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Séismes volcaniques longue période et dégazage du magma // Long period volcanic earthquakes and magma degassing

En vue d’améliorer la compréhension des processus physiques conduisant à l’apparition de séismes longue période (LP) profonds parfois considérés comme des signes précurseurs d’éruptions, une équipe internationale impliquant des chercheurs de l’Institut des Sciences de la Terre (ISTerre/OSUG – CNRS / IRD / UGA / USMB / UGE) s’est penchée sur les séismes LP profonds sous le Klyuchevskoy (Kamtchatka).

Le nouveau modèle mis au point au cours de cette étude, publiée le 6 août 2020 dans la revue Nature Communications, devrait permettre d’améliorer la surveillance volcanique mais également de surveiller les effets de ce type de phénomène sur le changement climatique.

Sous certains volcans, des séismes LP sont observés à des profondeurs de plusieurs dizaines de kilomètres, ce qui correspond plus ou moins à la limite entre la croûte terrestre et le manteau. Cette sismicité profonde est particulièrement intéressante car elle peut avoir un lien avec l’activation des racines profondes des systèmes volcaniques. En conséquence, elle peut aussi servir à identifier d’éventuels signes précurseurs à moyen et long terme. Cependant, une compréhension des processus physiques conduisant à l’apparition de tels séismes profonds est nécessaire pour pouvoir les intégrer aux schémas de surveillance.

C’est pourquoi un groupe de chercheurs a décidé de mener une étude sur les séismes longue période profonds sous le Klyuchevskoy (Kamchatka). Pour cela, ils ont utilisé une modélisation mathématique contrainte par des données sur la composition géochimique des laves, et ont comparé leurs résultats avec des observations sismologiques. Cela leur a permis de proposer un nouveau modèle physique de l’origine des séismes profonds, générés par un dégazage rapide d’eau et de CO2. La modélisation a montré que dans les magmas ayant une concentration relativement élevée de ces composants volatiles, un dégazage suffisamment intense peut commencer à une profondeur d’environ 30 km et que la croissance de bulles de gaz peut être suffisamment rapide pour que les variations de pression associées puissent générer des ondes sismiques avec des amplitudes et fréquences comparables à celles observées.

Ce nouveau modèle devrait permettre d’améliorer la surveillance volcanique, mais il devrait également permettre de surveiller les effets de ce type de phénomène sur le changement climatique. En effet, l’activité sismique profonde intense sous des volcans comme le Klyuchevskoy  peut indiquer que les magmas qui les alimentent contiennent une concentration accrue de CO2 et, par conséquent, qu’un dégazage peut contribuer de façon importante aux émissions de gaz à effet de serre.

Source : Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG).

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In order to improve the understanding of the physical processes leading to the appearance of deep long-period (LP) earthquakes sometimes considered as precursor signs of eruptions, an international team involving researchers from the Institute of Earth Sciences (ISTerre / OSUG – CNRS / IRD / UGA / USMB / UGE) studied the deep LP earthquakes under Klyuchevskoy Volcano (Kamtchatka).
The new model developed during this study, published on August 6th, 2020 in the journal Nature Communications, should make it possible to improve volcanic monitoring but also to monitor the effects of this type of phenomenon on climate change.

Under some volcanoes, LP earthquakes are observed at depths of several tens of kilometres, which corresponds more or less to the limit between the Earth’s crust and the mantle. This deep seismicity is particularly interesting because it may have a link with the activation of the deep roots of volcanic systems. Consequently, it can also be used to identify possible warning signs in the medium and long term. However, an understanding of the physical processes leading to the emergence of these deep earthquakes is necessary in order to be able to integrate them into surveillance schemes.

This is why a group of researchers decided to conduct a study on long-period deep earthquakes under Klyuchevskoy (Kamchatka). For this, they used a mathematical modelling constrained by data on the geochemical composition of the lava, and compared their results with seismological observations. This enabled them to come up with a new physical model of the origin of deep earthquakes, generated by rapid degassing of water and CO2. Modelling has shown that in magmas with a relatively high concentration of these volatile components, sufficiently intense degassing can begin at a depth of about 30 km, and that the growth of gas bubbles can be rapid enough for the associated pressure changes to generate seismic waves with amplitudes and frequencies comparable to those observed.

This new model should make it possible to improve volcanic monitoring, but it should also make it possible to monitor the effects of this type of phenomenon on climate change. Indeed, the intense deep seismic activity beneath volcanoes like Klyuchevskoy may indicate that the magmas that feed them contain an increased concentration of CO2 and, therefore, that degassing may contribute significantly to greenhouse gas emissions.
Source: Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG).

Vue du Klyuchevskoy (Source : KVERT)

Odeurs et séismes // Odours and earthquakes

Le 21 août 2020, les pompiers de la préfecture japonaise de Kanagawa ont reçu de nombreux appels signalant une odeur inhabituelle qui avait envahi la ville pendant une heure. Les sismologues pensent que ce phénomène étrange pourrait être le signe précurseur d’un puissant séisme. Ils expliquent que les roches produisent une odeur particulière avant de se rompre sous les contraintes auxquelles elles sont soumises.
L’odeur désagréable avait déjà été signalée à deux reprises à Kanagawa au cours des mois précédents. La police a reçu environ 260 appels le 4 juin 2020 faisant état d’une « odeur de gaz. » Une équipe a été dépêchée sur place la suite de ces appels, mais aucune conduite de gaz endommagée n’a été découverte et la cause de la puanteur est restée inconnue.
Un sismologue de l’Université de Ritsumeikan, qui étudie la relation entre les séismes et les odeurs, a adressé une mise en garde juste après le premier incident. Les études montrent que les roches produisent une certaine odeur juste avant de se rompre sous les contraintes auxquelles elles sont soumises. Il a ajouté que les séismes majeurs ne se produisent pas brusquement ; les tensions s’accumulent lentement au fil des mois ; les plaques tectoniques se déplacent progressivement l’une contre l’autre avant que se déclenche le séisme principal. C’est ce processus qui est probablement la cause des mauvaises odeurs dans la région de Yokosuka.
Dans le passé, plusieurs séismes majeurs ont déjà été précédés par des odeurs désagréables. Par exemple, avant le tremblement de terre de Christchurch (Nouvelle-Zélande) en 2010 et celui de Kobe (Japon) en 1995, des témoins avaient fait état d’odeurs mystérieuses. Le séisme de magnitude M7.1 à Christchurch a causé des dégâts considérables et est aujourd’hui considéré comme celui qui a causé le plus de dégâts à une grande zone urbaine depuis l’événement de Hawke’s Bay en 1931.
Le séisme de Kobe a été l’un des pires de l’histoire du Japon. D’une magnitude de M7.3, il a tué environ 6 500 personnes et causé plus de 100 milliards de dollars de dégâts. Selon une étude, une odeur de soufre a été signalée avant la catastrophe.
L’avenir nous dira si les mises en garde des sismologues japonais sont justifiées et si un séisme majeur secouera la région de Kanagawa.
Source: The Watchers,

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On August 21st, 2020, the fire department in the Japanese Kanagawa Prefecture received numerous calls from residents reporting an unusual smell in the area over the course of an hour. Seismologists suggest that the strange phenomenon may be a precursor of a large earthquake. They explain rocks generate a distinct smell before breaking under stress.

 The unpleasant smell was reported twice in the prefecture during the previous months. About 260 calls were made to police hotlines on June 4th, all noting that the odour « smelled like gas ». An extensive investigation was conducted following the reports but no damaged gas lines were discovered, and the cause remained unknown.

A seismologist at Ritsumeikan University, who studies the relationship between earthquakes and odours, issued a warning right after the first incident. He explained that based on research, rocks create a certain smell just before they break under stress. He added that large earthquakes do not happen abruptly; they slowly build up over months, with the grinding tectonic plates gradually peeling away at each other before the main quake occurs. This process may be generating the stench in the Yokosuka area.

In the past, several major earthquakes were predeced by similar unpleasant odours. For instance, before the 2010 Christchurch Earthquake in New Zealand and the 1995 Kobe Earthquake in Japan, there had been reports of mysterious odours from witnesses. The M7.1 Christchurch quake left a considerable amount of damage and was considered the largest earthquake to impact a major urban area since the 1931 Hawke’s Bay earthquake.

The Kobe earthquake was one of the worst in Japan’s history. The M7.3 event resulted in around 6 500 fatalities and more than 100 billion dollars’ worth of damage. According to a study, a sulfur-like smell was reported prior to the disasters.

Let’s see if the seismologists warnings are justified and idf a major earthquake will shake the Kanagawa area.

Source: The Watchers.

Dégâts occasionnés par le séisme de Kobe (Crédit photo: 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

Pour une meilleure compréhension du processus de subduction // For a better understanding of the subduction process

Comme je l’ai écrit à maintes reprises, nous sommes capables d’envoyer des sondes et des véhicules télécommandés sur la planète Mars afin d’explorer sa surface, mais nous savons très peu de choses sur les profondeurs de nos propres océans, et plus particulièrement sur les fosses sous-marines, les zones de subduction où se déclenchent les séismes les plus puissants et les plus destructeurs. C’est dans ces zones de subduction que se produit le recyclage de la couche externe de la Terre vers son intérieur
J’ai été heureux d’apprendre qu’une équipe internationale de chercheurs venait de publier une étude (voir référence ci-dessous) fournissant de nouveaux éléments sur le processus et les origines de la subduction sur Terre. Ce travail de recherche a été conduit par le Center for Earth Evolution and Dynamics de l’Université d’Olso, avec une équipe de 14 chercheurs de différentes provenances à travers le monde.
Ces scientifiques ont pu compiler 100 millions d’années de preuves existantes sur l’initiation des zones de subduction (Subduction Zone Initiation – SZI). L’une des conclusions les plus importantes de leurs recherches est que la subduction engendre la subduction.
Les résultats de l’étude ont conduit à l’élaboration d’une nouvelle base de données sur la SZI ; cette base de données est accessible à l’ensemble de la communauté scientifique. Elle est ouverte à une actualisation et une meilleure compréhension de la SZI. Elle deviendra une plate-forme permettant une bonne communication dans la communauté des Sciences de la Terre.
La base de données est transdisciplinaire et présente une analyse détaillée de plus d’une douzaine d’événements SZI analysés au cours des cent derniers millions d’années. Les premiers résultats révèlent que la SZI horizontale est majoritaire au cours des 100 derniers Ma, et que la plupart des SZI sont proximaux aux zones de subduction préexistantes. En examinant plusieurs événements, les scientifiques ont découvert que les événements de SZI se regroupaient autour de deux principales périodes – il y a six à 16 millions d’années et il y a 40 à 55 millions d’années.
À l’avenir, des chercheurs de l’Université Nationale Australienne (ANU) déploieront des sismomètres au fond de l’océan autour de l’île Macquarie, au sud-ouest de l’Océan Pacifique, environ à mi-chemin entre la Nouvelle-Zélande et l’Antarctique. Le site a été choisi en raison de son potentiel de SZI pour les prochaines années.
La nouvelle base de données SZI se trouve à cette adresse: https://www.szidatabase.org/

L’étude est intitulée « A transdisciplinary and community-driven database to unravel subduction zone initiation » [« Une base de données transdisciplinaire et communautaire pour expliquer l’initiation de la zone de subduction »] – Crameri, F. et al. – Nature  
Source: The Watchers.

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As I put it many times, we are able to send rovers on Mars to explore its surface, but we know very little about the depths of our own oceans, and more particularly the abysses, the subduction zones where major destructive earthquakes are triggered. These zones are pivotal for the recycling of Earth’s outer layer into its interior

I was pleased to learn that an international team of researchers published a new study providing new clues about how and where subduction begins on Earth. It was led by the Centre for Earth Evolution and Dynamics at the University of Olso, with a team of 14 researchers around the world.

The researchers have been able to compile 100 million years of existing evidence for Subduction Zone Initiation (SZI). One of the biggest things they observed was that subduction breeds subduction.

The findings led to a new database on Subduction Zone Initiation, which is open for community input. This database is expandable to facilitate access to the most current understanding of SZI as research progresses, providing a community platform that establishes a common language to sharpen discussion across the Earth Science community.

The database is transdisciplinary and features detailed analysis of more than a dozen documented SZI events from the last hundred million years. The initial findings reveal that horizontally forced subduction zone initiation is dominant over the last 100 Ma, and that most initiation events are proximal to pre-existing subduction zones. By looking at multiple events, the scientists found SZI clustering around two time periods– six to 16 million years ago and 40 to 55 million years ago.

Going forward, researchers from the Australian National University (ANU) will also be deploying ocean-bottom seismometers around Macquarie Island, a location chosen due to its potential for future Subduction Zone Initiation.

The new SZI database can be found at this address: https://www.szidatabase.org/

The research is entitled « A transdisciplinary and community-driven database to unravel subduction zone initiation » – Crameri, F. et al. – Nature Communications.

Source: The Watchers.

Source : Wikipedia