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Islande : Nouvelle approche des fontaines de lave // Iceland : New approach to lava fountains

À partir d’observations de l’éruption du Fagradalsfjall (Islande) en 2021, une équipe de spécialistes des Sciences de la Terre, de météorologues, de géologues et de volcanologues a proposé une nouvelle théorie expliquant la mécanique des fontaines de lave. Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature Communications*.
Les fontaines de lave sont des phénomènes spectaculaires pendant lesquels la lave jaillit vers le ciel avant de retomber en cascade sur les flancs d’un volcan. Ces manifestations volcaniques ont longtemps intrigué les scientifiques. Les travaux de l’équipe de chercheurs se sont concentrés sur la compréhension des forces qui servent de moteur à ce phénomène. Contrairement à la plupart des  éruptions classiques, celle du Fagradalsfjall a présenté une série de fontaines de lave de différentes hauteurs offrant une opportunité unique de les approcher et de les examiner.
Pour analyser la dynamique de l’éruption, les chercheurs ont utilisé la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (OP-FTIR)*. Cette technique leur a permis d’analyser les émissions de gaz du volcan sur plusieurs cycles d’épisodes éruptifs entrecoupés de pauses. Leurs observations sur la composition du gaz a fourni des indications sur les processus qui sous-tendent les fontaines de lave.
Il ressort de ces observations que les volcans comme le Fagradalsfjall possèdent une cavité peu profonde remplie de magma sous leur caldeira. En remontant dans cette cavité, le magma génère une couche d’écume à son sommet. Les chercheurs pensent que l’effondrement de cette couche d’écume crée la pression nécessaire pour propulser la lave vers le haut, un peu comme l’éjection d’une boisson gazeuse quand on secoue la bouteille. Ce processus se produit de manière cyclique, conduisant aux éruptions sous forme de fontaines observées en Islande.
L’étude offre non seulement une explication des caractéristiques uniques de l’éruption du Fagradalsfjall, mais elle a également des implications plus larges. Les chercheurs pensent que leur étude pourrait s’appliquer à différents types de fontaines de lave observées dans le monde.
Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour valider et élargir ces résultats. Cependant, ces travaux fournissent des informations significatives sur les processus complexes qui entourent les fontaines de lave.

* Near-surface magma flow instability drives cyclic lava fountaining at Fagradalsfjall, Iceland – Scott, S., Pfeffer, M., Oppenheimer, C. et al. – Nature Communications – November 7, 2023 – DOI https://doi.org/10.1038/s41467-023-42569-9 – OPEN ACCESS.

* La spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier ou spectroscopie IRTF (ou encore FTIR, de l’anglais Fourier Transform InfraRed spectroscopy)1 est une technique utilisée pour obtenir le spectre d’absorption, d’émission, la photoconductivité ou la diffusion Raman dans l’infrarouge d’un échantillon solide, liquide ou gazeux.

Le résumé de l’étude a été publié sur le site web The Watchers avec une vidéo de drone de l’éruption de 2021 :
https://youtu.be/DQx96G4yHd8

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From the observations of the 2021 Fagradalsfjall eruption in Iceland, a team of Earth scientists, meteorologists, geologists, and volcanologists has formulated a new theory explaining the mechanics of volcanic fountaining. The research* was published in the journal Nature Communications.

Volcanic fountaining, characterized by explosive eruptions with lava shooting skywards and cascading down a volcano’s sides, has long puzzled scientists.The team’s research centered on understanding the driving forces behind this phenomenon. Unlike a single massive eruption, the Fagradalsfjall event presented a series of lava fountains of varying heights, providing a unique opportunity for close-up examination.

To probe the eruption’s dynamics, the researchers employed Fourier transform infrared (OP-FTIR) spectroscopy. This technique enabled them to analyze the gas emissions from the volcano across multiple eruption and pause cycles. Their investigation into the gas composition yielded clues about the processes underpinning volcanic fountaining.

The team’s emerging theory posits that volcanoes like Fagradalsfjall have a magma-filled shallow cavity beneath their calderas. Magma rising into this cavity generates a foam layer at the top. The researchers suggest that the collapse of this foam layer creates the pressure needed to propel magma upwards, akin to soda being ejected from a shaken can. This process occurs cyclically, leading to the observed fountain-like eruptions.

The study not only offers a compelling explanation for the Fagradalsfjall eruption’s unique characteristics but also has broader implications. The researchers believe that their theory could apply to various types of volcanic fountains observed worldwide.

Further research is needed to validate and expand upon these findings. However, the team’s work provides significant insights into the intricate processes of volcanic fountaining.

* Near-surface magma flow instability drives cyclic lava fountaining at Fagradalsfjall, Iceland – Scott, S., Pfeffer, M., Oppenheimer, C. et al. – Nature Communications – November 7, 2023 – DOI https://doi.org/10.1038/s41467-023-42569-9 – OPEN ACCESS.

* Fourier transform infrared spectroscopy or FTIR spectroscopy is a technique used to obtain the absorption spectrum, emission spectrum, photoconductivity or Raman scattering in the infrared of a solid, liquid or gas sample.

The abstract of the research was published on the The Watchers website together with a drone video of the 2021 eruption :

https://youtu.be/DQx96G4yHd8

Capture écran webcam de l’éruption et des fontaines de lave

Eruption mortelle du Marapi (Sumatra / Indonésie) // Deadly eruption of Mt Marapi (Sumatra / Indonesia)

Un épisode éruptif important a débuté sur le Marapi – à ne pas confondre avec le Merapi – sur l’île indonésienne de Sumatra le matin du 4 décembre 2023. La couleur de l’alerte aérienne a été relevée au Rouge. Le panache de cendres est monté jusqu’à 15 km au-dessus du niveau de la mer.
La dernière éruption du Marapi avait eu lieu en mars 2023. Selon la Smithsonian Institution, le Marapi est particulièrement actif, avec plus de 50 éruptions petites à modérées depuis la fin du 18ème siècle.
Source : Magma Indonesia.
Voici une des vidéos de l’éruption diffusées sur les réseaux sociaux :
https://twitter.com/i/status/1731237982261424431

Ce que l’on pensait être un simple épisode éruptif du Marapi s’est transformé en un  drame car 11 randonneurs ont été retrouvés morts près du cratère. Trois personnes pu être secourues. La recherche de 12 autres disparus a été suspendue en raison de l’activité éruptive. 49 randonneurs ont été évacués de la zone affectée par l’éruption. Beaucoup présentaient  des brûlures. Il y avait 75 randonneurs dans le secteur du volcan au moment de l’éruption, mais la plupart ont pu être évacués sains et saufs.

Source : la BBC.

Le Marapi est en niveau d’alerte 3 (sur une échelle de quatre niveaux) depuis 2011, ce qui oblige les randonneurs ou les villageois à rester à au moins 3 kilomètres du sommet. Cela signifie l’ascension jusqu’au sommet du volcan est officiellement interdite. Au moment de l’éruption, les randonneurs n’étaient autorisés à accéder qu’en dessous de la zone de danger, mais parfois certains ne respectent pas cette interdiction. Tous les randonneurs s’étaient enregistrés auprès de deux postes de commandement ou en ligne avant de grimper sur le volcan.

Source : presse indonésienne.

Selon le directeur du Centre de volcanologie et d’atténuation des catastrophes géologiques, l’éruption du 3 décembre n’a pas été précédée d’une hausse significative de la sismicité d’origine volcanique. « De tels événements profonds n’ont été enregistrés que trois fois entre le 16 novembre et le 3 décembre. .Au moment de l’éruption, les inclinomètres montraient une configuration horizontale sur l’axe radial et une légère inflation sur l’axe tangentiel. Cela montre que le processus éruptif s’est déroulé rapidement et que le centre de pression était très peu profond, autour du sommet. »

Source : The Jakarta Post.

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A significant eruptive episode started at Mt Marapi – not to be mistaken with Merapi – on the Indonesian island of Sumatra on the morning of December 4th, 2023. The Aviation Color Code was raised to Red. Thevolcanic ash plume rose up to 15 km above sea level.

The last eruption at Marapi occurred in March 2023. According to the Smithsonian Institution, Marapi has been notably active, with over 50 small to moderate eruptions recorded since the late 18th century.

Source : Magma Indonesia.

Here is one of the videos of the eruption released on the social networks :

https://twitter.com/i/status/1731237982261424431

What was thought to be a simple eruptive episode of Mt Marapi turned into a tragedy as 11 hikers were found dead near the crater. Three people could be rescued. The search for 12 others missing was suspended due to eruptive activity. There were 75 hikers in the volcano area at the time of the eruption, but most were evacuated safely, although . 49 hikers were evacuated from the area affected bythe eruptio, although many had burns.
Source: BBC.

Marapi has been at alert 3 out of four alert levels since 2011, which requires climbers or villagers to stay at least 3 kilometers rom the peak. This means that there should be no climbing to the summit of the volcano. Climbers were only allowed below the danger zone, but sometimes many of them break and get into the prohibited area. All of the climbers had registered at two command posts or online before they climbed.

Source : Indonesian news media.

According to the head of the Center for Volcanology and Geological Disaster Mitigation, the eruption of December 3rd was not preceded by a significant increase in volcanic earthquakes. « Deep volcanic earthquakes were only recorded three times between November16th and on December 3rd, while the tiltmeters showed a horizontal pattern on the radial axis and a slight inflation on the tangential axis.This shows that the eruption process took place quickly and the center of pressure was very shallow, around the summit. »

Source : The Jakarta Post.

Vue du Marapi (Crédit photo: Wikipedia)

Vue du panache éruptif le 4 décembre 2023 (Source: Jakarta Post)

Découverte d’un mont sous-marin dans le Pacifique // Discovery of a seamount in the Pacific Ocean

Un projet de cartographie des fonds marins du Pacifique mis sur pied par la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) a localisé un mont sous-marin (seamount en anglais) de 1 574 mètres de haut, qui couvre 14 kilomètres carrés et se cache à 2 400 mètres sous la surface de de l’océan dans les eaux internationales. Il a été découvert par une équipe scientifique à bord du navire de recherche Falkor, à environ 155 kilomètres de la zone économique exclusive du Guatemala.
Cette découverte montre tout ce qu’il nous reste à découvrir au fond de nos propres océans. Comme je l’ai déjà dit à plusieurs reprises, nous connaissons mieux la surface de la planète Mars que le fond des mers sur Terre. .
Les monts sous-marins sont des édifices généralement d’origine volcanique. La plupart sont donc des vestiges de volcans éteints. Ils sont le plus souvent de forme conique, mais présentent parfois d’autres caractéristiques importantes telles que des cratères et des crêtes. Certains, appelés guyots, ont de grands sommets plats. On estime que le nombre de monts sous-marins d’au moins 1 000 mètres de haut est supérieur à 100 000. Toutefois, malgré leur abondance, moins de 10 pour cent des monts sous-marins dans le monde ont été explorés.
Les monts sous-marins intéressent les scientifiques car ils constituent des « oasis de vie », abritant des coraux, des éponges et de nombreux invertébrés. Selon la NOAA, le mont sous-marin récemment découvert « a l’apparence d’un volcan classique ». Il est situé dans le bassin du Guatemala, dans une zone de fonds marins vieille d’environ 20 millions d’années et qui ne présente probablement plus d’activité volcanique.
Source : NOAA, Miami Herald.

Bathymétrie chromatique du mont sous-marin (Source : NOAA)

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A Pacific seafloor mapping project et up by the National Oceanic and Atmospheric Administration ‘NOAA) has located a 1,574-meter-high seamount that covers 14 square kilometers and hides 2,400 meters below sea level in international waters. It was discovered by a team aboard the research vessel Falkor (too), about 155 kilometers outside the Guatemalan Exclusive Economic Zone.

The discovery shows how much we have yet to discover,at the bottom of our own oceans. As I put it several times before, we know the surface of Mars better than the bottom of the seas on Earth. .

Seamounts are underwater mountains that typically begin as volcanoes. Therefore, most seamounts are remnants of extinct volcanoes. Typically, they are cone shaped, but often have other prominent features such as craters and linear ridges and some, called guyots, have large, flat summits.The number of seamounts that are at least 1,000 meters high is thought to be greater than 100,000. Despite their abundance, however, less than ten percent of the seamounts in the world have been explored.

Seamounts are of interest to scientists because they serve “oases of life,” hosting corals, sponges and numerous invertebrates. According to NOAA, the newly discovered seamount “has a classic volcano appearance.” It is located in the Guatemala basin … in an area of the seafloor that is roughly 20 million years old and most likely not exhibiting volcanic activity anymore.

Source : NOAA, Miami Herald.

Hawaii : les secrets des profondeurs // The secrets of the depths

Dans une étude publiée le 22 décembre 2022 dans la revue Science, une équipe scientifique du California Institute of Technology (Caltech) a proposé une réponse à la question : comment le magma issu du manteau profond se déplace-t-il vers la surface à Hawaii?
Les réservoirs magmatiques peu profonds qui alimentent les éruptions à Hawaii sont étudiés depuis un certain temps grâce au comportement des ondes sismiques. Les fluctuations de leur vitesse et de leur trajectoire indiquent aux scientifiques les types de matériaux traversés, avec des indications sur leur température, leur densité et leur composition. Cependant, pour vraiment comprendre ce qui gère ces processus volcaniques, les scientifiques ont besoin de savoir ce qui se passe à l’interface entre le manteau visqueux et la croûte solide. C’est ce que révèle la nouvelle étude.
La structure globale décrite dans l’étude est composée de plusieurs chambres allongées ou sills. [NDLR : un sill est une infiltration de roche magmatique entre deux couches plus anciennes d’autres roches (sédimentaires, volcaniques, métamorphiques)]. Lorsque les éruptions évacuent le magma des réservoirs peu profonds qui les surmontent, ces sills profonds semblent réagir.
Une activité sismique persistante dans une zone au sud-ouest du Kilauea et à une trentaine de kilomètres sous la surface avait précédemment laissé supposer l’existence possible d’un ensemble de failles permettant au magma de se déplacer des profondeurs vers des réservoirs proches de la surface. En outre, depuis les années 1980, certains signaux sismiques avaient suggéré que du magma s’agitait dans la région. Jusqu’à récemment, la véritable nature de ce labyrinthe souterrain reposait davantage sur la spéculation que sur la vérité scientifique. Ce dont les scientifiques avaient besoin, c’était d’un pic d’événements sismiques provenant de cette région précise. Une telle situation a semblé se produire en 2015 lorsque l’activité sismique dans la région s’est un peu accélérée.
Cependant, la vraie réponse est apparue en 2018. Après une éruption plus ou moins continue du Kilauea pendant 35 ans, une séquence éruptive majeure a commencé sur le volcan, avec l’émission d’énormes quantités de lave au cours de trois mois. La vidange du réservoir magmatique peu profond a provoqué l’effondrement spectaculaire de la zone sommitale.

Les géologues ont enregistré un pic significatif d’activité sismique profonde en 2019 sous la ville de Pāhala, à environ 40 km au sud-ouest du Kilauea. L’essaim sismique de Pāhala était une opportunité de découvrir ce qui se passait sous l’île, mais les scientifiques à eux seuls n’étaient pas été en mesure d’identifier individuellement tous les séismes car les plus petits étaient carrément étouffés par des événements plus importants.
L’équipe scientifique du Caltech a transmis l’intégralité de l’enregistrement de l’essaim sismique à un programme informatique automatique, une technique qui avait déjà été utilisée pour identifier des millions de séismes en Californie. Le programme a rapidement fait la différence entre les véritables séismes et les bruits parasites, puis il a identifié et caractérisé des milliers d’événements qui auraient été ratés par les programmes conventionnels de détection de signaux sismiques.
De novembre 2018 à avril 2022, le système a enregistré environ 192 000 séismes sous Pāhala. En transférant ces événements sur une carte, l’équipe scientifique a découvert avec surprise un ensemble de structures magmatiques représentant le cœur volcanique qui battait au sud d’Hawaii. Certains événements sismiques provenaient d’une région située à 28-32 km de profondeur. Ces séismes longue période sont généralement attribués aux vibrations produites par le mouvement des fluides, y compris le magma. L’essentiel de la sismicité provenait d’une zone située entre 35 et 43 km de profondeur. Ces séismes volcano-tectoniques délimitaient un certain nombre de structures en forme de feuille, presque horizontales ; certaines d’entre elles avaient 6,5 km de long et 4,8 km de large.
Le complexe Pāhala Sill semble donner naissance à plusieurs artères. Une voie majeure, marquée par des séismes indiquant des fracturations de roches, semble conduire directement dans l’un des réservoirs de magma peu profonds du Kilauea. Ce n’est peut-être pas une coïncidence, alors, si le complexe de sills a commencé à se manifester sans relâche en 2019. Lors de l’éruption de 2018, le Kilauea a été vidé d’une partie importante de son réservoir magmatique peu profond, ce qui a provoqué une chute de pression. Suite à cela, du magma a été aspiré dans les sills pour rétablir la pression. Des événements similaires se sont produits lors de la brève éruption du Kilauea en 2020.
Les prochaines études pourraient permettre de savoir si le Kilauea et le Mauna Loa, qui sont des voisins relativement proches à la surface, sont connectés en profondeur. À ce jour, il existe peu de preuves concrètes de cette hypothèse et les scientifiques conviennent généralement que les deux volcans sont indépendants l’un de l’autre.
Source : Caltech, The Washington Post.

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In a study published on December 22nd, 2022 in the journal Science, a scientific team from the California Institute of Technology (Caltech) has offered a possible answer to the question : how does magma from the deep mantle travel to the Hawaiian surface?

The shallow magma reservoirs that feed Hawaii’s eruptions have been known about for some time thanks to gthe behaviour of seismic waves. Changes in their speed and trajectory tell scientists what sorts of matter they have been travelling through, providing clues to its temperature, density and composition. However, to truly understand what drives these volcanic processes, scientists need to know what is happening at the interface of the squishy mantle and the solid crust. That is what is revealed by the new study.

The giant feature described in the study is made up of several elongated chambers or sills. When eruptions drain magma from the shallow reservoirs above, these deep-seated sills seem to react.

A persistent seismic activity from an area southwest of Kilauea and about 30 km below ground had previously suggested that a collection of faults may exist there, creating pathways for magma to travel from the depths to near-surface reservoirs. Besides, since the 1980s, special kinds of quakes have hinted that magma has been churning about in the region. But until recently, the true nature of this underground labyrinth was based more on speculation than scientific truth. What scientists needed was a sustained spike in quakes coming from that exact region. Things looked promising in 2015 when the region’s rumbling picked up a little.

However, the real answer appeared in 2018. After Kilauea had been erupting more or less continuously for 35 years, a major eruptive sequence began at the volcano. The event produced huge amounts of lava in three months. The drainage of the volcano’s shallow magma reservoir caused its summit to collapse dramatically.

Geologists recorded a shocking spike in deep seismic activity in 2019 below the town of Pāhala, which sits about 40 km southwest of Kilauea. While the Pāhala quake swarm was a chance to unearth the island’s buried magmatic treasure, scientists alone were not able to identify many of the individual quakes as the smaller ones were smothered by bigger events.

The scientific team from Caltech fed the entire recording of the seismic swarm to a machine learning program, a technique which had previously been used to identify millions of hidden quakes in California. The program quickly made the difference between what was a real quake and what was extraneous noise, then identified and characterized thousands of events that would have been missed by conventional seismic signal detection programs.

From November 2018 to April 2022, the system logged around 192,000 quakes below Pāhala. Plotting these events on a map, the team was stunned to discover a collection of pulsing magmatic structures which were the beating volcanic heart of southern Hawaii. Some of the quakes came from a region 28 to 32 km deep: these long-period earthquakes are usually attributed to the vibrations made by the movement of fluids, including magma. The bulk of the seismicity came from an area 35 to 43 km deep. These volcano-tectonic quakes delineated a number of near-horizontal sheetlike structures, some of them 6.5 km long and 4.8 km wide.

The Pāhala Sill Complex appears to have several arteries branching from it. One major pathway, marked by rock-breaking quakes, appears to lead right into one of Kilauea’s shallow magma reservoirs. It’s perhaps no coincidence, then, that the sill complex began to thunder relentlessly in 2019. During the 2018 eruption, Kilauea was drained of a significant portion of its shallow magma supply, causing a pressure drop. In response, magma was sucked into the sills to equalize the pressure. Similar events happened during Kilauea’s briefer 2020 eruption.

Further work may help resolve the controversial question of whether Kilauea and Mauna Loa, which are relatively close neighbours at the surface, are somehow connected at great depths. To date, little concrete evidence for this hypothesis exists, and experts generally agree that the two volcanoes are largely independent of one another.

Source : Caltech, The Washington Post.

Hypothèse du HVO sur le parcours de la lave sous le Kilauea

Le séisme de M 6,9 sur le Kilauea le 4 mai 2018 et ses répliques plusieurs mois plus tard (Source: USGS)