La cendre volcanique du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s volcanic ash (Hawaii)

Dans son dernier article de la série «Volcano Watch», le HVO examine les effets et les dangers de la cendre volcanique émise lors de la dernière éruption du Kilauea. Au cours d’une éruption, les concentrations de dioxyde de soufre (SO2) dans l’air revêtent une grande importance car elles sont étroitement liées aux émissions de lave. Cependant, l’émission considérable de cendre volcanique lors de l’éruption du Kilauea en 2018 a suscité des inquiétudes quant aux impacts potentiels sur les zones sous le vent.
Lors d’une éruption, les réactions chimiques qui se produisent entre la cendre volcanique et le panache riche en SO2 provoquent des dépôts de couches de sels à la surface des particules de cendre. Elles contiennent toute une gamme de composants solubles. Au contact de l’eau, que ce soit lors des retombées de cendre dans les bassins de captage d’eau potable ou lorsque la pluie s’abat sur la cendre, les composants solubles sont lessivés. Cela peut avoir un impact positif sur les activités humaines et agricoles (si les cendres apportent des éléments nutritifs) ou bien un effet négatif (si la cendre libère des éléments potentiellement toxiques, telles que le fluor).
La composition de la couche d’éléments à la surface de la cendre peut être mesurée en laboratoire par des expériences de lixiviation, une technique d’extraction de produits solubles par un solvant, et notamment par l’eau. Dans le cas de la cendre volcanique, la lixiviation consiste à mélanger des échantillons récents avec de l’eau extrêmement pure et à mesurer l’évolution de la chimie de l’eau. Les résultats des mesures en laboratoire peuvent ensuite être mis en parallèle avec la quantité de cendre retombée au sol afin d’évaluer son impact potentiel sur les ressources en eau, l’agriculture et la santé humaine. Si la couche de cendre présente un danger, des actions de protection appropriées peuvent être envisagées.
L’USGS a collecté et analysé près de 30 échantillons de cendre émise lors d’effondrements au sommet du Kilauea en 2018. Toutes ces données sont consultables en ligne auprès de l’USGS.
La contamination de l’eau potable par le fluor est une préoccupation majeure pour la santé humaine. La bonne nouvelle, c’est que les dernières retombées de cendre du Kilauea n’ont pas déposé suffisamment de fluor sur les systèmes de captage d’eau potable pour causer des effets néfastes sur la santé. En fait, les analyses ont révélé des concentrations au moins dix fois inférieures au niveau maximal fixé par l’Environmental Protection Agency (EPA). La concentration de fluor dans la cendre émise pendant la dernière éruption du Kilauea est inférieure à 100 milligrammes par kilogramme. Ce chiffre est inférieur à la moyenne pour les autres éruptions dans le monde (129 mg par kg de cendre).
Les échantillons de cendre recueillis lors de la dernière éruption du Kilauea contiennent beaucoup de soufre, avec des concentrations dépassant tout ce qui a été mesuré lors d’éruptions volcaniques dans le monde. Cela n’est guère surprenant, au vu des émissions considérables de SO2 pendant l’éruption du Kilauea. Certains échantillons de cendre contenaient près de 25 000 milligrammes de soufre par kilogramme de cendre, ce qui correspond à plus de 2 cuillerées à café de soufre natif pour 450 grammes de cendre. L’impact de ce soufre sur l’eau potable à Hawaii ne concerne que son aspect visuel et n’affecte que le goût. Les concentrations étaient toujours inférieures au niveau maximum déterminé par l’EPA, malgré la quantité remarquable de soufre à la surface de la cendre.
Seuls le manganèse, l’aluminium et le fer ont été mesurés sur la cendre à des concentrations pouvant atteindre les seuils définis par l’EPA et provoquer un goût et une couleur indésirables de l’eau. Cependant, les concentrations ne constituent pas une menace pour la santé.
Bien que le danger pour l’homme soit faible, l’ingestion de grandes quantités de soufre peut entraîner des carences nutritionnelles chez les animaux en pâturage, et l’exposition au fluor peut entraîner l’érosion des dents, affecter les os et générer d’autres anomalies de croissance. En conséquence, le département d’agriculture tropicale et de ressources humaines de l’Université d’Hawaï a formulé des recommandations sur la protection du bétail.
Source: HVO.

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In its latest “Volcano Watch” article, HVO examines the effects and dangers of volcanic ash during Kilauea’s last eruption. During an eruption, a great importance is given to the sulphur dioxide (SO2) concentrations in the air because they are closely linked with lava emissions. However, vigorous volcanic ash production during the 2018 eruption of Kilauea raised new concerns about potential impacts for downwind communities.

During an eruption, chemical reactions that occur between volcanic ash and the SO2-rich plume form salt coatings on the surfaces of ash particles. These coatings contain a wide range of soluble components. Upon contact with water, either through ash falling into water catchments or by rain falling on ash, the soluble components are washed from the ash. This can impact human and agricultural activities, both positively (if ash supplies nutrient elements) and negatively (if ash releases potentially toxic species, such as fluoride).

The composition of the ash coating can be measured in the laboratory through ash leaching experiments. This is performed by mixing samples of freshly erupted volcanic ash with ultrapure water and measuring the change in the water chemistry. The results from the laboratory measurements can then be scaled with the amount of ashfall to evaluate the potential impact on water resources, agriculture, and human health. If the ash coating poses a hazard, then appropriate protective actions can be communicated.

USGS collected and analyzed almost 30 ash samples produced by collapse events at the summit of Kilauea in 2018. All data are available online from the USGS.

Contamination of drinking water by fluoride is of primary concern for human health. Some good news is that recent ashfall at Kilauea did not contribute sufficient fluoride to water catchment systems to cause adverse health effects. In fact, it was determined to be at least ten times lower than the maximum contaminant level (MCL) goal set by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA). The concentration of fluoride on ash from the recent activity of Kilauea is below 100 milligrams of fluoride per kilogram of ash. This is lower than the average for other eruptions worldwide (129 mg per kg of ash).

Ash samples collected during the last Kilauea eruption contain a tremendous amount of sulphur, exceeding anything measured at previous eruptions from volcanoes around the world. This may not be surprising given the massive output of SO2 throughout Klauea’s eruption. Some of the Kilauea ash samples had nearly 25,000 milligrams of sulphur per kilogram of ash, which is over 2 teaspoons of native sulphur for every pound of ash. The impact of this sulphur on drinking water in Hawai‘i is largely aesthetic, affecting taste only. Concentrations were still below the EPA maximum contaminant level, despite the remarkable amount of sulphur on the ash surfaces.

Only manganese, aluminum, and iron were measured on the ash at concentrations that may reach defined EPA thresholds for causing undesirable taste and colour of water. However, the concentrations are not a threat to health.

Although the hazard to humans is low, grazing animals can experience nutritional deficiencies from ingesting high amounts of sulphur, and fluoride exposures can result in the erosion of teeth, loss of bone, and other growth abnormalities. Accordingly, recommendations for protecting livestock were issued by the University of Hawaii’s College of Tropical Agriculture and Human Resources.

Source: HVO.

Retombées de cendre sur l’Etna (Photo: C. Grandpey)

Emissions de SO2 sur le Kilauea (Photo: C. Grandpey)

Les émissions de SO2 du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s SO2 emissions (Hawaii)

Comme je l’ai déjà indiqué à plusieurs reprises, les gaz volcaniques – le dioxyde de soufre (SO2) en particulier – posent des problèmes sanitaires dans la zone où les fissures éruptives se sont ouvertes. Le HVO explique que lorsque le magma est dans les profondeurs de la Terre, le gaz reste dissous car il est soumis à une forte pression. Cette pression diminue à mesure que le magma monte vers la surface et le gaz parvient alors à s’échapper en formant des bulles dans le magma liquide. Le processus est semblable à ce qui se passe quand on ouvre une bouteille d’eau gazeuse. Il y a en général une augmentation des émissions de SO2 juste avant que la lave atteigne la surface car le gaz s’échappe du magma pendant son ascension.
Les capteurs embarqués à bord du satellite Suomi NPP de la NASA ont pu détecter les premiers signes d’activité sur le Kilauea. Les images ci-dessous montrent des concentrations élevées de SO2 le 5 mai, quelques jours après l’ouverture des nouvelles fractures.
Le graphique en dessous met en évidence la variabilité des émissions de SO2 – observée par les capteurs à bord du satellite – entre janvier et mai 2018.
L’interprétation des données satellitaires concernant le SO2 pour des événements tels que l’éruption actuelle est compliquée car il existe plusieurs sources de SO2 qui se mélangent pour former le panache volcanique. Le Kilauea possède plusieurs sources d’émissions de SO2: la caldeira sommitale, le cratère du Pu’u ‘O’o sur l’East Rift Zone, et maintenant le nouveau site éruptif dans les Leilani Estates. Il est souvent très difficile de distinguer les panaches individuels en provenance de ces sources avec la résolution spatiale proposée par le satellite. Malgré tout, il semble y avoir une augmentation globale qui coïncide avec la dernière activité.
Un autre capteur satellitaire – l’ Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) – radiomètre installé sur le satellite Terra de la NASA, a détecté des émissions de SO2 le 6 mai 2018 (voir image ci-dessous) Quand le satellite a survolé Hawaii, la principale source de SO2 semblait provenir de l’Halema’uma’u au sommet du Kilauea, mais un panache important s’étirait aussi au sud-ouest des fractures dans les Leilani Estates. Jusqu’à présent, les alizés ont poussé les nuages de SO2 vers le large, mais Hilo et d’autres localités au nord-ouest des Leilani Estates pourraient voir la qualité de l’air se dégrader si les alizés faiblissaient.
Source: USGS / HVO.

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As I put it several times before, volcanic gases – sulphur dioxide (SO2) above all – poses health problems in the area where the eruptive fissures have opened. HVO explains that when magma is deep underground, the gas remains dissolved because of the high pressure. However, pressure diminishes as magma rises toward the surface, and gas comes out, forming bubbles in the liquid magma. The process is similar to what happens when a bottle of soda is opened. There is usually an increase in SO2 output right before lava reaches the surface, as the gas escapes from the ascending magma.

Sensors onboard the Suomi NPP satellite have begun to detect signs of activity at Kilauea. The images below show elevated concentrations of SO2 on May 5th, a few days after the new fissures opened up.

The chart below underscores the significant natural variability in SO2 emissions as observed by the sensors onboard the satellite between January and May 2018.

Interpreting the satellite SO2 data for events like the current eruption is complicated because there are multiple SO2 sources that combine to form the volcanic plume. Kilauea volcano has several sources of SO2 degassing: the summit caldera; the Pu’u ‘O’o vent on the East Rift Zone; and now the new eruption site in Leilani Estates. It can be very hard to distinguish individual ‘plumes’ from these SO2 sources with the spatial resolution that we have from the satelite, but there seems to be an overall increase that coincides with the latest activity.

Another satellite-based sensor – the Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) on NASA’s Terra satellite – observed SO2 emissions on May 6th, 2018 (see image below) When ASTER passed over Hawaii, the largest source of SO2 appeared to be coming from Kilauea’s summit crater, but there was also a sizable plume streaming southwest from the fissures in Leilani Estates. So far, trade winds have pushed the toxic gas offshore, but Hilo and other communities northwest of Leilani Estates could see air quality deteriorate if the trade winds weaken.

Source : USGS / HVO.

Emissions de SO2 sur le Grande Ile d’Hawaii entre le 30 avril et le 5 mai 2018

(Source: USGS)

Variations des émissions de SO2 entre le 1er janvier et le 5 mai 2018 (Source : USGS)

Image satellite acquise le 6 mai 2018 (Source : NASA)

Ambae (Vanuatu)

L’automne dernier, Ambae a fait la une des journaux lorsque près de 13 000 personnes ont dû être évacuées suite à des éruptions de plus en plus violentes. J’ai écrit plusieurs articles entre septembre et novembre 2017 pour expliquer ce qui se passait au Vanuatu. L’activité s’est calmée au bout de quelques semaines et les gens ont pu retourner chez eux. Après le mois de novembre, l’activité éruptive s’est stabilisée, avec quelques panaches de vapeur et de cendre en provenance du Lac Voui dans la caldeira.
Dans le magazine Discover, Erik Klemetti, professeur de sciences de la Terre à l’Université Denison, indique qu’à partir de la mi-mars 2018, l’activité volcanique s’est de nouveau intensifiée. La cendre émise par les éruptions est retombée sur les zones habuitées et agricoles, contaminant l’eau et devenant un danger potentiel pour les personnes revenues vivre sur l’île.
Ces nouvelles éruptions ont également marqué un changement car elles est ont émis plus de cendre que celles de l’automne 2017. Il a de nouveau été conseillé à la population d’évacuer l’île en raison de cette nouvelle activité qui s’ajoutait à des inondations majeures causées par un cyclone.
Bien que les éruptions observées depuis la mi-mars 2018 n’aient pas fait l’objet d’articles de presse comme celles de l’automne 2017, elles ont pourtant eu des conséquences plus significatives. Un volumineux panache de dioxyde de soufre (SO2) émis par Ambae au début du mois d’avril était visible sur l’imagerie de l’OMI (Ozone Monitoring Instrument) embarqué sur le satellite Aura de la NASA. L’éruption survenue le 5 avril a probablement émis les plus grandes quantités de SO2 depuis l’éruption du Calbuco au Chili en 2015. L’événement n’a pas été relaté par les médias, probablement parce qu’il semble avoir eu lieu pendant la nuit, mais il a produit des quantités considérables de cendre chargées de SO2 qui ont atteint 6 kilomètres de hauteur. Le 8 avril, le panache de SO2 émis par l’éruption s’étendait depuis la côte orientale de l’Australie jusqu’à Tahiti.
C’est bien connu, le dioxyde de soufre est l’un des principaux gaz émis par les volcans. S’il atteint la stratosphère – à environ 15 000 mètres à la latitude du Vanuatu – il peut se propager rapidement et refroidir la basse atmosphère, niveau où le SO2 est converti en particules de sulfate qui réfléchissent ou absorbent le rayonnement solaire. Si elles se rapprochent du sol, elles peuvent provoquer des pluies acides qui endommagent les cultures, comme cela a été observé à Ambae lors de la nouvelle activité éruptive.
Le niveau d’alerte à Ambae est maintenu à 3, avec une zone d’exclusion de 3 kilomètres autour du lac dans la caldeira sommitale qui est le siège des éruptions.
Source: Discover Magazine.

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During the last autumn, Ambae made headlines after almost 13,000 people had to be evacuated due to the increasingly violent eruptions. I wrote several posts between September and November 2017 to explain what was happening in Vanuatu. The activity subsided after a few weeks and people were able to return to their homes. Since November of last year, the volcano settled down, producing minor steam-and-ash plumes from the summit caldera lake, Lake Voui.

In the Discover magazine, Erik Klemetti, a professor of Geosciences at Denison University, explains that, starting in mid-March 2018, the volcano became more restless again. Ash from eruptions fell on residential and agricultural regions, contaminating water and potentially becoming a real hazard for the people who had come back to live on the island again.

These new eruptions marked a change as they became more ash-rich, explosive events versus the types that occurred in the fall of 2017.  There were calls for renewed evacuations of the island’s residents due to this new bout of activity, along with some major flooding caused by a cyclone.

Although the eruptions that have been observed since mid-March 2018 have not made the news like the ones in the autumn 2017, they might be even more significant. A large sulphur dioxide (SO2) plume emitted from Ambae in early April could be seen on the imagery from the Ozone Monitoring Instrument (OMI) onboard NASA’s Aura satellite. The eruption that occurred on April 5th may have emitted the largest quantities of SO2 since the 2015 eruption at Calbuco in Chile. This event was not related by the media because it seems to have happened at night, but it produced significant ash during one of these eruptions. The SO2-laden ash columns earlier in the week reached as high as 6 kilometres. By April 8th, the SO2 plume from the eruption was spreading from the eastern coast of Australia to Tahiti.

Sulphur dioxide is one of the major gases emitted by volcanoes. If it reaches the stratosphere, about 15,000 metres at the latitude of Vanuatu, then it can be spread rapidly and has the potential for cooling the lower atmosphere as SO2 is converted to sulphate particles that reflect or absorb solar radiation. If it gets closer to the ground, it may cause acid rain which is damaging to crops, as has been reported at Ambae during the new eruptive activity.

The alert level at Ambae is kept at 3, with a 3-kilometre exclusion zone around the summit caldera lake, where the eruptions are located.

Source: Discover Magazine.

Vue satellitaire du panache de cendre d’Ambae le 27 mars 2018 (Source : NASA)

 

Conséquences environnementales de la guerre en Iraq // Environmental consequences of the war in Irak

drapeau-francaisLes images satellite mises en ligne par la NASA montrent un panache de dioxyde de soufre (SO2) en provenance de la mine et de l’usine de traitement de soufre d’Al-Mishraq près de Mossoul, en Irak. Les images montrent également un panache de fumée noire en train de s’échapper du champ de pétrole de Qayyarah. Les deux panaches sont la conséquence de la guerre qui fait rage au Moyen-Orient.
Déjà en juin 2003, les scientifiques de la NASA avaient utilisé des satellites pour analyser la quantité de dioxyde de soufre envoyée dans l’atmosphère par un incendie à cette même mine de soufre. Ils avaient calculé que le feu, qui a brûlé pendant près d’un mois, émettait 21 kilotonnes de SO2 par jour. C’est quatre fois plus que ce que rejette chaque jour le plus grand émetteur de dioxyde de soufre au monde, la fonderie de Noril’sk en Russie.
Treize ans plus tard, l’histoire semble se répéter. Un incendie dans la même usine de traitement de soufre en Irak envoie d’énormes quantités de SO2 dans l’atmosphère. De nouveau, les scientifiques observent les événements en temps réel, avec davantage d’instruments satellitaires à leur disposition. Les émissions de SO2 en provenance de l’incendie sont déjà importantes. Si le dioxyde de soufre provenait d’un volcan, ce serait déjà l’une des plus grandes éruptions de 2016.
Dans les premiers jours, l’incendie – qui a été détecté le 20 octobre – ne semblait pas être particulièrement violent et les premières observations laissaient supposer qu’une grande partie du dioxyde de soufre se concentrait dans la couche limite et la basse troposphère, avec un impact sur la qualité de l’air et donc sur la santé. Plus récemment, le SO2 a atteint des altitudes plus élevées où il peut être véhiculé sur de longues distances. Selon des articles de presse, deux personnes sont mortes après avoir respiré des vapeurs de soufre, et un millier d’autres ont été traitées pour des problèmes respiratoires.
La carte ci-dessous montre l’étendue du panache dans l’atmosphère le 24 octobre 2016. Sur l’image satellite, le panache de l’usine de soufre d’Al-Mishraq est grisâtre tandis que celui émis par le champ de pétrole de Qayyarah est carrément noir.

Source: NASA.

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drapeau-anglaisSatellite images released by NASA show one sulphur dioxide (SO2) plume from the Al-Mishraq sulphur mine and processing facility near Mosul, Iraq . They also show a black smoke plume emitted by the Qayyarah oil field. Both plumes are consequences of the war that rages in the Middle East.

Back in June 2003, NASA’s atmospheric scientists had used satellites to track how much sulphur dioxide streamed into the atmosphere from a fire at this same sulphur mine. They calculated that the fire, which burned for nearly a month, released 21 kilotons of SO2 per day. That is roughly four times as much as is emitted each day by the world’s largest single-source emitter of sulfur dioxide, a smelter in Noril’sk, Russia.

Thirteen years later, history seems to be repeating itself. A fire at the same sulphur facility in Iraq is emitting tremendous quantities of SO2 into the atmosphere. Once again, this group of scientists is closely watching the events in real time, with a more capable set of satellite instruments at their disposal. Already, SO2 emissions from the fire have been significant. If the sulphur dioxide were coming from a volcano rather than a fire, it would already be among the largest eruptions of 2016.

In the first few days, the fire – which was first detected on October 20th – did not appear to be particularly energetic and preliminary observations suggested that much of the sulphur dioxide remained in the boundary layer and the lower troposphere, which accentuates the impact on air quality and health. More recently, SO2 has been lofted to higher altitudes where it may undergo long-range transport. According to news reports, two people have died after breathing sulphur fumes, and up to 1,000 people have been treated for breathing problems.

The map below shows the extent of the plume within the planetary boundary layer on October 24th, 2016. On the satellite image, the plume from the Al-Mishraq sulphur plant appears white-gray. Smoke plumes from the Qayyarah oil field are black.  Source: NASA.

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Etendue du nuage de dioxyde de soufre (Source: NASA)

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Image satellite des deux sources de pollution en Iraq (Source: NASA)

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

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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.

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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)