Mesures du dioxyde de soufre (SO2) sur le Kilauea (Hawaii) // SO2 measurements on Kilauea Volcano (Hawaii)

Dans un nouvel article, les scientifiques de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) expliquent comment ils analysent les panaches de dioxyde de soufre (SO2) émis par le Kilauea
Les analyses des panaches de SO2 sont essentielles pour surveiller et comprendre l’activité éruptive. Le HVO s’appuie aussi sur les mesures d’émission de SO2 pour les prévisions concernant le vog (brouillard volcanique) et pour évaluer les émissions de lave.
Le HVO utilise des caméras – aussi bien visuelles que thermiques – pour décrire l’activité volcanique. Un troisième type de caméra, la caméra ultraviolet (UV), permet aux volcanologues de visualiser des panaches de SO2. Le SO2 absorbe la lumière ultraviolette, ce qui la fait apparaître dans les images UV alors qu’elle n’est pas visible avec les caméras classiques.
Des caméras UV sont utilisées sur le Kilauea depuis 2010. En 2013, une collaboration entre le Cascades Volcano Observatory (CVO) et le HVO a permis l’installation d’un système de caméra UV automatisé au sommet du Kilauea. Ce réseau de caméras a été retiré en 2018 lorsqu’il a été menacé par l’ouverture de fractures au sol au cours de l’effondrement de la caldeira sommitale.
Avec le retour de la lave et d’un fort dégazage de SO2 au sommet du Kilauea fin 2020, le HVO et le CVO ont fait équipe avec des collègues de l’Université de Sheffield au Royaume-Uni. Les scientifiques britanniques ont mis au point une nouvelle génération de petites caméras UV qui utilisent la technologie Raspberry Pi. Le Raspberry Pi est un nano-ordinateur monocarte à processeur ARM de la taille d’une carte de crédit conçu par des professeurs du département informatique de l’université de Cambridge dans le cadre de la fondation Raspberry Pi. Le HVO a déjà utilisé la technologie Raspberry Pi dans d’autres applications.
Les nouvelles caméras – PiCams – seront testées fin juillet 2022 et pourront être utilisées comme outils de terrain portables ou installées comme stations permanentes dans le réseau de surveillance du HVO. En attendant le résultat des premiers tests, le HVO prévoit d’installer au moins une PiCam en permanence au sommet du Kilauea. Une deuxième PiCam sera soit portable, soit installée en permanence près du sommet du Mauna Loa.
Les mesures des émissions de SO2 peuvent également être dérivés des images des caméras UV. Les mesures traditionnelles des émissions de SO2 sont effectuées en se plaçant sous le panache avec un spectromètre UV monté sur une voiture. Il faut compter une dizaine de minutes, voire davantage, pour effectuer chaque mesure, et seulement 6 à 10 de ces mesures peuvent être réalisées chaque jour. À partir de 2012, le HVO a installé un réseau de spectromètres continus pour mesurer les émissions de SO2 du Kilauea avec une meilleure résolution temporelle que les mesures à partir de véhicules, mais le réseau ne fournit pas d’informations spatiales sur le panache de SO2.
Une fois que les PiCams seront prêtes à l’emploi,elles fourniront une vue bidimensionnelle du panache de SO2 du Kilauea, mais aussi une résolution temporelle élevée et une série temporelle continue de mesures du taux d’émission de SO2.
Les données continues fournies à propos des émissions de SO2 faciliteront l’étude du dégazage en relation avec d’autres ensembles de données continues, comme l’activité sismique et la déformation du sol. Cela donnera une meilleure idée du rôle du dégazage dans des événements éruptifs spécifiques, ce qui n’a pas toujours été facile à réaliser dans le passé. Des travaux semblables ont été effectués au cours de la dernière décennie sur de nombreux volcans à travers le monde, y compris sur le Kilauea où il a été démontré que l’activité sismique et les émissions de SO2 étaient liées au cours des variations de niveau du lac de lave en 2010. Le lac de lave actuel dans le cratère de l’Halema’uma’ u a une configuration et un comportement différents de ceux du lac de lave de 2008-2018. Le HVO est impatient de voir ce que les nouvelles PiCams révéleront sur le dégazage du nouveau lac.
Source : USGS, HVO.

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In a new article, scientists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explain how they analyse the sulphur dioxide (SO2) plumes emittes by Kilauea

Observations of SO2 are essential to both monitoring and understanding eruptive activity. HVO relies heavily on measurements of SO2 emission rate which are critical for vog (volcanic air pollution) forecasts and can be used for calculating lava eruption rates.

HVO also relies heavily on cameras to document activity, including both visual and thermal cameras. A third type of camera—an ultraviolet (UV) camera—allows volcanologists to visualize otherwise invisible, SO2 plumes. SO2 absorbs ultraviolet light, which makes it visible in UV imagery even when it cannot be seen by standard cameras.

UV cameras have been used at Kilauea since 2010. Later, in 2013, a combined effort between the Cascades Volcano Observatory (CVO) and HVO resulted in the installation of an automated UV camera system at the summit of Kilauea. That camera station was removed in 2018 when it was threatened by ground cracking associated with summit caldera collapse events.

With lava and strong SO2 degassing having returned to Kilauea summit in late 2020, HVO and CVO are teaming up with colleagues at the University of Sheffield in the United Kingdom. The UK scientists have developed a new generation of small UV cameras that use Raspberry Pi technology. A Raspberry Pi is a small, low-cost computer, about the size of a credit card, and HVO has used them in other applications before.

The new cameras—PiCams—will be tested later this month and can be used as portable field tools or installed as permanent stations in HVO’s monitoring network. Pending the outcome of the initial tests, HVO plans to install at least one PiCam permanently at Kilauea’s summit. A second PiCam will either be kept portable or will eventually be permanently installed near Mauna Loa’s summit.

SO2 emission rates can also be derived from UV camera images. Traditional SO2 emission rate measurements are made by traversing beneath the plume with a UV spectrometer mounted on a car, so that each measurement takes ten or more minutes, with only 6–10 of those measurements made per day. Beginning in 2012, HVO pioneered a network of continuous spectrometers to measure Kilauea’s SO2 emission rate at a much higher temporal resolution than possible with vehicle-based measurements, but the network did not provide spatial information about the SO2 plume.

Once the PiCams are ready for use, they will provide both a 2-dimensional view of Kilauea’s SO2 degassing as well as a high-temporal resolution, continuous timeseries of SO2 emission rate measurements.

The continuous SO2 emission rate data will make it easier to study degassing in conjunction with other continuous datasets, like earthquake activity and ground deformation. This will give greater insight into the role of degassing in specific eruptive events, something that has not always been easy to do in the past. Similar work has been done over the past decade at many volcanoes around the world, including at Kilauea, where earthquake activity and SO2 emissions were shown to be linked during lava lake rise-fall events in 2010. The current lava lake in Halema‘uma‘u has a different configuration and set of behaviours from the 2008–18 lava lake, and HVO is eager to see what the new PiCams will reveal about the degassing of the new lake.

Source: USGS, HVO.

Panache émis par le lac de lave du Kilauea avant l’éruption de 2018 (Photos: C. Grandpey)

Les dunes de Io // Io’s dunes

Io est la troisième plus grande lune de Jupiter. Elle a une surface recouverte de glace, avec des ondulations à propos desquelles les scientifiques se sont posé beaucoup de questions. Cependant, en utilisant les données de la sonde spatiale Galileo de la NASA, ils sont aujourd’hui en mesure de fournir une nouvelle explication sur leur formation. La mission Galileo a duré 14 ans; elle a exploré le système de Jupiter de 1995 à 2003 et a permis aux scientifiques de mieux comprendre les processus physiques contrôlant le mouvement des grains sur Io.
Selon une nouvelle étude publiée en avril 2022 dans la revue Nature Communications, il se pourrait que Io soit un nouveau « monde de dunes ». Les chercheurs ont testé « un mécanisme grâce auquel les grains de sable peuvent se déplacer et entraîner la formation de dunes sur Io ».
Par nature, les dunes sont des collines ou des crêtes formées par le sable qui s’accumule sous l’action du vent. Cependant, l’atmosphère ténue de Io signifie que les vents y sont faibles, et que les dunes se forment par d’autres moyens.
Io est le monde le plus actif du système solaire d’un point de vue volcanique, avec des centaines de volcans dont certains crachent des panaches riches en soufre à des centaines de kilomètres de hauteur. Cette activité volcanique intense contribue à créer une surface variée, avec des coulées de lave solidifiée et de sable, ou bien des effusions de lave ou de dioxyde de soufre.
Les chercheurs ont utilisé des équations mathématiques pour simuler la force qui serait nécessaire pour déplacer les grains sur Io et ont calculé la trajectoire qu’ils emprunteraient. L’étude a simulé le déplacement d’un grain de basalte ou de givre et a révélé que l’interaction entre l’écoulement de la lave en surface et le dioxyde de soufre sous la surface de la lune crée un effet de vent suffisant pour former de grandes structures ressemblant à des dunes à la surface de Io.
Les images fournies par la sonde spatiale Galileo de la NASA confirment les conclusions des chercheurs; elles montrent que l’espacement, la hauteur et la largeur des ondulations sur Io ont des points communs avec les dunes observées sur Terre et dans d’autres mondes.
Source : space.com.

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Io is Jupiter’s third-largest moon. It has an icy, yet rolling surface, which has long perplexed scientists. However, using data from NASA’s Galileo spacecraft, scientists have now developed a new explanation of how such dunes may form. The 14-year mission, which explored the Jupiter system from 1995 to 2003, allowed scientists to better understand the physical processes controlling grain motion on Io.

According to a new study published in April 2022 in the journal Nature Communications, Io could be a new ‘dune world. The researchers have tested « a mechanism by which sand grains can move, and in turn dunes could be forming there. »

By nature, dunes are defined as hills or ridges of sand piled up by the wind. However, Io’s low-density atmosphere means the winds on the moon are weak, suggesting its dunes must be formed by some other means.

Io is the most volcanically active world in the solar system, sporting hundreds of volcanoes, some of which spew sulfurous plumes hundreds of kilometers high. This amount of volcanic activity creates a varied surface, with a mix of black solidified lava flows and sand, « effusive » lava streams and « snows » of sulfur dioxide.

The researchers used mathematical equations to simulate the force required to move grains on Io and calculated the path those grains would take. The study simulated the movement of a single grain of basalt or frost, revealing that the interaction between flowing lava and sulfur dioxide beneath the moon’s surface creates venting that is dense and fast moving enough to form large dune-like features on the moon’s surface.

Observations from NASA’s Galileo spacecraft support the researchers’ findings, showing that the spacing and height-to-width ratios of Io’s crests are consistent with dunes seen on Earth and other worlds.

Source: space.com.

Les « dunes » de Io (Source: NASA)

Eruption du Hunga Tonga-Hunga-Ha’apai : pas d’effet sur la température terrestre // No impact on Earth’s temperature

Les scientifiques viennent de confirmer que l’éruption sous-marine du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en janvier 2022 n’affectera pas le climat de la Terre malgré la présence de nuages de cendres de dizaines de kilomètres de hauteur dans l’atmosphère (voir ma note précédente à ce sujet),
De puissantes éruptions volcaniques provoquent parfois un refroidissement à court terme de la planète, mais ce ne sera pas le cas avec le récent événement dans l’archipel des Tonga.
Une nouvelle étude confirme en effet les estimations précédentes. Elle indique que l’effet de refroidissement du Hunga Tonga ne dépasserait pas 0,004 ° C dans l’hémisphère nord et 0,01 ° C dans l’hémisphère sud, ce qui est encore moins que certaines estimations précédentes.
La clé de l’impact d’une éruption volcanique sur la température de la Terre est la quantité de dioxyde de soufre (SO2) qui a été émise par le volcan. En effet, dans l’atmosphère, le gaz forme des particules d’aérosol qui font obstacle à la lumière du soleil, avec diminution de la quantité d’énergie qui entre dans le système terrestre. Par exemple, l’éruption du Pinatubo en 1991 a entraîné un refroidissement d’environ 0,6°C qui a duré près de deux ans. La différence avec l’éruption aux Tonga, c’est que les cendres rejetées dans l’air par le Pinatubo contenaient environ 50 fois plus de dioxyde de soufre.
Source : space.com.

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Scientists have just confirmed that the Hunga Tonga submarine eruption in January 2022 will not affect Earth’s climate despite sending clouds of ash dozens of kilometers high into the atmosphere (see my previous post about this topic),

Powerful volcanic eruptions sometimes cause short-term cooling of the planet, but this won’t be the case of the recent Tonga event.

A new study confirms previous estimates, stating that the cooling effect of Hunga Tonga could range from just 0.004°C in the northern hemisphere to 0.01°C in the southern hemisphere, which is even less than some of the previous estimates expected.

The key to the impact of a volcanic eruption on the Earth’s temperature is the amounrt of sulfur dioxide (SO2) that has been emitted by the volcano. Indeed, in the atmosphere the gas forms aerosol particles, which deflect sunlight, thus decreasing the amount of energy that enters the Earth’s system. For example, the 1991 explosive eruption of Mount Pinatubo produced a cooling of about 0.6°C that lasted for nearly two years. The difference with the Tonga eruption is that the ash spewed into the air by Mount Pinatubo contained about 50 times as much sulfur dioxide.

Source: space.com.

Effet de l’éruption du Pinatubo sur l’atmosphère (Source : Wikipedia)

Un instrument pour prévoir les éruptions volcaniques // An instrument to predict volcanic eruptions

La NASA a lancé un nouveau prototype d’instrument qui permettra peut-être – c’est le souhait de l’Administration – de prévoir les éruptions volcaniques. D’un poids de moins de six kilogrammes, ce sera le plus petit appareil spatial, avec la résolution la plus élevée, dédié à la détection de gaz comme le dioxyde de soufre et le dioxyde d’azote qui sont souvent des signes avant-coureurs d’activité volcanique.
Baptisé « Nanosat Atmospheric Chemistry Hyperspectral Observation System », ou NACHOS, l’instrument n’est encore qu’un prototype, mais la NASA prévoit sont développement. Il a été lancé depuis la Virginie le 19 février 2022 à bord d’une mission de réapprovisionnement Northrop Grumman vers la Station Spatiale Internationale (ISS). Le NACHOS sera bientôt fixé sur un minuscule satellite CubeSat positionné à environ 480 km au-dessus de la Terre. Le CubeSat est un satellite miniaturisé et modulaire avec des composants qui ont à peu près la taille d’un Rubik’s cube. Lorsque le CubeSat quittera l’ISS en mai 2022, il placera le NACHOS en orbite terrestre basse avant de rentrer dans l’atmosphère.
Le NACHOS sera capable de détecter des gaz dans des zones d’une superficie de seulement 0,4 kilomètre carré. Un communiqué de presse de la NASA explique qu' »un volcan en sommeil qui vient de se réveiller peut émettre du SO2 avant de montrer une activité sismique détectable. Cela laisse donc une chance d’identifier un volcan sur le point d’entrer en éruption avant que celle-ci se déclenche ». .
Les chercheurs de la NASA espèrent que le NACHOS fera plus que simplement prévoir les éruptions volcaniques. L’Administration prévoit d’utiliser l’instrument pour surveiller la qualité de l’air autour des villes et des quartiers et même autour des centrales électriques. Savoir que des gaz sont présents et localiser leurs sources à une échelle inférieure au kilomètre donne la possibilité de prendre des mesures et de minimiser les effets négatifs sur la santé.
La taille du NACHOS fait qu’il est beaucoup moins cher que les satellites actuellement utilisés pour observer les gaz traces. Il a environ la taille d’un ballon de football. Avec plus de puissance et moins de poids, c’est un excellent candidat pour les futures missions de gaz traces dans l’atmosphère.

Le NACHOS restera à bord du Northrop Grumman jusqu’en mai 2022, date à laquelle le vaisseau spatial reviendra sur Terre depuis l’ISS. Le NACHOS devrait rester en orbite pendant environ un an. Cela donnera suffisamment de temps à la NASA pour vérifier la conception de l’instrument et recueillir suffisamment de données pour s’assurer que le concept technologique est réalisable. Ensuite, il sera remplacé par un autre instrument
Source : NASA, CBS News.

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NASA has launched a new prototype instrument that it hopes will help predict volcanic eruptions. Weighing less than six kilograms, the instrument will be the smallest space-based device, together with the highest resolution, dedicated to observing gases like sulfur dioxide and nitrogen dioxide that can be harbingers of volcanic activity.

Named the « Nanosat Atmospheric Chemistry Hyperspectral Observation System, » or NACHOS, the instrument is still just a prototype, but NASA plans to deploy the device. It was launched from Virginia on February 19th, 2022 aboard a Northrop Grumman resupply mission to the International Space Station. NACHOS will soon be perched aboard a tiny CubeSat satellite positioned about 480 km above Earth. The Cube Sat is a type of miniaturized and modular satellite system with components that are roughly the size of a Rubik’s cube. When the spacecraft departs the International Space Station in May 2022, it will place NACHOS in low-Earth orbit before re-entering the Earth’s atmosphere.

NACHOS will be able to detect gases in areas as small as 0.4 square kilometers. A NASA press release explains that « a dormant volcano just waking up may emit SO2 before there is any detectable seismic activity. That gives a chance to identify a potentially erupting volcano before it actually blows. » .

NASA researchers hope that NACHOS will do more than just predict volcanic eruptions. It plans to use the device to monitor the air quality around cities and neighbourhoods and even individual power plants. Recognizing that these gases are present and localizing their sources on a sub-kilometer scale, gives the opportunity to take action and minimize negative health outcomes.

NACHOS’ size makes it much cheaper and smaller than the satellites currently used to observe trace gases. The device is only about the size of a football. Showing more power and less weight, it is an excellent candidate for future atmospheric trace gas missions.

NACHOS will stay on board Northrop Grumman’s Cygnus spacecraft until May 2022, when the spacecraft will head back to Earth from the ISS. NACHOS will be placed in Earth’s lower orbit. It is expected to remain in orbit for around a year. That will give NASA enough time to verify the instrument design and gather enough test data to ensure the technology concept is feasible. Then, it will be replaced with another instrument

Source: NASA, CBS News.

Vue du NACHOS avec ses panneaux solaires déployés (Source : Los Alamos National Laboratory)