Étiquette : sismomètres

Meilleure compréhension du stockage et de la migration du magma dans l’East Rift Zone du Kilauea // Better understanding of magma storage and migration in Kilauea’s East Rift Zone.

L’éruption sur la Middle East Rift Zone du Kilauea qui a débuté le 15 septembre 2024 près du Nāpau Crater s’est terminée le 20 septembre. Un nouvel épisode de la série « Volcano Watch » du HVO est consacré à la compréhension du stockage et de la migration du magma dans l’East Rift Zone du Kilauea.
L’article nous rappelle que lorsque les signaux sismiques se déplacent dans le sol, ils sont influencés par la structure interne d’un volcan, notamment la présence de magma et/ou de zones de faille. Ces structures peuvent accélérer ou ralentir la propagation des ondes sismiques enregistrées par les sismomètres. Les sismologues peuvent utiliser ces données pour créer des images de l’emplacement du magma et suivre son parcours sous la surface.
Le HVO dispose d’environ 80 sismomètres permanents sur l’île d’Hawaï. L’utilisation des données fournies par ces sismomètres permanents permet d’obtenir une image globale mais peu précise des zones de stockage du magma.
En revanche, si les sismomètres à la surfaces ont plus nombreux, ils peuvent capter davantage d’ondes sismiques traversant les régions de stockage de magma, ce qui donnera une image plus précise du sous-sol.
Fin juin 2024, des sismologues de l’ETH (Eidgenössische Technische Hochschule) de Zurich et de l’Observatoire Volcanologique d’Hawaï (HVO) ont déployé 115 petits sismomètres portables dans l’East Rift Zone du Kilauea. Ce travail a donc été effectué un peu avant le début de la dernière activité éruptive.

Carte montrant les sismos portables temporaires déployés dans l’East Rift Zone du Kilauea (triangles rouges). Les séismes enregistrés dans cette zone entre le 1er juillet et le 22 septembre sont représentés par des points noirs. La caldeira sommitale du Kīlauea, est délimitée en magenta. La ligne bleue tracée entre deux sismos portables indique la zone où les changements de vitesse ont été calculés. La zone grisée correspond approximativement à l’East Rift Zone. (Source : HVO)

Les données enregistrées sur ces sismos portables seront utilisées pour obtenir une image de l’emplacement et du volume de magma dans l’East Rift Zone à un niveau de détail qui n’était pas possible auparavant. Le modèle ainsi obtenu aidera les scientifiques à mieux comprendre les risques volcaniques dans cette région.
Compte tenu du calendrier de leur installation, les sismos portables ont enregistré des événements associés aux intrusions magmatiques dans le rift est en juillet et août, ainsi qu’à l’éruption dans la Middle East Rift Zone du 15 au 20 septembre.
Grâce à leur densité sur le terrain, ces petits sismomètres continuent d’enregistrer les événements sismiques en octobre. Les sismologues de l’ETH Zürich et du HVO collaborent actuellement pour analyser les premières données déjà collectées de fin juin à fin août. Pour effectuer ce travail, les scientifiques utilisent l’interférométrie sismique par corrélation du bruit ambiant. Cet instrument tire parti des signaux sismiques continus créés par l’interaction entre les houles océaniques et la croûte océanique. Il a ainsi pu identifier ce qui s’est passé sous la surface avant l’éruption du mois de septembre

En se déplaçant à travers un volcan, le magma ouvre et ferme des systèmes de fractures, ce qui provoque des changements dans la vitesse à laquelle se déplacent les signaux de bruit océanique à travers le sol. Les scientifiques peuvent contrôler ces signaux de bruit océanique pour détecter des signes d’accumulation de magma sous la surface. Le bruit océanique qui se déplaçait à travers le sol sous l’Upper East Rift Zone du Kilauea entre début juillet et fin août 2024 a montré des changements au moment où le magma a commencé à pénétrer dans cette zone. Le changement le plus spectaculaire a été une diminution rapide de la vitesse qui a commencé le 21 juillet, indiquant l’ouverture de fractures en raison d’une intrusion magmatique dans cette région. Au même moment, des essaims sismiques se produisaient en raison des contraintes créées par l’intrusion magmatique dans le sous-sol.

Le graphique du haut montre l’évolution de la vitesse des ondes sismiques et le nombre d’événements de juillet à la mi-août sur le Kilauea. Le graphique du bas montre le nombre de séismes au cours de la même période. La ligne magenta en pointillés indique l’ouverture de fissures et de fractures au début de l’intrusion magmatique dans l’East Rift Zone. La diminution continue de la vitesse sismique observée à droite de la ligne magenta reflète l’intrusion magmatique dans la région.(Source : HVO)

Cet exemple montre comment l’interférométrie sismique par corrélation du bruit ambiant, ainsi que d’autres ensembles de données de surveillance des volcans, peuvent être utilisés pour comprendre les changements qui se produisent sous la surface. L’exemple ci-dessus concerne les changements de vitesse enregistrés par un petit nombre de sismos portables. Une analyse future sera effectuée à partir de l’ensemble du réseau de 115 instruments. Elle permettra de mieux discerner la zone où le magma a migré à travers l’East Rift Zone dans la période qui a précédé l’éruption de septembre 2024.
Source : USGS / HVO.

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The Middle East Rift Zone eruption that began September 15th, 2024 near Nāpau Crater ended on September 20th. A new episode of HVO’s series « Volcano Watch » is dedicated to the understanding of magma storage and migration in Kilauea’s East Rift Zone.

The article reminds us that as signals created by earthquakes move through the ground, they are influenced by the structure of a volcano, including the presence of magma and/or fault zones. These structures can cause the seismic waves to travel faster or slower, which is recorded on seismometers. Seismologists can use that data to create images of where magma is located and track its underground path.

The HVO has about 80 permanent seismometers on the Island of Hawaii. Using only data from these permanent seismometers provides a fuzzy picture of underlying magma storage structures.

However, if the number of seismometers at the surface is increased, more of the seismic waves traveling through regions of magma storage will be recorded, yielding more accurater picture of the subsurface.

In late June 2024, seismologists from ETH (Eidgenössische Technische Hochschule) Zürich and the Hawaiian Volcano Observatory deployed 115 seismic nodes – tiny, portable seismometers – across Kīlauea’s East Rift Zone. It was before the latest significant unrest began.

Data recorded on these nodes will be used to image the location and volume of magma within the East Rift Zone at a level of detail not previously possible, and the resulting model will help scientists better understand the volcanic hazards in this region.

Given the timeline of their deployment, the nodes recorded earthquakes associated with intrusions of magma into the East Rift in July and August, as well as the September 15-20 Middle East Rift Zone eruption.

These densely spaced seismic instruments will continue to record through October. ETH Zürich and HVO seismologists are now working together to analyze data from the nodes already collected from late June through late August. To perform this work, the scientists are using an analysis tool called ambient noise interferometry, which takes advantage of continuous seismic signals created through the interaction between ocean swells and the ocean crust, to identify what was happening below the surface leading to the September eruption.

Magma moving through a volcano opens and closes fracture systems causing changes in the speed at which ocean noise signals travel through the ground. Scientists can monitor these ocean noise signals for signs that magma is accumulating beneath the surface. Ocean noise traveling through the ground below the Upper East Rift Zone of Kilauea between early July and late August 2024 showed changes as magma began to enter this area. The most dramatic change that was observed was a rapid velocity decrease that began on July 21st, indicating the opening of fractures because of magmatic intrusions in this region. At the same time, swarms of earthquakes were occurring because of stresses created from intrusion of magma into the subsurface.

This example shows how ambient noise interferometry, along with other volcano monitoring datasets, can be used to understand the changes occurring beneath the surface of a volcano. While this example focuses on changes in velocity at a single pair of nodes, future analysis will be carried out for the entire 115 instrument array. This analysis will contribute to the understanding of where magma migrated across the East Rift Zone in the time leading to the September 2024 eruption.

Source : USGS / HVO.

Prise du pouls de la Terre // Taking Earth’s pulse

Des chercheurs du University College London (UCL) vont larguer cinquante sismomètres sur le fond de l’Océan Atlantique pour tenter de prendre le « pouls » de la Terre. Les instruments détecteront les vibrations causées par les ondes sismiques et enregistreront en continu les mouvements qui se produisent à des centaines de kilomètres de profondeur à l’intérieur de notre planète. Les sismomètres seront positionnés dans une zone qui comprend les îles Canaries, Madère et les Açores, et utiliseront une technique précédemment utilisée pour étudier les galaxies. Les instruments seront largués par bateau au cours des prochaines semaines, ancrés au fond de la mer, avant d’être récupérés un an plus tard.

Les scientifiques expliquent que le but premier du projet UPFLOW (Upward Mantle Flow), basé sur des observations sismiques innovantes, est de mieux comprendre les grandes remontées de matière depuis le manteau terrestre. Le phénomène se produit loin des limites des plaques continentales et ne peut pas être expliqué par la théorie de la tectonique des plaques. Le projet permettra également de faire avancer la recherche sur les séismes tectoniques et volcaniques, ainsi que le suivi des baleines à partir des sons qu’elles émettent.

Les chercheurs de l’UCL Earth Sciences expliquent que c’est la première fois qu’une aussi vaste région de l’océan Atlantique Nord est couverte avec ces instruments très sensibles. En analysant les données fournies, ils espèrent mieux comprendre les importants mouvements qui se produisent à des centaines de kilomètres de profondeur dans le manteau terrestre, en particulier, les remontées de matière. Ces mouvements sont à l’origine des éruptions volcaniques et peuvent également provoquer des séismes. La méthode d’imagerie sismique utilisée était auparavant mise en pratique par les astrophysiciens pour étudier des galaxies lointaines.

L’existence des îles Canaries, de Madère et des Açores est le résultat de mouvements qui se produisent en profondeur sous la surface de la Terre. Le projet permettra de découvrir s’il existe un lien dans la formation de ces îles.

Source : Sky News.

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University College London (UCL) researchers are going to drop fifty seismometers on the floor of the Atlantic Ocean in an attempt to measure the Earth’s « pulse ». They will detect vibrations caused by seismic waves and continuously record motions hundreds of kilometres deep within the planet.

The seismometers will be positioned across an area that includes the Canary Islands, Madeira and the Azores, and use a technique previously used to study galaxies. The instruments will be dropped by boat over the next few weeks, anchoring themselves to the sea bed, before being collected a year later.

Experts say the project, called UPFLOW (Upward mantle flow from novel seismic observations) aims to understand more about large upwellings of material from the Earth’s mantle.This occurs far from the boundaries of continental plates and cannot be explained by the theory of plate tectonics. The project will also aid research on earthquakes and volcanic tremors, as well as helping track whales from the sounds they make.

Researchers at UCL Earth Sciences explain that it is the first time such a large region of the North Atlantic ocean has been covered with these highly sensitive instruments. By analysing their data, they hope to better understand the massive motions occurring hundreds of kilometres deep in the Earth’s mantle – in particular, upward flows of material that are not well understood. These motions are what cause volcanic eruptions and can also lead to earthquakes. The seismic image method that will be used was previously employed by astrophysicists to study far-away galaxies.

The existence of the Canary Islands and the volcanic islands in Madeira and the Azores are a result of massive motions deep under the Earth’s surface. The project will allow to uncover if there is a link in how these islands formed.

Source : Sky News.

Le projet UPFLOW permettra-t-il d’en savoir plus sur les volcans des Canaries, comme ici à Lanzarote? (Photo : C. Grandpey)

Modernisation du réseau sismique sur le Kilauea (Hawaii) // Upgrading of Kilauea’s seismic network (Hawaii)

Grâce à plusieurs années de travail, les techniciens du HVO ont récemment terminé la modernisation des stations sismiques au sommet du Kilauea. À partir de 2014, chacune de ces stations a été progressivement remise à niveau avec un sismomètre large bande de nouvelle génération, des panneaux  solaires, une radio, une antenne, un caisson de protection et un nouveau câblage. Les nouveaux caissons sont conçus avec de meilleures propriétés d’isolation afin de mieux supporter les variations de température tout au long de la journée. L’équipement est dissimulé pour minimiser son impact visuel sur l’environnement naturel. La modernisation du réseau sismique représente une étape importante pour le HVO. Elle permettra de mieux comprendre l’alimentation magmatique complexe sous le sommet du volcan.
Les premiers sismomètres gérés par le HVO ont été installés en 1994. Il était prévu qu’ils restent en place pendant un an. Il s’agissait de sismomètres « large bande », autrement dit des capteurs numériques plus sensibles sur une gamme de fréquences beaucoup plus élevée que les anciens sismomètres analogiques à courte période qui étaient les plus utilisés jusqu’à cette époque. Malgré tout, les sismos large bande de 1994 ont été conservés au-delà de la période d’essai d’un an car ils se sont montrés très utiles pour l’enregistrement de nombreux types de séismes et de signaux volcaniques que les scientifiques ont pu analyser en utilisant de nouvelles techniques.
La fréquence revient à décrire le nombre d’oscillations contenues dans un signal sismique. Elle est généralement mesurée en cycles par seconde, ou Hertz (Hz). En volcanologie, la fréquence dominante d’un signal sismique est liée à différents processus à l’intérieur du volcan. Par exemple, les ondes haute fréquence (supérieures à 1 Hz) enregistrées pour les séismes classiques sont généralement liées à un glissement sur une faille. Les ondes basse fréquence (moins de 1 Hz) sont souvent liées au mouvement du magma ou des fluides et des gaz qui s’échappent par des fractures. Les sismomètres large bande fournissent des enregistrements complets des ondes à haute et basse fréquence en provenance du volcan. Les sismomètres courte période les plus répandus sont calibrés pour enregistrer uniquement les ondes haute fréquence.
Le mouvement du magma sous le Kilauea génère une variété de séismes basse fréquence (souvent appelés Long-Period-LP) et Very Long Period (VLP) avec des fréquences de pointe de 0,17 Hz ou 60 secondes. Ces derniers séismes, qui ne peuvent être détectés qu’avec des sismomètres large bande, étaient pratiquement absents du réseau sismique existant. La nécessité d’un bon réseau large bande est devenue évidente au début de l’éruption sommitale de l’Halema’uma’u en 2008.
En 2009, l’American Recovery and Reinvestment Act (ARRA), un plan de relance économique aux Etats Unis, a permis au HVO de recueillir des fonds pour transformer le réseau mixte de surveillance – analogique et numérique – en un réseau entièrement numérique, le premier pour un observatoire volcanologique américain. Avec le financement de l’ARRA, le HVO a acheté de nouveaux ordinateurs de terrain qui enregistrent des signaux sismiques sur place, et des radios numériques pour transmettre les données en temps réel au HVO. Les derniers ordinateurs ont considérablement élargi la gamme dynamique utile de l’ancien réseau large bande. Cette capacité supplémentaire est importante pour caractériser le mécanisme qui génère des signaux sismiques associés à des effondrements dans le lac de lave sommital. Les scientifiques utilisent également les signaux sismiques pour développer des modèles de hausse et de baisse de la surface du lac de lave liées à l’accumulation et à la libération des gaz dans sa partie supérieure.
On s’est rendu compte en 2011 que les conditions environnementales adverses dans la caldeira sommitale du Kilauea posaient des problèmes aux sismomètres vieillissants. Les instruments étaient victimes de la corrosion à l’intérieur et à l’extérieur, ce qui entraînait des erreurs dans les mesures. Certains capteurs tombaient en panne. C’est pourquoi, à partir de 2014, le HVO a donné la priorité à l’amélioration du réseau large bande au sommet du volcan. Les stations sismiques ont été modernisées par étapes, en fonction de l’arrivée des financements.
Ce nouveau réseau de surveillance sismique est à la pointe de la technologie et offre aux sismologues un outil performant pour étudier les processus qui provoquent la sismicité sur le Kilauea. Il permet également de mieux comprendre le système d’alimentation magmatique du volcan, l’activité éruptive et les dangers qui l’accompagnent.

Source : USGS / HVO.

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HVO field engineers recently completed a multi-year effort to upgrade a subset of seismic stations at the summit of Kilauea Volcano. Starting in 2014, each of the stations was progressively upgraded with a new-generation broadband seismometer, solar-power system, radio, antenna, enclosure, and cabling. The new enclosures for the seismometers are designed with better insulation properties to buffer the effects of changing temperatures throughout the day. The equipment is camouflaged to minimize its visual impact on the natural environment. The latest upgrades are an important milestone for HVO. It will improve the understanding of the complex magma plumbing system beneath volcano’s summit area.

HVO’s original seismometers were installed in 1994 as a year-long field test of “broadband” seismometers, digital sensors that are more sensitive over a much greater frequency range than are the short-period analog seismometers that were widely used at the time. But the 1994 broadband instruments were kept past the one-year test period, because they proved crucial for recording many types of earthquake and volcanic signals that scientists were able to analyze in new ways.

Frequency is one way of describing the number of oscillations of a seismic signal, typically measured in cycles per second, or Hertz (Hz). In volcano seismology, the dominant frequency of a seismic signal is related to different processes within the volcano. For example, high frequency waves (greater than 1 Hz) recorded for normal earthquakes are typically related to slip on a fault. Low frequency waves (less than 1 Hz) for some earthquakes are related to the movement of magma or fluids and gases through fractures. Broadband seismometers provide complete recordings of both high and low frequency waves coming from the volcano. The more commonly used short-period seismometers are tuned to record only high frequency waves.

The movement of magma under Kilauea generates a variety of low-frequency (often called Long-Period – LP) and Very Long Period (VLP) earthquakes with peak frequencies of 0.17 Hz or 60 seconds. The latter earthquakes, which can only be detected with broadband seismometers, were virtually invisible to the existing seismic network. The value of the dense broadband network became even more apparent when the summit eruption within Halema‘uma‘u began in 2008.

In 2009, the American Recovery and Reinvestment Act (ARRA) provided resources for HVO to convert the mixed analog and digital monitoring network to an all-digital network, a first for a U.S. volcano observatory.With ARRA funding, HVO purchased new field-hardened computers called digitizers to record seismic signals on-site and digital radios to transmit the data in real time to HVO. The digitizers significantly expanded the useful dynamic range of the original broadband network. This added capability was important for characterizing the mechanism that generates seismic signals associated with large rockfalls into the summit lava lake. Scientists also are using the expanded seismic signals to develop models of the short-term rise and fall of the lava lake surface related to the accumulation and release of volcanic gas in the uppermost part of the lava lake.

It became clear in about 2011 that the harsh environmental conditions in Kilauea’s summit caldera were taking a toll on the aging seismometers. The instruments were corroding inside and outside, leading to inconsistent measurements of ground shaking. Some sensors were failing. So, starting in 2014, HVO placed a high priority on improving the summit broadband network, and the stations were upgraded in phases as resources allowed.

This upgraded network reflects state-of-the-art earthquake monitoring, and offers volcano seismologists a more powerful tool to investigate processes that cause ground shaking at Kilauea. This in turn supports advances in the understanding of the volcano’s magma plumbing system, eruptive activity, and hazards.

Source: USGS / HVO.

Les sismos à tambour en vitrine sur le Kilauea montrent aux touristes les frémissements du volcan. Les scientifiques utilisent aujourd’hui des instruments numériques beaucoup plus modernes et performants. (Photo: C. Grandpey)

 

Histoire d’ours et de matériel scientifique // A story of bears and scientific equipment

drapeau francaisComme les séismes sont fréquents en Alaska, les scientifiques ont installé des sismographes dans différentes parties de l’Etat. Ils se trouvent souvent dans des endroits reculés, loin de tout, où presque personne ne va. Ainsi, le risque de vandalisme est très faible. Cependant, les sismologues de l’Université de Fairbanks ont remarqué que leur équipement avait été visité. Par exemple, des boîtes en plastique et un conduit de ligne en aluminium alimentant une antenne montée sur un arbre ont été déterrés. Ailleurs, un coffre avec 100 kilos de batteries a été déplacé. Afin de déceler la cause du problème, les scientifiques ont installé des caméras à proximité de leur équipement. Une vidéo récente postée par un sismologue montre que les environs de la Tanana River, dans le centre de l’Alaska, ressemblent au parc du Serengeti en Afrique. Une caméra avec déclenchement par détection des mouvements et installée au-dessus des instruments montre les visites de plusieurs animaux au cours de l’hiver dernier.
https://youtu.be/6-6tBKLCCk4

Une fois la caméra installée, les animaux sont venus sur le site du matériel pendant l’hiver. Des lièvres, un lynx et des coyotes sont passés devant la caméra, mais ne semblaient pas être très intéressés par le matériel. Quand le printemps est arrivé, les ours ont montré un comportement très différent. La caméra a surpris un trio d’ours noirs en train de s’en prendre à l’équipement enterré et recouvert d’une bâche de protection. Deux jeunes ours se sont amusés à tirer la bâche par une chaude journée de mai. Une telle situation n’est pas rare. Les ours ont déjà endommagé plusieurs stations scientifiques dans des endroits reculés. Ils se sont attaqués à 6 des 10 stations d’un réseau sismique, inaccessible depuis la route, dans le centre de l’Alaska.
Les scientifiques ont essayé de comprendre le comportement des ours et leur intérêt pour l’équipement scientifique. Il semble que les animaux soient très attirés par les objets fabriqués avec du pétrole, comme des jerricanes de carburant en plastique et les gaines des fils électriques. Il se peut qu’ils soient attirés par l’odeur. On sait que les ours ont un odorat très développé. Les plantigrades sont omnivores et sont attirés par tout ce qui peut représenter une source de nourriture. Une autre raison pourrait être le bruit produit par l’équipement scientifique. Bien que les stations sismiques soient silencieuses, les instruments qui émettent le moindre son sont susceptibles de devenir des cibles potentielles pour les ours dont l’ouïe est très fine. On a vu des grizzlys et des ours polaires déambuler dans des villages et s’attaquer à des lampadaires qui émettent un léger ronflement.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau anglaisAs Alaska is prone to earthquakes, scientists have set up seismographs in different parts of the State. These regions are often remote places where hardly any human goes. Thus the risk of vandalism is very low. However, seismologists at the University of Alaska Fairbanks noticed that their equipment had been tampered with. For instance, buried plastic boxes and an aluminium conduit line running to an antenna mounted on a spruce tree had been dug up. On one occasion, a box with 100 kilos of batteries was yanked to a different spot.

In order to find the cause of the problem, the scientists installed cameras close to the equipment. A recent video posted by a seismologist makes the Tanana River flats look like the Serengeti. A motion-triggered game camera installed above buried instruments shows visits from several animals during the past winter.

https://youtu.be/6-6tBKLCCk4

After the game camera was in place, the animals came along during the winter. Hares, lynx and coyotes passed in front of the camera but did not seem to be much interested in the equipment. When spring arrived, bears showed a very different behaviour. The camera caught a trio of black bears pawing at the tarp-covered buried equipment. Two small bears played tug of war with the tarp on a warm day in May. This situation is not new. Bears have already damaged many scientific stations in the wilderness. On a similar project involving seismometers installed in Southcentral Alaska, bears messed with six out of 10 stations not reachable by road.

Scientists tried to understand the bears’ behaviour and their interest in the equipment. It seems the animals are extremely attracted to things made out of petroleum, like plastic fuel jugs and sheathing on wires. This might be because of the smell. Bears are omnivore and like to investigate every possible curiosity that could be or contain a food source. Another reason might be the noise produced by the equipment. Though the seismic stations are silent, the instruments that make noise also become bear targets. Grizzly and polar bears have been known to walk down runways in villages and knock down all the runway lights, which make a slight humming sound.

Source: Alaska Dispatch News.

Cam

Capture d’écran de la caméra montrant 3 ours autour du matériel scientifique.