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

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

Image satellite du Lac Toba (Source: NASA)

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

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

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

Photo: C. Grandpey

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Source : NASA.

À propos des supervolcans // About supervolcanoes

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

Grand Prismatic dans le parc national de Yellowstone

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

La Solfatara dans les Champs Phlégréens

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

Lac Taupo (Nouvelle Zélande)

Lac Atitlan (Guatemala)

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

Photos: C. Grandpey.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Source : After an article on the website Live Science.

Photos: C. Grandpey

Amélioration de la surveillance sismique et volcanique à Yellowstone // Better seismic and volcanic monitoring at Yellowstone

Starlink est un fournisseur d’accès à Internet par satellite géré par la société SpaceX (dont le PDG est Elon Musk) qui s’appuie sur une constellation comportant des milliers de satellites de télécommunications placés sur une orbite terrestre basse. Starlink est le premier fournisseur d’internet par satellite à choisir cette orbite plutôt que l’orbite géostationnaire, car elle permet de diminuer la latence en la faisant passer de 600 ms à environ 20 ms. La constellation satellitaire est en cours de déploiement depuis 2019 et reposait sur environ 3 200 satellites opérationnels fin février 2023.

Le système Starlink par satellite d’Elon Musk va permettre de surveiller l’activité sismique et volcanique dans le Parc national de Yellowstone. La capacité de Starlink à fournir une connexion Internet stable aux régions éloignées sera précieuse pour Yellowstone car un bon nombre de GPS, sismomètres, inclinomètres et capteurs de température sont installés dans des endroits éloignés pour minimiser leur impact sur l’environnement et les visiteurs. Pour fonctionner de manière optimale, ces capteurs et équipements doivent bénéficier de solides connexions.
Le consortium EarthScope gère actuellement un réseau de balises GPS, de jauges de contraintes pour trous de sondage et de sismomètres dans le Parc. Ces instruments dépendent d’un réseau de communication fiable pour assurer la diffusion des données et contribuer à la surveillance des activités sismiques, volcaniques et hydrothermales dans la région de Yellowstone.
Les communications radio et cellulaire pour les stations de surveillance à Yellowstone ont des inconvénients. Le service cellulaire, par exemple, est susceptible d’être moins performant pendant la haute saison touristique. Les solutions satellitaires proposées par Starlink n’ont pas ce point faible ; elles fonctionnent bien à condition d’avoir un ciel bien dégagé. C’est dans cet esprit que Starlink est actuellement testé pour permettre de réduire l’utilisation des réseaux cellulaires.
Le système Starlink a été installé en mai dans l’un des trous de sondage entre Mammoth Hot Springs et Norris Geyser Basin. Jusqu’à présent, les tests indiquent que le système fonctionne bien. Si les tests restent positifs, d’autres systèmes Starlink seront probablement ajoutés avant les mois d’hiver. Ce serait vraiment un plus car les régions éloignées autour de Yellowstone sont difficiles à atteindre dans des conditions météorologiques extrêmes.
Avec plus de 4 000 satellites dans son réseau, Starlink est le plus grand système satellitaire au monde. Grâce aux optimisations du système proprement dit et au lancement continu de plus de satellites Starlink, la constellation ne fera probablement que s’améliorer avec le temps.
Source : Tesla.

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Starlink is a satellite Internet service provider from the company SpaceX (whose CEO is Elon Musk) which relies on a constellation comprising thousands of telecommunications satellites placed in low Earth orbit. Starlink is the first satellite internet provider to choose this orbit over geostationary orbit, as it lowers latency from 600ms to around 20ms. The constellation has been rolling out since 2019 and was based on around 3,200 operational satellites at the end of February 2023.

Elon Musk’s Starlink satellite internet system is being used to help monitor seismic and volcanic activity at Yellowstone National Park. Starlink’s capability to provide stable internet connection to remote areas would be invaluable to Yellowstone, as a good number of the GPS, seismometers, tiltmeters and temperature sensors in the area are placed in remote locations to minimize their impact on the environment and visitors. To perform optimally, these sensors and equipment need to maintain strong connections.

EarthScope Consortium administers a network of GPS and borehole strainmeter and seismometer instruments within the Park. These instruments depend on a strong communications network to keep data streaming and contribute to monitoring of earthquake, volcanic, and hydrothermal activity in the Yellowstone region..

Radio and cellular communication options for monitoring stations at Yellowstone have downsides. Cellular service, for example, could slow down during peak tourist seasons. Satellite-based solutions such as Starlink do not have this weakness, as they function well as long as they have access to the open sky. With this in mind, Starlink is now being tested to help decrease the use of cellular networks.

A Starlink system was set up in May at one of the borehole stations between Mammoth Hot Springs and Norris Geyser Basin. So far, tests indicate that the system is performing well. If tests continue to be successful, more Starlink satellite internet systems will likely be added before the winter months. It would be great as remote areas around Yellowstone tend to be difficult to reach during extreme weather conditions.

With over 4,000 satellites in its network, Starlink is the largest satellite system in the world. And thanks to optimizations to the system itself and the continuous launch of more Starlink satellites, the constellation will likely only get better with time.

Source : Tesla.

Norris Geyser Basin

Mammoth Hot Springs

(Photos : C. Grandpey)

Yellowstone : ça devait arriver ! // It was sure to happen !

Une femme a été encornée par un bison dans le Parc national de Yellowstone. C’est le premier accident de ce type en 2023. Le dernier avait eu lieu le 28 juin 2022. La femme se promenait avec une autre personne dans un champ près du lac de Yellowstone lorsqu’elles se sont approchées de deux bisons. L’un des animaux a chargé et encorné la femme qui a été grièvement blessée à la poitrine et à l’abdomen. Elle a été transportée par avion à l’hôpital.
Ce genre d’accident devait arriver. Depuis le début de la saison touristique, les services du Parc ont recensé un nombre incroyable d’exemples de comportement inapproprié dans le Parc. Les scènes les plus fréquentes concernent les selfies, avec des touristes qui essaient de se prendre en photo avec un bison. Les animaux avaient déjà chargé des visiteurs inconscients cette année, mais sans les blesser.
Les autorités du Parc ont expliqué à plusieurs reprises que les animaux sont imprévisibles et dangereux à approcher. Les touristes sont priés de rester à plus de 25 mètres des grands animaux comme les bisons ou les élans, et à au moins 100 mètres des ours et des loups. Le bison peut rapidement montrer des signes d’agitation pendant la saison des amours, de la mi-juillet à la mi-août. Il est alors important de ne pas approcher l’animal.
Plusieurs personnes ont été blessées par des bisons. En 2022, une femme de 25 ans a été encornée par un bison et projetée à 3 mètres dans les airs à Yellowstone. La femme s’était approchée à quelques mètres de l’animal dans le secteur du Vieux Fidèle. Les rangers rappellent que les bisons ont blessé plus de personnes à Yellowstone que tout autre animal. Ils sont imprévisibles et peuvent courir jusqu’à 50 km/h.
Parmi les autres exemples de comportement imbécile à Yellowstone, on remarque un touriste en train de tremper la main dans une source chaude, ou encore des touristes harcelant un bébé bison abandonné plus tard par le troupeau et euthanasié par les rangers.
La mode aujourd’hui est d’ignorer et de désobéir aux règles du Parc, même au péril de sa vie.
Source : Idaho Statesman, National Park Service.

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A woman was gored by a bison in Yellowstone National Park. It was the first goring reported in 2023. The last reported incident was June 28th, 2022. The woman was walking with another person in a field near Yellowstone Lake when they came close to two bison. One of the animals charged and gored the woman whose chest and abdomen were seriously injured. She was flown to a hospital.

This kind of incident was sure to happen. Since the start of the tourist season, there has been an incredible number of examples of misbehaviour in the Park. The most frequent scenes concern the selfies, with visitors trying to take a photo of themselves with a bison. The animals had already charged unconscious visitors, but without injuring them.

Officials had warned many times that animals in the park are unpredictable and dangerous to approach. Visitors are asked to stay more than 25 meters away from all large animals like bison or elk, and at least 100 meters away from bears and wolves. Bison can become agitated more quickly during the mating season from mid-July to mid-August. It’s important to be more cautious and give them more space during the rut.

Multiple people have been injured by bison. For instance, in 2022, a 25-year-old woman was gored by a bison and tossed 3 meters into the air at Yellowstone. The woman had walked toward the bison on a boardwalk near the Old Faithful geyser and came within a few meters from the animal. Park rangers warn that bison have injured more people in Yellowstone than any other animal. They are unpredictable and can run up to 50 km/h.

Other examples of reckless behaviur at Yellowstone include a tourist dipping his fingers in a hot spring, tourists harassing a baby bison later abandoned by the herd and euthanized by the rangers.

The fashion today is to ignore and disobey the park’s rules, even at the risk of one’s life.

Source : Idaho Statesman, National Park Service.

Scène habituelle à Yellowstone

Le bison n’est pas sur le point de me charger; il vient de montrer sa mauvaise humeur à l’un de ses copains. Photo prise avec un objectif 300 mm

(Photos: C. Grandpey)