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Les effets du changement climatique dans les Alpes (2) : Neige et glaciers

La neige est une composante essentielle du système hydrologique de montagne. Tout changement dans la quantité, la durée et le caractère saisonnier du manteau neigeux peut avoir des conséquences durables au niveau environnemental et économique. Les régimes de température et d’humidité, fortement influencés par le climat, contrôlent le comportement de la neige et de la glace. En montagne, une hausse moyenne de 1°C s’accompagne d’une élévation de l’altitude limite moyenne de la neige d’environ 150 mètres. C’est pourquoi la durée de la saison d’enneigement a eu tendance à diminuer depuis les années 1970 dans beaucoup de stations alpines, avec cependant une grande variabilité d’année en année. Ceci est particulièrement vrai pour les stations se situant en dessous d’une altitude d’environ 1500 mètres. En revanche à des altitudes supérieures à 2500 mètres, une augmentation de la durée d’enneigement et de la profondeur du manteau neigeux a été constatée à certains endroits.

D’après les prévisions climatiques, des conditions hivernales moins froides associées à des précipitations plus importantes dans les Alpes contribueront à augmenter la quantité de neige à haute altitude. Par contre, on assistera à une forte diminution de l’enneigement dans les régions de basse et moyenne altitude, là où les précipitations auront tendance à tomber sous forme de pluie. Selon de nombreux modèles climatiques, dans le cas où les températures minimales de l’hiver augmenteraient de 4°C, on estime que la durée d’enneigement se réduirait de plus de 100 jours dans la tranche d’altitude entre 1500 et 2500 mètres d’altitude. À basse altitude, cette augmentation des températures aurait pour conséquence la quasi-disparition de la neige pendant la plupart des hivers, alors que les changements à très haute altitude seraient minimes.

La multiplication des hivers peu enneigés engendrera des problèmes économiques pour des stations de basse et de moyenne altitude (jusqu’aux alentours de 1 200-1 800 mètres d’altitude). Une diversification de l’offre touristique au-delà de l’industrie du ski s’avérera nécessaire pour la plupart des stations de montagne alpines.

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Je ne m’attarderai pas sur les effets du réchauffement climatique sur les glaciers. L’essentiel a été dit dans les notes précédentes. Il est bien évident cet impact est considérable. Le volume d’un glacier, qui se traduit par sa surface et son épaisseur, est déterminé par l’équilibre entre l’accumulation de neige et la fonte du glacier. Si le climat change, cet équilibre sera modifié. La plupart des glaciers alpins à l’exception de ceux de très haute altitude (plus de 3500-4000 m) présentent des températures de surface et internes très proches du point de congélation. La moindre augmentation de la température au-dessus de ce seuil de 0°C peut donc entraîner une réponse très marquée des glaciers. Entre 1850 et 2000, les glaciers des Alpes européennes ont ainsi perdu entre 30 et 40% de leur superficie et environ la moitié de leur volume. Une constatation similaire a été faite sur de nombreux glaciers de montagnes de la planète, tant aux latitudes moyennes que sous les tropiques. La plupart des études indiquent que 50 à 90% des glaciers de montagne existants pourraient disparaître d’ici à 2100 selon l’ampleur du réchauffement climatique à venir.

Source : Encyclopédie de l’Environnement.

Glacier d’Aletsch (Alpes suisses)

Glacier d’Argentière (Alpes françaises)

Mer de Glace (Alpes françaises)

Photos: C. Grandpey

Eruption du Kilauea (Hawaii) : Chimie de la lave // Lava chemistry

L’USGS a publié un article très intéressant sur l’évolution et les changements subis par la lave lors de l’éruption actuelle du Kilauea dans la Lower East Rift Zone  (LERZ).
Lorsque le premier échantillon de lave a été prélevé dans la LERZ  le 3 mai 2018, le laboratoire de géochimie de l’Université d’Hawaii a travaillé avec le HVO pour conclure en quelques heures que la lave provenait du magma déjà stocké sous la zone de rift. La lave de la LERZ était beaucoup plus froide (environ 1090 ° C) et plus «évoluée» que la lave d’une température de 1140°C émise par le Pu’uO’o au cours des 35 dernières années. Même si cette découverte ne fut pas vraiment une surprise, c’était la première fois qu’elle était documentée lors d’une éruption.
Il y eu tout de même une surprise: La Fracture n° 17 – la seule à ne pas être dans l’alignement des autres – a émis la lave avec la plus basse température et la plus chimiquement évoluée jamais observée sur le Kilauea. Sa température atteignait seulement 1030°C.
Les éruptions précédentes dans la LERZ du Kilauea ont montré une évolution semblable: Le magma évolué a été émis en premier, suivi un peu plus tard par un magma à plus basse température. La lave émise dans la LERZ au début de l’éruption dans les Leilani Estates est semblable à la première lave émise lors de l’éruption de 1955 dans la même région.
La découverte de magma évolué stocké dans zones basses du Kilauea n’est guère surprenante. En effet, au cours des événements passés, tout le magma n’a pas atteint la surface. Ce magma stocké a évolué avec le temps. Comme le Kilauea est très volumineux, il peut s’écouler des décennies avant que le magma ne revienne dans une région donnée. Pendant ce laps de temps, le magma stocké refroidit, développe des cristaux et change lentement de composition. Quand une nouvelle intrusion se fraye un chemin sous l’édifice volcanique et atteint la surface, elle peut rencontrer un ou plusieurs de ces corps magmatiques du passé. Le magma d’intrusion peut repousser et / ou se mélanger avec le magma déjà stocké et qui est encore liquide.
Alors que l’éruption dans la LERZ se poursuivait, les échantillons prélevés le 11 mai 2018 ont montré que la composition de la lave avait évolué vers un magma légèrement plus chaud (1105°C) et moins évolué. Peu de temps après, les éruptions au niveau de la Fracture n° 20 ont produit des coulées de lave a’a qui se sont déversées dans l’océan.
Au cours des 12 jours suivants, les analyses chimiques ont révélé une lave progressivement plus chaude et moins évoluée, jusqu’à ce qu’elle se stabilise à des températures de 1130-1140°C. L’arrivée de cette lave plus chaude a précédé l’éruption spectaculaire de la Fracture n° 8.
Cette nouvelle lave comprend des cristaux d’olivine abondants et visibles, dont certains ressemblent aux cristaux d’olivine présents dans le magma au sommet du Kilauea avant le début de l’activité éruptive dans la LERZ. La composition de la lave qui s’écoule en ce moment ne correspond pas exactement à celle émise récemment par le Pu’uO’o ou le sommet, mais elle lui ressemble beaucoup. Ceci est à mettre en parallèle avec les observations géophysiques selon lesquelles le volume de l’effondrement sommital présente une ampleur identique au volume de lave émis par l’éruption dans la LERZ.
Source: USGS / HVO.

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USGS has released a very interesting article about the evolution and the changes undergone by lava during the current Kilauea eruption in the Lower East Rift Zone (LERZ).

When the first LERZ lava sample was collected on May 3rd, 2018, the University of Hawaii geochemistry lab worked with the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) to determine, within hours, that the erupted lava was from stored magma. The LERZ lava was much cooler (about 1090°C) and more “evolved” than any Pu’uO’o lava (typically 1140°C) erupted over the past 35 years. While this finding was not a surprise, it was the first time it had been documented during an eruption.

However, there was one surprise: Fissure 17 – the only vent not in line with the others – erupted the coolest and most chemically evolved lava ever found on Kilauea. Its temperatures were as low as 1030°C.

Previous lower rift zone eruptions on Kilauea have shown a similar pattern: evolved magma erupted first, followed later by hotter, “fresher” magma. The early LERZ lava erupted in Leilani Estates is similar in composition to the early 1955 lava, which erupted in the same area.

Finding evolved magma stored in the lower regions of Kilauea, the site of many past eruptions and intrusions, is to be expected. During past events, not all of the magma reached the surface. That stored magma then evolved over time. Because Kilauea is very massive, it can take decades before magma comes back to a given area. During that time, stored magma cools, grows crystals, and slowly changes in composition. When a new intrusion forces its way through the volcano and up to the surface, it may encounter one or more of these stored magma bodies. The intrusion magma can push out and/or mix with any stored magma that is still liquid.

As the LERZ eruption continued, samples collected on May 11th, 2018 showed that the lava composition had shifted to slightly hotter (1105°C) and less evolved magma. Soon afterward, eruptions from Fissure 20 produced a’a flows that rushed to the ocean.

Over the next 12 days, the lava chemistry became progressively hotter and less evolved until it stabilised at temperatures of 1130–1140°C. The arrival of this hotter lava preceded the high-volume, sustained eruption of Fissure 8.

This new lava includes abundant and visible olivine crystals, some of which resemble the type of olivine crystallizing in summit magma before the LERZ eruption sequence began. The lava composition we see now does not exactly match recent Pu’uO’o or summit lavas, but it is similar. This correlates well with geophysical observations that the volume of the summit collapse is similar in magnitude to the volume of LERZ erupted lava.

Source : USGS / HVO.

Crédit photo: USGS

Hawaii : L’entrée de lave dans l’océan et son impact sur les écosystèmes // The ocean lava entry and its impact on ecosystems

La lave qui pénètre dans le Pacifique dans District de Puna ne modifie pas seulement le paysage terrestre; elle modifie également le paysage marin en affectant la vie aquatique.

Un professeur du département des Sciences de la Mer de l’Université d’Hawaii à Hilo concentrait jusqu’à présent ses études sur la vie dans les « Tide Pools » (bassins d’eau de mer qui se remplissent avec la marée) près de Vacationland. L’objet de ses recherches était les impacts de l’eau douce sur les écosystèmes côtiers.
Malheureusement, les « Tide Pools » ont été recouverts par la lave au début de l’été et le professeur a dû changer son fusil d’épaule. Il travaille maintenant en relation avec Liquid Robotics, une entreprise située à Kawaihae Harbor, et utilise un nouvel équipement baptisé Wave Glider pour analyser la répartition de l’eau chaude sur le site où la lave pénètre dans l’océan, ainsi que son impact sur l’environnement.
Le Wave Glider est une sorte de robot qui collecte des données tout en flottant à la surface de l’océan. L’appareil a à peu près la taille d’une planche se surf mais est légèrement plus épais pour pouvoir y loger des batteries, un ordinateur pour la navigation et la communication, et des instruments de mesure scientifique
En utilisant cette technologie sans pilote, les scientifiques ont la possibilité d’étudier les effets de la lave qui entre dans l’océan, le panache qu’elle génère, ainsi que et les interactions de la lave et de l’eau de mer directement à la surface de l’océan. Il convient de noter que très peu d’éruptions volcaniques et de coulées de lave ont été analysées en temps réel depuis le large.
Le professeur et son équipe ont examiné trois types de données: température de l’eau, sédiments et pH.
– L’eau bout à l’endroit où la lave pénètre dans l’océan et les chercheurs ont relevé des températures supérieures à 38°C à trois kilomètres de la côte. Certains jours, cette distance peut être grande, d’autres jours plus courte. Ces variations de température dépendent en partie de la quantité de lave qui se déverse dans l’océan. La température de référence de l’eau pendant les relevés était de 26°C. Les scientifiques ont noté que l’eau chaude a tendance à s’éloigner du rivage plutôt de s’étirer le long de la côte. Elle se déplace vers le large et l’eau plus froide se déplace le long du littoral ou remonte des profondeurs pour remplacer l’eau là où la lave entre dans la mer. En procédant de cette façon, cette eau plus fraîche fournit une certaine protection aux écosystèmes autour de la coulée de lave.
– Les chercheurs ont constaté que l’eau était très boueuse. Au fur et à mesure que la lave se déverse, elle se refroidit, se craquelle et est réduite en miettes de plus en plus petites par l’action des vagues. On voit alors apparaître des «bombes volcaniques» – comme celle qui s’est écrasée sur le bateau de touristes -, des roches et de fines particules de limon et d’argile, qui restent en suspension, ce qui donne à l’eau son aspect boueux. Un scientifique a expliqué que l’eau ressemble à « la Baie de Hilo après une grosse pluie. »
– La troisième mesure concerne le pH, autrement dit l’acidité de l’eau. L’eau de mer est légèrement basique à pH 8 et le pH 7,2 est le plus bas à avoir été mesuré. A 7.0, le  pH est neutre. Connaître les niveaux de pH est important car cela permet de savoir dans quelles proportions les écosystèmes côtiers sont affectés par l’éruption.

Ce sont la chaleur et les sédiments dans l’eau qui auront les impacts les plus significatifs sur les écosystèmes côtiers.
C’est la première fois depuis des décennies que ce type de données est collecté. La dernière campagne de mesures a été effectuée à la fin des années 1980 et au début des années 1990 par un groupe de chercheurs de l’Université d’Hawaii à Manoa. Une des grandes différences avec les mesures du passé est que cette fois il y a beaucoup plus de lave qui se déverse dans l’océan.
Un autre avantage est apporté par les avancées technologiques. Avec le Wave Glider, les mesures sont prises toutes les deux minutes, ce qui fournit des données précises qui n’étaient pas disponibles dans les années 1980 et 1990.
L’impact de la lave sur l’eau entraîne également un impact sur la vie marine. Pour les animaux et les organismes, survivre à une coulée de lave dépend de leur degré de mobilité. Par exemple, un corail au fond de l’océan va mourir dès qu’il sera atteint par la lave de l’éruption car il ne peut pas bouger. En revanche, les poissons peuvent s’échapper s’ils réagissent rapidement. Par contre, si les « tide pools » sont envahis par la lave, la vie marine qui s’y trouve à marée basse sera piégée au moment de l’arrivée de la lave. .
La chaleur est le principal danger pour la vie marine, mais il faudra que le niveau de pH repasse à un état quasi normal pour que les organismes marins puissent commencer à repeupler l’endroit. Bien qu’il n’y ait plus de vie dans les récifs envahis par la lave en ce moment, on prévoit d’y étudier son retour une fois que le fond de l’océan se sera stabilisé. Cependant, on n’en est pas encore là. Le processus menant à une vie marine normale le long de la côte peut prendre des décennies…
Source: Hawaii Tribune Herald.

Voici une vidéo expliquant le fonctionnement du Wave Glider :

https://youtu.be/RKMqAwmh5hk

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The lava entering the Pacific Ocean in Lower Puna is not only changing the landscape; it is also altering the seascape, impacting the water and sea life within.

A professor in the Marine Science Department at the University of Hawaii at Hilo used to study life in the tide pools near Vacationland before they were lost to the lava earlier this summer. The focus of his research was the impacts of freshwater on coastal ecosystems.

The loss of the tide pools to lava forced him to change the finality of his work. He is now collaborating with Liquid Robotics, a company in Kawaihae Harbor, on the use of their Wave Glider technology to help understand the distribution of the hot water where lava is entering the ocean and its impact on the environment.

The Wave Glider is a sort of robot that is collecting data while floating at the surface of the ocean. The device is roughly the size of a stand-up paddle board, but slightly thicker to hold batteries, a computer for navigation and communication and instruments for science

By using this unmanned technology, scientists have the rare opportunity to study the effects of the lava entering the ocean, the plume it creates, and the interactions of the lava and seawater directly from the surface of the ocean. It should be noted that very few volcanic eruptions and lava flows have ever been monitored in real time from the ocean.

The professor and his team have looked at three different aspects of the data: water temperature, sediment and pH levels.

– Water is boiling right where the lava enters the ocean, and researchers are observing temperatures greater than 38°C three kilometres off the coast. Some days, that distance may be farther, while other days not so far. How much hot water there is seems to fluctuate day by day and is partly related to how much lava is pouring into the ocean. The reference water temperature while they were sampling was 26°C.The scientists noted that hot water tends to flow away from the shoreline instead of spreading out along the coast. It moves off shore, and cool water is either coming in along the shoreline or coming up from the depths to replace the water where the lava pours in. Proceeding this way, it provides some protection for the ecosystems surrounding the lava flow.

– Another observation is that the water is very muddy. As the lava pours in, it cools, cracks and is broken down into smaller and smaller pieces by waves. It produces “lava bombs” like the one that crashed onto the tourist boat, rocks, and fine bits of silt and clay, and the small particles stay suspended. One scientist explained that the water looks like “Hilo Bay after a big rainfall; the water is that muddy.”

– The third measurement is the pH, or acidity, of the water. Ocean water is slightly basic at pH 8, and pH 7.2 is the lowest that has been measured. A 7.0 on the pH scale is neutral. Knowing the pH levels is important as it allows to know to what extent coastal ecosystems can be affected by the eruption. The heat and sediment in the water are going to have big impacts on near-shore ecosystems.

This is the first time in decades this kind of data has been collected. The last such effort was done in the late 1980s or early 1990s by a group at UH-Manoa,. One of the big differences with the past measurements is that this time there is much more lava pouring into the ocean.

A new advantage is brought by the technological advances. With the Wave Glider, measurements are taken every two minutes, providing high resolution data that was not available in the 1980s and 1990s.

Impact to the water also means impact to the marine life there. For animals and organisms, surviving a lava flow depends on how mobile they are. For example, a coral at the bottom of the ocean will die as soon as it is struck the lava from the eruption because it cannot move.

On the other hand, the fish can escape if they react quickly. Some of the tide pools also are “ponded,” so marine life in there at low tide will be trapped when lava arrives. .

 Heat is the biggest concern for marine life, but the pH levels will have to return a fairly normal state before any marine organism can begin to inhabit the place. While there is no life in the affected reefs at the time, there are plans to monitor what returns once the sea floor stabilizes. However, researchers are nowhere near that point yet. The process leading to a normal marine life along the shore may take decades.

Source: Hawaii Tribune Herald.

Here is a video about the Wave Glider :

https://youtu.be/RKMqAwmh5hk

Vue du Wave Glider face à l’éruption (Crédit photo: Liquid Robotics)

La lave du Kilauea dans l’océan // The Kilauea lava in the ocean

La lave issue de la Fracture n° 8 continue d’entrer dans l’Océan Pacifique le long d’un front de 6 kilomètres. Les vues proposées par les nombreuses vidéos nous montrent la lave en train de s’écouler lentement dans la mer tout en produisant de volumineux panaches de vapeur et de gaz. En fait, ce que nous voyons n’est que la partie émergée de la lave. En effet, certaines données laissent supposer que le volume immergé est peut-être encore plus important que celui qui ressort à la surface de l’océan. La bathymétrie chute très rapidement à quelques encablures du rivage et personne ne sait jusqu’à quelle profondeur est descendue la lave. Les coulées a’a continuent peut-être d’avancer au large, à moins qu’elle se transforment rapidement en laves en coussins (« pillow lavas » en anglais), phénomène fréquent le long des côtes hawaiiennes.
Comme on peut le voir dans la petite vidéo ci-dessous, les basaltes en coussins se forment sur des coulées de lave relativement lentes. Cela permet à l’eau de mer de refroidir rapidement la lave en fusion, ce qui provoque la formation rapide d’une croûte de surface ; ce processus finit par donner à la roche sa forme de coussin si particulière. Il existe une vaste gamme de laves en coussins, depuis les écoulements visqueux jusqu’à ceux très fluides observés à d’Hawaï.
D’autres processus sont fréquemment observés lorsque la lave interagit avec l’océan. Il se produit alors de violentes explosions, des projections d’eau chaude, des bulles de gaz et de vapeur, des glissements de terrain et l’apparition de roches volcaniques flottantes. Ces dernières se forment lorsque des projections de lave en fusion touchent l’eau. Les roches poreuses sont alors si chaudes que l’eau de mer qui les pénètre est instantanément convertie en vapeur, ce qui maintient les roches à la surface de l’eau. Elles vont grésiller et se déplacer à la surface pendant plusieurs minutes avant de se refroidir et disparaître dans les profondeurs.
En plus de ce qui se passe sous la surface, des modifications apparaissent également le long de la côte. Ces changements de morphologie vont par exemple modifier les courants, ce qui va donner naissance à de nouvelles plages de sable noir. Là où de nombreux « tide pools » (bassins façonnés par les marées) ont disparu, de nouveaux vont rapidement prendre forme.
L’un des plus grands impacts sur l’environnement sous-marin concerne la température de l’eau qui atteint près de 50 degrés Celsius à environ 100 mètres au large de la côte, avec des températures de 37 degrés ou plus jusqu’à 3 kilomètres au large. Heureusement, cette couche d’eau plus chaude ne semble pas se propager le long du rivage et reste a une profondeur de moins de 6 mètres, ce qui empêche la destruction des écosystèmes le long de la côte et en profondeur. Cependant, la vie qui existait là a disparu. La nouvelle lave qui pénètre dans l’océan a un impact sur la vie des poissons. Les modifications intervenues dans la chimie de l’eau, sa température et son pH rendent toute nouvelle vie impossible pour le moment.

Source : USGS.

https://youtu.be/I9RnIP2OYU0

La vidéo montre la formation de laves en coussins à Hawaii. Il est bon de rappeler que l’on rencontre également ces formations géologiques sur la terre ferme. Un exemple remarquable se trouve sur le massif du Chenaillet dans les Hautes Alpes. Les coussins de basalte âgés de 150 millions d’années sont les vestiges d’un plancher océanique qui existait avant la surrection des Alpes.

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Lava produced by Fissure 8 is still entering the Pacific Ocean along a 6-kilometre-long front. The views of the lava entry provided by the numerous videos show us lava oozing into the sea while generating voluminous plumes of steam and gas. Actually, what we are seeing is only the emerged part of the lava. Indeed, some data suggests that there may actually be more volume of the lava flows that has actually gone offshore than has stayed on shore. The bathimetry drops off very steeply a short distance off shore and nobody knows how far they have gone. The a’a flow possibly continues offshore, or transitions to a pillowed lava flow which is common in undersea lava flows.

As can be seen in the short video below, pillow basalts form in relatively slow lava flows. It allows the overlying sea water to rapidly cool the molten lava, which causes a surface crust to quickly form giving the resulting rock its distinctive pillow shape. There appear to be a large range of pillow lavas possible ranging from viscous rocky flows to highly fluid flows like the current one in Hawaii.

Other processes that are frequently observed as lava interacts with the ocean include violent explosions, underwater jets of hot water, gas bubbles, steam, landslides and floating lava rocks. They form from the spattering that occurs when the molten lava touches the water; resulting porous rocks are so hot that the seawater entering them is instantly converted to steam, which keeps the rocks buoyant. The floating rocks will sizzle and spin on the water for several minutes until they cool and eventually sink.

In addition to what’s happening beneath the surface, new features are also appearing along the coastline. For instance, it is going to also change the currents around that area because the shape of the land is changed and there will be new black sand beaches popping up. Where numerous tide pools and up to about 15% of anchialine ponds were lost, new tide pools are now taking shape.

One of the biggest impacts to the surrounding underwater environment is water temperature which reaches up to nearly 50 degrees Celsius about 100 metres offshore with temperatures of 37 degrees or more extending up to 3 kilometres from the ocean entry. Fortunately, this layer of warmer water does not seem to spread far along the shoreline and has a depth of less than 6 metres, sheltering the surrounding ecosystems both along the coast and at depth. However, the life that existed there is gone. The new lava entering the ocean is impacting fish life. The water chemistry that is changing in temperature and pH and all of that right now makes any new life impossible.

Source : USGS

https://youtu.be/I9RnIP2OYU0

The video shows the formation of pillow lavas in Hawaii. It is worth remembering that we can also observe these geological formations on the mainland. A remarkable example is at the Chenaillet in the French Hautes Alpes. The 150-million-year-old basalt lavas are the remnants of an ocean floor that existed before the Alpine uplift.

Ophiolites du Chenaillet (Photos: C. Grandpey)