres sous la surface de la mer. Les chercheurs peuvent dire à partir des données satellitaires si la perte de glace se produit là où la plateforme est la plus mince, ou à son front, ou bien à l’endroit où la glace commence à flotter.
L’amincissement des plateformes glaciaires ne contribue pas directement à l’élévation du niveau de la mer. C’est parce que la glace en train de flotter a déjà déplacé un volume équivalent d’eau. C’est comme un glaçon qui flotte dans un verre d’eau. Cependant, la fonte des plateformes a une conséquence indirecte. Si les plateformes sont affaiblies par la perte de glace, les glaciers qu’elle retiennent habituellement peuvent avancer plus rapidement dans l’océan, ce qui entraînera une élévation du niveau de la mer. Le phénomène se produit actuellement et a été observé par d’autres satellites.
La Scripps Institution a élaboré une carte de l’Antarctique qui montre l’amincissement des plateformes glaciaires avec différentes couleurs (voir ci-dessous).
Source: Yahoo News.

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 A new study published in Nature Geoscience tells us that 25 years of satellite observations have been used to reconstruct a detailed history of Antarctica’s ice shelves, the platforms are the floating protrusions of glaciers and ring the entire continent. These observations were made by ESA’s radar altimeter missions: ERS-1, ERS-2, EnviSat and CryoSat-2. These spacecraft have tracked the change in thickness in Antarctica’s ice shelves since the early 1990s.

The European Space Agency data-set confirms the shelves’ melting trend. As a whole, they have shed close to 4,000 gigatons since 1994, an amount of meltwater that could fill America’s Grand Canyon.

We have known for quite a long time that these platforms are losing mass as relatively warm ocean water is eating their undersides. What is knew is that we are now able to say exactly where and when the wastage has been occurring, and where also the meltwater has been going. Some of this cold, fresh water has been entering the deep sea around Antarctica where it is undoubtedly influencing ocean circulation. And this could have implications for the climate far beyond the polar south. For example, some studies have shown that including the effect of Antarctic ice melt into models slows global ocean temperature rise, and that can actually lead to an increase in precipitation in the US.

Combining satellite data with ice velocity information from other sources, and the outputs of computer models, scientists at the Scripps Institution of Oceanography have gained a high-resolution view of the pattern of melting during the study period.

As might be expected, there has been quite a lot of variation, with mass loss and gain, even within the same individual shelf, but the overall picture reveals the shelves are wasting.

Thanks to the satellites, the scientists can now trace precisely where at depth the melting is occurring. Some of these floating platforms of ice extend several hundred metres below the sea surface. The researchers can tell from the satellites’ data whether the loss of ice is occurring close to the thinnest parts of the shelves or at their fronts, or deep down in those places where the glacier ice starts to float.

Thinning ice shelves do not contribute directly to sea-level rise. That’s because the floating ice has already displaced its equivalent volume of water. It is like an ice cube in a glass of water. However, there is an indirect consequence. If the shelves are weakened, the land ice behind can flow more quickly into the ocean, and this will lead to sea-level rise. This is happening right now and has been measured by other satellites.

The Scripps Institution has produced a map of Antarctica that shows the thinning of the ice platforms with different colours (see below).

Source: Yahoo News.

Carte montrant les variations de fontes des plateformes glaciaires en Antarctique (Source : Scripps Institution of Oceanography)

Islande : Péninsule de Reykjanes, Hekla… et un peu de lecture !

L’Icelandic Met Office (IMO) indique que l’intense essaim sismique qui a commencé dans la Péninsule de Reykjanes le 18 juillet 2020 décline lentement. Selon le Met Office, il s’agirait d’un « événement de réactivation volcano-tectonique à plus grande échelle dans la péninsule. »
Les dernières images satellites ont permis de cartographier de nouvelles déformations de surface dans la zone où a été enregistrée la séquence de puissants séismes entre le 18 et le 20 juillet, avec des magnitudes qui ont ateint M 5,1. Le traitement des données satellitaires montre clairement un signal de déformation avec un déplacement d’environ 3 cm le long d’une faille orientée NE-SW dans la région de Fagradalsfjall. Les images acquises au cours de la période mentionnée ci-dessus révèlent également un signal d’affaissement dans la région de Svartsengi. Le phénomène a commencé entre le 16 et le 18 juillet, peu avant la survenue des puissants séismes tectoniques à Fagradalsfjall.
Les prochaines images satellites, attendues à la fin de cette semaine, permettront de savoir si la déflation est toujours en cours ou si elle s’est arrêtée.
Aucun changement significatif n’est signalé dans les mesures géochimiques effectuées cette semaine. De plus, la centrale géothermique de Svartsengi ne signale aucun changement dans ses mesures de routine.
L’IMO conclut son rapport en ces termes: « L’activité en cours sur la Péninsule de Reykjanes, qui a commencé fin 2019, reflète une réactivation volcano-tectonique à grande échelle sur une grande partie de la péninsule entre Eldey à l’ouest et Krýsuvík à l’est. »
Source: IMO

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Dans le même temps, l’Institut des Sciences de la Terre de l’Université d’Islande indique que les mesures effectuées près du Mont Hekla indiquent une augmentation de la pression exercée par le magma. Cette pression est nettement plus importante que lors des dernières éruptions du volcan en 1991 et 2000.
L’Institut, qui a effectué les mesures, prévient que les éruptions de l’Hekla se produisent en général soudainement et que les randonneurs à proximité du volcan pourraient être rapidement en danger. Les éruptions commencent souvent par de violents événements phréatomagmatiques, de sorte qu’un groupe de randonneurs qui serait surpris par une éruption se trouverait vite en difficulté.

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The Icelandic Met Office (IMO) indicates that the intense seismic swarm that started in the Reykjanes Peninsula on July 18th, 2020, is slowly decreasing. This activity is interpreted to as “a larger scale volcano-tectonic reactivation event in the Reykjanes peninsula.”

The acquisition of recent satellite images has allowed to map new surface deformation in the area associated with the sequence of large earthquakes that occurred from July 18th to 20th, with magnitudes up to M 5.1. The satellite data processing clearly shows a deformation signal corresponding to approximately 3 cm of movement along a NE-SW oriented fault in the region of Fagradalsfjall. The images acquired during the period also reveal a localized subsidence signal in the Svartsengi area. The subsidence started between July 16th and 18th, slightly before the occurrence of the large tectonic earthquakes in Fagradalsfjall.

The next satellite image, expected at the end of this week, will confirm if the deflation is still ongoing or if this has stopped.

No significant changes are reported regarding the geochemical measurements performed this week. Additionally, the geothermal power plant in Svartsengi reports no changes in their routine measurements.

IMO concludes its report with these words : « The ongoing activity on the Reykjanes peninsula, which commenced at the end of 2019, reflects a widespread volcano-tectonic reactivation of a large section of the peninsula, currently spanning Eldey in the west to Krýsuvík in the east. »

Source: IMO.

Le dernier essaim sismique sur la Péninsule de Reykjanes (Source : IMO)

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In the meantime, the Institute of Earth Sciences at the University of Iceland indicates that measurements made near Mount Hekla indicate a build-up of magma pressure that has become considerably greater than when the volcano last erupted in 1991 and 2000.

The Institute, which performed the measurements, warns that eruptions of Mt Hekla usually happen suddenly and that hikers in the vicinity of the volcano might be in danger in case of volcanic activity. Eruptions often start with powerful phreatomagmatic events, so that a group of unprepared hikers surprised by an eruption would have few means of escaping.

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Si avez décidé de ne pas aller en Islande à cause de la situation sanitaire actuelle (tests pour les touristes étrangers à l’aéroport de Keflavik), vous pourrez vous rabattre sur la lecture d’un livre que vient de me signaler très aimablement un adhérent de l’association L.A.V.E. Il s’agit d’un roman intitulé Heimaey par Ian Manook. Voici le résumé proposé par l’ami Google :

Quand Jacques Soulniz embarque sa fille Rebecca à la découverte de l’Islande, c’est pour renouer avec elle, pas avec son passé de routard. Mais dès leur arrivée à l’aéroport de Keflavik, la trop belle mécanique des retrouvailles s’enraye. Mots anonymes sur le pare-brise de leur voiture, étrange présence d’un homme dans leur sillage, et ce vieux coupé SAAB qui les file à travers déserts de cendre et champs de lave… jusqu’à la disparition de Rebecca. Il devient dès lors impossible pour Soulniz de ne pas plonger dans ses souvenirs, lorsque, en juin 1973, il débarquait avec une bande de copains sur l’île d’Heimaey, terre de feu au milieu de l’océan.
Un trip initiatique trop vite enterré, des passions oubliées qui déchaînent des rancoeurs inattendues, et un flic passionné de folklore islandais aux prises avec la mafia lituanienne : après l’inoubliable Mongolie de sa trilogie Yeruldelgger et le Brésil moite et étouffant de Mato Grosso, Ian Manook, écrivain nomade, nous fait découvrir une Islande lumineuse, à rebours des clichés, qui rend plus noire encore la tension qu’en maître du suspense il y distille.

L’ouvrage a été publié en septembre 2018 par les Editions Albin Michel. Il est également disponible en Livre de Poche.

Nouvelle approche de Crater Lake (Etat d’Oregon / Etats Unis) // New approach of Crater Lake (Oregon)

Selon le département Earth Observatoryde la NASA, un instrument embarqué à bord d’un satellite lancé par l’Administration a permis d’obtenir un transect de la région de Crater Lake en juin 2019 au cours de ce qui a été probablement premier survol topographique d’un volcan.
Le système ATLAS (Advanced Topographic Laser Altimeter) sur l’ Ice, Cloud and land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) de la NASA a effectué des mesures de Crater Lake le 24 juin 2019.
Les données altimétriques font apparaître nettement la topographie du Mont Mazama et du lac de cratère qui remplit la caldeira. En regardant du sud au nord (de gauche à droite sur le document satellitaire), on peut voir l’altitude augmenter lentement, puis plus rapidement, sur le flanc du volcan. Les petites bosses sont essentiellement les cimes d’arbres. Alors que la plupart des images satellites proposent une vue en deux dimensions de la surface terrestre, ICESat-2 fournit une troisième dimension: la hauteur des arbres.
L’image satellitaire fait ensuite traverser Sun Notch, une vallée en U qui a été creusée par les glaciers lors de la formation de la montagne. Certaines vallées se sont remplies de lave pendant les périodes d’éruptions. D’autres, dont Sun Notch, ont échappé à ce destin. Aujourd’hui, les randonneurs peuvent se promener dans cette vallée jusqu’au belvédère de Sun Notch sur la lèvre sud du cratère.
L’altitude chute ensuite de plusieurs centaines de mètres entre la lèvre du cratère et la surface du lac. La caldeira de 8 à 10 km de diamètre est le résultat d’une énorme éruption et de l’effondrement de la montagne il y a environ 7 700 ans. Le lac qui remplit maintenant la caldeira a plus de 580 mètres de profondeur, soit environ la moitié de la profondeur de la caldeira. Crater Lake est le lac le plus profond des États-Unis et le neuvième du monde. Il est trop profond pour étudier sa bathymétrie (le satellite ICESat-2 ne peut effectuer la bathymétrie qu’à une profondeur d’une dizaine de mètre), mais ces mesures de la surface du lac peuvent malgré tout intéresser les hydrologues.
Le transect fourni par les satellites fournit des données altimétriques qui peuvent intéresser un grand nombre de scientifiques. Les écologistes auront envie d’examiner le terrain autour du lac car il est un bon indicateur de la qualité de l’habitat. D’autres scientifiques pourront étudier la végétation afin d’établir un lien entre les hauteurs de la canopée et des estimations de la biomasse. Enfin, les hydrologues s’intéresseront au niveau du lac en tant qu’indicateur des précipitations, du débit des eaux souterraines ou de l’évaporation.

Source : The Oregonian.

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The NASA Earth Observatory reports.that an instrument aboard a NASA satellite measured the topography of Crater Lake in June 2019 in what is believed to be the instrument’s first overflight of a volcano.

The Advanced Topographic Laser Altimeter System (ATLAS) on NASA’s Ice, Cloud and land Elevation Satellite-2 (ICESat-2) took measurements of Crater Lake on June 24th, 2019.

The elevation data show the distinct topography of Mount Mazama and the crater lake that fills its caldera. Moving from south to north, one can see the elevation increase gently and then more steeply up the flank of the volcano. The smaller-scale bumps are mostly tree tops. Where most satellite images offer a two-dimensional view of land cover, ICESat-2 provides a third dimension: tree height.

The track next crosses Sun Notch, a U-shaped valley that was carved by glaciers during the formation of the mountain. Some valleys were filled with lava during periods of eruptions. Others, including Sun Notch, escaped that fate. Hikers today can walk through this valley to the Sun Notch overlook on the crater’s southern rim.

The elevation then plummets hundreds of metres from the rim to the surface of Crater Lake. The 8- to 10-kilometre-wide caldera is the result of an enormous eruption and mountain collapse about 7,700 years ago. The lake that now fills the caldera is more than 580 metres deep, filling about half of the caldera’s depth. Crater Lake is the deepest lake in the United States, and the ninth deepest on Earth. The lake is too deep to see the bathymetry (ICESat-2 can measure bathymetry to a depth of 10 metres or more), but measurements of its surface elevation could be of interest to hydrologists.

This transect highlights how ICESat-2 elevation measurements provide interesting observations to a diverse number of scientists. Terrestrial ecologists would be interested in looking at the terrain around the lake as an indication of habitat quality. Others might investigate the vegetation to link the canopy heights to biomass estimates. Finally, the hydrologist would be interested in the lake level as an indicator of rainfall, groundwater flow, or evaporation.

Source: The Oregonian.

Source: NASA

Vue de Crater Lake et Wizard Island (Photo: C. Grandpey)

Vue du Mont Mazama (Photo: C; Grandpey)

La source magmatique de l’Agung et du Batur (Bali / Indonésie) // The magma source of Agung and Batur volcanoes (Bali / Indonesia)

Grâce aux informations fournies par les satellites de la mission Copernicus Sentinel-1 sur les déformations du sol, les scientifiques ont désormais une meilleure idée de la localisation de la chambre magmatique à l’origine de l’éruption du Mont Agung sur l’île de Bali en novembre 2017. Le volcan a émis des panaches de cendre qui ont entraîné la fermeture de plusieurs aéroports et bloqué des milliers de touristes. Les autorités ont évacué quelque 100,000 personnes, mais aucune éruption majeure n’a eu lieu. Un événement précédent, en 1963, avait toutefois coûté la vie à près de 2 000 personnes; ce fut l’une des éruptions les plus meurtrières du 20ème siècle. L’Agung est resté actif depuis 2017 et il connaît périodiquement des épisodes éruptifs mineurs.

Bali abrite deux stratovolcans actifs, l’ Agung et le Batur, mais on sait relativement peu de choses sur leurs systèmes d’alimentation magmatique. On avait toutefois remarqué en 1963 que l’éruption de l’Agung avait été suivie d’une petite éruption du Batur qui se trouve à 16 km de distance.

Un article publié récemment dans Nature Communications décrit comment une équipe de scientifiques de l’Université de Bristol (Angleterre) a utilisé les données radar de la mission Copernicus Sentinel-1 pour surveiller les déformations du sol autour de l’Agung. Sentinel-1 est une constellation de deux satellites pouvant fournir des informations interférométriques tous les six jours, ce qui est important pour surveiller les variations rapides de déformation du sol. Ces données peuvent jouer un rôle important en matière de prévision d’éruptions dans la région. Les chercheurs ont utilisé l’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR), avec laquelle deux images radar ou plus sur la même zone sont associées pour détecter d’infimes variations de déformation de la surface du sol. Comme je l’ai expliqué dans des notes précédentes, les moindres modifications au sol entraînent des différences dans le signal radar et font naître des interférences de couleur arc-en-ciel dans l’image combinée, ce qui donne naissance à des interférogrammes (voir l’image ci-dessous). Ces interférogrammes révèlent comment la terre se soulève ou s’affaisse et indiquent donc si du magma juvénile se déplace sous le volcan.

Dans leur étude, les membres de l’équipe de l’Université de Bristol ont détecté une inflation d’environ 8 à 10 cm du flanc nord de l’Agung au cours de la période de forte activité sismique qui a précédé la dernière éruption. Ils ont également remarqué que l’activité sismique et le signal de déformation du sol se trouvaient à cinq kilomètres du sommet du volcan, ce qui signifie que le magma se déplaçait probablement aussi bien latéralement que verticalement. L’étude fournit la première preuve géophysique que les volcans Agung et Batur pourraient avoir un système d’alimentation connecté. Cela pourrait expliquer l’apparition d’éruptions simultanées, comme ce fut le cas en 1963.

Source: Université de Bristol.

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Thanks to information on ground deformation provided by the Copernicus Sentinel-1 mission, scientists now have a better idea of the magma chamber that caused the eruption of Mount Agung on the island of Bali in November 2017. The volcano emitted ash plumes which caused airport closures and stranded thousands of visitors. Authorities evacuated about 100,000 people to safety, but no majotr eruption occurred. A previous event in 1963, however, claimed almost 2000 lives and was one of the deadliest volcanic eruptions of the 20th century. Agung has remained active, slowly erupting on and off since 2017.

Bali is home to two active stratovolcanoes, Agung and Batur, but relatively little is known of their underlying magma plumbing systems. A clue came from the fact that Agung’s 1963 eruption was followed by a small eruption at its neighbouring volcano, Batur, which stands 16 km away.

A paper published recently in Nature Communications describes how a team of scientists, led by the University of Bristol (England), used radar data from the Copernicus Sentinel-1 mission to monitor the ground deformation around Agung. Sentinel-1 is a two-satellite constellation that can provide interferometric information every six days, which is important for monitoring rapid changes of ground deformation. Their findings may have important implications for forecasting future eruptions in the region. They used the remote sensing technique of interferometric synthetic aperture radar, or InSAR, where two or more radar images over the same area are combined to detect slight surface changes. As I already explained in previous posts, tiny changes on the ground cause differences in the radar signal and lead to rainbow-coloured interference patterns in the combined image, creating interferograms (see image below). These interferograms can show how land is uplifting or subsiding, and indicate whether fresh magma is moving beneath the volcano.

In their study, the University of Bristol team detected an uplift of about 8–10 cm on Agung’s northern flank during the period of intense earthquake activity prior to the eruption. They also noticed that both the seismic activity and the ground deformation signal were five kilometres away from the summit, which means that magma was probably moving sideways as well as vertically upwards. The study provides the first geophysical evidence that Agung and Batur volcanoes may have a connected plumbing system. This could explain the occurrence of simultaneous eruptions such as in 1963.

Source: University of Bristol.

L’image InSAR du satellite Sentinel-1 montre un soulèvement du sol sur le flanc du Mont Agung entre août et novembre 2017, avant l’éruption du volcan le 27 novembre.

Le GPS, de la navigation à la volcanologie // GPS, from navigation to volcanoes

Dans un article récent, des scientifiques du Yellowstone Volcano Observatory ont écrit une chronique expliquant comment un système peut être utilisé à des fins différentes de celles pour lesquelles il a été conçu à l’origine.
C’est le cas du Global Positioning System (GPS), qui est aujourd’hui l’une des techniques les plus efficaces pour suivre les déformations du sol à Yellowstone et sur les volcans en général.
Le système a été lancé en 1978 lorsque le Département américain de la Défense a mis sur orbite une constellation de satellites NAVSTAR pour fournir des informations de navigation à son personnel qui circulait dans des véhicules terrestres, des avions et des navires. Avec le GPS, ces personnes pouvaient savoir où elles se trouvaient et atteindre leur destination. Le service est rapidement devenu accessible aux civils, et la plupart des gens l’utilisent maintenant pour circuler avec leurs véhicules ou se repérer pendant une randonnée.
Aujourd’hui, à côté du NAVSTAR américain, le GLONASS russe et le Galilée de l’Union européenne sont d’autres systèmes de navigation par satellite (GNSS). La précision de ces systèmes varie en fonction des conditions de visibilité du ciel et d’autres facteurs, mais la marge d’erreur est généralement de 5 à 10 mètres pour la position horizontale et de 10 à 30 mètres pour l’altitude.
Cette marge d’erreur ne suffirait pas en volcanologie pour étudier la déformation d’un volcan sous la pression du magma. Les scientifiques effectuant de telles mesures doivent disposer d’une précision très fine, car la déformation d’un édifice volcanique est généralement une affaire de millimètres.
Le récepteur GPS d’une voiture ou d’un téléphone portable utilise les signaux radio des satellites de navigation comme horloge et règle virtuelles. Il mesure le temps nécessaire aux signaux pour parcourir la distance entre plusieurs satellites et le récepteur. Les signaux circulent à la vitesse de la lumière et les orbites des satellites sont connues. Ces informations, associées au temps de parcours des signaux, permettent au récepteur de calculer sa distance par rapport à chaque satellite à un instant donné. En utilisant les principes de la trigonométrie sphérique, le récepteur est capable de « fixer » sa position avec suffisamment de précision pour que les personnes puissent trouver leur chemin.
Pour atteindre une meilleure précision, les géodésistes ont conçu un récepteur qui traite les signaux des satellites de navigation de manière beaucoup plus précise. Au lieu d’utiliser le temps de parcours du signal pour calculer la distance entre les satellites et le récepteur, un récepteur géodésique compte le nombre de longueurs d’onde complètes et fractionnelles entre lui-même et plusieurs satellites à la fois. Les longueurs d’onde sont connues avec précision et les récepteurs géodésiques peuvent compter exactement le nombre de longueurs d’onde complètes. Au final, le récepteur est capable de déterminer instantanément la distance entre plusieurs satellites au millimètre près. Donc, avec un peu de trigonométrie sphérique, les scientifiques ont à leur disposition un moyen de surveiller la déformation du sol en utilisant un système conçu à l’origine pour la navigation avec des véhicules terrestres!
A Yellowstone, un réseau de stations GPS étudie en permanence l’évolution de la déformation du sol. Avec les informations fournies par un réseau de sismomètres et d’autres instruments de surveillance, les données GPS permettent aux scientifiques de mieux comprendre la structure complexe et les processus actifs des phénomènes qui se déroulent sous leurs pieds.
Source: Yellowstone Volcano Observatory.

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In a recent article, Yellowstone Volcano Observatory scientists have written a chronicle explaining how a system can be used for purposes different from those for which it was originally designed.

This was the case for the Global Positioning System (GPS) which is today one of the most effective techniques used to track ground deformation at Yellowstone and on world volcanoes.

The Global Positioning System had its start in 1978 when the U.S. Department of Defense began launching a constellation of NAVSTAR satellites to provide navigation information to its personnel in land vehicles, planes, and ships. With GPS, they could know where they were and how to get where they were going. The service soon became accessible to civilian users, and now most people use it to navigate in their car or to find their way around their favourite trail system.

Today, in addition to the United States’ NAVSTAR GPS, Russia’s GLONASS and the European Union’s Galileo are operational Global Navigation Satellite Systems (GNSS). The accuracy of such systems varies with sky view and other factors, but generally the margin of error is 5–10 metres for horizontal position and 10–30 metres for elevation.

This margin of error would not have been sufficient in volcanology to study the deformation of a volcano under the pressure of magma beneath the edifice. Scientists doing such measurements need to have a very sharp accuracy as the deformation is usually a matter of millimetres.

The GPS receiver in a car or on a cellphone uses radio signals from navigation satellites as a virtual clock and ruler. It measures the time required for signals to travel from several satellites at a time to the receiver. The signals travel at the speed of light and the satellites’ orbits are known. That information, plus the signals’ travel time, allows the receiver to calculate its distance from each satellite at a given instant. Using principles of spherical trigonometry, the receiver is able to « fix » its position well enough for people to find their way around.

To reach a better accuracy, geodesists designed a geodetic-grade receiver that processes signals from navigation satellites in a much more precise way. Instead of using signal travel times to calculate satellite-to-receiver distances, a geodetic receiver counts the number of full and fractional wavelengths between itself and several satellites at a time. The wavelengths are known precisely, and geodetic receivers can count the number of full wavelengths exactly. In the end, the receiver is able to determine its distance from several satellites instantaneously to within a millimetre or so. So, with a little spherical trigonometry you have a means to monitor ground deformation using a system that was originally designed to track jeeps !

At Yellowstone, a network of GPS stations tracks the changing pattern and pace of ground deformation continuously. Combined with information from a network of seismometers and other monitoring instruments, the GPS results help scientists unravel the complex structure and active processes that otherwise remain hidden underfoot.

Source: Yellowstone Volcano Observatory.

Station GPS au bord du Lac de Yellowstone (Crédit photo: USGS)

Contrôle de la déformation du Kilauea pendant la dernière éruption // Monitoring the deformation of Kilauea during the last eruption

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le célèbre HVO, géré par l’’USGS, dispose d’un vaste réseau d’instruments permettant de surveiller les déformations du sol provoquées par les  mouvements du magma dans le sous-sol. Cependant, ce réseau s’est avéré insuffisant pour mesurer ces déformations pendant la dernière éruption et l’Observatoire a reçu le soutien d’autres organismes scientifiques.
Le GPS (Global Positioning System) est utilisé pour surveiller les variations de surface du sol sur la Grande Ile d’Hawaï depuis la fin des années 1980. Plusieurs dizaines de stations GPS permanentes sont disséminées sur l’île et communiquent leurs données au HVO via des liaisons radio. Chaque jour, la position tridimensionnelle d’une station GPS est calculée à partir de ces données. La précision est généralement supérieure au centimètre.
En plus des stations GPS permanentes, fixées sur un support ancré au sol, le HVO effectue des mesures à partir d’un ensemble de repères en utilisant des installations portables. Lors d’une éruption, ces stations temporaires offrent une couverture supplémentaire dans des zones importantes.
Le problème avec l’éruption dans la Lower East Rift Zone (LERZ), qui a débuté le 3 mai 2018, c’est qu’elle a affecté une grande partie du Kilauea. Dans les jours qui ont suivi l’ouverture de la première fracture, toutes les stations GPS du HVO ont été sollicitées, mais il restait des zones non couvertes dans des endroits où la surveillance de la déformation du sol était essentielle.
Pour compenser ce manque de surveillance, l’University Navstar Consortium, un organisme basé dans le Colorado et spécialisé dans l’utilisation du GPS pour mesurer la déformation de la surface de la Terre, a pu fournir des équipements supplémentaires au HVO. La zone à contrôler comprenait la partie occidentale du flanc sud du Kilauea et le HVO a pu recueillir davantage d’informations sur les conséquences du séisme de magnitude 6,9 ​​survenu le 4 mai 2018.
D’autres stations GPS ont été déployées le long de la Middle East Rift Zone du Kilauea, entre le Pu’uO’o et l’Heiheiahulu, afin de mesurer la déformation des fractures provoquée par l’évacuation du magma de cette zone et sa migration vers les Leilani Estates. D’autres stations temporaires ont été déployées autour de la caldeira du Kilauea pour mieux mesurer la déflation et l’affaissement du sommet.
Les satellites représentent un autre outil majeur utilisé par le HVO pour mesurer la déformation de la surface du sol. L’interférométrie radar à synthèse d’ouverture (InSAR) est une technologie qui utilise deux images radar satellitaires acquises au même point dans l’espace, mais à des moments différents. À partir de ces images, on peut générer une carte montrant les déformations de la surface de la Terre au cours d’une période donnée.
L’Agence Spatiale Européenne (ESA) exploite deux satellites Sentinel-1. Les données InSAR fournies par ces satellites sont généralement disponibles avec un cycle de 12 jours. Cependant, afin de mieux surveiller l’éruption et l’effondrement du sommet du Kilauea, l’ESA a été en mesure de fournir les données InSAR tous les six jours.
Le système de satellites Cosmo-SkyMed est exploité par l’Agence Spatiale Italienne (ASI) et comprend quatre satellites. L’ASI a veillé à ce que les quatre satellites acquièrent des images haute résolution du sommet de Kilauea tout au long des événements d’effondrement, avec des données InSAR pour chaque journée!
Les nombreux passages des satellites SAR au-dessus du Kilauea furent particulièrement utiles pour les mises à jour régulières et les vues à grande échelle. Cela a permis au HVO de contrôler d’infimes déformations de la surface qui auraient pu autrement passer inaperçues. Les données satellitaires ont également été utilisées pour produire des animations de l’effondrement du sommet.
Source: USGS / HVO.

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Dans sa mise à jour du 10 septembre, HVO indique qu’un petit effondrement s’est produit au fond de la Fracture n° 8 ; il a laissé apparaître de l’incandescence. Toutefois, aucune coulée de lave n’a été observée.
De petits effondrements continuent de se produire dans le cratère du Pu’uO’o en générant des panaches de poussière de couleur marron. Les tiltmètres positionnés sur le Pu’uO’o et le long de l’East Rift Zone montrent une légère déflation.

La sismicité et la déformation du sol restent faibles au sommet du Kilauea.
Les émissions de SO2 sont globalement très faibles sur le volcan.
Même si le HVO continue de dire que l’éruption pourrait recommencer à tout moment, tous les paramètres tendent à confirmer qu’elle est terminée. L’autorisation donnée aux habitants des Leilani Estates de regagner leurs habitations va dans ce sens. L’incandescence observée au fond de la Fracture n° 8 est probablement provoquée par une certaine quantité de lave résiduelle encore présente dans le réseau de tunnels.

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The USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has an extensive network of instruments that allows to monitor how the ground deforms due to magma moving underground. However, this network was too limited to monitor ground deformation during the last eruption and the Observatory received the support of scientific colleagues.

The Global Positioning System (GPS) has been used to monitor surface motion on the Island of Hawaii since the late 1980s. Several dozen permanent GPS stations are scattered across the island, and all communicate data to HVO via radio links. Each day, an independent solution for the 3-dimensional position of a GPS station is calculated from these data. The accuracy of the GPS station positions is typically better than a centimetre.

In addition to permanent GPS stations, which are affixed to a monument anchored to the ground, HVO also regularly measures the positions of a set of benchmarks using portable installations. During an eruption, these temporary stations provide extra coverage in important areas.

The problem with the Lower East Rift Zone ( LERZ) eruption, which began on May 3rd, 2018, was that it involved a large portion of Kilauea volcano. Within days of the first fissure opening, all HVO GPS equipment was deployed, but gaps remained in places where ground deformation monitoring was critical.

Fortunately, the University Navstar Consortium, a Colorado-based organization that specializes in using GPS to measure deformation of Earth’s surface, was able to provide additional equipment to expand the area that HVO could monitor. This expanded area included the western side of Kilauea’s south flank, which enabled HVO to gather more insights on the after-effects of the M 6.9 earthquake that occurred on May 4th, 2018.

Additional GPS stations were deployed along Kilauea’s Middle East Rift Zone, from Pu’uO’o to Heiheiahulu, to measure rift deformation caused by magma draining from the area and migrating to Leilani Estates. Other temporary stations were deployed around the Kilauea caldera to give better measurements on summit deflation and collapse.

Satellites were another major tool used by HVO to measure surface deformation. Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) is a technique that uses two satellite radar images acquired from about the same point in space at different times. From these images, a map can be produced to show how the Earth’s surface has deformed during the time spanned.

The European Space Agency (ESA) operates a two-satellite constellation called Sentinel-1. InSAR data from Sentinel-1 are typically available with a 12-day repeat cycle. However, in response to Kilauea’s eruption and summit collapse events, ESA provided InSAR results every six days.

The Cosmo-SkyMed satellite system is operated by the Italian Space Agency (ASI) and consists of four satellites. ASI made sure that all four satellites acquired high-resolution views of Kilauea’s summit throughout the collapse events, with individual InSAR results spanning as little as one day!

The increased frequency of SAR satellite passes was especially valuable for regular updates and broad-scale views of Kilauea’s summit, allowing HVO to monitor subtle surface deformation that might otherwise have gone undetected. The data were also used to produce animations of the summit collapse.

Source: USGS / HVO.

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In its update of September 10th, HVO indicates that “a small collapse pit formed within the Fissure 8 cone over the past day, exposing hot material underneath and producing an increase in incandescence. No surface flow was associated with this event.”

Small collapses continue to occur at Pu’uO’o, producing visible brown plumes. Tiltmeters on the vent and along the East Rift Zone are showing a slight decrease in inflationary tilt.  Seismicity and ground deformation remain low at the summit of Kilauea.

SO2 emission rates are globally very low on the volcano.

Even though HVO keeps saying that the eruption might start again at any moment, all parameters tend to confirm it is over. This is confirmed by the authorisation given to Leilani Estates residents to go back to their homes. The incandescence in Fissure 8 is probably caused by some residual lava still present in the tunnel network.

 

Profil de déformation du sommet du Kilauea et du Pu’uO’o avant et après le début de la dernière éruption (Source: USGS / HVO)