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Super éruptions et refroidissement de l’atmosphère // Super eruptions and atmosphere cooling

Une nouvelle étude publiée dans le Journal of Climate explique qu’en entravant la lumière du soleil, les particules émises lors d’ une super éruption ne refroidissent probablement pas la température à la surface de la Terre aussi fortement qu’on l’avait estimé précédemment. La super éruption du volcan Toba (Indonésie) il y a environ 74 000 ans a déployé une énergie 1 000 fois plus puissante que l’éruption du mont St. Helens en 1980.

Image satellite du Lac Toba (Source: NASA)

S’agissant des éruptions les plus puissantes, les chercheurs se demandent depuis longtemps quel niveau de refroidissement causé par ces éruptions, et souvent appelé hiver volcanique, pourrait potentiellement constituer une menace pour l’humanité. Les études déjà effectuées s’accordent pour dire que notre planète subirait un refroidissement, mais elles divergent sur son ampleur. Les estimations varient entre 2 et 8 degrés Celsius.
La nouvelle étude, réalisée par une équipe du Goddard Institute for Space Studies de la NASA et de l’Université Columbia à New York, a utilisé une modélisation informatique de haute technologie pour simuler des super-éruptions comme celle du Toba. Les chercheurs ont alors constaté que le refroidissement post-éruption ne dépasse probablement pas 1,5 degré Celsius, même pour les événements les plus puissants.
Pour mériter le titre de « super éruption », un tel événement doit libérer plus de 1 000 kilomètres cubes de magma, avec un VEI 8, le maximum sur cette échelle. Ces éruptions sont extrêmement puissantes ; heureusement, elles sont rares. La super-éruption la plus récente s’est produite il y a plus de 22 000 ans au niveau du Lac Taupo en Nouvelle-Zélande.

Le Lac Taupo vu depuis l’espace (Source: NASA)

L’événement le plus connu est la super éruption qui a eu pour cadre le cratère de Yellowstone il y a environ 2 millions d’années.

Photo: C. Grandpey

Les auteurs de l’étude ont tenté de comprendre quelle était la cause de la divergence dans les estimations de température fournies par les modélisations. Il faut savoir que « les modélisations sont le principal outil permettant de comprendre les changements climatiques survenus il y a trop longtemps pour laisser des traces de leur impact ». Les scientifiques ont étudié plus particulièrement une variable qui peut être difficile à cerner : la taille des particules microscopiques de soufre injectées à des kilomètres de hauteur dans l’atmosphère.
Dans la stratosphère (entre 10 et 50 kilomètres d’altitude environ), le dioxyde de soufre gazeux émis par des volcans subit des réactions chimiques pour se condenser en particules de sulfate liquide. Ces particules peuvent influencer la température de surface sur Terre de deux manières : en réfléchissant la lumière solaire entrante (ce qui provoque un refroidissement), ou en piégeant l’énergie thermique sortante (ce qui génère une sorte d’effet de serre).
Au fil des années, ce phénomène de refroidissement a également suscité des questions sur la manière dont les humains pourraient inverser le réchauffement climatique, un concept baptisé géo-ingénierie. Il consiste à injecter volontairement des particules d’aérosol dans la stratosphère pour favoriser un effet de refroidissement.
Les chercheurs ont montré dans quelle mesure le diamètre des particules d’aérosol volcanique influençait les températures post-éruption. Plus les particules sont petites et denses, plus leur capacité à bloquer la lumière du soleil est grande. Mais estimer la taille des particules est extrêmement difficile car les super éruptions du passé n’ont pas laissé de traces physiques fiables. Dans l’atmosphère, la taille des particules change à mesure qu’elles coagulent et se condensent. Lorsque les particules retombent sur Terre et sont conservées dans des carottes de glace, elles ne laissent pas de traces physiques claires en raison du mélange et du compactage.
En simulant des super-éruptions sur une gamme de tailles de particules, les chercheurs ont découvert que les super-éruptions sont probablement incapables de modifier la température globale davantage que les plus grandes éruptions des temps modernes. Par exemple, l’éruption du mont Pinatubo aux Philippines en 1991 n’a provoqué qu’une baisse d’environ un demi-degré Celsius de la température sur Terre pendant deux ans.

Eruption du Pinatubo en 1991 et nuage d’aérosols (Source: Wikipedia)

La compréhension du refroidissement causé par les super-éruptions nécessite davantage de recherches. Selon les chercheurs de la NASA, la voie à suivre consiste à comparer des modèles de manière exhaustive, ainsi qu’à effectuer davantage d’études en laboratoire, en insistant sur les facteurs déterminant la taille des particules d’aérosols volcaniques. Compte tenu des incertitudes dans ce domaine, le recours à la géo-ingénierie via l’injection d’aérosols dans la stratosphère ne semble pas la meilleure solution.
Source : NASA.

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A new study published in the Journal of Climate. suggests that sunlight-blocking particles from a super eruption would not cool surface temperatures on Earth as severely as previously estimated.

Some 74,000 years ago, the Toba volcano in Indonesia exploded with a force 1,000 times more powerful than the 1980 eruption of Mount St. Helens.

When it comes to the most powerful volcanoes, researchers have long speculated how post-eruption global cooling – sometimes called volcanic winter – could potentially pose a threat to humanity. Previous studies agreed that some planet-wide cooling would occur but diverged on how much. Estimates have ranged from 2 to 8 degrees Celsius.

The new study, by a team from NASA’s Goddard Institute for Space Studies and Columbia University in New York used advanced computer modeling to simulate super-eruptions like the Toba event. They found that post-eruption cooling would probably not exceed 1.5 degrees Celsius for even the most powerful blasts.

To qualify as a super eruption, a volcano must release more than 1,000 cubic kilometers of magma, with a VEI 8, the maximum on the scale. These eruptions are extremely powerful and rare, fortunately. The most recent super-eruption occurred more than 22,000 years ago in New Zealand’s Lake Taupo. The best-known example may be the eruption that blasted Yellowstone Crater about 2 million years ago.

The authors of the study tried to understand what was driving the divergence in model temperature estimates because “models are the main tool for understanding climate shifts that happened too long ago to leave clear records of their severity.” They settled on a variable that can be difficult to pin down: the size of microscopic sulfur particles injected kilometers high into the atmosphere.

In the stratosphere (about 10 to 50 kilometers in altitude), sulfur dioxide gas from volcanoes undergoes chemical reactions to condense into liquid sulfate particles. These particles can influence surface temperature on Earth in two ways: by reflecting incoming sunlight (causing cooling) or by trapping outgoing heat energy (a kind of greenhouse warming effect).

Over the years, this cooling phenomenon has also spurred questions about how humans might turn back global warming – a concept called geoengineering – by intentionally injecting aerosol particles into the stratosphere to promote a cooling effect.

The researchers showed to what extent the diameter of the volcanic aerosol particles influenced post-eruption temperatures. The smaller and denser the particles, the greater their ability to block sunlight. But estimating the size of particles is challenging because previous super eruptions have not left reliable physical evidence. In the atmosphere, the size of the particles changes as they coagulate and condense. Even when particles fall back to Earth and are preserved in ice cores, they don’t leave a clear-cut physical record because of mixing and compaction.

By simulating super-eruptions over a range of particle sizes, the researchers found that super-eruptions may be incapable of altering global temperatures dramatically more than the largest eruptions of modern times. For instance, the 1991 eruption of Mount Pinatubo in the Philippines caused about a half-degree drop in global temperatures for two years.

The mysteries of super-eruption cooling invite more research. The NASA researchers say that he way forward is to conduct a comprehensive comparison of models, as well as more laboratory and model studies on the factors determining volcanic aerosol particle sizes. Given the ongoing uncertainties, geoengineering via stratospheric aerosol injection is a long way from being a viable option.

Source : NASA.

À propos des supervolcans // About supervolcanoes

Au cours de ma conférence sur la Campanie (Italie), j’explique que, contrairement à ce que pensent beaucoup de gens, les Campi Flegrei, ou Champs Phlégréens, ne sont pas un supervolcan et peu de volcans sur Terre peuvent se vanter d’avoir ce titre.
D’un point de vue purement scientifique, un supervolcan est un volcan qui a produit au moins 1000 kilomètres cubes de matériaux lors d’une éruption. À ce titre, il se voit attribuer un Indice d’explosivité volcanique (Volcanic Explosivity Index, VEI) de 8, le maximum sur cette échelle qui mesure le volume de matériaux. éjectés, ainsi que la hauteur et l’intensité du panache éruptif. Les Champs Phlégréens n’ont vomi que 500 kilomètres cubes de matériaux lors d’une puissante éruption il y a 32 000 ou 37 000 ans et ont reçu un VEI 7, ce qui confirme qu’ils n’appartiennent pas au club restreint des supervolcans.
Une super éruption est plus de 1 000 fois plus puissante que celle du mont St. Helens (1980), un événement qui a expédié pendant neuf heures des panaches de cendres à plus de 24 kilomètres de hauteur et a carrément arraché le sommet du volcan. L’éruption a reçu un VEI 5, comme le Vésuve (Italie) pour l’éruption survenue en octobre 79.
Les super éruptions éjectent tellement de magma que la croûte terrestre au-dessus de la chambre magmatique s’effondre et donne naissance à une caldeira. Les caldeiras, comme celle de Yellowstone, peuvent mesurer des dizaines de kilomètres de diamètre et héberger des volcans ou cônes de cendres qui peuvent produire des éruptions de moindre intensité.
Yellowstone est l’un des supervolcans les plus célèbres. Il a connu deux super éruptions. La plus importante, celle de Huckleberry Ridge Tuff, s’est produite il y a 2,1 millions d’années et a produit environ 2 450 km3 de matériaux volcaniques, ce qui justifie pleinement le VEI 8. L’autre, connue sous le nom d’éruption de Lava Creek, a produit un peu plus de 1 000 km3 de matériaux il y a 631 000 ans et pourrait, elle aussi, recevoir un VEI 8.
Yellowstone a connu des dizaines d’éruptions mineures depuis l’événement de VEI 8, ce qui a semé la confusion autour de la définition d’un supervolcan. Pour la plupart des gens, le mot signifie que le volcan en question n’a connu que des explosions majeures, alors que les éruptions habituelles sont des événements de moindre intensité, se limitant, par exemple, à des coulées de lave.

Grand Prismatic dans le parc national de Yellowstone

Comme je l’ai écrit plus haut, le label supervolcan est souvent utilisé par les médias et par certains scientifiques pour désigner des volcans qui n’ont jamais connu de super éruption. C’est le cas des Champs Phlégréens – Campi Flegrei – en Italie. Cependant, cela ne veut pas dire que les Champs Phlégréens ne sont pas dangereux ou destructeurs. Comme ils se trouvent au cœur d’une zone très peuplée, leur réveil – même s’il ne s’agit pas d’un supervolcan – serait probablement une catastrophe à grande échelle.

La Solfatara dans les Champs Phlégréens

Dans le monde, neuf volcans actifs remplissent les critères d’un supervolcan, selon une étude réalisée en 2022. Aux États-Unis, Yellowstone est rejoint par Long Valley en Californie et Valles au Nouveau-Mexique. Les autres supervolcans sont le Toba en Indonésie, le Taupō en Nouvelle-Zélande, l’Atitlán au Guatemala et l’Aira, le Kikai et l’Aso au Japon.

Lac Taupo (Nouvelle Zélande)

Lac Atitlan (Guatemala)

Il ne faudrait pas oublier que des supervolcans se trouvent probablement au fond des océans, mais nous connaissons mieux l’Olympus Mons sur Mars que les profondeurs de nos propres océans. Une étude indique toutefois que les supervolcans sont « moins susceptibles de se développer dans un contexte océanique, » ce qui reste à prouver.
Certains volcanologues américains préféraient utiliser l’expression « systèmes de caldeiras » plutôt que supervolcans. On aurait ainsi dans cette catégorie « tout volcan ayant subi une explosion suffisamment puissante pour que sa surface s’effondre au-dessus d’une chambre magmatique partiellement vidée ».
Il est vrai que les super éruptions, avec formation de caldeiras, donnent aux volcans qu’elles affectent un aspect qui n’est pas conforme à l’image conique que l’on se fait habituellement d’un volcan. Alors pourquoi ne pas qualifier ces volcans de systèmes de caldeiras, de grandes caldeiras ou de complexes de caldeiras… ?
Source : Inspiré d’un article paru sur le site Live Science.

Photos: C. Grandpey.

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During my conference about Italy’s Campania, I explain that, contrary to what many people think, the Campi Flegrei, or Phlegrean Fields, are not a supervolcano. Few volcanoes on Earth can boast this title.

From a purely scientific point of view, a supervolcano is one that has produced 1000 cubic kilometers of material during an eruption and as such, was awarded a Volcanic Explosivity Index (VEI) of 8, the maximum on this scale that measures the volume of material ejected, as well as the height and intensity of the eruption plume. The Phlegrean Fields only produced 500 cubic kilometers of material during a powerful eruption 32,000 years ago and were given a VEI 7, which shows they do not belong to the small club of supervolcanoes.

A supereruption is over 1,000 times bigger than the Mount St. Helens eruption (1980) which produced a nine-hour-long explosion that sent ash plumes more than 24 kilometers into the air and blasted the top off the volcano. The event received a VEI 5, like Vesuvius (Italy) for the eruption that occurred in October 79. .

Supereruptions eject so much magma that Earth’s crust above the magma chamber collapses and gives birth to a caldera. Calderas, such as the one at Yellowstone, can measure dozens of kilometers across and host volcanoes, or cinder cones, that can produce smaller eruptions.

Yellowstone is one of the most famous supervolcanoes. It has had two supereruptions. The largest one, the Huckleberry Ridge Tuff eruption, occurred 2.1 million years ago and spewed an estimated 2,450 km3 of volcanic debris. The other one, known as the Lava Creek eruption, produced a little more than 1,000km3 of material 631,000 years ago and could be given a VEI 8.

Yellowstone has experienced dozens of smaller eruptions since the VEI 8 event, leading to confusion around the definition of a supervolcano. To most people, the word implies that those volcanoes only have massive explosions, whereas the common eruptions at such volcanoes are much smaller events such as lava flows.

As I put it above,the supervolcano label is often applied by the media and by some scientists to volcanoes that have never produced a supereruption, such as Campi Flegrei in Italy. However, this does not mean the Phlegrean Fields are not dangerous or destructive. As they lie at the heart of a highly populated area, an awakening of the volcano – without being a supervolcano – would probably be a large-scale disaster.

Worldwide, nine active volcanoes fulfill the criteria for a supervolcano, according to a 2022 study. In the U.S., Yellowstone is joined by Long Valley in California and Valles in New Mexico. The other supervolcanoes are Toba in Indonesia, Taupō in New Zealand, Atitlán in Guatemala and Aira, Kikai and Aso in Japan.

One should not forget the supervolcanoes that probably lie at the bottom of the oceans, but we know Olympus Mons on Mars better than the depths of our own oceans. A study indicates thet that supervolcanoes are « less likely to develop in these settings, » which remains to be proved.

Some U.S. Volcanologists had rather use the expression « caldera systems » instead of supervolcanoes. The category would include « any volcano that has experienced an explosion massive enough that the surface has collapsed into a partially emptied magma chamber. »

It is true that super eruptions, with the formation of calderas, give the volcanoes they affect an appearance that does not conform to the common image of a conical volcano. So why not refer to such volcanoes as caldera systems, large calderas or caldera complexes…?

Source : After an article on the website Live Science.

Photos: C. Grandpey

Datation précise de l’éruption du Taupo (Nouvelle Zélande) // Accurate dating of the Taupo eruption (New Zealand)

En consultant les informations de la Smithsonian Institution sur le Taupo (Nouvelle Zélande), on peut lire que « le Taupo est une grande caldeira d’environ 35 km de diamètre dont les bordures sont mal définies. Aujourd’hui, la caldeira, occupée par le lac Taupo, s’est formée en grande partie à la suite de la puissante éruption Oruanui Tephra environ 22 600 ans avant notre ère. Il s’agit de la plus grande éruption connue du Taupo, avec l’émission de quelque 1 170 km3 de tephra.

Cette éruption a été précédée à la fin du Pléistocène par l’éruption explosive d’un grand nombre de dômes de lave rhyolitique au nord du lac Taupo.

De grandes éruptions explosives se sont produites fréquemment au cours de l’Holocène à partir de nombreuses bouches du lac Taupo et à proximité de ses bordures. L’éruption majeure la plus récente a eu lieu il y a environ 1 800 ans avant J.C. à partir d’au moins trois bouches le long d’une fissure orientée NE-SO et centrée sur les récifs Horomotangi. Cette éruption extrêmement violente fut la plus importante de Nouvelle-Zélande durant l’Holocène et produisit la Taupo Ignimbrite phreatoplinienne qui recouvrit l’Île du Nord sur 20 000 km2. »

Lorsque le Taupo est entré en éruption il y a 1 800 ans, l’explosion a envoyé des éclats de verre volcanique jusqu’en Antarctique. Les scientifiques ont réussi à mettre au jour certains de ces anciens débris, ce qui pourrait permettre de confirmer l’année exacte de cette énorme éruption.
Il a été extrêmement difficile de mettre la main sur les retombées de l’éruption du Taupo, ce qui a entraîné un débat de plusieurs décennies sur sa date exacte.
La datation au Carbone 14 des arbres détruits par l’explosion indique qu’elle aurait eu lieu en 232 après J.-C., mais certains scientifiques ont contesté cette date car, selon eux, les preuves pourraient avoir été contaminées et l’éruption se serait produite jusqu’à deux siècles plus tard.
Des chercheurs de l’Université de Wellington (Nouvelle-Zélande) à la recherche de débris projetés par le Taupo dans l’Antarctique occidental ont prélevé des carottes de glace à 279 mètres de profondeur et pensent avoir découvert la vérité sur l’éruption. La découverte de sept éclats de verre volcanique à la composition géochimique unique, enfouis profondément dans une carotte de glace, confirme que l’éruption s’est probablement produite à la fin de l’été et au début de l’automne de l’année 232.
Les chercheurs ont analysé la composition chimique des débris émis par le volcan, ce qui leur a permis de s’attarder sur six éclats de verre volcanique provenant de l’éruption du Taupo et sur un septième provenant d’une éruption beaucoup plus ancienne du même volcan, l’éruption d’Oruanui survenue il y a environ 25 500 ans (ou 22 600 ans selon la Smithsonian Institution).
Les sept éclats proviennent de profondeurs similaires, ce qui laisse supposer que le verre volcanique de l’éruption d’Oruanui a été enfoui près du volcan puis déterré et projeté dans l’atmosphère des milliers d’années plus tard lors de l’éruption du Taupō. Les forts vents du sud-ouest ont ensuite remobilisé les débris et les ont dispersés sur l’île du Nord de la Nouvelle-Zélande, ainsi que dans tout le sud-ouest de l’océan Pacifique et jusqu’à l’ouest de l’Antarctique, à environ 5 000 kilomètres de distance. Pour déterminer à quel moment les éclats de verre ont atterri en Antarctique, les chercheurs ont examiné les couches de glace environnantes. En effet, les débris volcaniques piégés dans la glace ont permis de dater l’époque de l’éruption, car on peut la relier à l’âge modélisé de la glace.
Source  : Live Science via Yahoo Actualités.

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When looking at the Smithsonian Institution’s information, one can read that « Taupo is a large, roughly 35-km-wide caldera with poorly defined margins.The caldera, now filled by Lake Taupo, largely formed as a result of the voluminous eruption of the Oruanui Tephra about 22,600 years before present (BP). This was the largest known eruption at Taupo, producing about 1,170 km3 of tephra.

This eruption was preceded during the late Pleistocene by the eruption of a large number of rhyolitic lava domes north of Lake Taupo.

Large explosive eruptions have occurred frequently during the Holocene from many vents within Lake Taupo and near its margins. The most recent major eruption took place about 1,800 years BP from at least three vents along a NE-SW-trending fissure centered on the Horomotangi Reefs. This extremely violent eruption was New Zealand’s largest during the Holocene and produced the phreatoplinian Taupo Ignimbrite, which covered 20,000 km2 of North Island. »

When Taupo erupted 1,800 years ago, the blast sent shards of glass all the way to Antarctica. Scientists have unearthed some of this ancient volcanic debris, which could help pinpoint the exact year this huge eruption took place.

Fallout from the Taupo eruption has proved extremely difficult to find, dragging out a decades-long debate over its exact timing.

Radiocarbon dating of trees that were killed by the blast indicated a date of A.D. 232, but some experts argued the evidence may have been contaminated and the eruption occurred up to two centuries later.

Researchers from the University of Wellington (New Zealand) looking for Taupo debris in West Antarctica drilled up ice cores from 279 meters below the ground and think they have found the truth about the eruption. The discovery of seven geochemically unique volcanic glass shards buried deep within an ice core confirms the likely timing of the eruption in late summer/early autumn in the year 232.

The researchers analyzed the debris’ chemical composition, which enabled them to trace six shards to the Taupo eruption and the seventh to a much earlier eruption of the same volcano, the Oruanui eruption, which occurred roughly 25,500 years ago.

The seven shards were found at similar depths, suggesting volcanic glass from the Oruanui eruption was buried near the volcano then unearthed and launched into the atmosphere thousands of years later during the Taupō eruption. Strong south-westerly winds then picked up the flying debris and dispersed it over New Zealand’s North Island, throughout the southwest Pacific Ocean and all the way to West Antarctica roughly 5,000 kilometers away. To determine when the glass shards landed in Antarctica, researchers looked at the surrounding ice layers. Indeed, volcanic debris trapped in the ice allowed them to date when the eruption occurred, because one can link it to the modeled age of the ice.

Source : Live Science via Yahoo News.

Image satellite (Source: NASA) et vue au sol (Photo: C. Grandpey) du lac Taupo.

Nouvel épisode sismique sur le Taupo (Nouvelle Zélande) // New seismic episode at Taupo Volcano (New Zealand)

Un séisme de magnitude M4.4 a été enregistré sur le Taupo (Nouvelle-Zélande) le 5 mars 2023. L’hypocentre était situé à moins de 10 km de lprofondeur et l’événement a été ressenti principalement le long de la rive du lac. Plus de 20 répliques ont été détectées après la secousse initial.
La sismicité avait diminué depuis novembre 2022, époque où un séisme peu profond de magnitude M5,7 a été enregistré (voir mes notes des 8 et 18 décembre 2022), provoquant un petit tsunami et des dégâts mineurs.
A côté de cette hausse de l’activité sismique, lesparamètres de surveillance du volcan sont restés stables et il n’y a pas eu de changements significatifs par rapport à l’activité observée au cours des derniers mois. C’est pourquoi le niveau d’alerte volcanique reste à 1 et la couleur de l’alerte aérienne à Vert. Il convient de noter que le niveau d’alerte volcanique ne correspond pas à une prévision de l’activité future.
La dernière éruption de Taupo a eu lieu en l’an 260, avec un VEI 6.
Source : GeoNet.

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An M4.4 earthquake was recorded at Taupo Volcano (New Zealand) on March 5th, 2023. The hypocenter was located less than 10 km from the surface and the event was felt mostly along the lake shore. More than 20 aftershocks have been detected since the initial event.

Seismicity had been decreasing since November 2022 when a strong and shallow M5.7 earthquakewas recorded (see my posts of December 8th and 18th, 2022), causing a small tsunami and minor local damage.

Despite the increase in earthquake activity, the volcano’s monitoring indicators remained stable, and there were no significant changes compared to the previous months of unrest. Thus, the Volcanic Alert Level remains at 1 and the Aviation Color Code at Green. It should be noted that the Volcanic Alert Level represents the current level of volcanic activity and unrest, and it is not a forecast of future activity.

The last eruption at Taupo took place in the year 260, with a VEI 6.

Source : GeoNet.

Fractures provoquées par le séisme de novembre 2022 sur les berges du lac Taupo (Source: GeoNet)