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Projet de géothermie sous-marine // Subsea geothermal project

J’ai consacré un article (le 18 juillet 2024) à l’Axial Seamount, un volcan sous-marin situé à environ 480 km au large des côtes de l’Oregon. Il s’agit d’un volcan bouclier, dont la structure est comparable à celle des volcans que l’on trouve à Hawaï.

Carte montrant la position de l’Axial sur la dorsale Juan de Fuca (Source : USGS)

En mars 2024, ce volcan sous-marin présentait une inflation importante, faisant craindre une éruption aux scientifiques locaux. Cette phase de gonflement s’accompagnait d’une hausse de l’activité sismique. Les volcanologues ont évoqué la possibilité d’une éruption entre 2025 et 2026, tout en soulignant le caractère imprévisible de l’activité volcanique. À ce jour, aucune éruption n’a eu lieu.

Source: USGS

Malgré les risques éruptifs, des chercheurs viennent de réaliser, sur l’Axial Seamount, la toute première démonstration d’une centrale géothermique sous-marine. Bien que la production d’électricité n’ait duré que moins de 10 secondes, cette expérience a montré la faisabilité technique d’exploiter une nouvelle forme d’énergie renouvelable en milieu sous-marin.
Endurance Energy, une start-up basée à Seattle à l’origine de ce projet, ambitionne à terme de commercialiser l’énergie géothermique sous-marine, notamment auprès des nations insulaires du Pacifique et d’autres clients en quête d’alternatives à l’importation de combustibles fossiles coûteux.
L’exploitation de l’énergie géothermique sur les fonds marins soulève des défis bien différents de ceux rencontrés dans les projets géothermiques terrestres. Elle peut également entraîner des coûts d’installation et d’exploitation plus élevés.
Pour mener à bien cette opération, Endurance Energy a déployé, depuis le navire Ocean Guardian, un équipement de forage sous-marin afin de creuser deux puits dans le plancher océanique, à une profondeur d’environ 1 524 mètres.
Les deux forages ont rapidement laissé échapper des fluides hydrothermaux atteignant une température d’environ 260 °C. L’équipe d’Endurance Energy a procédé au tubage et à la cimentation du second puits, avant d’y installer une vanne. L’entreprise a ensuite mis en place sa centrale électrique de 100 kilowatts, baptisée Adélie ; celle-ci est conçue pour vaporiser les fluides hydrothermaux captés, afin d’actionner une turbine reliée à un générateur électrique. Un robot sous-marin télécommandé a été utilisé pour faciliter le raccordement de la centrale au puits nouvellement foré. La centrale Adélie a également été reliée au centre de contrôle d’Endurance Energy à Seattle, grâce au raccordement à un réseau sous-marin de 900 kilomètres composé de câbles à fibre optique et de câbles électriques. Ce réseau a fourni à la fois de l’énergie et une connectivité aux capteurs installés sur le plancher océanique.
Tout était alors prêt pour le test d’Adélie, mais un problème majeur est rapidement apparu : le forage de 16 mètres dans les fonds marins ne fournissait pas une quantité suffisante de fluide hydrothermal pour faire fonctionner la centrale. Par ailleurs, le puits de test ne mesurait que 5 centimètres de diamètre, alors que les puits utilisés pour l’extraction de pétrole, de gaz ou pour la géothermie terrestre présentent généralement des tubages d’un diamètre compris entre 50 et 90 centimètres. Pour éviter ce genre de difficulté à l’avenir, Endurance Energy prévoit de réaliser des forages plus profonds afin d’accéder à un volume plus important de fluides. L’équipement de forage actuel de l’entreprise peut atteindre environ 80 mètres de profondeur, soit cinq fois plus que le puits utilisé lors du premier test.
Afin de tenter tout de même de faire fonctionner la centrale Adélie, l’équipe scientifique l’a déplacée vers une source hydrothermale naturelle située à proximité, où du fluide s’écoule à une température d’environ 281 °C. En l’espace d’une trentaine de secondes, la turbine de la centrale a atteint une vitesse d’environ 26 000 tours minute, permettant au générateur de produire 60 wattheures d’électricité. La centrale a même atteint un bilan énergétique positif, puisqu’elle produisait plus d’électricité qu’elle n’en consommait, pendant 8,7 secondes. Elle a généré une puissance nette moyenne d’environ 2 kilowatts, avec un pic atteignant 16,5 kilowatts.
Cependant, un problème logiciel a interrompu le fonctionnement de l’installation, qui a été arrêtée par mesure de sécurité. Lors de la procédure de redémarrage, un câble électrique alimentant la pompe du fluide frigorigène a subi une défaillance, ce qui a définitivement mis fin à l’essai.

Endurance Energy compte toutefois tirer parti de cette expérience pour améliorer la conception et les tests de ses câbles sous-marins. L’installation de la centrale géothermique au-dessus d’une source hydrothermale naturelle constituait un test ponctuel, mené exclusivement à des fins de recherche et de démonstration. Endurance Energy prévoit de prendre des mesures pour limiter les éventuels impacts environnementaux sur les fonds marins et la faune marine. Le prochain test, prévu pour l’hiver 2026-2027, mettra en œuvre une unité Adélie remise à neuf et améliorée – rebaptisée Gentoo par référence au manchot papou – conçue pour permettre une importante production d’énergie.
L’entreprise développe par ailleurs un générateur commercial plus puissant, de 2 mégawatts, en vue de sa première mise en oeuvre commerciale, prévue en 2027 dans le royaume des Tonga. Cet État insulaire polynésien, situé dans le sud de l’océan Pacifique, alimente son réseau électrique principalement grâce à du diesel importé, dont le prix a considérablement augmenté depuis le début du conflit au Moyen-Orient.
Source : ARS Technica.

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I have dedicated a post 18 July 2024) to Axial Seamount, a submarine volcano located about 482 km off the coast of Oregon. It is a shield volcano structure, similar to those found in Hawaii.

By March 2024, the seamount was showing significant inflation and local scientists feared an eruption. The rise in inflation was accompanied by an increase in seismic activity. Volcanologists said that an eruption might occur between 2025 and 2026, but they admitted the unpredictability of volcanic activity. Actually, no eruption has occurred yet.

Despite the eruptive risk, researchers have just made on Axial Sealount the world’s first demonstration of a subsea geothermal power plant. It generated less than 10 seconds of net-positive electricity but showed the technical feasibility of tapping another form of renewable energy underwater.

Endurance Energy, the Seattle-based startup behind the effort, aims to eventually commercialize subsea geothermal power for Pacific island nations and other customers looking for alternatives to importing expensive fossil fuels.

Tapping geothermal power on the seafloor face many different challenges from land-based geothermal projects, which can also add up to higher installation and operational costs.

Endurance Energy’s deployment required a subsea lander drill to deploy from the ship Ocean Guardian and drill two holes in the seafloor at a depth of about 1,524 meters.

Both drilled holes started venting hot hydrothermal fluid at a temperature of about 260° C. The Endurance Energy team proceeded to case and cement the second hole before installing a valve to create a well. Next, the company deployed its 100-kilowatt power plant – named Adélie – designed to vaporize incoming hydrothermal fluid to spin a turbine and drive an electric generator. A remotely operated submersible was used to help connect the power plant to the newly drilled well.

Adélie also connected to Endurance Energy’s Seattle command center by plugging into a 900-kilometer network of undersea fiber-optic and electric cables that provides both power and connectivity to scientific sensors on the seafloor.

Everything was then ready for the Adélie power test. But a major hitch soon arose : the drilled well extending16 meters down into the seafloor was not delivering enough of the hydrothermal fluid to run the power plant.

The test well was also just 5 centimeters wide, compared to oil, gas, and onshore geothermal wells that typically have casings 50 to 90 centimeters across. Endurance Energy plans to avoid this issue in the future by drilling deeper wells to access more fluid. The company’s current lander drill can reach about 80 meters, which would be five times deeper than the initial test well.

To try running the Adélie power plant anyway, the team redeployed it to a nearby natural vent where hydrothermal fluid was already flowing out at about 281° C. Over nearly half a minute, the power plant turbine reached about 26,000 rpm and enabled the generator to produce 60 watt-hours of electricity. The power plant also became net-positive by producing more electricity than it consumed for about 8.7 seconds. It produced a median of about 2 kilowatts of net power and peaked at 16.5 kilowatts of net power.

But then a software issue brought the power run to a halt and the power plant was stopped as a safety precaution. When the team was restarting the power plant, a power cable feeding the refrigerant pump also failed, which ended the trial run, although Endurance Energy already plans to use the experience to improve how it builds and tests subsea cables.

Placing the geothermal plant on top of a natural hydrothermal vent was a one-time test for purely research and demonstration purposes. Endurance Energy plans taking steps to reduce potential environmental impacts on the seafloor and marine life.

The company’s next trial run planned for the winter of 2026 – 2027 will involve a refurbished and upgraded Adélie, renamed Gentoo, that will aim to sustain higher power generation.

The company is also developing a larger 2-megawatt commercial generator for its first planned commercial deployment with the Kingdom of Tonga in 2027. The Polynesian island nation in the South Pacific Ocean runs its power grid primarily on imported diesel fuel, which has significantly increased in price since the Middle East conflict.

Source : ARS Technica.

À la recherche des caldeiras sous-marines // In search of underwater calderas

J’ai souvent écrit sur ce blog que nous connaissons mieux la surface de la planète Mars que les profondeurs des océans terrestres. C’est dommage, car c’est au fond de nos océans que se trouvent les zones de subduction, à l’origine de séismes destructeurs et de puissantes éruptions.
Il est bien connu que la majeure partie de l’activité volcanique terrestre se déroule sous la surface des océans. Pourtant, les cicatrices laissées par les éruptions sous-marines restent en grande partie invisibles.
Au travers d’une étude assistée par intelligence artificielle portant sur les fonds marins, une équipe scientifique dirigée par le volcanologue Andrea Verolino, de l’université Paris-Saclay (France), a identifié 73 caldeiras volcaniques jusqu’alors inconnues, dissimulées au fond des océans.
Rappelons que les caldeiras sont de vastes dépressions semblables à des cratères ; elles se forment lorsqu’un volcan vide sa chambre magmatique et que le sol en surface s’effondre sur lui-même. Certaines caldeiras sont éteintes depuis longtemps, mais d’autres témoignent de systèmes volcaniques susceptibles d’entrer à nouveau en éruption.
Dans un article publié dans la revue Communications Earth & Environment, les chercheurs expliquent que leur «ensemble de données comble un vide majeur en matière d’observation et fournit un cadre reproductible et évolutif pour la caractérisation des volcans sous-marins, soulignant la nécessité d’intégrer les caldeiras sous-marines dans les futures évaluations mondiales du volcanisme ».
L’essentiel de l’activité volcanique terrestre se produit sous la mer, là où les plaques tectoniques s’écartent, entrent en collision ou glissent les unes sous les autres. Ces zones de contact dynamiques permettent au magma de remonter vers la surface, édifiant des volcans sur les fonds océaniques.
Si la majeure partie de l’activité volcanique sous-marine consiste en des éruptions basaltiques relativement modérées le long des dorsales océaniques, les caldeiras sous-marines peuvent parfois générer des éruptions colossales accompagnées de tsunamis, d’ondes de choc, de panaches de cendres et d’énormes quantités de vapeur lorsqu’elles se produisent dans les profondeurs de l’océan. L’éruption du Hunga Tonga-Hunga Haʻapai, dans l’archipel des Tonga en 2022, fut d’une ampleur considérable. Elle a généré des ondes de pression atmosphérique atteignant l’espace, des tsunamis, et causé des dégâts à des milliers de kilomètres de distance. J’ai consacré plusieurs notes à cet événement.
Si nous ignorons où se trouvent ces caldeiras sous-marines, nous ne pouvons pas savoir lesquelles ont besoin d’être surveillées. Avant cette nouvelle étude, moins de 30 caldeiras avaient été répertoriées sous les océans. Pour combler ce vide dans nos connaissances, l’équipe scientifique de l’Université Paris-Saclay a adapté un algorithme initialement prévu pour détecter des cratères d’impact sur Mars et les chercheurs l’ont appliqué à des cartes bathymétriques, c’est-à-dire des cartes représentant la topographie des fonds marins.
L’algorithme a d’abord repéré 87 435 caldeiras potentielles. Toutefois, la plupart d’entre elles se sont révélées être fausses. En appliquant une série de filtres puis en examinant manuellement les candidats restants, les chercheurs ont réduit leur liste finale à 78 caldeiras probables. Cinq de ces caldeiras – comme la caldeira de Niuatahi – étaient déjà connues comme étant des caldeiras sous-marines. Cela a confirmé que la méthode était parfaitement adaptée à détecter des formations réelles.

Bathymétrie de la caldeira connue de Niuatahi, dans l’archipel des Tonga. (NOAA)

Cela signifie que les chercheurs ont découvert 73 caldeiras potentielles jusqu’alors inconnues. Si elle est confirmée, cette découverte permettra de plus que tripler le nombre de caldeiras sous-marines connues. Par ailleurs, l’algorithme pourrait être affiné pour en détecter davantage à l’avenir.
Ces découvertes révèlent également les zones où les caldeiras sous-marines sont le plus susceptibles de se former. Huit des structures nouvellement identifiées se situent au niveau de dorsales océaniques, à la frontière entre deux plaques tectoniques. Neuf caldeiras ont été repérées dans des arcs volcaniques. Enfin, 61 autres se trouvent dans des contextes tectoniques intraplaques.
Selon les chercheurs, sept de ces nouvelles caldeiras représentent des cibles d’intérêt pour de futures explorations ; en effet, leur localisation, leur profondeur et leur forme laissent supposer qu’elles pourraient jouer un rôle clé dans la compréhension des risques volcaniques sous-marins.
Il convient de noter que l’étude n’a pas cherché à déterminer si l’une de ces caldeiras était actuellement active. Toutefois, plusieurs études récentes ont montré que même des volcans considérés comme éteints peuvent se remplir discrètement de magma et redevenir actifs.
Source : ScienceAlert

Carte extraite de l’étude et montrant les nouvelles caldeiras

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I have often written on this blog that we know the surface of Mars better than the depths of Earth’s oceans. It’s a pity because deep in our oceans are located subduction zones that are the source of destructive earthquakes and powerful eruptions.

It is well known that most of Earth’s volcanic activity takes place underwater. Yet the scars those volcanoes leave behind are largely hidden.

Through an AI-assisted search of the seafloor, a scientific team led by volcanologist Andrea Verolino of Paris-Saclay University in France has identified 73 previously unknown volcanic calderas hidden beneath Earth’s oceans.

It is useful to remind that calderas are vast crater-like depressions left when a volcano empties enough of its underground magma chamber for the ground above to collapse in on itself. Some are long extinct, but others mark volcanic systems that could erupt again.

In a document published in Communications, Earth & Environment, the researchers explani that their »dataset fills a major observational gap and provides a reproducible, upgradeable framework for submarine volcano characterization, underscoring the need to incorporate submarine calderas into future global volcanic assessments. »

Most of Earth’s volcanic activity takes place beneath the sea, where tectonic plates are constantly pulling apart, colliding, and sliding beneath one another. These restless boundaries allow magma to rise toward the surface, building volcanoes across the ocean floor.

Most of the submarine volcanic activity consists of relatively gentle basaltic eruptions along spreading ridges, but every now and then, submarine calderas can generate enormous eruptions, tsunamis, shock waves, ash plumes, and tremendous amounts of steam as they explode deep under the ocean. The 2022 Hunga Tonga-Hunga Haʻapai event in the Tongan archipelago was enormous. It produced atmospheric pressure waves that reached space, widespread tsunamis, and damage thousands of kilometers away. I have written several posts about this explosion.

If we don’t know where submarine calderas are, we can’t know which ones deserve closer monitoring. Before the new study, fewer than 30 had been documented beneath the oceans.

To address this gap in our knowledge, the scientific team from Paris-Saclay University adapted an algorithm that was originally trained to detect impact craters on Mars, and applied it to bathymetric maps, namely maps that record the topography of the seafloor.

The algorithm initially flagged 87,435 possible formations. However, most of those were false alarms. By applying a series of filters and then manually inspecting the remaining candidates, the researchers narrowed their final list down to 78 likely calderas. Five of the candidates were already recognized as submarine calderas, lending confidence that the method can successfully identify real examples.

This means that the researchers found 73 possible calderas that we didn’t know about before. If confirmed, their discovery would more than triple the number of known submarine calderas, and the algorithm may be refined to find even more in the future.

The discoveries also reveal where submarine calderas are most likely to occur. Eight of the newly found features are at mid-ocean ridges at the boundary between two tectonic plates. Nine calderas are identified in volcanic arcs. 61 others are located in interior tectonic settings.

The researchers also highlighted seven of the newly identified calderas as interesting targets for future exploration because their location, water depth and shape suggest they could be important for understanding submarine volcanic hazards.

It’s important to note that the study did not assess whether any of these calderas are currently active. However, several recent studies have found that even volcanoes we think are extinct may be quietly refilling with magma and may become active in the future.

Source : ScienceAlert.

https://www.sciencealert.com/

Les chambres magmatiques du Hunga Tonga Hunga-Ha’apai // Hunga Tonga Hunga-Ha’apai’s magma chambers

L’éruption du Hunga Tonga Hunga-Ha’apai, le 15 janvier 2022, a été l’une des plus puissantes de l’histoire de l’humanité. Elle a déclenché la foudre la plus intense jamais enregistrée et le premier méga-tsunami documenté depuis l’Antiquité. Aujourd’hui, les scientifiques découvrent encore fréquemment de nouveaux éléments sur cet événement et sa source.
Dans une étude récente publiée dans la revue Science Advances, des scientifiques expliquent avoir enfin cartographié l’immense système d’alimentation magmatique qui a donné naissance à cette méga éruption. Elle a été ressentie dans le monde entier, mais le contexte sous-marin du volcan a toujours déconcerté les scientifiques qui tentent de comprendre comment une explosion aussi violente a pu se produire.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont cartographié de légères variations de l’attraction gravitationnelle dans les eaux autour de l’île avant et après l’éruption et ils ont découvert que l’explosion était probablement alimentée par deux chambres magmatiques qui ont fusionné.
Les réservoirs magmatiques se trouvent à différentes profondeurs, entre 2 et 10 kilomètres sous le volcan et avaient probablement stocké une forte proportion de magma liquide avant l’éruption de 2022. Les chercheurs ont découvert que l’explosion a éjecté environ 30 % du magma – soit plus de 9 kilomètres cubes – stocké dans une chambre centrale peu profonde, ce qui a provoqué l’effondrement du plancher du volcan et la formation d’une caldeira de 850 mètres de diamètre. Lorsque la pression dans le réservoir central a chuté suite à l’explosion, le magma stocké dans un réservoir plus profond, au nord, a probablement traversé la croûte et reconstitué le réservoir central, ouvrant ainsi un chenal entre les deux chambres. On peut lire dans l’étude qu’il est également possible que du magma provenant d’une source riche en gaz, plus profonde dans la croûte terrestre, soit monté jusqu’à la chambre centrale, ce qui « pourrait aussi expliquer la violence de l’éruption de 2022 ».
Une troisième poche de magma, située au nord-ouest de la chambre centrale, semble déconnectée du système et ne pas avoir participé à l’éruption.
Il se pourrait que 26 kilomètres cubes de magma susceptibles d’alimenter une éruption soient encore stockés dans les deux principaux réservoirs situés sous le Hunga Tonga. Le magma susceptible d’être émis pendant une éruption est un magma en fusion à plus de 50 % et pauvre en solides cristallins.
Bien que l’étude donne un aperçu du système d’alimentation du volcan, elle ne montre pas ce qui a déclenché l’éruption du 15 janvier 2022. Les résultats gravimétriques ne permettent pas directement de déterminer le déclencheur de l’éruption, mais ils donnent « une idée de l’endroit et de la quantité de magma pouvant être encore stockée sous le volcan ».
Source : Live Science.

Diagramme montrant la réorganisation du système de stockage magmatique sous le Hunga Tonga Hunga-Ha’apai lors de l’éruption de 2022.

A diagram showing the reorganization of the magma storage system beneath Tonga’s Hunga volcano during the 2022 eruption.

Diagramme en taille réelle / Real size diagram :

https://cdn.mos.cms.futurecdn.net/piayUQXUt8knRWzaAoUbf5.png

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The eruption of Hunga Tonga Hunga-Ha’apai volcano on January 15th, 2022 was one of thr most powerful in human history. It triggered the most intense lightning storm ever recorded and the first documented mega tsunami since antiquity. Today, scientists frequently discover new elements about this event and its source.

In a recent study published in the journal Science Advances, scientists explain they have finally mapped the huge magma plumbing system that gave birth to the record-breaking blast. It was felt worldwide, but the volcano’s underwater setting posed a challenge for scientists trying to understand how such a violent blast occurred.

In the new study, researchers have mapped slight variations in the pull of gravity in waters around the island before and after the eruption and found that the explosion was likely fed by two magma chambers that merged.

The magma reservoirs sit at different depths between 2 and 10 kilometers under the volcano and likely stored a high proportion of liquid magma before the 2022 eruption. The researchers found that the blast ejected roughly 30% of the magma – more 9 cubic kilometers – from a shallow central chamber, which caused the roof of the volcano to cave in and form an 850-meter caldera. As the pressure in the central reservoir dropped following the explosion, magma stored in a deeper reservoir to the north may have burst through the crust and replenished the central reservoir, opening up a channel between the two chambers. One can read in the study that it is also possible that magma from a gas-rich source deeper within Earth’s crust rose to the central chamber, which « may also explain the violence of the 2022 eruption. »

A third pocket of magma, located to the northwest of the central chamber, seems disconnected from the system.

Up to 26 cubic kilometers of eruptible magma could still be stored in the two main reservoirs beneath the Hunga Tonga volcano. Eruptible magma is defined as magma that is over 50% melt and low in crystal solids.

While the study revealed what fueled the volcano, it could not show what triggered the massive eruption. The gravity results do not directly allow to conclude on the eruption trigger, but they give »an idea of where and how much magma could be stored under the volcano. »

Source : Live Science.

Eruptions volcaniques, météo et climat // Volcanic eruptions, weather and climate

Suite à la publication de ma note sur l’éruption du Laki (Islande) en 1783, deux abonnés de mon blog m’ont demandé dans quelle mesure une éruption volcanique pouvait affecter la météo, voire le climat.
Lorsqu’un volcan entre en éruption, les volumineux panaches de cendres et de gaz envoyés dans l’atmosphère peuvent provoquer des variations de température à grande échelle et, à long terme, affecter les conditions météorologiques pendant plusieurs mois après une éruption. On a pu l’observer récemment avec les effets de l’éruption du volcan tongien Hunga Tong-Hunga Ha’apai. J’ai décrit les impacts de cette éruption dans plusieurs notes sur ce blog.

 

Panache éruptif du Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (Source: NASA)

La conséquence la plus significative d’une éruption volcanique majeure est un refroidissement de la température, localement et même dans le monde entier, avec la présence d’importants nuages de dioxyde de soufre (SO2) dans la stratosphère. Ce phénomène a été observé après l’éruption du Pinatubo aux Philippines en 1991, avec un abaissement de la température mondiale. de quelques dixièmes de degrés (0,72°C) pendant plusieurs mois. Le nuage de SO2 du Pinatubo a été le plus important jamais observé dans la stratosphère depuis le début des observations par satellite en 1978. Il a probablement provoqué la plus grande perturbation par aérosols dans la stratosphère au 20ème siècle, même si ces perturbations ont probablement été moindres que celles provoquées par les éruptions du Krakatau en 1883 et du Tambora en 1815.

 

Panache éruptif et aérosols du Pinatubo (Source: Wikipedia)

Comme je l’ai écrit il y a quelques jours, l’éruption fissurale du Laki en Islande en 1783-1784 a libéré une énorme quantité de dioxyde de soufre, bien supérieure à celle émise par le Pinatubo (environ 120 millions de tonnes contre 20 millions de tonnes pour le volcan philippin). Bien que les deux éruptions aient été différentes en termes de durée et de style, le SO2 atmosphérique émis a provoqué un refroidissement du temps dans des proportions similaires, pendant des périodes de temps semblables, en Europe et en Amérique du Nord.

Lakagigar (Photo: C. Grandpey)

L’US Geological Survey affirme qu’une nouvelle éruption majeure de Yellowstone modifierait probablement les conditions météorologiques mondiales et aurait un impact sur la production agricole pendant de nombreuses années.

L’éruption du Tambora (Indonésie) en 1815 fut l’éruption la plus puissante enregistrée dans les temps historiques. Le nuage volcanique émis lors de l’événement a abaissé la température de la planète de 1,6°C. L’Europe et l’Amérique du Nord ont connu des températures plus basses que la normale tout au long de l’été 1816.

 

Caldeira du Tambora vue depuis l’ISS

On sait depuis longtemps que les volumineux nuages d’éruptions volcaniques, ou pyrocumulus, qui contiennent beaucoup de particules de cendres, peuvent produire des éclairs et des vortex – ou tourbillons de vent. Semblables aux nuages d’orages et leurs particules de glace, les nuages volcaniques contiennent des particules de cendre qui entrent en collision les unes avec les autres à grande vitesse. Ces collisions peuvent provoquer la séparation des charges dans les nuages et donner naissance à des éclairs.

Eclairs pendant l’éruption du Rinjani (Crédit photo: Wikipedia)

De plus, lors d’une éruption, les panaches peuvent également produire des événements météorologiques semblables à des tornades, mais qui ne sont pas de véritables tornades. L’air à l’intérieur du panache éruptif est si chaud et si léger qu’à mesure qu’il s’élève, il aspire davantage d’air du dessous. Au fur et à mesure que le vent éloigne le panache, davantage d’air est aspiré sur le côté, ce qui crée un vortex.

Vortex dans le cratère de l’Halema’umau ‘Source: HVO)

Il convient de noter que la poussière et le dioxyde de soufre provenant d’une éruption majeure peuvent également donner naissance à de spectaculaires couchers et levers de soleil car les particules diffusent la lumière à différentes longueurs d’onde. De tels événements ont inspiré des peintres célèbres comme Ashcroft et Turner qui ont peint les magnifiques couchers de soleil provoqués par l’éruption du Tambora en avril 1815.

Sunset (William Turner)

S’agissant du réchauffement climatique que nous connaissons actuellement, les volcans sont parfois tenus pour responsables, mais c’est faux. Selon l’USGS, toutes les études réalisées à ce jour sur les émissions volcaniques de CO2 indiquent que les volcans subaériens et sous-marins de la planète libèrent moins de 1 % du dioxyde de carbone actuellement rejeté par les activités humaines. Le dégazage volcanique global a été estimé entre 0,13 gigatonne et 0,44 gigatonne par an.

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Following the release of my post about the 1783 Laki eruption, two followers of my blog asked me how far a volcanic eruption can affect the weather or even the climate.

When a volcano erupts, the massive plumes of ash and gases sent high into the atmosphere can cause global temperature changes and, in the long term, affect weather for months after an eruption. This could be seen recently with the effects of the Hunga Tong-Hunga Ha’apai volcano in the Tonga archipelago. I have described the impacts of this eruption in several posts on this blog.

The most significant way a volcanic eruption can affect the weather is by cooling the temperature locally and worldwide with the giant clouds of sulfur dioxide sent into the stratosphere.This phenomenon was observed after the 1991 eruption of Mt Pinatubo in the Philippines which lowered the world temperature by a few tenths of degrees (0.72°C) for several months.The Pinatubo cloud was the largest SO2cloud ever observed in the stratosphere since the beginning of such observations by satellites in 1978. It caused what was probably the largest aerosol disturbance of the stratosphere in the 20th century, though probably smaller than the disturbances from eruptions of Krakatau in 1883 and Tambora in 1815.

As I put it a few days ago, the 1783-1784 Laki fissure eruption in Iceland released a huge amount more sulfur dioxide than Pinatubo (approximately 120-million tons vs. 20). Although the two eruptions were significantly different in length and style, the added atmospheric SO2 caused regional cooling of Europe and North America by similar amounts for similar periods of time.

The U.S. Geological Survey says another major Yellowstone eruption would probably alter global weather patterns and impact agricultural production for many years.

The eruption of the Tambora (Indonesia) in 1815 was the most powerful eruption recorded in history. The volcanic cloud emitted during the event lowered global temperatures by 1.6°C, and Europe and North America experienced cooler temperatures throughout the summer of 1816.

It is well known that massive volcanic eruption clouds, or pyrocumulus clouds with a lot of ash particles, can produce lightning and wind vortices. Similar to a thunderstorm with ice particles, volcanic ones collide with one another at high speeds. These collisions can cause the separation of charges in volcanic clouds, creating lightning.

Moreover, during an eruption, the plumes can also produce weather events that look like tornadoes, but are not true tornadoes. The air inside the eruption plume is so hot and buoyant that as it rises, it draws more air from underneath. As the wind blows the plume away, more air gets pulled in from the side, creating a vortex.

It should be noted that the dust and sulfur dioxide from a major eruption can also create vibrant sunsets and sunrises as the particles scatter light at different wavelengths. Such events inspired famous painters like Ashcroft and Turner who painted vivid sunsets caused by the April 1815 eruption of Tambora.

As far as the current global warming is concerned, volcanoes are sometimes held responsible for contributing to it, which is totally wrong. According to USGS, all studies to date about global volcanicCO2 emissions indicate that today’s subaerial and submarine volcanoes release less than one percent of the carbon dioxide released currently by human activities. The global volcanic degassing has been estimated between 0.13 gigaton and 0.44 gigaton per year.