Étiquette : SO2

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)

Eruption aux Tonga : pas d’impact sur le climat // Tonga eruption : no impact on Earth’s climate

L’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai le 15 janvier 2022 a injecté une énorme quantité de cendres jusqu’à plus de 30 km d’altitude. mais les scientifiques expliquent que l’événement ne perturbera pas le climat sur Terre.
Les satellites ont détecté le nuage de cendres, qui s’est étalé au-dessus de l’Australie, à plus de 39 kilomètres d’altitude. C’est la première fois que des cendres volcaniques ont été détectées si haut dans l’atmosphère terrestre. La hauteur du panache sera affinée dans les prochains jours, mais si elle est se confirme, ce sera le nuage le plus haut jamais observé.
Les scientifiques, cependant, pensent que l’éruption n’affectera pas le climat sur Terre. Malgré le côté apocalyptique de l’explosion, qui a été observée en temps réel par plusieurs satellites, la quantité de cendres à l’intérieur du panache était relativement faible par rapport aux autres éruptions volcaniques cataclysmiques des siècles précédents.
En particulier, le panache ne contenait pas suffisamment de dioxyde de soufre (SO2) pour affecter le climat. Les super volcans qui projettent de grandes quantités de dioxyde de soufre dans les couches supérieures de l’atmosphère terrestre peuvent parfois produire un effet de refroidissement mesurable sur le climat de la planète. Un tel effet a été détecté, par exemple, après l’éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991. Cette éruption, la deuxième éruption volcanique la plus puissante du vingtième siècle, a refroidi la planète de manière significative pendant environ deux ans. Toutefois, selon les données disponibles, l’éruption aux Tonga n’a rejeté dans l’atmosphère que 400 000 tonnes de dioxyde de soufre, soit environ 2 % de la quantité du mont Pinatubo. En conséquence, il est peu probable que la dernière éruption ait un impact significatif sur la température de surface de notre planète. Les aérosols du Pinatubo n’ont eu qu’un impact à court terme, ce qui signifie que l’éruption du volcan Hunga Tonga-Hunga Ha’apai ne va certainement pas participer à la lutte contre le changement climatique.
Source : Space.com.

S’il est peu probable que le SO2 émis lors de l’éruption du 15 janvier affecte la température de la planète, il peut interagir avec l’eau et l’oxygène de l’atmosphère et donner naissance à des pluies acides. Lorsque le SO2 se dissout dans les gouttelettes d’eau contenues dans les nuages, il réagit avec l’hydrogène et l’oxygène de l’eau pour former une solution d’acide sulfurique. De même, les oxydes d’azote forment de l’acide nitrique dans les gouttelettes d’eau. Le climat tropical des Tonga, favorise les pluies acides qui affecteront probablement la région pendant un certain temps. Elles pourraient causer des dommages considérables aux cultures.
Il a été conseillé à la population tonguienne de couvrir les réservoirs d’eau à usage domestique et de rester à l’intérieur des maisons en cas de pluie.

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The volcanic eruption of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai on January 15th, 2022 injected a huge amount of ash up to more than 30 km a.s.l. but scientists say it won’t cause any disruption to Earth’s climate.

Satellites detected the ash cloud, which spread over Australia, at over 39 kilometers above Earth’s surface. This was the first time volcanic ash had been detected so high in Earth’s atmosphere. The accuracy of this height will be refined in the coming days, but if correct, it will be the highest cloud ever observed.

Scientists, however, think that the eruption won’t affect Earth’s climate. Despite the apocalyptic proportions of the blast, which was documented in real time by several satellites, the amount of ash it contained was relatively small compared to other cataclysmic volcanic eruptions known from previous centuries.

Above all, the plume did not contain enough sulphur dioxide (SO2) to affect the climate. Supervolcanoes that spurt vast quantities of sulfur dioxide into higher layers of Earth’s atmosphere can sometimes produce a measurable cooling effect on the planet’s climate. This effect was detected, for example, after the 1991 eruption of Mount Pinatubo in the Philippines. This eruption, the second most powerful volcanic eruption of the 20th century, cooled down the planet in a way that was measurable for up to two years. But according to available data, Tonga blasted into the atmosphere only 400,000 metric tonnes of sulphur dioxide, about 2% of the amount of Mount Pinatubo. As a consequence, a significant global surface temperature response is unlikely to be observed. Even the Pinatubo aerosols only had a short-term impact, measurable for about a year or two, which means that the volcano is certainly not going to buy humans time in their battle against climate change.

Source: Space.com.

If the SO2 emitted during the January 15th eruption is unlikely to affect global temperatures, it may interact with water and oxygen in the atmosphere and create acid rain. When SO2 dissolves in small droplets of water in clouds, it reacts with the hydrogen and oxygen of the water to form a weak solution of sulphuric acid. Similarly, nitrogen oxides form weak nitric acid in water droplets. With Tonga’s tropical climate, there is likely to be acid rain around the country for a while, which could cause widespread crop damage.

The Tonga population has been advised to cover household water tanks and stay indoors in the event of rain.

Impact des aérosols du Pinatubo en 1991 (Source: Wikipedia)

Mesure des gaz sur le Kilauea (Hawaii) // Gas measuring on Kilauea Volcano (Hawaii)

Lors d’une éruption, le dioxyde de soufre (SO2) est souvent mentionné par les volcanologues. À Hawaii, c’est la principale composante du vog, ou brouillard volcanique. Cependant, d’autres gaz sont présents dans un panache éruptif et il est intéressant d’étudier leur rapport, comme celui entre le SO2 et le HCl (dioxyde de soufre/chlorure d’hydrogène). Il est également intéressant de connaître la quantité de CO2 (dioxyde de carbone) dissous dans le verre volcanique.
Sur le Kilauea, c’est le travail de l’Hawaiian Volcano Observatory (HVO) d’effectuer ces analyses. Pour réaliser les mesures, les scientifiques de l’Observatoire utilisent un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (IRTF ou FTIR pour Fourier Transform InfraRed spectroscopy). Ce type de spectromètre détecte le rayonnement infrarouge (IR) entrant ; c’est le type de rayonnement associé aux objets chauds ou tièdes qui ont des longueurs d’onde légèrement plus longues que la lumière visible que perçoivent les yeux.
Il s’avère que les gaz absorbent le rayonnement et que chaque gaz – CO2, HCl, SO2, H2O (sous forme de vapeur d’eau), par exemple – a sa propre signature unique de la quantité de rayonnement qu’il absorbe à différentes longueurs d’onde.
Un exemple un peu différent, mais bien connu, de gaz absorbant est l’ozone (O3). L’ozone dans l’atmosphère nous protège d’une partie des rayons ultraviolets (UV) nocifs du soleil (longueurs d’onde plus courtes que la lumière visible) en absorbant très fortement les longueurs d’onde UV. Le SO2 absorbe lui aussi fortement dans la gamme UV ; c’est pour cela que le HVO utilise les UV pour mesurer les taux d’émission de SO2.
Cependant, de nombreux gaz volcaniques n’absorbent pas très bien les UV; en revanche, ils absorbent fortement dans la gamme infrarouge ( IR). En conséquence, les scientifiques du HVO se tournent vers le FTIR pour effectuer les mesurer. L’Observatoire possède deux types de spectromètres FTIR qu’ils utilisent pour des applications différentes.
Pour mesurer les gaz dans l’atmosphère, les scientifiques utilisent le spectromètre FTIR ‘de terrain’ et se rendent sur le site où le volcan émet le panache volcanique. Une source d’énergie IR est nécessaire et la lave convient parfaitement car elle est très chaude. Ainsi, lorsqu’une éruption se produit, les scientifiques peuvent orienter le FTIR vers de la lave incandescente. S’il n’y a pas de lave à portée de main, ils peuvent toujours mesurer le gaz en dirigeant le FTIR vers une lampe spéciale qui génère des IR.
Une fois la source IR obtenue, les scientifiques doivent positionner le FTIR de telle sorte que le gaz volcanique se trouve entre la source IR et le FTIR. Le FTIR mesure les quantités relatives de rayonnement IR à différentes longueurs d’onde, dont une partie est absorbée par les gaz volcaniques. Ils analysent ensuite les données et calculent des ratios de gaz majoritaires, comme CO2/SO2 et le SO2/HCl, qui peuvent donner des informations sur la façon dont le magma et les gaz volcaniques sont véhiculés dans le système d’alimentation du volcan.
Le deuxième spectromètre FTIR reste dans le laboratoire où il est utilisé pour mesurer de petites quantités de H2O et de CO2 dissous dans les minéraux et le verre volcanique. Le principe reste le même que pour le FTIR de terrain. Le FTIR de labo dispose d’une source IR et d’un détecteur de rayonnement qui mesure l’intensité IR à de nombreuses longueurs d’onde différentes. Au lieu d’un panache volcanique pour effectuer les mesures, les scientifiques insèrent une fine lame de minéral ou de verre soigneusement polie entre la source IR et le détecteur.
Les minéraux et les verres, en particulier ceux qui sont émis par des volcans riches en gaz, contiennent souvent du CO2 et du H2O encore dissous qui absorbent les infrarouges à ces longueurs d’onde caractéristiques, tout comme les gaz volcaniques dans l’atmosphère. Dans la mesure où les scientifiques connaissent l’épaisseur de la minuscule lame de verre ou de minéral, le FTIR peut alors leur indiquer quelle quantité de gaz est dissoute dans ce petit échantillon solide. Une fois qu’ils ont ces informations, les scientifiques peuvent déterminer, par exemple, de quelle profondeur provient le matériau émis pendant éruption et à quelle vitesse il a été émis.
Source : USGS/HVO.

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During an eruption, sulfur dioxide (SO2) is often mentioned by volcanologists. In Hawaii, it is the major component of vog, or volcanig smog. However, other gases are present in an eruptive plume and it is interesting to study their ratio, such as the one between SO2 and HCl (sulfur dioxide/hydrogen chloride). It is also interesting to know the amount of CO2 (carbon dioxide) dissolved in volcanic glass.

On Kilauea volcano in Hawaii, it is up to the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) to perform these analyses. To make the measurements, scientists at the Observatory use a Fourier Transform Infrared spectrometer, or FTIR. FTIR instruments detect incoming infrared (IR) radiation; this is the type of radiation associated with hot or warm objects having wavelengths slightly longer than the visible light we can see with our eyes.

It turns out that gases absorb radiation, and each gas – CO2, HCl, SO2, H2O (water vapour), and others – has its own unique signature of how much it absorbs at different wavelengths.

One slightly different, but common, example of an absorbing gas is ozone (O3). Ozone in the atmosphere protects us from some of the sun’s harmful ultraviolet (UV) radiation (shorter wavelengths than visible light) by absorbing UV wavelengths very strongly. SO2 also absorbs strongly in the UV range; HVO uses UV to measure SO2 emission rates.

However, many important volcanic gases don’t absorb UV very well, but they do absorb strongly in the IR range. So, HVO scientists turn to FTIR to measure them. HVO has two different types of FTIR, which they use for different applications.

For measuring gases in the atmosphere, scientists take the ‘field FTIR’ and head out to where the volcanic plume is. A source of IR energy is needed and lava is a great source of IR because it is very hot. So, when an eruption takes plave,scientists can aim the FTIR at hot, glowing lava. If there is no lava around, they can still measure the gas by aiming the FTIR at a special lamp that generates IR.

Once the IR source is obtained, scientists need to position the FTIR so the volcanic gas is between the IR source and the FTIR. The FTIR measures relative amounts of IR radiation at different wavelengths, some of which is absorbed by the volcanic gases. They then process the data and calculate important gas ratios, like CO2/SO2 and SO2/HCl, which can give information about how magma and volcanic gases are transported in the volcanic plumbing system.

The second FTIR stays in the lab where it is used for measuring small amounts of H2O and CO2 dissolved in minerals and volcanic glass. The principles are the same as with the previous instrument. The lab FTIR has an IR source and a radiation detector that measures IR intensity at many different wavelengths. But instead of a volcanic plume passing between them, the scientists insert a tiny, carefully polished chip of mineral or glass into the path between the IR source and the detector.

Minerals and glasses, especially those that erupt out of gas-rich volcanoes, often have CO2 and H2O still dissolved in them, which will absorb IR at those characteristic wavelengths just like volcanic gases in the air. As long as scientists know how thick the tiny chip of glass or mineral is, the FTIR can then tell them how much of those gases are dissolved in those little solid pieces. Once they know that, they can determine, for instance, how deep the erupted material came from and how quickly it erupted.

Source : USGS / HVO.

Scientifique du HVO utilisant le spectromètre FTIR de terrain au cours de la dernière éruption du Kilauea (Source: USGS / HVO)