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Le secret des éruptions du Merapi (Indonésie) // The secret of Mount Merapi’s eruptions (Indonesia)

Les populations qui vivent à proximité du Merapi peuvent dormir sur leurs deux oreilles. Une équipe scientifique vient de découvrir les causes du comportement explosif du volcan ! Une étude intitulée « L’altération hydrothermale des dômes de lave andésitiques peut conduire au comportement explosif d’un volcan », publiée dans la revue Nature Communications, nous apprend que des chercheurs ont percé le secret du volcanisme explosif. Après avoir analysé des échantillons de lave prélevés sur le Merapi, ils ont conclu que l’explosivité des stratovolcans augmentait lorsque des gaz riches en minéraux scellaient les pores et les microfissures dans les couches supérieures de la roche.

Jusqu’à présent, les scientifiques utilisaient principalement les mesures sismiques pour avertir le public d’une éruption imminente. Les auteurs de l’étude, avec parmi eux des scientifiques de l’Université Technique de Munich, ont découvert un autre indicateur d’une éruption imminente dans la lave prélevée sur la partie sommitale du Merapi. La couche supérieure de la roche, par l’intermédiaire de laquelle le dôme joue le rôle de bouchon, devient imperméable aux gaz avant l’explosion. Les analyses ont révélé que les propriétés physiques de ce bouchon évoluent dans le temps.

Après une éruption, la lave garde sa perméabilité, mais cette dernière diminue ensuite avec le temps. Les gaz sont piégés, la pression augmente et finalement le bouchon explose violemment. Pour arriver à cette conclusion, les chercheurs ont prélevé six échantillons de lave: l’un issu d’une éruption de 2006 et les autres en provenance de l’éruption de 1902. L’analyse des volumes des pores, de la densité, de la composition minérale et de la structure de la roche a révélé que cette perméabilité devenait quatre fois moins importante à mesure que l’altération de la roche augmentait. L’étude explique que les minéraux nouvellement formés en sont la cause, en particulier les sulfates d’aluminium de potassium et de sodium qui obturent les fines fissures et les pores de la lave. Des simulations sur ordinateur ont confirmé que la faible perméabilité du dôme était responsable de l’éruption suivante.

Selon les modèles réalisés par les scientifiques, un stratovolcan comme le Merapi connaît une évolution en trois phases: 1) lorsque la lave est encore perméable après une explosion, un dégazage peut encore se produire. 2) le dôme devient imperméable aux gaz, ce qui, dans le même temps, entraîne une augmentation de la pression à l’intérieur de l’édifice. 3) le dôme explose sous l’effet de la pression. Les images du Merapi datant de la période antérieure et postérieure à l’éruption du 11 mai 2018 confirment ce modèle en trois phases. Tout d’abord, le volcan a émis un panache de gaz. Ensuite, il est resté silencieux pendant un moment jusqu’à ce que les gaz trouvent une issue. Enfin, il a projeté un panache de cendre dans le ciel.

Les chercheurs pensent que leurs résultats pourraient être utilisés pour une prévision plus fiable des éruptions. Une réduction mesurable du dégazage est donc susceptible d’indiquer d’une éruption imminente. Le Merapi n’est pas le seul volcan pour lequel les mesures du dégazage pourraient permettre de prévoir une éruption en temps voulu. De tels stratovolcans sont souvent destructeurs dans tout le Pacifique. Les plus connus sont le  Pinatubo aux Philippines, le St. Helens dans l’ouest des États-Unis et le Mont Fuji au Japon.

Source: Nature Communications, par l’intermédiaire du site web The Watchers.

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The populations living close to Mt Merapi can sleep with no fear. A scientific team has just discovered the causes of the volcano’s explosive behaviour! A study entitled « Hydrothermal alteration of andesitic lava domes can lead to explosive volcanic behaviour », published in Nature Communications, suggests the researchers have unlocked the secret of explosive volcanism. After studying samples at Mount Merapi, the researchers concluded that the explosivity of stratovolcanoes rises when mineral-rich gases seal the pores and micro cracks in the uppermost layers of stone.

Up to now, geoscientists mostly used seismic measurements to warn the public of an upcoming eruption. The authors of the study, which included scientists from the Technical University of Munich (TUM), have discovered another indicator for an impending eruption in the lava from Merapi’s peak. The uppermost layer of the stone, the « plug dome », becomes impassable for underground gasses prior to the explosion. The scientific investigations showed that the physical properties of the plug dome change over time.

Following an eruption, the lava is still easily permeable, but this permeability then sinks over time. Gases are trapped, pressure rises and finally the plug dome bursts in a violent explosion. To get to this conclusion, the researchers collected six lava samples: one from an eruption in 2006, and the others from the 1902 explosion. Analysis of pore volumes, densities, mineral composition, and structure unveiled that permeability pummelled by four orders of magnitude as stone alteration increased. The study explains that newly formed minerals are the cause, particularly potassium and sodium aluminum sulfates which seal the fine cracks and pores in the lava. Computer simulations confirmed that the weakened permeability of the plug dome was responsible for the next eruption.

According to the models, a stratovolcano like Mount Merapi undergoes three phases: First, when the lava is still permeable after an explosion, outgassing may occur. Second, the plug dome becomes impermeable for gases, while the internal pressure continuously increases at the same time. Third, the plug dome bursts due to pressure. Images of Merapi from the period before and during the eruption of May 11th, 2018, confirm the three-phase model. First, the volcano emitted smoke. Second, it stayed quiet for a while until the gas found an escape, and lastly, it blew a fountain of ashes up into the sky.

The researchers think their results can now be used to more reliably predict eruptions, A measurable reduction in outgassing is thus an indication of an imminent eruption. Mount Merapi is not the only volcano whose outgassing measurements can help in the timely forecasting of an upcoming eruption. Stratovolcanoes are a common source of destruction throughout the Pacific. The best known are Mount Pinatubo in the Philippines, Mount St. Helens in western USA, and Mount Fuji in Japan.

Source: Nature Communications, through the website The Watchers.

 

Dôme de lave au sommet du Merapi (Photo: C. Grandpey)

El Niño, un phénomène encore mal compris // El Niño, a poorly understood phenomenon

Au cours de ma conférence « Glaciers en péril », je fais référence à El Niño qui influe considérablement sur le climat de notre planète. Il s’agit d’un phénomène climatique étonnamment complexe dans l’Océan Pacifique, qui se traduit pas une hausse de la température à la surface de l’eau, sur une dizaine de mètres de profondeur, dans l’est de l’océan Pacifique, autour de l’équateur. Inversement, quand El Niño disparaît il est remplacé par La Niña qui produit un effet de refroidissement inverse. En 2017 et une grande partie de l’année 2018, on a observé une faiblesse d’El Niño ; malgré cela, les températures globales ont continué à augmenter sur Terre.

Le site web Radio-Canada nous apprend que des chercheurs australiens ont montré, grâce à l’étude de coraux vieux de quatre siècles, que certaines variantes du phénomène El Niño ont augmenté en nombre au cours des dernières années, tandis que d’autres ont augmenté en intensité.

Les coraux enregistrent une partie de leur vécu au cœur de leur structure, un peu comme le font les cernes sur un tronc d’arbre. En révélant ce vécu à l’aide d’une intelligence artificielle, les chercheurs australiens ont pu retracer le comportement d’El Niño au cours des 400 dernières années.

Le phénomène El Niño survient tous les deux à sept ans et il se caractérise par une hausse des températures de l’Océan Pacifique ainsi que des changements dans les courants marins et aériens de cette région. Ces changements dans la chaleur et l’humidité augmentent le rythme des événements extrêmes dans le monde. Certaines régions sont frappées par de grands ouragans ou des inondations, tandis que d’autres subissent davantage de sécheresses et des feux de forêt. Lorsque El Niño sévit, la fonte des glaciers se trouve accélérée.

La force et le rythme de ces événements ne sont toutefois pas constants. Certains épisodes, comme celui de 1997-1998, ont causé des dégâts importants à l’échelle du globe, tandis que d’autres n’ont eu qu’une faible influence sur les événements météorologiques extrêmes.

De plus, les chercheurs reconnaissent maintenant qu’il existerait deux variantes du phénomène, une qui débute au centre du Pacifique, et une autre qui débute dans l’est de cet océan, chacune touchant plusieurs régions de façon différente.

Jusqu’à maintenant, nos connaissances de l’histoire d’El Niño restaient limitées, et les chercheurs ne pouvaient qu’utiliser les données des événements qui ont été mesurés directement au cours du dernier siècle.

L’étude des coraux va changer la donne. Ces derniers possèdent un squelette de carbonate de calcium qu’ils assemblent à l’aide de minéraux dissous dans l’océan. Leur composition permet d’en apprendre plus sur la salinité et la température de l’eau où ils ont grandi. Ces informations pourraient permettre d’identifier les changements océaniques occasionnés par El Niño.

Les modifications subies par les coraux sont infiniment plus complexes que celles que l’on trouve dans les cernes des arbres. Beaucoup de scientifiques pensaient que les coraux ne pourraient guère venir en aide pour comprendre le comportement d’El Niño. Pour arriver à leurs fins, les chercheurs de l’Université de Melbourne se sont tournés vers l’intelligence artificielle. À l’aide d’échantillons de coraux provenant de 27 sites distincts à travers l’Océan Pacifique, les scientifiques ont entraîné leur algorithme à reconnaître les modifications des coraux et à les associer aux événements El Niño dont on connaissait les dates au cours du siècle dernier.

Une fois que leur système a été capable de faire cette association sans erreur, ils lui ont soumis des données de coraux plus anciens, échelonnées sur les quatre derniers siècles. Les chercheurs ont alors remarqué que le nombre d’occurrences d’El Niño originaires du centre du Pacifique a plus que doublé durant la deuxième moitié du 20ème siècle comparativement aux siècles précédents, avec 9 épisodes au lieu de 3,5 par période de 30 ans durant la même période.

En ce qui concerne les occurrences d’El Niño originaires de l’est du Pacifique, leur nombre semble plutôt avoir décliné durant les dernières décennies. Par contre, leur intensité semble suivre la tendance inverse, et les trois derniers phénomènes de ce type à avoir été enregistrés, ceux de 1982, 1997 et 2015, sont parmi les plus puissants El Niño des 400 dernières années.

Selon les chercheurs, cette méthode permet non seulement de mieux comprendre l’histoire du phénomène El Niño, mais aussi de mieux prévoir comment il pourrait se comporter au cours des prochaines années.

Source : Radio-Canada.

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During my conference « Glaciers at Risk », I refer to El Niño, which has a major impact on the climate of our planet. It is a surprisingly complex climatic phenomenon in the Pacific Ocean, which results in a rise in the temperature of the surface of the water, about ten metres deep, in the eastern part of the Pacific Ocean, around the equator. Conversely, when El Niño disappears, it is replaced by La Niña, which produces a reverse cooling effect. In 2017 and much of 2018 El Niño has been weak; despite this, global temperatures continued to increase on Earth.
The Radio-Canada website informs us that Australian researchers have shown, through the study of four-century-old corals, that some variants of the El Niño phenomenon have increased in numbers in recent years, while others have increased in intensity.
Corals record some of their life in the heart of their structure, much like tree rings on a trunk. By revealing the coral life using artificial intelligence, Australian researchers have been able to trace the behaviour of El Niño over the last 400 years.
The El Niño phenomenon occurs every two to seven years and is characterized by rising temperatures in the Pacific Ocean as well as changes in the marine and air currents of this region. These changes in heat and humidity are increasing the pace of extreme events around the world. Some areas are hit by major hurricanes or floods, while others suffer more droughts and forest fires. When El Niño occurs, glacier melting is accelerated.
The strength and pace of these events, however, are not constant. Some episodes, such as the 1997-1998 episode, have caused significant global damage, while others have had little influence on extreme weather events.
In addition, researchers now reveal that there are two variants of the phenomenon, one that starts in the centre of the Pacific, and another that begins in the eastern part of this ocean, each affecting several regions in different ways.
Until now, our knowledge of El Niño history has been limited, and researchers could only use data from events that have been measured directly over the last century.
The study of corals will change the research. They have a skeleton of calcium carbonate which they assemble using minerals dissolved in the ocean. Their composition makes it possible to learn more about the salinity and the temperature of the water where they grew up. This information could help identify the oceanic changes caused by El Niño.
The changes in corals are infinitely more complex than those found in tree rings. Many scientists thought that corals could hardly help to understand the behaviour of El Niño. To achieve their ends, researchers at the University of Melbourne turned to artificial intelligence. Using coral samples from 27 distinct sites across the Pacific Ocean, scientists have trained their algorithm to recognize changes in corals and associate them with El Niño events that had known dates during the past century.
Once their system was able to make this association without error, they submitted to it older coral data over the last four centuries. The researchers noted that the number of El Niño occurrences from the central Pacific more than doubled during the second half of the 20th century compared to previous centuries, with 9 episodes instead of 3.5 per 30-year period. during the same period.
As for El Niño occurrences from the eastern Pacific, their numbers appear to have declined in recent decades. However, their intensity seems to follow the opposite trend, and the last three phenomena of this type to have been recorded, those of 1982, 1997 and 2015, are among the most powerful El Niño of the last 400 years.
According to the researchers, this method not only helps to better understand the history of the El Niño phenomenon, but also to better predict how it could behave over the next few years.
Source: Radio-Canada.

El Niño et La Niña influencent le climat de notre planète (Source: NOAA)

Y a-t-il eu des glaciers sur Mars ? // Did glaciers exist on Mars ?

Une récente étude financée par le Programme National de Planétologie (CNRS, INSU) et le CNES a permis de mettre en évidence pour la première fois des vallées glaciaires et de cirques glaciaires datés de 3,6 milliards d’années sur Mars. Une approche morphométrique comparative entre la Terre et Mars a été utilisée  afin de caractériser l’origine des vallées anciennes. Ces paysages glaciaires anciens sur Mars sont similaires à ceux existant sur Terre. Ils ont pu être identifiés et préservés jusqu’à aujourd’hui par la forte empreinte morphologique qu’ils laissent dans le paysage martien.

L’étude explique que le climat primitif martien fait aujourd’hui débat parmi les chercheurs qui étudient cette planète. D’un côté, il y a la vision la plus acceptée, celle d’un Mars primitif chaud et humide, mis en avant par la géologie hydratée et les morphologies fluviatiles;  de l’autre côté, il y a le scénario d’un Mars primitif glacé et sec mis en avant par des modèles climatiques qui avancent l’idée d’un dépôt de glace à haute altitude.  Néanmoins cette vision est très souvent remise en question car aucun marqueur géomorphologique de ce supposé climat froid n’a été identifié jusqu’à ce jour.

C’est dans ce contexte que les géomorphologues Axel Bouquety, Antoine Séjourné, François Costard et Sylvain Bouley, du laboratoire Géosciences Paris Sud (GEOPS, CNRS/Université Paris-Saclay), et Denis Mercier, de l’Université de la Sorbonne, ont étudié les vallées présentes dans la région de Terra Sabaea dans l’hémisphère austral de Mars. (voir image ci-dessous).

C’est à partir d’une approche morphométrique innovante couplant les images de la caméra HRSC de la sonde Mars Express de l’ESA et les données topographiques qu’il a été possible de mettre en évidence la présence de morphologies glaciaires anciennes sur les hauts plateaux de l’hémisphère sud de Mars. En effet, les vallées martiennes étudiées présentent des caractéristiques morphométriques similaires aux vallées glaciaires alpines terrestres et sont différentes des vallées fluviatiles terrestres et martiennes. De plus, ces vallées glaciaires martiennes sont souvent surmontées par une tête de vallée, en forme d’amphithéâtre, qui présente des caractéristiques morphométriques très similaires aux cirques glaciaires terrestres. Les résultats de cette étude, publiée dans Geomorphology, démontrent pour la première fois, la présence d’un paysage glaciaire composé de vallées glaciaires associées à des cirques glaciaires daté d’il y a 3,6 milliards d’années.

Les auteurs suggèrent un climat froid aux hautes altitudes (supérieures à 1500 mètres) expliquerait la présence de la glace. Cette dernière a pu être stable et s’accumuler afin de former des glaciers qui ont façonné les paysages glaciaires observés dans cette étude. Un climat plus tempéré à des altitudes plus basses (moins de 1500 mètres) expliquerait la présence de l’eau liquide pour façonner les vallées ramifiées fluviatiles bien connue sur Mars. Sur Terre, il est fréquent de retrouver des endroits où la glace est stable à haute altitude mais instable à basse altitude pour former de l’eau liquide.

La découverte de formations glaciaires dans l’hémisphère sud de Mars va dans le sens de la thèse d’un climat primitif froid permettant à des glaciers d’exister à la surface de la planète il y a 3,6 milliards d’années.

Source : CNRS.

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A recent study funded by the National Program of Planetology (CNRS, INSU) and CNES allowed to highlight for the first time glacial valleys and glacial cirques that existed 3.6 billion years ago on Mars. A comparative morphometric approach between the Earth and Mars has been used to characterize the origin of ancient valleys. These ancient glacial landscapes on Mars are similar to those existing on Earth. They have been identified and preserved until today by the strong morphological imprint that they leave in the Martian landscape.
The study explains that the primitive Martian climate is now debated among researchers studying the planet. On one side, there is the most accepted vision, that of a primitive warm and wet Mars, put forward by hydrated geology and fluvial morphologies; on the other side, there is the scenario of a primitive cold and dry Mars, put forward by climatic models that advance the idea of ​​a high altitude ice deposit. Nevertheless this vision is very often questioned because no geomorphological marker of this supposed cold climate has been identified until today.
It is in this context that geomorphologists Axel Bouquety, Antoine Séjourné, François Costard and Sylvain Bouley, of the Geosciences Paris Sud laboratory (GEOPS, CNRS / Paris-Saclay University), and Denis Mercier, of the Sorbonne University, studied the valleys in the region of Terra Sabaea in the southern hemisphere of Mars.(see image below).
An innovative morphometric approach coupling images from the HRSC camera of the ESA Mars Express probe and the topographic data allowed to highlight the presence of ancient glacial morphologies on the plateaus of the southern hemisphere of Mars. In fact, the Martian valleys studied have morphometric characteristics similar to the terrestrial alpine glacial valleys and are different from the terrestrial and Martian river valleys. In addition, these Martian glacial valleys are often surmounted by an amphitheater-shaped valley head, which has morphometric characteristics very similar to terrestrial glacial cirques. The results of this study, published in Geomorphology, demonstrate for the first time the presence of a glacial landscape composed of glacial valleys associated with glacial cirques dated 3.6 billion years ago.
The authors suggest a cold climate at high altitudes (above 1500 metres) would explain the presence of ice. The latter could be stable and accumulate to form glaciers that shaped the glacial landscapes observed in this study. A more temperate climate at lower altitudes (below 1500 metres) would explain the presence of liquid water to shape the well-known riverine branched valleys on Mars. On Earth, it is common to find places where the ice is stable at high altitude but unstable at low altitude to form liquid water.
The discovery of glacial formations in the southern hemisphere of Mars is in line with the thesis of a primitive cold climate allowing glaciers to exist on the surface of this planet 3.6 billion years ago.
Source: CNRS.

Image de la planète Mars il y a 4 milliards d’années, basée sur des données géologiques. Le rectangle indique la zone d’étude. (Source:  Ittiz)

Une nouvelle approche des nuages de cendre volcanique // New approach of volcanic ash clouds

Tout le monde se souvient de l’éruption de l’Eyjafjallajökull, le volcan islandais au nom imprononçable qui a paralysé le trafic aérien en 2010 suite à une éruption riche en cendre. Les compagnies aériennes européennes n’ont pas voulu prendre le moindre risque et les avions sont restés cloués au sol. Il n’était pas question de mettre en péril les milliers de passagers qui sillonnent quotidiennement l’espace aérien. Les autorités avaient en tête des incidents survenus pendant l’éruption du Galunggung (Indonésie) en 1982 et celle du Redoubt (Alaska) en 1989 pendant lesquels des réacteurs étaient tombés en panne a cause de la cendre volcanique. Sans le sang-froid des pilotes, des catastrophes se seraient produites.

Depuis 2010, aucun progrès n’a été fait en aéronautique pour éviter une nouvelle paralysie du trafic aérien lors d’une prochaine éruption. J’ai toujours affirmé haut et fort (voir ma note du 23 mars 2018) que l’on se retrouverait dans la situation de l’Eyfjallajökull à la première occasion.

Une équipe internationale menée par le Laboratoire Magmas et Volcans (LMV) de Clermont-Ferrand, et incluant le Laboratoire de Mathématiques Blaise Pascal de l’Université Clermont Auvergne et Météo France (VAAC-Toulouse), a démontré que les éruptions les plus intenses sont les moins efficaces à transporter les cendres dans l’atmosphère. Cela implique que leur concentration dans les nuages volcaniques peut être jusqu’à 50 fois inférieure aux prévisions actuelles.

Les nuages de cendres volcaniques sont composés principalement de fines particules (<100µm) qui peuvent être transportées dans l’atmosphère sur plusieurs milliers de kilomètres. Comme on vient de le voir avec l’aéronautique, ces nuages peuvent avoir des conséquences socio-économiques importantes mais représentent aussi une menace pour les populations vivant à proximité du volcan (effondrement des toitures, pollution des réseaux d’eau et d’assainissement, inhalation des particules fines). Compte tenu de l’accroissement conjoint de la population mondiale et du trafic aérien, mieux comprendre le comportement de ces nuages de cendres est désormais un enjeu majeur de la volcanologie moderne.

Pourtant, les processus de sédimentation (autrement dit la retombée des cendres) et de transport qui contrôlent la proportion de cendres fines dans ces nuages sont encore très mal compris. Jusqu’à présent, on estimait au sein de la communauté scientifique que la proportion de cendres fines dans ces nuages représentait environ 5% de la quantité totale de téphras et ne variait pas d’une éruption à l’autre. En conséquence, au cours des deux dernières décennies, les Volcanic Ash Advisory Centers (VAAC) qui contrôlent la dispersion des cendres volcaniques dans l’atmosphère ont utilisé cette valeur par défaut pour prévoir la concentration des nuages de cendre lors des crises volcaniques.

Les scientifiques clermontois ont montré, à partir d’une étude inédite combinant données de terrain et satellitaires, que la proportion de cendres fines injectée dans l’atmosphère est en fait extrêmement variable et comprise entre 0.1% et 6.9%. Cette variation n’est pas aléatoire ; elle est inversement proportionnelle au flux de masse de téphras éjectée au niveau de la bouche éruptive. En effet, il s’avère que les éruptions les plus intenses (comme les éruptions pliniennes) sont en fait les moins efficaces – avec une proportion de cendres fines de 0,1% – à transporter des dernières dans l’atmosphère. Ce résultat s’explique par l’existence d’une sédimentation dite « collective » des particules dans les nuages riches en cendres, ce qui a pour effet d’accélérer la chute des cendres fines, diminuant ainsi la charge en cendre résiduelle au sein du nuage.

Cela signifie que la quantité de cendres fines transportées dans l’atmosphère peut être jusqu’à 50 fois inférieure aux prévisions actuelles. Cela a, bien sûr, des conséquences majeures pour les décideurs en charge de la sécurité du trafic aérien. Au sol en revanche, les retombées et dépôts de cendres fines peuvent être beaucoup plus importantes que ce que prédisent actuellement les modèles. Cela peut avoir des conséquences considérables dans l’évaluation des risques associés aux populations vivant à proximités des zones volcaniques.

Source: Gouhier, M., Eychenne, J., Azzaoui, N., Guillin, A., Deslandes, M., Poret, M., Costa, A., Husson, P., (2019). Low efficiency of large volcanic eruptions in transporting very fine ash into the atmosphere. Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-019-38595-7

La dernière étude du LMV permettra-t-elle d’éviter une nouvelle pagaille dans le ciel lors de la prochaine éruption d’un volcan émettant de volumineux panaches de cendre ? Les compagnies aériennes feront-elles confiance aux scientifiques ? Pas si sûr !

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Everyone remembers the eruption of Eyjafjallajökull, the Icelandic volcano with anunpronounceable name that paralyzed air traffic in 2010, following an ash-rich eruption. European airlines did not want to take the slightest risk and planes remained grounded. There was no question of endangering the thousands of passengers who ply the airspace daily. The authorities had in mind incidents during the eruption of Galunggung (Indonesia) in 1982 and Redoubt (Alaska) in 1989 when reactors stopped due to volcanic ash. Without the competence of the pilots, disasters would have occurred.
Since 2010, no progress has been made in aeronautics to avoid a new paralysis of air traffic during a next eruption. I have always stated loud and clear (see my note of 23 March 2018) that we would end up in the situation of Eyfjallajökull.
An international team led by the Laboratory Magmas and Volcanoes (LMV) of Clermont-Ferrand, and including the Laboratory of Mathematics Blaise Pascal of Clermont Auvergne University and Météo France (VAAC-Toulouse), has demonstrated that the most intense eruptions are the least efficient at transporting ash into the atmosphere. This implies that their concentration in volcanic clouds can be up to 50 times lower than current predictions.
Volcanic ash clouds are mainly composed of fine particles (<100μm) that can be transported into the atmosphere over several thousand kilometres. As we have just seen with aeronautics, these clouds can have important socio-economic consequences but also represent a threat for the populations living near the volcano (collapse of the roofs, pollution of the networks of water and sanitation, inhalation of fine particles). Given the joint growth of the world population and air traffic, a better understanding of the behaviour of these ash clouds is now a major issue of modern volcanology.
However, the processes of sedimentation (in other words the ashfall) and of transport that control the proportion of fine ash in these clouds are still very poorly understood. Until now, it has been estimated in the scientific community that the proportion of fine ash in these clouds is about 5% of the total amount of tephras and does not vary from one eruption to another. As a result, over the past two decades, the Volcanic Ash Advisory Centers (VAACs) that control the dispersion of volcanic ash into the atmosphere have used this default value to predict the concentration of ash clouds during volcanic crises.
The scientists at Clermont have shown from a groundbreaking study combining field and satellite data that the proportion of fine ash injected into the atmosphere is in fact extremely variable, between 0.1% and 6.9%. This variation is not random; it is inversely proportional to the mass flow of tephras ejected at the eruptive vent. Indeed, it turns out that the most intense eruptions (such as Plinian eruptions) are in fact the least effective, with a proportion of fine ash of 0.1%, to carry it in the atmosphere. This result is explained by the existence of so-called « collective » sedimentation of the particles in the ash-rich clouds, which has the effect of accelerating the fall of the fine ash, thus reducing the residual ash load within the cloud.
This means that the amount of fine ash transported into the atmosphere can be up to 50 times lower than current predictions. This, of course, has major consequences for the decision-makers in charge of air traffic safety. On the ground, on the other hand, ashfall and fine ash deposits can be much larger than the models currently predict. This can have considerable consequences in assessing the risks associated with populations living near volcanic areas.

Source: Gouhier, M., Eychenne, J., Azzaoui, N., Guillin, A., Deslandes, M., Poret, M., Costa, A., Husson, P., (2019). Low efficiency of large volcanic eruptions in transporting very fine ash into the atmosphere. Scientific Reports, doi: 10.1038/s41598-019-38595-7

Will the latest LMV study prevent a new mess in the sky during the next eruption of a volcano emitting voluminous ash plumes? Will airlines trust scientists? Not so sure !

Schéma illustrant les mécanismes de sédimentation et de transport des cendres volcaniques pour différents styles éruptifs. (Source : Mathieu Gouhier / LMV)

Panache de cendre émis par le Semeru (Indonésie) [Photo: C. Grandpey]

Photo LMV