Satellites et prévision sismique // Satellites and seismic prediction

Les séismes font partie des phénomènes naturels les plus destructeurs, mais aussi des difficiles à prévoir. Il faut bien admettre que, pour le moment, nous ne sommes pas en mesure de dire quand ils se produiront. Nous connaissons les régions susceptibles d’être secouées, mais nous ne savons pas quand, ni avec quelle intensité.

Pour essayer d’améliorer cette situation, des chercheurs ont récemment mis au point un système de surveillance qui utilise le système mondial de navigation par satellite – Global Navigation Satellite System (GNSS) – pour mesurer les déformations de la croûte terrestre. Le système peut fournir des indications utiles dans la prévision des séismes et des tsunamis. Le titre de l’étude, publiée dans le bulletin de la Seismological Society of America est « Global Navigational Satellite System Seismic Monitoring, » autrement dit «Surveillance sismique par le système mondial de navigation par satellite».

Les chercheurs expliquent que les systèmes GNSS envoient des signaux à 2000 récepteurs sur Terre. Ces signaux permettent d’identifier la position exacte des récepteurs. Les séismes déforment la croûte sous les récepteurs et modifie donc leur emplacement.

La surveillance sismique par GNSS n’est pas aussi précise que celle effectuée par les réseaux de sismomètres capables de détecter les moindres ondes sismiques. Le système GNSS  ne peut détecter que des déplacements de quelques centimètres ou plus. En revanche, il est également capable de détecter la vitesse d’ondes sismiques de seulement quelques dizaines de nanomètres par seconde.

Pour déterminer avec précision la distribution et la magnitude des mouvements de failles, les sismologues doivent généralement attendre que les données concernant les ondes sismiques atteignent des stations éloignées les unes des autres. Cela prend parfois des dizaines de minutes, le temps que les ondes se propagent sur la Terre.

Le système GNSS prend en compte les données brutes acquises par n’importe quel récepteur connecté à Internet sur la planète, positionne les données et les retransmet dans la seconde vers n’importe quel appareil connecté à Internet. En utilisant les données fournies par 1270 stations de réception à travers le monde, les chercheurs ont constaté qu’il fallait environ une demi seconde (exactement 0,52 s) pour la transmission d’un récepteur au centre de traitement de l’Université Centrale de Washington, indépendamment de la distance de la station.

Le réseau sismique conventionnel prend parfois 15 minutes ou plus pour identifier la magnitude d’un séisme qui provoque un tsunami. De plus, les marégraphes prennent parfois jusqu’à une heure pour fournir des données, en fonction de leur proximité par rapport au séisme. S’agissant des tsunamis, le système GNSS permettra de gagner du temps et offrira une plus grande précision pour alerter les populations.

Source: The Watchers.

Voici une petite vidéo (en anglais) qui explique le principe de fonctionnement du GNSS :

https://youtu.be/gffG5sTegT4

——————————————–

Earthquakes are among the most destructive natural phenomena. They are the most difficult to predict and we have to admit that for the time being we are unable to predict them. We know the areas where they are likely to happen, but we don’t know when and how powerful they will be.

To try and make things better, researchers have recently developed a monitoring system that uses the Global Navigational Satellite System (GNSS) to measure crustal deformation, which can provide seismic monitoring for large earthquakes and tsunamis. The title of the study, published in the Bulletin of the Seismological Society of America is « Global Navigational Satellite System Seismic Monitoring. »

The researchers explain that GNSS systems send signals to 2,000 receivers on Earth. These signals are used to identify the receivers’ exact locations. Earthquakes deform the crust underneath the receivers, changing their locations.

The seismic monitoring by GNSS is not as accurate as seismometer-based networks capable of detecting minute seismic waves. It can only spot displacements of centimetres or larger, but it is also able to detect seismic wave velocities as small as tens of nanometers per second.

To precisely determine fault slip distribution and magnitude, seismologists usually have to wait for the seismic wave data to reach distant stations, which sees tens of minutes of delay while the waves spread across the Earth. The GNSS system takes in raw data acquired by any internet-connected receiver on the planet, positions the data, and retransmits the data back to any internet-connected device within a second. Using data from 1 270 receiver stations across the world, the researchers found that it took the data roughly half a second (0.52 s) to travel from a receiver to the processing centre at Central Washington University, independently of station distance

The conventional seismic network could take 15 minutes or more to identify the magnitude of an earthquake that causes a tsunami. The tidal gauges would take up to an hour to deliver data, depending on their proximity to the quake. The GNSS for the tsunami will be faster ; it will save time and provide greater accuracy to warn the populations.

Source : The Watchers.

Here is a short video showing how GNSS works :

https://youtu.be/gffG5sTegT4

Une balise pour prévoir séismes, tsunamis et éruptions // A buoy to predict earthquakes, tsunamis and eruptions

Des géophysiciens de l’Université de Floride du Sud (USF) ont mis au point et testé avec succès une balise de haute technologie, utilisable en eau peu profonde, capable de détecter les moindres variations du plancher océanique, souvent annonciateurs de catastrophes naturelles dévastatrices, telles que les séismes, les tsunamis et les éruptions volcaniques.

Le système flottant, mis au point avec l’aide d’une subvention de 822 000 dollars allouée par la National Science Foundation, a été installé à Egmont Key dans le Golfe du Mexique en 2018 et a déjà livré des données sur le mouvement tridimensionnel du plancher océanique. Ainsi, il sera capable de détecter de petites variations de contrainte dans la croûte terrestre.
En attente de brevet, ce système de géodésie présente l’aspect d’une balise ancrée au fond de la mer et surmontée d’un GPS de haute précision. L’orientation de la balise est mesurée à l’aide d’une boussole numérique fournissant des informations sur le cap, le tangage et le roulis, ce qui permet de mesurer latéralement  les mouvements de la Terre et diagnostiquer les principaux séismes déclencheurs de tsunamis.
Bien que plusieurs autres techniques de surveillance des fonds marins soient actuellement disponibles, la technologie mise au point en Floride fonctionne généralement mieux dans les milieux océaniques profonds où les interférences sonores sont moindres. Les eaux côtières peu profondes (moins de quelques centaines de mètres de profondeur) constituent un environnement plus difficile à analyser, mais également important pour de nombreuses applications, notamment certains types de séismes dévastateurs. Les processus d’accumulation et de libération de contraintes au niveau de la croûte terrestre au large sont essentiels à la compréhension des puissants séismes et des tsunamis.
Le système flottant est relié au fond de la mer à l’aide d’un lest en béton et il a pu résister à plusieurs tempêtes, dont l’ouragan Michael dans le Golfe du Mexique. Le système est capable de détecter des mouvements du plancher océanique de seulement deux centimètres.
La technologie a plusieurs applications potentielles dans l’industrie pétrolière et gazière en mer et pourra être utilisée pour la surveillance de certains volcans. Toutefois, la principale application concerne l’amélioration de la prévision des séismes et des tsunamis dans les zones de subduction. Les puissants séismes et tsunamis qui ont frappé Sumatra en 2004 et le Japon en 2011 sont des événements que les scientifiques souhaiteraient mieux comprendre et prévoir.
Le système mis au point par l’Université de Floride est conçu pour les applications de zones de subduction de la Ceinture de Feu du Pacifique, où les processus d’accumulation et de libération de contraintes de l’écorce terrestre en mer sont actuellement mal connus. Les scientifiques espèrent pouvoir installer le nouveau système dans les eaux côtières peu profondes de l’Amérique Centrale, où se produisent souvent des tremblements de terre.
Le site d’Egmont Key où le système a été testé présente une profondeur de 23 mètres. Bien que la Floride ne soit pas sujette aux séismes, les eaux au large d’Egmont Key se sont avérées un excellent site de test. Ce lieu est exposé à de forts courants de marée qui ont permis de tester le système de correction de la stabilité et de l’orientation de la balise. La prochaine étape consistera à installer un système semblable dans les eaux plus profondes du Golfe du Mexique, au large de la côte ouest de la Floride.
Source: Université de Floride du Sud.

—————————————

University of South Florida (USF) geoscientists have successfully developed and tested a new high-tech shallow water buoy that can detect the small movements and changes in the Earth’s seafloor that are often a precursor to deadly natural hazards, like earthquakes, volcanoes and tsunamis.

The buoy, created with the assistance of an $822,000 grant from the National Science Foundation, was installed off Egmont Key in the Gulf of Mexico in 2018 and has been producing data on the three-dimensional motion of the sea floor.  Ultimately the system will be able to detect small changes in the stress and strain the Earth’s crust.

The patent-pending seafloor geodesy system is an anchored spar buoy topped by high precision Global Positioning System (GPS). The buoy’ orientation is measured using a digital compass that provides heading, pitch, and roll information – helping to capture the crucial side-to-side motion of the Earth that can be diagnostic of major tsunami-producing earthquakes.

While there are several techniques for seafloor monitoring currently available, that technology typically works best in the deeper ocean where there is less noise interference. Shallow coastal waters (less than a few hundred metres deep) are a more challenging environment but also an important one for many applications, including certain types of devastating earthquakes. Offshore strain accumulation and release processes are critical for understanding powerful earthquakes and tsunamis.

The experimental buoy rests on the sea bottom using a heavy concrete ballast and has been able to withstand several storms, including Hurricane Michael up the Gulf of Mexico. The system is capable of detecting movements as small as one to two centimetres.

The technology has several potential applications in the offshore oil and gas industry and volcano monitoring in some places, but the big one is for improved forecasting of earthquakes and tsunamis in subduction zones. The giant earthquakes and tsunamis in Sumatra in 2004 and in Japan in 2011 are examples of the kind of events scientists would like to better understand and forecast in the future.

The system is designed for subduction zone applications in the Pacific Ocean’s “Ring of Fire” where offshore strain accumulation and release processes are currently poorly monitored. One example where the group hopes to deploy the new system is the shallow coastal waters of earthquake prone Central America.

The Egmont Key test location sits in just 23 metres depth.  While Florida is not prone to earthquakes, the waters off Egmont Key proved an excellent test location for the system. It experiences strong tidal currents that tested the buoy’s stability and orientation correction system. The next step in the testing is to deploy a similar system in deeper water of the Gulf of Mexico off Florida’s west coast.

Source: University of South Florida.

Vue de la balise haute technologie mise au point par l’Université de Floride (Source : USF)

Vue du site d’Egmont Key, sur la côte ouest de la Floride, où la balise a été testée (Source : Google maps)

Tsunamis volcaniques // Volcano-triggered tsunamis

Dans le sillage du tsunami dévastateur qui vient de se produire en Indonésie, suite à un probable effondrement sous-marin du Krakatau ; voici un article que j’ai écrit en octobre 2015 à propos de ces effondrements déclencheurs de tsunamis:

Nous savons depuis pas mal de temps que les flancs de certains volcans océaniques s’effondrent périodiquement, bien qu’aucun événement majeur de ce type n’ait jamais été observé par l’homme. D’énormes quantités de roche glissent dans la mer et déplacent l’eau qui se trouve en dessous, ce qui déclenche des tsunamis. Des effondrements volcaniques sur les îles Molokai et Oahu à Hawaii, par exemple, ont généré des tsunamis qui ont envahi la terre jusqu’à 300 mètres de hauteur. Un autre événement similaire s’est produit dans les îles Canaries. Certains volcanologues craignent que l’effondrement du flanc oriental de l’Etna puisse un jour générer une énorme tsunami.
En 2011, une équipe de géologues européens a publié un article révélant les traces d’un tsunami qui aurait frappé l’île de Santiago, dans l’archipel du Cap-Vert. Selon l’article, l’événement s’est produit il y a environ 100 000 ans, quand le volcan Fogo – à 55 km de l’île de Santiago – s’est effondré dans la mer. Les témoins de cet événement sont de gros blocs qui jonchent encore un vaste plateau qui s’étale à environ 200 mètres au dessus du niveau de la mer.
En analysant des échantillons de ces blocs lors d’une récente visite dont les résultats ont été publiés dans le numéro d’Octobre 2015 de la revue Science Advances, les scientifiques ont constaté qu’ils étaient composés d’un type de roche que l’on ne rencontrait qu’en bordure du plateau. Ils ont calculé que seule une vague d’au moins 170 mètres de hauteur était assez puissante pour transporter le plus gros des blocs. Cette même vague avait probablement inondé l’île jusqu’à 270 mètres de hauteur.
Afin de dater le tsunami avec plus de précision, les chercheurs ont mesuré les concentrations d’isotopes d’hélium dans les échantillons recueillis sur les blocs. Quand les rayons cosmiques provenant du soleil entrent en contact avec des minéraux tels que l’olivine dans ce type de roche, cela produit de l’hélium-3. En mesurant la quantité d’hélium-3 à la surface des blocs depuis que la vague les a frappés, les scientifiques ont pu calculer a quel moment l’événement était survenu. L’analyse a révélé qu’il avait eu lieu il y a environ 73 000 ans. Cela correspond à la fourchette des estimations de 2011 qui indiquaient un effondrement entre 65 000 et 124 000 ans.
Ces résultats permettront aux chercheurs de mieux modéliser les effondrements volcaniques et les tsunamis qu’ils provoquent. Les chercheurs vont maintenant essayer d’analyser le comportement des vagues qui sont générées par ces énormes glissements de terrain. Ces tsunamis couvrent des distances moins longues que ceux qui sont déclenchés par des séismes sous-marins, comme le tsunami de 2004 en Asie du sud-est qui a parcouru des milliers de kilomètres.
Il faudra aussi surveiller étroitement les flancs des volcans susceptibles de s’effondrer en mer.
Par exemple, les déformations de l’édifice volcanique peuvent être le signe d’alerte d’un effondrement imminent. Il peut aussi y avoir des indications géochimiques utiles, telles que l’hélium et le radon dans les gaz du sol et des eaux souterraines.
Source: Presse scientifique.

————————————————

In the wake of the devastating tsunami that has just occurred in Indonesia, caused by a possible submarine collapse of Krakatau Volcano, here is a post I wrote in October 2015 about these collapse-triggered tsunamis:

We have known for quite a long time that the flanks of some oceanic volcanoes periodically collapse. There is no practical experience with how the collapse will manifest itself. Huge amounts of rock slide down and displace the water below, triggering tsunamis. Volcanic collapses on Molokai and Oahu islands in Hawaii, for example, generated tsunamis that flooded land at elevations higher than 300 metres. Another similar happened in the Canary Islands. Some volcanologists fear that the collapse of Mount Etna’s eastern flank might some day generate a huge tsunami too.
In 2011, a team of European geologists published evidence of moderately sized tsunamis hitting Santiago Island in the Cape Verde archipelago. According to the paper, the events occurred around 100,000 years ago as the Fogo volcano – 55 km away from Santiago Island –collapsed into the sea. Traces of the event are still visible with boulders strewn across a wide plateau around 200 metres above sea level.
On analysing samples of these boulders during a recent visit whose results were published in the October 2015 issue of Science Advances, scientists found that the boulders were composed of a type of rock that was otherwise found only around the edges of the plateau. They calculated that a wave powerful enough to carry the largest boulder would have been at least 170 metres tall as it reached the coastline, flooding the island to reach elevations as high as 270 metres.
To date the tsunami more precisely, the researchers measured the concentrations of helium isotopes in the boulder debris. When cosmic rays from the Sun hit minerals such as olivine in this type of rock, helium-3 is produced. By measuring the amount of helium-3 on the boulder surfaces that have been exposed since the wave hit, they could tell how long ago the event occurred. The analysis pinpointed the disaster at roughly 73,000 years ago. This corresponds to the range of the 2011 estimates which indicate that it collapsed between 65,000 years and 124,000 years ago.
These findings will help researchers to better model volcanic collapses and subsequent tsunamis. Researchers will now try to understand the behaviour of the waves that are generated by these massive landslides. Such tsunamis may not have the same long-distance range as those that originate from underwater earthquakes, such as the 2004 tsunami in southeast Asia that travelled thousands of kilometres.
More work is also required to be able to adequately monitor the chances that volcano flanks might collapse. Shape deformations are one warning sign of an imminent collapse, but there may also be geochemical indications, such as helium and radon in ground gas and groundwater that would be useful in monitoring.
Source: Presse scientifique.

Voici un schéma intéressant qui illustre comment se déclenchent les tsunamis provoqués par des effondrements volcaniques:

Source: Geoscience Australia

Un effondrement du flanc sud du Kilauea pourrait générer un tsunami majeur. (Photo: C. Grandpey)

Tsunamis…

Suite au puissant séisme destructeur sur l’île des Célèbes, plusieurs blogonautes m’ont demandé pourquoi l’alerte tsunami avait été levée, alors que la vague a tout de même frappé la côte. Je suis incapable de donner une réponse. Une polémique est en train d’enfler à ce sujet en Indonésie. Je pense qu’il y a eu quelque part un dysfonctionnement, mais je ne sais pas à quel niveau. Des progrès ont été faits, avec l’installation de balises en mer pour suivre la progression des vagues générées par les tsunamis, mais nous sommes toujours au niveau zéro quant à la prévision des séismes. Nous connaissons certaines régions du monde où ils sont susceptibles de se produire (le long de la Ceinture de Feu du pacifique en particulier), mais la prévision s’arrête là.

(Source: Tsunami Warning Center)

En cliquant sur le lien ci-dessous, vous aurez accès au site « notre-planète.info » qui donnent des explications sur les tsunamis, leurs caractéristiques hydrodynamiques, les échelles d’intensité, les causes et les conséquences, ainsi que la prévention.

———————————————–

Following the powerful destructive earthquake in Sulawesi, several visitors of my blog asked me why the tsunami warning had been raised, although the wave  hit the coast. I am unable to give an answer. A controversy is swelling on this subject in Indonesia. I think there was a malfunction somewhere, but I do not know at what level. Progress has been made with the installation of beacons at sea to track tsunami waves, but we are still at zero level for earthquake prediction. We know the regions of the world where they are likely to occur (along the Pacific Ring of Fire in particular), but prediction does not go any further.
By clicking on the link below, you will have access to the site « notre-planète.info » which gives explanations on tsunamis, their hydrodynamic characteristics, intensity scales, the causes and the consequences, as well as the prevention.

https://www.notre-planete.info/terre/risques_naturels/tsunamis.php

Dans les régions exposées aux tsunamis, comme ici à Valdez, en Alaska, des panneaux indiquent à la population les parcours à suivre pour se mettre à l’abri des vagues. Ce sont en général des zones en hauteur à proximité du littoral.

In tsunami-prone areas, such as here in Valdez, Alaska, signs tell the people what routes to follow to shelter from the waves. These are usually high areas near the coast.