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Lichens et gaz volcaniques// Lichens and volcanic gases

drapeau francaisL’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) a récemment publié un article intéressant sur le comportement des lichens dans les régions volcaniques et plus particulièrement sur la Grande Ile d’Hawaii. En lisant l’article, on apprend que les lichens sont des organismes qui savent s’adapter à la vie dans les environnements extrêmes. Ils peuvent survivre à la chaleur, au froid, à la sécheresse, ou à l’humidité. Ils peuvent se développer à même le sol, sur l’écorce des arbres, sur des roches, ainsi que sur le métal rouillé ou le plastique. Ils apparaissent souvent dans des habitats non occupés par les plantes à graines qui sont plus envahissantes.
Sur la Grande Ile d’Hawaii, les lichens colonisent souvent de jeunes coulées de lave, en particulier celles composées de lave a’a. Les lichens contribuent au développement du sol en fournissant des matières organiques et, quand ils ont la capacité de fixer l’azote, ils peuvent l’ajouter à l’environnement. Cela permet de préparer le terrain pour le développement des espèces végétales. Certains types de lichens rencontrés à Hawaii sont également les premiers à coloniser des régions volcaniques ailleurs dans le monde comme les Caraïbes, les Açores, La Réunion, les îles Canaries, et en Afrique.
Bien qu’ils soient capables de tolérer des conditions environnementales extrêmes, certains lichens sont très sensibles à la pollution de l’air. Les lichens peuvent retenir pendant des dizaines ou des centaines d’années les produits chimiques qu’ils absorbent à partir de l’air et de l’eau. Depuis le milieu du 19ème siècle, quand la révolution industrielle a largement contribué à la pollution de l’air, les observateurs ont noté la rareté des lichens dans les milieux urbains.
Toutes les espèces de lichens n’ont pas la même sensibilité à la pollution de l’air, de sorte que la présence ou l’absence de certains lichens dans une zone peut être utilisée pour cartographier les concentrations de polluants. De nombreuses études à travers le monde ont utilisé les lichens pour évaluer la qualité de l’air.
Les lichens sont particulièrement sensibles au dioxyde de soufre (SO2), un polluant produit par les centrales fonctionnant au charbon et au pétrole, les processus industriels, les automobiles et les volcans, tels que ceux d’Hawaii. Le SO2 dissous dans l’eau devient de l’acide qui est facilement absorbé par les lichens et nuit à leur capacité de photosynthèse. Sans le sucre qui est produit par la photosynthèse et qui contribue à la vie du lichen, l’organisme ne pourrait pas prospérer et finir par mourir. Pour certaines espèces de lichens, le SO2 inhibe également la capacité à se reproduire.
Lorsque l’éruption sommitale du Kilauea a débuté en 2008 dans le cratère de l’Halema’uma’u, d’énormes quantités de SO2 ont été émises par le volcan et les lichens de la région ont beaucoup souffert. On est en droit de penser que la baisse significative des émissions de SO2 mesurées depuis 2008 pourrait se traduire par une reprise partielle de ces lichens. Les lichens peuvent aussi accumuler des éléments présents en faible quantité dans les émissions volcaniques. Des études effectuées sur le Kilauea, ainsi que sur l’Etna et Vulcano en Italie, montrent que dans les zones sous le vent lourdement impactées par les panaches volcaniques, les lichens contiennent une concentration plus élevée de polluants volcaniques tels que le fluor, le brome et des métaux tels que le cuivre, le plomb, le zinc, l’or, le mercure et l’antimoine.
Les zones riches en végétaux peuvent intercepter le SO2 et « nettoyer » l’air, ce qui génère un microclimat plus adapté aux lichens. Certains habitants d’Hawaï ont remarqué qu’ils étaient moins gênés par la pollution volcanique, ou vog, dans les zones fortement boisées que dans les zones voisines qui sont dépourvues de végétation.

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drapeau anglaisThe Hawaiian Volcanoes Observatory recently released an interesting article about the behaviour of lichens on volcanoes. We learn that lichens are tough organisms adapted to life in extreme environments. They can survive heat, cold, drought, or an abundance of rain. They live on bare soil, tree bark, woody debris, and rocks, as well as on rusty metal and plastic.

On Hawaii Island, lichens are important colonists of young lava flows, particularly aa lava. Lichens contribute to the accumulation of soil by supplying organic matter, and nitrogen-fixing lichens may add nitrogen to the environment. This helps set the stage for future development of plant communities. Certain types of lichens found in Hawaii are also important pioneers of young volcanic landscapes in other parts of the world, including the Caribbean, the Azores, La Reunion Island, the Canary Islands, and Africa.

Although able to tolerate environmental extremes, some lichens are quite sensitive to air pollution. Lichens retain the chemicals they absorb from air and water over periods of tens to hundreds of years. Since the mid-19th century, when the industrial revolution began producing increased levels of air pollution, observers have noted the scarcity of lichens growing in urban settings.

Lichen species differ in their sensitivity to air pollution, and the presence or absence of different lichens in an area has been used to map concentrations of pollutants. Hundreds of studies around the world have used lichens to assess air quality.

Lichens are particularly sensitive to sulphur dioxide (SO2), a pollutant produced by coal- and oil-burning power plants, industrial processes, automobiles, and volcanoes, such as those here in Hawaii. SO2 dissolved in water is acidic, is readily absorbed by lichens, and damages their ability to photosynthesize. Without the sugar which is produced through photosynthesis and which fuels the lichen’s life, the organism will fail to thrive and may eventually die. For some species, SO2 also inhibits the ability of lichens to reproduce.

When the summit eruption of Kilauea began in 2008 within Halema’uma’u Crater, huge amounts of SO2 were released, and lichens in the area suffered. One might expect that the significant decline in emissions measured since 2008 could be reflected in a partial recovery of these lichens. Lichens can also accumulate trace elements present in volcanic emissions. Studies at Kilauea, as well as at Mount Etna and Vulcano in Italy, show that in downwind areas heavily impacted by volcanic plumes, lichens contain a higher concentration of volcanic pollutants. These include fluoride, bromide, and metals, such as copper, lead, zinc, gold, mercury and antimony.

Heavily vegetated areas can intercept SO2, effectively “scrubbing” the air to provide a microclimate that is more hospitable to lichens. Some Hawaii residents have noted that they are less irritated by volcanic pollution, or vog, in heavily forested areas than in adjacent exposed areas.

Lichens 01

Lichens en Islande

Lichens 02

Photos: C. Grandpey

 

Les effondrements de l’atmosphère de Io // Io’s atmospheric collapses

drapeau-francaisLes scientifiques viennent d’avoir la confirmation d’un phénomène qu’ils imaginaient depuis longtemps: Io, la lune active de Jupiter, a une atmosphère sujette à des effondrements. Les nouvelles images montrent que l’enveloppe de dioxyde de soufre (SO2) qui entoure Io se transforme en glace lorsque la lune pénètre quotidiennement dans l’ombre de sa planète et redevient gazeuse quand la lune émerge de cette zone d’ombre.
Io, cinquième lune de Jupiter, est le corps le plus volcanique du système solaire. Des panaches de SO2 sont émis par plusieurs volcans actifs ; ils montent jusqu’à 480 kilomètres au-dessus de la surface de la lune, avec une température atteignant 1650°C. En revanche, la surface de Io est particulièrement froide, surtout lorsque Jupiter bloque la lumière du soleil, ce qui provoque un effondrement atmosphérique.
Selon un chercheur, « si les volcans hyperactifs de Io sont la source du dioxyde de soufre, c’est la lumière du soleil qui contrôle la pression atmosphérique sur une base quotidienne en contrôlant la température de la glace à la surface. »
Les chercheurs ont utilisé le télescope Gemini Nord sur le Mauna Kea à Hawaii, avec son spectrographe Texas Echelon Cross Echelle (TEXES), pour observer Io lors de son passage dans et hors de l’ombre de Jupiter pendant deux nuits différentes. A l’époque, Io se trouvait à plus de 675 millions de kilomètres de la Terre.
Avec la lumière du soleil, la température moyenne de la surface de Io avoisine moins 150°C, mais une fois que la lune passe dans l’ombre de Jupiter, la température tombe à moins 168°C. N’étant plus chauffée par le soleil, l’atmosphère de SO2 gèle et se transforme en glace à la surface de la lune.
Io quitte l’ombre de Jupiter après 1,7 jours terrestres, ce qui équivaut à 2 heures de la journée de Io. La glace du SO2 se sublime alors et absorbe l’atmosphère à nouveau quand la lune pénètre dans la lumière du soleil.
Selon les chercheurs, la compréhension de Io est essentielle à la compréhension de l’environnement de Jupiter où la sonde Juno, envoyée par la NASA, est arrivée le 4 juillet dernier. Io émet des gaz qui finissent par se répandre dans le système de Jupiter, ce qui contribue à la formation des aurores observées sur les pôles de la planète (voir ma note du 9 mai 2015). Comprendre comment les émissions de Io sont contrôlées permettra d’obtenir une meilleure image du système de Jupiter.
Source: Scientific American.

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drapeau-anglaisScientists have just had the confirmation of a phenomenon they had imagined for a long time : Jupiter’s active moon Io has a collapsible atmosphere. New views show the satellite’s shroud of sulphur dioxide (SO2) freezing when Io enters its planet’s shadow each day and converting back to gas when the moon emerges.

Io, Jupiter’s fifth moon, is the solar system’s most volcanically active body. Plumes of SO2 are emitted by multiple active volcanoes, reaching up to 480 kilometres above the moon’s surface with a temperature reaching 1,650°C. Io’s surface, on the other hand, is frigidly cold, and gets even colder when Jupiter blocks out the sun, which prompts an atmospheric collapse.

According to one researcher, « though Io’s hyperactive volcanoes are the ultimate source of the sulphur dioxide, sunlight controls the atmospheric pressure on a daily basis by controlling the temperature of the ice on the surface. »  .

The researchers used the Gemini North telescope in Hawaii and the Texas Echelon Cross Echelle Spectrograph (TEXES) to watch Io cross into and out of Jupiter’s shadow on two different nights. At the time, Io was more than 675 million kilometres from Earth.

In sunlight, Io’s surface averages out to minus 150°C, but once the moon passes into Jupiter’s shadow, that temperature drops to minus 168°C. No longer warmed by the sun, the SO2 atmosphere freezes and turns to frost on the moon’s surface.

Io leaves Jupiter’s shadow after 1.7 Earth days, which is 2 hours of Io’s day, and the SO2 sublimates and pumps up the atmosphere once again when the moon re-enters sunlight.

According to researchers, understanding Io is key to understanding the environment around Jupiter, where NASA’s Juno spacecraft arrived July 4th. Io spews out gases that eventually fill the Jupiter system, ultimately seeding some of the auroral features seen at Jupiter’s poles (see my note of May 9th 2015). Understanding how these emissions from Io are controlled will help paint a better picture of the Jupiter system.

Source: Scientific American.

IO 2

Source: NASA.

Contrôle des émissions de SO2 depuis l’espace // Monitoring of SO2 emissions from space

drapeau-francaisUn article intitulé « Les satellites découvrent de nouvelles sources de dioxyde de soufre » et  publié le 7 juin 2016 par l’Observatoire de la Terre (Earth Observatory) de la NASA fait un inventaire des émissions de SO2 qui étaient inconnues ou mal connues jusqu’à présent.
En utilisant une nouvelle méthode basée sur les observations satellitaires, les scientifiques ont localisé 75 sources naturelles de SO2, ainsi que 39 autres sources importantes, d’origine humaine et non déclarées. On sait depuis longtemps que lorsqu’il est libéré dans l’atmosphère, le dioxyde de soufre se transforme en acide sulfurique (H2SO4), avec de fines particules qui ont des effets néfastes sur la santé et sur l’environnement.
Afin d’élaborer des inventaires complets et précis, les industries, les organismes gouvernementaux et les scientifiques peuvent désormais utiliser les satellites pour repérer les sources de SO2 non répertoriées. En analysant les données pour la période entre 2005 et 2014, les chercheurs ont découvert 39 sources d’émissions de SO2 non signalées précédemment. Parmi elles, on trouve des centrales thermiques brûlant du charbon, des fonderies et des structures pétrolières et gazières, notamment au Moyen-Orient, au Mexique et dans certaines régions de la Russie. En outre, les scientifiques se sont aperçus que les mesures satellitaires des émissions provenant de certaines sources connues étaient deux à trois fois supérieures à ce qui avait été indiqué précédemment en se référant à des estimations effectuées au sol. Au total, les sources non déclarées et sous-déclarées représentent environ 12 pour cent de toutes les émissions anthropiques de dioxyde de soufre, ce qui est considérable.
L’équipe scientifique a également détecté et localisé 75 sources naturelles de SO2, dont beaucoup se trouvent dans des zones volcaniques sans phénomènes éruptifs, mais qui laissent lentement échapper le dioxyde de soufre. Beaucoup de ces sources volcaniques sont dans des endroits éloignés et non surveillés régulièrement. Ces nouvelles données satellitaires sont donc les premières à fournir des informations annuelles régulières sur les émissions volcaniques passives.
La quantification précise des émissions de SO2 a été rendue possible grâce à deux innovations dans l’interprétation des données satellitaires. La première innovation est une amélioration dans le traitement informatique qui transforme les observations satellitaires brutes fournies par l’Ozone Monitoring Instrument (OMI) – instrument de surveillance de l’ozone – en estimations précises des concentrations de SO2, y compris par les installations pétrolières et les centrales électriques de taille moyenne. La seconde innovation est un nouveau programme informatique qui permet de détecter plus précisément le dioxyde de soufre une fois qu’il s’est dispersé et qu’il a été dilué par les vents. Les chercheurs ont combiné ces données avec des modélisations de la force et de la direction du vent pour suivre les polluants jusqu’à leur source.

Source: NASA.

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drapeau-anglaisAn article entitled « Satellite Finds Unreported Sources of Sulfur Dioxide  » published on June 7th, 2016 by NASA’s Earth Observatory makes an inventory of SO2 emissions that were unknown or poorly known until now.

Using a new satellite-based method, scientists have located 75 natural and 39 unreported and major manmade sources of SO2 emissions. When released into the atmosphere, SO2 forms sulphuric acid (H2SO4) and fine particles that have significant adverse effects on human health and the environment.

To develop comprehensive and accurate inventories, industries, government agencies, and scientists can now use satellites to help them pinpoint some of the previously missing sources of SO2. In the analysis of data from 2005 to 2014, researchers found 39 previously unreported emission sources. Among them were clusters of coal-burning power plants, smelters, and oil and gas operations, most notably in the Middle East, but also in Mexico and parts of Russia. Moreover, the satellite measurements of emissions from some known sources were two to three times higher than what was previously reported; referring to ground-based estimates. Altogether, the unreported and underreported sources account for about 12 percent of all manmade emissions of sulphur dioxide, which is considerable.

The research team also located 75 natural sources of SO2, many of them on non-erupting volcanoes that slowly leak the gas. Many of these volcanic sources are in remote locations and not routinely monitored, so this satellite-based data set is the first to provide regular annual information on passive volcanic emissions.

The accurate quantification of SO2 emissions was made possible thanks to two innovations in working with the satellite data. The first innovation was an improvement in the computer processing that transforms raw satellite observations from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) into precise estimates of SO2 concentrations, including those emitted by oil-related facilities and medium-sized power plants. The second innovation was a new computer program to more precisely detect sulphur dioxide after it had been dispersed and diluted by winds. The researchers combined those data with model estimates of wind strength and direction to trace pollutants back to their sources.

Source: NASA

SO2

Cette carte montre les émissions de SO2 telles qu’elles ont été détectées au Moyen-Orient entre 2007 et 20019 par l’OMI, mis au point par les Néerlandais et les Finlandais, depuis le satellite Aura de la NASA. (Source : NASA)

 

Les effets du SO2 du Bárðarbunga sur les nuages islandais // The effects of Bárðarbunga’s SO2 on Icelandic clouds

drapeau-francaisLes scientifiques pensent depuis longtemps que les émissions de SO2 dans l’atmosphère sont susceptibles de donner aux nuages des couleurs plus vives. Mais alors que l’Homme envoie du SO2 dans l’atmosphère terrestre depuis la révolution industrielle, les chercheurs n’ont jamais vraiment réussi à déterminer dans quelle mesure ces émissions affectent les nuages au-dessus de nos têtes. Les dernières recherches effectuées par des scientifiques de l’Université de Washington se sont appuyées sur l’éruption islandaise du Bárðarbunga.
La nouvelle étude, qui sera publiée dans la revue Geophysical Research Letters, montre que les émissions de SO2 réduisent effectivement la taille des gouttelettes dans les nuages, ce qui rend les nuages plus lumineux et réfléchit davantage la lumière du soleil.
Pendant six mois, entre l’été 2014 et le début de l’année 2015, l’éruption du Bárðarbunga a produit d’énormes quantités de lave et de SO2. Les scientifiques ont examiné les données fournies par le spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS) de la NASA, un instrument conçu pour mesurer la taille des gouttelettes dans la couche nuageuse au-dessus des océans. Ils ont remarqué que les émissions de SO2 du volcan avaient donné naissance à des gouttelettes qui étaient les plus petites jamais observées au cours des 14 dernières années.
Les résultats confirment que les volcans refroidissent notre planète, non seulement par l’intermédiaire des particules envoyées dans la haute atmosphère, mais aussi par les petites quantités de soufre qui modifient la formation des nuages. Lorsque l’air contient desaérosols, la même quantité de vapeur d’eau se condense en de nombreuses petites gouttes qui occupent une plus vaste surface qui réfléchit davantage la lumière du soleil. La différence de rayonnement solaire réfléchi entre septembre et octobre 2014 était de 2 watts par mètre carré dans la partie de l’Islande affectée par l’éruption.
Les résultats pourraient permettre de mieux comprendre l’impact de l’Homme sur les nuages. On pense que la pollution humaine depuis la révolution industrielle a modifié l’aspect du ciel dans l’hémisphère Nord. S’agissant du changement climatique, les scientifiques n’ont pas réussi à déterminer dans quelle mesure la quantité d’aérosols produits par l’homme a pu compenser le réchauffement climatique qui affecte la Terre aujourd’hui. Les données fournies par l’éruption du Bárðarbunga permettront peut-être d’améliorer les simulations concernant les effets du SO2 sur les nuages, et de mieux prévoir leur évolution dans les années à venir.
Source: Phys.org: http://phys.org/

On a pu lire dans la presse ces derniers temps des articles à propos de projets plus ou moins farfelus consistant à injecter artificiellement du SO2 dans l’atmosphère. Ce dernier serait capté par les nuages, ce qui contribuerait à refroidir l’atmosphère et réduire le réchauffement climatique. De telles idées sont bien sûr dangereuses car les dommages collatéraux qu’engendreraient de telles manipulations seraient au moins aussi néfastes que le réchauffement climatique proprement dit.

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drapeau-anglaisIt has long been suspected that SO2 emissions can brighten clouds. But while humans have pumped them into Earth’s atmosphere since the Industrial Revolution, it’s been hard to measure how they affect the clouds above. New University of Washington research uses the Bárðarbunga eruption in Iceland to measure the change.
The new study, to be published in the journal Geophysical Research Letters shows that SO2 emissions do indeed result in smaller cloud droplet size, leading to brighter clouds that reflect significantly more sunlight.
During six months from summer 2014 until early 2015, the Bárðarbunga eruption produced huge amounts of lava and SO2. The researchers looked at data for that region recorded by NASA’s MODIS, or Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, an instrument designed to measure the size of droplets in the marine cloud layer. While the volcano was spewing SO2, the droplets were the smallest in the 14-year record of observations.
The results confirm that volcanoes cool the planet not just by emitting particles high in the atmosphere, but also by releasing low-level sulphur to influence cloud formation.
When the air contains aerosol particles, the same amount of water vapour condenses into many small drops, whose larger surface area reflects more sunlight. The difference in reflected solar radiation between September and October 2014 was 2 watts per square metre in the region over Iceland.
The results may help understand humans’ impact on clouds. Human pollution since the Industrial Revolution is believed to have altered skies in the Northern Hemisphere. One of the big uncertainties regarding climate change is how much human-produced aerosols have offset the warming until now. The data from this eruption will improve the model simulations of cloud effects, and narrow the uncertainties in projections of the future.
Source: Phys.org: http://phys.org/

One can read in the newspapers some articles about projects consisting in artificially injecting SO2 into the atmosphere. The latter would be picked up by the clouds, which would help to cool the atmosphere and reduce global warming. Such ideas are of course dangerous because the side effects caused by such manipulations would be at least as harmful as global warming itself.

Bardarbunga

L’éruption du Bárðarbunga a produit d’importantes quantités de SO2

(Crédit photo: Wikipedia)