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9.10 : Risques volcaniques - Géosciences


Aperçu

Lorsque l'on compare les deux types de volcans, bouclier et composite, il est évident que bien que les volcans boucliers soient plus massifs (voir la figure 9.9), ils sont beaucoup moins dangereux pour la population que les volcans composites plus petits. Les volcans boucliers produisent des laves basaltiques qui peuvent jaillir à l'évent, à cause des gaz, mais finissent par couler passivement sur les flancs du volcan (figures 9.3 et 9.12). En dehors des dommages matériels, toute personne vivant sur ou à proximité d'un volcan bouclier ne risque pas de périr à cause d'une éruption volcanique. Ce n'est pas le cas pour les volcans composites ; les éruptions explosives produisent de nombreux fragments volcaniques, appelés débris pyroclastiques ou téphra, dont la taille varie de la poussière et des cendres à de gros blocs (ou bombes) de matériau volcanique (figure 9.13). Les débris pyroclastiques se déplacent d'abord haut dans l'atmosphère dans une colonne d'éruption, qui se propage ensuite vers l'extérieur avec la direction du vent dominant, mais pendant la phase explosive de l'éruption, l'évent central s'élargit car les roches autour de l'évent sont également soufflées pendant la éruption; cet élargissement de l'évent entraîne moins d'élan ascendant de la colonne d'éruption. En conséquence, le matériau pyroclastique descend les flancs du volcan comme un coulée pyroclastique, un mélange très dangereux de matière volcanique chaude et de gaz nocifs.

Bien que les coulées pyroclastiques soient extrêmement dangereuses, la plupart des décès associés aux volcans composites sont dus à des coulées de boue, appelées lahars. De nombreux volcans composites sont recouverts de neige et de glace, et même une petite éruption peut entraîner l'écoulement d'eau de fonte sur les côtés du volcan. Cette eau peut facilement éroder les cendres et autres débris volcaniques sur les flancs du volcan et entraîner une suspension rapide de boue et de matériaux plus gros tels que des arbres et des rochers. Les lahars se déplacent rapidement dans les canaux fluviaux et peuvent mettre en danger toute ville ou ville construite dans les zones basses en aval du volcan (Figure 9.13). Les lahars peuvent également être générés par de grandes quantités de précipitations dans la région. Plusieurs anciens gisements de coulées de boue sont reconnus dans la région des Cascades de Washington et de l'Oregon. En raison de la proximité des grandes villes et de nombreuses villes à proximité de ces volcans endormis (et du mont St. Helens récemment classé « actif »), des systèmes de surveillance des volcans sont en place. Par exemple, l'activité sismique est surveillée, car les tremblements de terre sont générés par la migration ascendante du magma sous la structure volcanique, et la technologie GPS est utilisée pour surveiller tout changement de pente, car le magma peut pousser les côtés du volcan vers l'extérieur et augmenter l'angle de la pente du volcan. Les vallées fluviales du volcan sont également surveillées pour détecter les lahars qui peuvent survenir à tout moment, quel que soit le statut actif ou dormant d'un volcan composite.


Les bases du volcan

À mesure que les populations augmentent, de plus en plus de personnes, de biens et de routes aériennes sont exposés aux risques volcaniques. Les volcans aux États-Unis affectent principalement les États de la côte ouest, Hawaï et l'Alaska, mais les cendres des éruptions peuvent parcourir des centaines de kilomètres, bloquant les vols et entravant le transport terrestre. La dernière éruption majeure dans la partie inférieure des États-Unis s'est produite au mont St. Helens à Washington en 1980, tuant 57 personnes et causant près d'un milliard de dollars de pertes dans la foresterie, l'agriculture, les bâtiments et les routes. [1,2,3]

Comment les géosciences aident-elles à éclairer les décisions concernant les risques volcaniques ?

Les géoscientifiques surveillent les volcans et étudient leur fonctionnement afin de prévoir les éruptions et les glissements de terrain volcaniques. Ils utilisent également des mesures et des observations combinées avec des modèles informatiques pour produire des cartes qui montrent l'étendue et l'impact prévus des risques volcaniques, qui peuvent être utilisées par les gestionnaires d'urgence, les planificateurs et autres décideurs pour mieux se préparer et répondre aux risques volcaniques.


Chapitre 1 : Section 9 - Volcans et atmosphère

Dans cette section, vous trouverez des documents qui soutiennent la mise en œuvre de EarthComm, Section 9 : Les volcans et l'atmosphère.

Résultats d'apprentissage

  • Analyser les données sur les éruptions volcaniques sur des cartes et des graphiques pour identifier des modèles dans la gamme à l'échelle des éruptions volcaniques.
  • Planifier et transporter une enquête qui mesure la quantité de gaz dissous dans une boisson gazeuse.
  • Développer un modèle qui illustre comment les gaz dissous dans le magma sont libérés lors des éruptions volcaniques.
  • Obtenir l'information sur les façons dont les éruptions volcaniques peuvent affecter les humains et les températures mondiales.

En savoir plus

1. Pour en savoir plus sur la façon dont les scientifiques créent des modèles qui examinent les cendres volcaniques, visitez le site Web suivant :

Modélisation des cendres volcaniques, Service météorologique national NOAA
Examine les dangers des cendres volcaniques et comment les scientifiques surveillent la dispersion des cendres volcaniques.

2. Pour en savoir plus sur les efforts de surveillance de l'Observatoire du volcan Cascades, visitez les sites Web suivants :

Observatoire du volcan des Cascades, CVO USGS
Examinez comment l'observatoire des volcans Cascades surveille de manière intensive les volcans agités et évalue la menace des dangers.

Volcans de l'ouest des États-Unis surveillés par l'observatoire du volcan Cascades, CVO USGS
Description et images de la façon dont les changements de surface des volcans sont surveillés par l'Observatoire des volcans Cascades.

Ressources

Pour en savoir plus sur ce sujet, visitez les sites Web suivants :

Types de particules

Ash - le plus grand danger, USGS
Les cendres sont l'aléa volcanique le plus fréquent et le plus répandu. En savoir plus sur la façon dont cela affecte les vies.

Cendre et Tephra et Ponce et Scorie, etc., USGS
Trouvez des définitions et des images de termes dans le glossaire du Volcano Hazards Program.

Distribution et dangers des cendres volcaniques

Pollution de l'air volcanique - Un danger à Hawaï, USGS
Hawaï est une bonne étude de cas pour démontrer comment les particules volcaniques peuvent se propager sur une large plage.

Cendres volcaniques aéroportées - Menace pour l'aviation, USGS
Si les couloirs du trafic aérien mondial passent au-dessus ou sous le vent de centaines de volcans, quelle est la menace ?

Cendres volcaniques - Danger pour les aéronefs dans le Pacifique Nord, USGS
En 1989-1990, une série d'éruptions du volcan Redoute en Alaska a menacé le trafic aérien dans tout le nord de l'Amérique du Nord. Ce site comprend plusieurs exemples des dangers que les éruptions volcaniques peuvent avoir sur les avions, même si l'avion est à des centaines voire des milliers de kilomètres du volcan.

Indice d'explosivité volcanique

L'indice d'explosivité volcanique, Université de Caroline du Nord
En savoir plus sur le système de classification utilisé par les volcanologues pour décrire et comparer les éruptions volcaniques.

Gaz volcaniques

Gaz volcaniques et jeune atmosphère terrestre, Monde Volcanique
Découvrez deux théories sur l'origine de l'atmosphère terrestre.

Gaz volcaniques, Monde Volcanique
Comprend différents faits sur les gaz volcaniques, y compris des données sur les compositions de gaz de différentes marges de plaque.

Effets des gaz volcaniques, Centre d'information sur les volcans UCSB
Énumère les effets de différents gaz volcaniques sur l'environnement, y compris les animaux.

Fiches d'information sur les dangers des volcans, USGS
Index des fiches d'information du Volcano Hazard Program.

Volcans et changement climatique

Volcans et changement climatique, Nasa
Cet article du Distributed Active Archive Center de la NASA détaille les effets que les éruptions à grande échelle, telles que l'éruption du mont Pinatubo, peuvent avoir sur le climat mondial à long terme.

Volcans et climat terrestre, USGS
Découvrez comment les gaz volcaniques comme le dioxyde de soufre peuvent provoquer un refroidissement mondial, tandis que le dioxyde de carbone volcanique a le potentiel de provoquer un réchauffement climatique.


Coulées de lave et dômes de lave

Les coulées de lave sont des coulées de magma extrudé à la surface d'un volcan. En général, il est rare que la lave provoque la perte directe de vies humaines, car elle coule généralement lentement, laissant suffisamment de temps aux personnes pour être évacuées. Cependant, il détruit tout sur son passage par une combinaison d'enfouissement, d'écrasement et de chaleur. De telles éruptions sont également associées à l'émission de gaz volcaniques et d'aérosols.

Lave : le danger. Source : VolFilm.

La viscosité - la facilité avec laquelle un fluide peut s'écouler - des coulées de lave augmente généralement avec la teneur en silice et diminue avec l'augmentation de la température et de la teneur en eau. Les basaltes à faible viscosité et riches en fer/magnésium sont les types de lave les plus fluides et sont généralement éclatés à des températures de 1100 à 1200°C. Ils peuvent parcourir des distances relativement longues. Les andésites à haute viscosité et riches en silicium sont beaucoup moins fluides que le basalte et éclatent à des températures d'environ 700-900°C. Ils forment des coulées courtes et épaisses ou des dômes de lave aux parois abruptes qui ne voyagent pas loin des cheminées volcaniques. La vitesse de déplacement des laves varie généralement de quelques mètres par heure pour les laves à haute teneur en silice et andésitiques à plusieurs kilomètres par heure pour les basaltes fluides.

Les dômes de lave se forment lorsque de la lave à haute viscosité sort lentement d'un volcan. En raison de la viscosité élevée de la lave, elle ne peut pas s'éloigner de l'évent et un dôme de lave s'accumule. Ces dômes de lave sont particulièrement dangereux car ils ont tendance à être instables et peuvent s'effondrer, provoquant des courants de densité pyroclastiques.

Basaltes d'inondation

Les basaltes d'inondation sont une forme exceptionnelle de coulée de lave. Ces éruptions sont rares et notre compréhension de ces événements est basée sur l'étude d'éruptions passées dans des endroits comme les pièges du Deccan en Inde ou les pièges sibériens. De telles éruptions affectent de vastes zones allant jusqu'à la taille d'un continent (plus d'un million de kilomètres carrés).

Nous pouvons apprendre beaucoup des basaltes d'inondation qui se produisent en Islande. En 2014, l'éruption de la fissure Holuhraun a atteint la taille du basalte d'inondation. C'est maintenant la plus grande crue de basalte en Islande depuis l'éruption du Laki en 1783-1784, qui a causé la mort d'environ 20 % de la population islandaise à cause de la pollution de l'environnement et de la famine. Il a très probablement également augmenté les niveaux de mortalité ailleurs en Europe, en raison de la pollution de l'air par les gaz et les aérosols soufrés. Heureusement, les éruptions de basalte de crue sont très rares !

En septembre 2014, les volcanologues du BGS ont été témoins de l'éruption de la fissure Holuhraun près de la calotte glaciaire du Vatnajokull en Islande. BGS © UKRI.

Cette photo satellite de février 2020 montre un basalte d'inondation vieux de deux milliards d'années connu sous le nom de Fosse du Labrador, Canada. Source : Observatoire de la Terre de la NASA.


9.10 : Risques volcaniques - Géosciences

Fiche d'information 017-01 de l'U.S. Geological Survey

Le champ volcanique de San Francisco, Arizona

Susan S. Priest, Wendell A. Duffield, Karen Malis-Clark,
James W. Hendley II et Peter H. Stauffer

Le champ volcanique de San Francisco du nord de l'Arizona, dont une grande partie se trouve dans les forêts nationales de Coconino et de Kaibab, est une zone de jeunes volcans le long de la marge sud du plateau du Colorado. Au cours de ses 6 millions d'années d'histoire, ce champ a produit plus de 600 volcans. Leur activité a créé un paysage topographiquement varié avec des forêts qui s'étendent du Piñon-Genévrier jusqu'aux zones de vie du pin Bristlecone. Le point de repère le plus important est la montagne de San Francisco, un stratovolcan qui culmine à 12 633 pieds et sert de toile de fond pittoresque à la ville de Flagstaff.

Le champ volcanique de San Francisco, qui couvre environ 1 800 miles carrés, fait partie du paysage spectaculaire du nord de l'Arizona. Une grande partie du champ se trouve dans les forêts nationales de Coconino et Kaibab. Les zones de vie forestière de la région vont de Pintildeon-Genévrier à des altitudes plus basses en passant par le pin ponderosa jusqu'au sapin et au pin Bristlecone aux altitudes les plus élevées. Les forêts variées et les caractéristiques géologiques du champ volcanique de San Francisco offrent diverses possibilités de loisirs, notamment le camping, la randonnée, le VTT, l'observation de la faune et les sports d'hiver.

Les sommets de la montagne San Francisco, un stratovolcan érodé qui comprend le point culminant de l'Arizona, Humphreys Peak à 12 633 pieds surplombent les ruines d'un ancien pueblo amérindien dans le monument national Wupatki. Les anciens habitants de cette région ont dû être témoins de l'éruption du Sunset Crater, le plus jeune volcan de l'État, qui a éclaté vers 1064 après JC. La montagne de San Francisco et le Sunset Crater ne sont que deux des centaines de volcans du champ volcanique de San Francisco. , qui couvre environ 1 800 milles carrés du nord de l'Arizona. (Photo protégée avec l'aimable autorisation de Michael Collier.)

Ce modèle numérique d'élévation (MNE) du champ volcanique de San Francisco montre bon nombre des plus de 600 évents qui ont éclaté dans la région au cours des 6 derniers millions d'années. Certaines coulées de lave (caractéristiques lobées plates) sont facilement reconnaissables à leur proximité des évents. De plus grandes structures tectoniques telles que la faille Mesa Butte et la faille Doney orientées nord-est sont également observées. Flagstaff se trouve à la limite sud-centre du champ volcanique niché entre la base de la montagne Elden et le flux de l'observatoire Mesa émis par la montagne A-1.

Presque toutes les collines et montagnes entre Flagstaff et le Grand Canyon sont des volcans géologiquement jeunes mais éteints du champ volcanique de San Francisco. Sans les volcans, cette région serait un plateau plat et aride. Au lieu de cela, la région comprend à la fois la plus haute montagne de l'Arizona et la montagne San Francisco, avec des sommets culminant à 12 633 pieds, et le plus jeune volcan de l'État, le cratère Sunset, qui a éclaté il y a moins de 1 000 ans et est un monument national depuis 1930.

Pourquoi le nord de l'Arizona a-t-il tant de volcans géologiquement jeunes ? La plupart des volcans sont situés près des limites des plaques tectoniques de la Terre, mais l'Arizona est bien à l'intérieur de la plaque nord-américaine. Certains géologues suggèrent qu'il existe un site de fonte localisée, ou "point chaud", fixé profondément dans le manteau terrestre sous le nord de l'Arizona. Alors que la plaque nord-américaine se déplace lentement vers l'ouest sur cette source stationnaire de roche en fusion (magma), les éruptions produisent des volcans qui s'étendent progressivement vers l'est.

Les premiers volcans du champ volcanique de San Francisco ont commencé à éclater il y a environ 6 millions d'années, dans une région où se trouve actuellement la ville de Williams. Par la suite, une ceinture de plusieurs milles de large d'éruptions successivement plus jeunes a migré vers l'est, vers la région de Flagstaff moderne, et même un peu au-delà, vers la vallée de la rivière Little Colorado. Aujourd'hui, cette ceinture de volcans s'étend sur environ 50 miles d'ouest en est.

Bien qu'il n'y ait pas eu d'éruption depuis près de 1 000 ans, il est probable que des éruptions se reproduisent dans le champ volcanique de San Francisco. Avec un intervalle moyen de plusieurs milliers d'années entre les périodes passées d'activité volcanique, il est impossible de prévoir quand la prochaine éruption se produira. Les scientifiques de l'US Geological Survey (USGS) pensent que les sites les plus probables de futures éruptions se trouvent dans la partie orientale du champ et que les éruptions sont susceptibles d'être petites. Ces futures éruptions peuvent fournir des manifestations volcaniques spectaculaires mais devraient présenter peu de risques en raison de leur petite taille et de l'éloignement relatif de la zone.

Volcans et types de magma

Un volcan est une ouverture où le magma éclate à la surface sous forme de lave après s'être élevé des profondeurs de la Terre. Tous les magmas ne sont pas identiques. Certains magma contiennent jusqu'à 75 % de silice (SiO2), tandis que d'autres en contiennent aussi peu qu'environ 50 %. Plus il y a de silice dans un magma, plus sa viscosité ou sa résistance à l'écoulement est élevée. La viscosité contrôle le type de volcan qui se forme. Les éruptions de magma à haute viscosité construisent des dômes de lave aux parois très abruptes. Le magma de faible viscosité produit des cônes de cendres et de minces coulées de lave en forme de feuille, et le magma de viscosité intermédiaire crée des montagnes modérément escarpées appelées stratovolcans.

La plupart des plus de 600 volcans du champ volcanique de San Francisco sont des cônes de cendres de basalte. Le basalte a la viscosité la plus faible de tous les magmas courants. Les cônes de cendres sont relativement petits, généralement moins de 1 000 pieds de haut, et se forment en quelques mois ou années. Ils sont construits lorsque des gouttes mousseuses de magma basaltique chargées de gaz éclatent sous forme de jet ascendant ou de fontaine de lave. Pendant le vol, ces gouttes de lave se refroidissent et retombent au sol sous forme de roche volcanique sombre contenant des cavités créées par des bulles de gaz piégées. S'ils sont petits, ces fragments de roche sont appelés « cendres » et, s'ils sont plus gros, « bombes ». À mesure que les fragments s'accumulent, ils forment une colline en forme de cône. Une fois qu'une pression de gaz suffisante a été libérée de l'approvisionnement en magma, la lave suinte tranquillement pour former une coulée de lave. Cette lave sort généralement de la base du cône et a tendance à s'écouler sur une distance substantielle en raison de sa faible viscosité. Le cratère SP, à 25 miles au nord de Flagstaff, est un excellent exemple de cône de cendres et de sa coulée de lave associée.

Le cratère SP, dans le champ volcanique de San Francisco, est un excellent exemple de cône de cendres et de coulée de lave associée. Ce flux s'étend sur 4 milles du cône et n'a qu'environ 100 pieds d'épaisseur.

Les stratovolcans ont des pentes modérément raides et se forment par l'accumulation de couches sur couches de coulées de lave de viscosité intermédiaire (andésite), de cendres et de cendres, entrecoupées de dépôts de coulées de boue volcanique (lahars) à plus basse altitude. Ces grands volcans en forme de cône, tels que le mont Rainier, à Washington, et le mont Fuji, au Japon, s'élèvent normalement jusqu'à un sommet central et se sont construits par d'innombrables éruptions sur des centaines de milliers d'années.

La montagne de San Francisco est le seul stratovolcan du champ volcanique de San Francisco et a été construite par des éruptions il y a environ 1 à 0,4 million d'années. Depuis lors, une grande partie de la montagne a été enlevée pour créer le "bassin intérieur". Le matériel manquant peut avoir été enlevé rapidement et de manière explosive par une éruption similaire à l'éruption de 1980 du mont St. Helens, Washington, ou il peut ont été enlevés lentement et progressivement par une combinaison de grands glissements de terrain, d'érosion hydrique et d'affouillement glaciaire.

Le champ volcanique de San Francisco comprend également plusieurs dômes de lave. Les dômes de lave sont formés de magmas de dacite et de rhyolite, qui ont des teneurs élevées en silice. La dacite et la rhyolite sont si visqueuses qu'elles ont tendance à s'accumuler et à former des masses bulbeuses (dômes) aux parois très abruptes sur le site de l'éruption. Les dômes peuvent être actifs pendant des décennies ou parfois des siècles. Si un dôme de lave se développe entièrement par gonflage interne, semblable à un ballon, on l'appelle un dôme endogène. Si, cependant, du magma éclate à travers le flanc d'un dôme pendant le gonflage et ajoute de nouvelles couches de lave à la surface extérieure, le dôme final est appelé exogène.

Elden Mountain, à la périphérie est de Flagstaff, est un excellent exemple de dôme de dacite exogène et se compose de plusieurs lobes de lave qui se chevauchent. Sugarloaf Mountain, à l'entrée du bassin intérieur de la montagne de San Francisco, est un dôme de lave rhyolite.Ce dôme est considéré comme endogène, mais son couvert forestier cache des preuves directes de sa structure interne.

Elden Mountain est un dôme de lave aux parois abruptes situé dans le champ volcanique de San Francisco. Les dômes de lave sont formés de magmas de dacite et de rhyolite, qui ont des teneurs élevées en silice. La dacite et la rhyolite sont si visqueuses qu'elles ont tendance à s'accumuler et à former des masses bulbeuses (dômes) aux parois très abruptes sur le site de l'éruption.

Les travaux des scientifiques de l'USGS, en coopération avec le US Forest Service, ont permis de mieux comprendre l'histoire du volcanisme dans le champ volcanique de San Francisco. Ce travail n'est qu'une partie des efforts continus du programme USGS Volcano Hazards pour protéger la vie et les biens des personnes dans toutes les régions volcaniques des États-Unis, y compris le nord-ouest du Pacifique, l'est de la Californie, le Wyoming, l'Alaska et Hawaï.

Susan S. Priest, Wendell A. Duffield, Karen Malis-Clark, James W. Hendley II et Peter H. Stauffer

Conception graphique par Stephen L. Scott
Conception de la bannière par Bobbie Myers
Mise en page Web par Carolyn Donlin

ORGANISATIONS COOPÉRANTES
Bureau de la gestion des terres
Service des parcs nationaux
Département américain de l'Agriculture, Service des forêts

Volcans (Publication d'intérêt général de l'USGS 94-0195)

Volcans of Northern Arizona: Sleeping Giants of the Grand Canyon Region par Wendell Duffield (Grand Canyon Association, 1997)

Pour plus d'informations, contactez:
Commission géologique des États-Unis
2255 N Gemini Dr.
Flagstaff, AZ 86001
(928) 556-7148

ou alors
Service forestier des États-Unis
Forêt nationale de Coconino, district de Peaks Ranger
5075 N. Autoroute 89
Flagstaff, AZ 86004
(928) 526-0866
Visitez le site Web de la forêt nationale de Coconino

En savoir plus sur les volcans et les dangers qu'ils représentent sur le site Web du programme USGS Volcano Hazards


Panne massive de sous-marins dans le détroit de Makassar

Le détroit de Makassar est situé entre l'île de Kalimantan sur une croûte continentale stable et l'île sismiquement active de Sulawesi (Fig. 1). Bien que tous les six tsunamis subis dans le détroit de Makassar au cours du siècle dernier aient accompagné des tremblements de terre près de Sulawesi, le régime dominant de failles décrochantes suggère qu'au moins certains de ces tsunamis ont été générés par des SMF déclenchés par des tremblements de terre (Prasetya et al. 2001 et al. 2019). De plus, des levés de sismique réflexion marine ont montré que des SMF se sont produits au large de Kalimantan à des profondeurs comprises entre 500 m et 1500 m avec le plus grand volume estimé de (sim) 600 (hbox ^3) situé au sud-est de la rivière Mahakam (Brackenridge et al. 2020, Fig. 1). Une autre étude a révélé un SMF situé au sud-ouest de Mamuju (Sulawesi) avec une couverture aérienne plus petite de 150 (hbox ^2) à des profondeurs d'eau comprises entre 1700 m et 1900 m (Nugraha et al. 2020, Fig. 1). On ne sait pas si ces SMF étaient dus à une seule défaillance ou à une série de défaillances. En termes de tsunamigenèse, des SMF fréquents mais plus petits peuvent conduire à des tsunamis petits ou modérés, tandis que de grands SMF peu fréquents pourraient générer de grands tsunamis (Løvholt et al. 2015, Urgeles et Camerlenghi 2013). Ici, nous abordons les risques de tsunami des SMF dans le détroit de Makassar en considérant à la fois un petit et un grand scénario.

Configuration du modèle

On ne sait pas si le grand SMF dans le détroit de Makassar signalé par Brackenridge et al. (2020) s'est produite lors d'un événement unique ou d'une série de défaillances plus petites, comme celle lors du glissement de Storegga 8200 BP, en Norvège (Bryn et al. 2005). Nous avons donc considéré deux scénarios SMF (tableau 1).

Le premier scénario représente un SMF petit mais fréquent. Le SMF a une forme gaussienne avec une dimension de 4,5 km (longueur) ( imes) 5 km (largeur) ( imes) 760 m(épaisseur), ce qui donne un volume de glissement de 5 (hbox ^3) , avec une distance de déplacement de 375 m, notée ici SMF-5 (hbox ^3) . Ce scénario est comparable à l'événement de 1998 en Papouasie-Nouvelle-Guinée (PNG) (Synolakis et al. 2002 Tappin et al. 2001 Watts et al. 2005). Pour le deuxième scénario, nous avons utilisé un volume de 225 (hbox ^3) (SMF-225 (hbox ^3) ), environ un tiers du volume de la plus grande SMF du détroit de Makassar rapporté par Brackenridge et al. (2020) et se déplaçant jusqu'à 2000 m. Le SMF-225 (hbox ^3) représente un scénario important et peu fréquent. Ces deux SMF sont supposés commencer à une profondeur d'eau de 1500 m avec un mécanisme de rupture par affaissement. Ils sont situés au sud-est de la rivière Mahakam où le plus grand SMF a été identifié par Brackenridge et al. (2020).

Résultats et analyse

La modélisation du tsunami montre que SMF-225 (hbox ^3) produit un tsunami plus important que SMF-5 (hbox ^3) , comme prévu (Fig. 6). Les amplitudes côtières maximales sont (sim) 1,1 m et (sim) 4,3 m le long de la côte est du Kalimantan et (sim) 2,9 m et (sim) 11,1 m pour la rive ouest de Sulawesi pour le SMF-5 (hbox ^3) et SMF-225 (hbox ^3) scénarios, respectivement. À titre de comparaison, le runup côtier maximal de l'événement PNG de 1998 était jusqu'à 15 m (Synolakis et al. 2002 Tappin et al. 2001). Bien qu'un SMF aussi grand que SMF-225 (hbox ^3) pourrait générer un tsunami plus important que le tsunami de PNG de 1998, nous notons que les amplitudes côtières maximales de ces événements ne sont pas directement comparables en raison des différences de bathymétrie et de géométrie du littoral entre les deux sites. Les hauteurs de tsunami relativement plus petites du SMF-225 (hbox ^3) tsunami dans le détroit de Makassar par rapport à l'événement PNG de 1998 pourrait être attribué à la bathymétrie du détroit de Makassar. Le SMF-225 (hbox ^3) se propage sur un plateau continental large (largeur=120 km) et peu profond (<500 m de profondeur d'eau) pour atteindre la côte de Kalimantan (Fig. 6a). Par conséquent, l'énergie du tsunami dirigée vers la côte de Kalimantan se dissipe rapidement par rapport à la courte distance source-rivage ( (sim) 20 km) et aux eaux profondes (profondeur = 50-2000 m) rencontrées par le tsunami de 1998 en PNG. . Nous l'avons confirmé en plaçant le SMF-5 (hbox ^3) à une distance plus proche du rivage et a remarqué que la hauteur maximale du tsunami augmente d'un facteur quatre (Fig. 7a, d). L'effet de la géomorphologie côtière sur les hauteurs des tsunamis est également observé dans la péninsule de Mangkalihat (à (sim) 1°N du nord-est de Kalimantan–Figs. 6 et 7). Il concentre l'énergie du tsunami de sorte que l'est du Kalimantan a deux maxima d'amplitude : le rivage le plus proche de la SMF et à la péninsule de Mangkalihat.

Des formes d'onde de tsunami simulées à quatre emplacements sont illustrées à la figure 6b. On peut voir que le scénario le plus large génère des hauteurs de vague maximales allant du creux à la crête jusqu'à 7 m tandis que le plus petit SMF génère 0,5 m de hauteur de vague à Mamuju (MMJ, Fig. 6b). Les ondes générées par le plus petit scénario sont de fréquences beaucoup plus élevées que celles générées par le plus grand scénario. Les tsunamis générés par les SMF ont généralement des longueurs d'onde plus courtes (fréquences plus élevées) que celles générées par les tremblements de terre (Heidarzadeh et al. 2014). Parce que le SMF-5 (hbox ^3) a une taille plus petite, il génère plus de signaux haute fréquence à toutes les stations par rapport au SMF-225 (hbox ^3) (Fig. 6b).

Nous notons que nous avons considéré des valeurs fixes pour les dimensions SMF et la distance de déplacement ainsi que négligé le processus cinématique de la génération SMF-tsunami. Ces paramètres affecteraient la surface initiale de la mer produite à partir des équations semi-empiriques de Watts et al. (2005). La compréhension des plages possibles de ces paramètres et leur intégration dans les scénarios SMF-tsunami peuvent faire l'objet d'études futures.

Résultat des simulations SMF-tsunami dans le détroit de Makassar déclenchées par des SMF d'un volume de 5 (hbox ^3) et 225 (hbox ^3) . une Amplitude maximale du tsunami. b Forme d'onde de tsunami simulée à quatre jauges virtuelles : BLP (Balikpapan), MKS (Makassar), MMJ (Mamuju), PLU (Palu). SMF signifie Submarine Mass Failure

Etude de sensibilité de la distance SMF de la côte lorsque le SMF-5 (hbox ^3) est déplacé du sud (une) au nord () le long de la profondeur de contour de 1 500 m. SMF signifie Submarine Mass Failure. La case verte montre la péninsule de Mangkalihat


Les nouveaux dangers du plus grand volcan de la Terre découverts

Des scientifiques de la Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science de l'Université de Miami (UM) ont analysé les mouvements du sol mesurés par les données satellitaires du radar interférométrique à synthèse d'ouverture (InSAR) et les stations GPS pour modéliser avec précision où le magma a pénétré et comment l'afflux de magma a changé au fil du temps, ainsi que où les failles sous les flancs se sont déplacées sans générer de séismes significatifs. Le réseau GPS est exploité par l'observatoire des volcans d'Hawaï de l'U.S. Geological Survey.

"Un tremblement de terre de magnitude 6 ou plus soulagerait le stress causé par l'afflux de magma le long d'une faille subhorizontale sous le flanc ouest du volcan", a déclaré Bhuvan Varugu, doctorant. candidat à l'UM Rosenstiel School et auteur principal de l'étude. "Ce tremblement de terre pourrait déclencher une éruption."

Les chercheurs ont découvert qu'au cours de la période 2014-2020, un total de 0,11 kilomètre 3 de nouveau magma s'était introduit dans un corps magmatique en forme de digue situé sous et au sud de la caldeira du sommet, avec le bord supérieur à une profondeur de 2,5 à 3 kilomètres sous le sommet. Ils ont pu déterminer qu'en 2015, le magma a commencé à s'étendre vers le sud, où l'altitude topographique est plus faible et le magma avait moins de travail à faire contre la pression topographique. Après la baisse du flux de magma en 2017, le centre d'inflation est revenu à sa position horizontale précédente de 2014-2015. De tels changements d'un corps magmatique n'ont jamais été observés auparavant.

"Au Mauna Loa, les mouvements des flancs et les éruptions sont intrinsèquement liés", a déclaré Varugu. "L'afflux de nouveau magma a commencé en 2014 après plus de quatre ans de mouvement vers la mer du flanc est - ce qui a ouvert un espace dans la zone du rift pour que le magma puisse s'introduire."

Les chercheurs ont également découvert qu'il y avait un mouvement non associé à un tremblement de terre le long d'une faille presque horizontale sous le flanc est, cependant, aucun mouvement n'a été détecté sous le flanc ouest. Cela a conduit les chercheurs à conclure qu'un tremblement de terre sous le flanc ouest est dû. Les mouvements le long des failles quasi horizontales sous les flancs sont des caractéristiques essentielles de la croissance à long terme des volcans.

Le volcan entrera-t-il prochainement en éruption ? "Si l'afflux de magma continue, c'est probable, mais pas obligatoire", explique Varugu. « La charge topographique est assez lourde, le magma pourrait également se propager latéralement à travers la zone du rift. »

"Un tremblement de terre pourrait changer la donne", a déclaré Falk Amelung, professeur au département de géosciences marines de l'UM Rosenstiel School et auteur principal de l'étude. "Cela libérerait des gaz du magma comparables à l'agitation d'une bouteille de soda, générant une pression et une flottabilité supplémentaires, suffisantes pour briser la roche au-dessus du magma."

Selon les chercheurs, il existe de nombreuses incertitudes. Bien que la contrainte qui a été exercée le long de la faille soit connue, la magnitude du séisme dépendra également de la taille de la zone de faille qui se rompra réellement. De plus, il n'y a pas de données satellitaires disponibles pour déterminer les mouvements avant 2002.

"C'est un problème fascinant", a déclaré Amelung, "Nous pouvons expliquer comment et pourquoi le corps magmatique a changé au cours des six dernières années. Nous continuerons d'observer et cela conduira éventuellement à de meilleurs modèles pour prévoir le prochain site d'éruption. »

S'élevant à 9 kilomètres de haut de la base au fond de la mer jusqu'au sommet, le Mauna Loa est le plus grand volcan de la Terre. Lors de l'éruption de 1950, il n'a fallu que trois heures à la lave pour atteindre la côte de Kona. Des écoulements aussi rapides ne laisseraient que très peu de temps pour évacuer les personnes sur le passage de sa lave. Une autre grande éruption du Mauna Loa s'est produite en 1984.

La combinaison de tremblements de terre et d'éruptions n'a rien d'inhabituel. L'éruption de 1950 a été précédée d'un séisme de magnitude 6,3 trois jours auparavant, et a été suivie d'un séisme de magnitude 6,9 ​​plus d'un an plus tard. L'éruption de 1984 a été précédée d'un séisme de magnitude 6,6 5 mois auparavant.

Les données satellitaires ont été acquises par les satellites italiens Cosmo-Skymed dans le cadre de l'initiative Geohazard Supersites and Natural Laboratories (GSNL) du Group on Earth Observation (GEO), une organisation faîtière internationale visant à améliorer l'utilisation de l'observation de la Terre au profit de la société. . Plusieurs agences spatiales mettent en commun leurs ressources satellitaires pour permettre de nouvelles études de volcans dangereux. Les autres supersites volcaniques incluent les volcans islandais, équatorien et néo-zélandais ainsi que le mont italien. Etna.

Référence : “Croissance vers le sud du corps magmatique en forme de digue du Mauna Loa entraînée par le stress topographique” par Bhuvan Varugu et Falk Amelung, 10 mai 2021, Rapports scientifiques.
DOI : 10.1038/s41598-021-89203-6


3.1 Acquisition de données RPAS et modélisation de terrain

Le système aérien télépiloté (RPAS) a été déployé le 21 février 2015, lorsque la couverture végétale était limitée. La végétation restante a heureusement été enlevée manuellement, les zones les plus dangereuses étaient à peine couvertes. Le système est un drone commercial DJI Phantom 2 modifié (DJI, 2015), où le véhicule volant a été équipé d'une option de transfert d'image synchrone (vue à la première personne - FPV) qui transmet également les paramètres de vol actuels (par exemple, hauteur, vitesse, inclinaison , réserve de marche). En raison de la complexité de la zone d'étude, le vol était contrôlé manuellement, le chevauchement requis entre les images était assuré par l'opérateur compte tenu de la fréquence de capture. Le chevauchement nécessaire entre les images était contrôlé par l'option FPV. Pour des raisons de sécurité, l'équipage était composé de deux personnes : l'une pour contrôler l'avion et l'autre pour surveiller en permanence le flux vidéo transféré. Le contrôle de la caméra s'est fait à l'aide d'une tablette.

Figure 5L'image capturée se positionne autour de la colline du château reconstruite (une) et les nuages ​​de points obtenus par la technologie RPAS (b) (voir la vue de dessus sur la Fig. 3.)

Tableau 1Données de traitement d'images.

Une caméra d'action GoPro Hero 3 + (GoPro, 2017) a été montée sur un cardan 2-DoF du véhicule aérien sans pilote (UAV). L'appareil photo est doté d'un objectif à focale fixe de 2,77 mm capable de capturer des images .jpg de la taille de 4000 × 3000 pixels. Les images ont été capturées avec une sensibilité de 100 ISO et un espace colorimétrique RVB. L'objectif a été utilisé avec une ouverture fixe de 2,8 et la vitesse d'obturation de l'appareil photo a pu être ajustée de manière adéquate. Généralement, le temps d'exposition était fixé à 1∕1400 s et les images étaient compressées à un taux de 4,5 bits pixel -1 . Il y a eu trois vols d'imagerie : deux vers midi et un vers 17h00. Les temps de vol étaient de 13, 12 et 13 min auxquels 390, 365 et 419 images ont été capturées. Toutes les 1174 images ont été impliquées dans la reconstruction de l'objet photogrammétrique (Fig. 5). La reconstruction photogrammétrique a été réalisée à l'aide de Pix4Dmapper (Pix4D, 2017), qui est basé sur la technologie de structure à partir du mouvement (SfM) (Lowe, 2004 Westoby et al., 2012 Danzi et al., 2013). SfM identifie automatiquement les points de liaison en tenant compte des exigences initiales (par exemple, positions préliminaires du centre de l'image, horodatage) (tableau 1). L'étalonnage de la caméra a été exécuté pendant le post-traitement et aucun étalonnage préalable n'a été nécessaire (Pix4D, 2017). Après l'alignement de l'image, les centres et attitudes de projection de l'image peuvent être observés (Fig. 5). Ensuite, 19,3 millions de points ont été obtenus par la reconstruction photogrammétrique, ce qui était approprié pour l'application géologique de l'ingénierie. La technologie permet d'obtenir une résolution plus élevée, mais ce n'était pas nécessaire. La densité moyenne de points est d'environ 670 points m -3 , mais il existe des zones à double densité de points.

Figure 6Modèle numérique de surface en couleur avec un intervalle de ligne de contour de 1 m de la zone d'étude. Les points noirs pleins montrent les points de contrôle au sol, tandis que la ligne rouge en pointillés et en pointillés représente les zones affectées par les chutes de pierres.

Pour le géoréférencement, des objets de liaison particuliers ont été mesurés par le Global Navigation Satellite System (GNSS). Le récepteur GNSS utilisé était un Leica CS10 avec une antenne Gs08plus (GS08, 2014 CS10, 2014). La mesure a été effectuée en mode RTK pris en charge par le réseau RTK hongrois (RTKnet, 2013). Il y avait sept points de contrôle au sol mesurés (Fig. 6) (GCP), la précision de mesure 3-D moyenne était de 4,9 cm (la valeur minimale était de 2 cm, la valeur maximale de 9 cm). La technologie RPAS a produit un nombre considérable de points de données (observations). Étant donné que ce nuage de points est difficile à gérer en raison de sa taille et de son espacement hétérogène, il nécessite une étape de rééchantillonnage sophistiquée, qui a été effectuée à l'aide de CloudCompare, et la résolution spatiale du nuage de points a été fixée à 1 cm.

Figure 7Les différences entre les nuages ​​de points RPAS et TLS par CloudCompare sont indiquées en mètres (le mode de différences est d'environ 0,01 m ).

Tableau 2Essais mécaniques des roches et normes pertinentes.

La collecte de données RPAS a été validée par l'utilisation d'un balayage laser terrestre. Les données nécessaires ont été capturées par deux scanners : un Faro Focus S 120 3D (Faro, 2016) et un Z+F Imager 5010C (Z+F, 2014). Le balayage laser terrestre a été exécuté le même jour que la mission RPAS. Le nuage de points brut mesuré par le scanner Faro contenait 1,9 milliard de points, tandis que le nuage de points Z+F avait 0,8 milliard de points. Les deux nuages ​​de points comprenaient les coordonnées X, Y et Z, l'intensité et les valeurs de couleur RVB. Les nuages ​​de points basés sur RPAS et TLS ont été comparés avec le logiciel CloudCompare (CloudCompare, 2014) (Fig. 7).

Comme on peut le noter sur la figure 7, la plus grande différence entre les deux sources est presque inférieure à 10 cm et la majorité des différences sont d'environ 1 cm . Le nuage de points a ensuite été importé dans Geomagic Studio 2013 (GeomagicStudio, 2013) et maillé. La longueur du côté du triangle était de 5 à 7 cm. Pour soutenir le levé géologique d'ingénierie, plusieurs sections horizontales et verticales ont été dérivées dans Geomagic DesignX 2016 (GeomagicDesignX, 2016) ces profils ont été exportés au format CAO.

L'étape suivante consistait à faire des coupures en se concentrant uniquement sur les falaises, ce qui a été fait par CloudCompare, suivi des points exportés au format LAS (LAS, 2012). Les points exportés pourraient ensuite être importés dans SAGA GIS 2.1.2 (Conrad et al., 2015), où les MNT nécessaires ont été créés à l'aide d'un algorithme de pondération par distance inverse (IDW) (IDW, 2013). Les grilles DSM dérivées ont une résolution spatiale de 5 cm, ce qui est adéquat pour les analyses morphologiques (Fig. 6) et convient à l'analyse de la stabilité des pentes. L'analyse morphologique s'est concentrée sur le bassin versant (CA) (Costa-Cabral et Burges, 1994 Haas et al., 2016) (Fig. 4), bien que plusieurs autres indices morphologiques (par exemple, l'indice d'humidité topographique, l'indice de puissance des cours d'eau) aient été dérivés. . Ces indices expriment la relation potentielle entre la géométrie de surface et les paramètres géologiques.


Laboratoire 10 : Évaluation des risques volcaniques du mont. Rainier, Washington

Le mont Rainier vu de Tacoma, Washington, à 60 km à l'ouest et au niveau de la mer (de Wikipedia).

Évaluez les risques volcaniques associés au mont Rainier, un volcan dormant mais récemment actif dans la chaîne des Cascades de Washington, et comparez les résultats avec le rapport 98-428 de l'US Geological Survey (USGS) "Volcanic Hazards From Mount Rainier".Pour ce faire, nous utiliserons des données stockées dans une variété de formats différents (fichier de formes, couverture, .e00, classes d'entités de géodatabase et raster .grd), offrant une familiarité et une pratique avec les types de données couramment utilisés.

À 4939 mètres (14 410 pieds), le mont Rainier est le plus haut sommet de la chaîne des Cascades et l'une des plus hautes montagnes des États-Unis continentaux. C'est un volcan endormi mais récemment actif qui abrite également le plus grand glacier des 48 états inférieurs. La combinaison d'une activité volcanique potentielle, d'un relief topographique élevé et d'une calotte glaciaire pose des risques naturels importants, en particulier lors d'une éruption. Alors que les coulées de lave d'une éruption peuvent avoir une étendue assez limitée, les chutes de téphra et les coulées de lahar pourraient affecter les populations éloignées du volcan. Quelles zones pourraient être les plus touchées par une éruption du mont. Plus pluvieux ? Combien de personnes pourraient être directement concernées ? En travaillant avec certaines contraintes et hypothèses de base, les données numériques existantes peuvent être utilisées pour répondre à ces questions. De plus, nous pouvons comparer nos résultats aux données de vérité terrain de l'USGS pour évaluer l'utilité de notre approche hypothétique.

Les données du laboratoire d'aujourd'hui proviennent de trois sources :

    Le site Web SIG du département des ressources naturelles de l'État de Washington : limites des comtés, rivières, mont. Sommet Rainier et fichiers de modèles altimétriques numériques (MNE)

Les métadonnées de tous les fichiers peuvent être visualisées dans ArcCatalog. Une copie de l'OFR 98-428 (ainsi que les planches et figures qu'il contient) est disponible dans le dossier "Lab_10_data".

Le dossier et les sous-dossiers "Lab_10_data" contiennent des fichiers aux formats suivants :

  1. Fichiers d'échange ArcInfo (.e00) - Rasters DEM, au format Arc GRID, pour les parties des comtés entourant le mont. Rainier :
    • roi_co - Comté de King, WA
    • pierce_co - Comté de Pierce, WA
    • yakima_co - Comté de Yakima, WA
    • kittas_co - Comté de Kittitas, WA
    • lewis_co - Comté de Lewis, WA
    • thurst_co - Comté de Thurston, WA
  2. Couverture
    • comté - une couverture des comtés de l'état de Washington
  3. Fichiers de formes pour les fonctionnalités suivantes :
    • all_cities_StatePlaneft - les villes et cités de Washington (en points)
    • Mt_Rainier - le sommet du mont. Rainier (un point)
    • wa_rivers_arc - les grands fleuves de Washington (lignes)
    • WA_État - l'État de Washington, (polygone)
    • Zone_d'intérêt2 - un rectangle définissant la zone d'intérêt (AOI) pour ce laboratoire (polygone).
  4. Classes d'entités de géodatabase (fichiers de danger USGS) :
    • zone_débit - zone dangereuse pour les coulées de lave ou de cendres (polygone)
    • lahar_polygones- au sein de la Jeu de données d'entité "Lahars", ce sont les zones dangereuses les plus susceptibles d'être affectées par les flux de lahar, séparées par la probabilité de récurrence du flux et la taille (polygones)
    • Téphra_10cm - zones dangereuses pour 10 cm de dépôt de téphra, affichées en pourcentage de probabilités annuelles (polygones)
    • Téphra_1cm - zones dangereuses pour 1 cm de dépôt de téphra, affichées en pourcentages de probabilités annuelles (polygones).

Copiez l'intégralité du dossier Lab_10_data dans votre lecteur Flash à présent. Comme pour tous les laboratoires utilisant des données raster, il est recommandé de ne pas compter sur l'enregistrement ou l'accès aux données sur le réseau du bâtiment - utilisez une copie locale. Ne copiez pas de fichiers et de sous-dossiers individuels - l'intégrité de certaines données sera détruite si vous le faites. Si des fichiers raster ou des couvertures doivent être copiés, faites-le avec ArcCatalog, et non avec l'Explorateur Windows.

Un document MS Word contenant les questions de cet atelier se trouve dans le dossier Lab_10_data.

La procédure comprend les étapes générales suivantes :

    Convertissez les fichiers d'échange en fichiers au format de grille ESRI. Mosaïque des fichiers individuels dans un seul modèle numérique d'élévation (DEM)

Nous commençons d'abord par explorer les données.

  1. Ouvrez ArcMap et créez une nouvelle carte vide.
  2. Chargez les polygones d'État, de comté et de zone d'intérêt, les rivières et le mont. Rainier et les villes pointent des shapefiles.
  3. Symbolisez ces shapefiles de manière à ce que les comtés soient creux et que l'État soit visible en dessous. Assurez-vous également que vos rivières, votre zone d'intérêt, vos villes et le mont. Rainier sont symbolisés de manière appropriée.

Votre carte devrait ressembler à celle ci-dessous :

Figure 1. Villes (jaune), comtés, rivières et État de Washington indiquant l'emplacement de la zone d'intérêt (encadré rouge) et le mont. Rainier (point rouge).

Vous remarquerez qu'ArcMap ne reconnaît aucun des fichiers contenus dans le dossier en tant que données. Nous devrons corriger cela.

B. Conversion de fichiers d'échange en fichiers "utiles"

Si nous ouvrons le dossier "WA_DEM_E00" dans l'explorateur Windows, nous voyons que les fichiers qu'il contient sont du type ".e00". Les données en .e00 sont dans un Format de fichier d'échange ArcINFO. Ce sont de simples fichiers ASCII qui peuvent être ouverts et visualisés à l'aide de n'importe quel éditeur de texte courant (c'est-à-dire Wordpad, Notepad voir Fig. 2). Ce format est couramment utilisé pour rendre les couvertures et les fichiers de grille raster disponibles en ligne, car il compresse la taille du fichier, ce qui permet à la fois d'héberger de grandes quantités de données et de télécharger des fichiers volumineux. Il fournit également un moyen de maintenir l'intégrité des fichiers. Les couvertures contiennent des fichiers cachés dans le cadre de leur structure de données qui peuvent être perdus lors de la copie sans format d'échange.

Figure 2. Un fichier .E00 DEM affiché dans le Bloc-notes

  1. Dans ArcToolbox, sélectionnez la boîte à outils "Coverage Tools". Sélectionnez ensuite la boîte à outils "Conversion", et choisissez "To Coverage". Sélectionnez "Importer depuis E00" pour ouvrir l'outil.
  2. Laissez le "Feature Type" sur AUTO. Sous "Input Interchange File", cliquez sur le dossier à droite de la zone de saisie et sélectionnez l'un des fichiers .e00 dans le dossier WA_DEM_E00. Assurez-vous que le "Output Dataset" est mappé au même dossier et que le nom est le même que le fichier en cours de conversion. Cliquez ensuite sur "OK".
  3. Faites de même pour les fichiers .e00 restants.

Si vous obtenez un message d'erreur, réessayez avec un nom de fichier plus court pour le "Output Dataset". Inexplicablement, le nom de fichier par défaut est parfois supérieur à 13 caractères et la conversion échoue en conséquence. La même erreur peut se produire si l'un des noms dans le chemin d'accès au fichier de sortie dépasse 13 caractères, contient un espace ou contient un caractère spécial (par exemple, un point, des astérisques, etc.). N'oubliez pas ce bogue - il peut être utile dans le travail de projet ultérieur.

question 1: Quel est le système de coordonnées (Référence Spatiale) des données DEM ?

question 2:Quelles sont les unités horizontales et verticales des données raster ? Comment savons-nous cela?

question 3 : Quels sont la profondeur, le type et la taille des pixels des jeux de données raster ?

C. Création d'une mosaïque de données raster

Si nous voulions modifier la symbologie de nos DEM, nous devrions symboliser chaque couche séparément. C'est peu pratique et fastidieux, mais plus important encore, cela conduit généralement à des différences dans la façon dont des élévations identiques dans différents DEM sont symbolisées. À moins que les altitudes les plus élevées et les plus basses de tous les DEM ne soient identiques, le même dégradé de couleurs (voir ci-dessous) appliqué à chaque fichier produira des couleurs différentes pour les mêmes altitudes. Une façon d'éviter ce problème est de mosaïque les rasters individuels pour créer un seul DEM qui contient toutes les données. Pour ce faire, nous aurons à nouveau besoin d'ArcToolbox.

  1. Avant d'aller trop loin, créez un nouveau dossier vide dans votre dossier "Lab_10_data" intitulé "My_Data". Ce dossier sera utile pour enregistrer les nouveaux calques et fichiers de formes que vous créez tout au long du laboratoire.
  2. Pour commencer la mosaïque, accédez à ArcToolbox, sélectionnez "Data Management Tools", puis "Raster", et ouvrez la boîte à outils "Raster Dataset" (inexplicablement, les outils dont nous avons besoin NE SONT PAS dans la boîte à outils "Mosaic Dataset").

Nous avons maintenant quelques options. Nous pouvons utiliser soit l'outil "Mosaic", soit l'outil "Mosaic to New Raster". "Mosaic" est utile si nous voulons ajouter des données raster supplémentaires à un jeu de données raster préexistant. Bien que cela soit souvent utile, nous préférons créer un tout nouveau raster auquel nous pouvons donner un nouveau nom.

  1. Choisissez l'outil "Mosaic to New Raster". Accédez au dossier qui contient vos jeux de données raster, mettez-les tous en surbrillance (maintenez la touche Maj enfoncée et sélectionnez le premier et le dernier fichier de la liste) et appuyez sur "OK". Sélectionnez le dossier "My_Data" comme emplacement de sortie. Nommez le nouveau raster dans la ligne intitulée "Nom du jeu de données raster avec extension". Continuer à lire.

Nous voulons que la référence spatiale de la mosaïque (la prochaine ligne d'entrée dans l'outil) soit la même que celle des MNT d'origine. Pour s'en assurer :

  1. Ouvrez la fenêtre "Propriétés de référence spatiale" en cliquant sur l'icône à côté de la zone de saisie, choisissez "Importer", et sélectionnez l'un des DEM d'origine, puis appuyez sur "OK". Cela "importe" la même référence spatiale du MNT vers la mosaïque.
  2. Modifiez le "Type de pixel" et la "Taille de cellule" pour qu'ils correspondent à la taille des DEM d'origine. Définissez le "Number of Bands" sur 1. Ignorez le reste des champs et appuyez sur "OK".
  3. La nouvelle mosaïque DEM est automatiquement ajoutée à notre projet et nous pouvons supprimer les DEM uniques d'origine de la table des matières.

La mosaïque doit ressembler à celle illustrée à la figure 3.

Figure 3 - ArcMap montrant la vue des données de la mosaïque raster DEM terminée.

Question 4.Lorsque nous avons créé la mosaïque raster, nous avons eu la possibilité de modifier la taille des cellules. Qu'est-ce que changer la taille de la cellule ferait, et pourquoi avons-nous choisi de la garder la même ?

D. Sélection des rivières menacées par les débits du Lahar

Les lahars sont des coulées de débris riches en boue qui commencent sur les pentes abruptes des volcans lors de la fonte rapide de la neige ou de la glace. Parce que tout ce qui est nécessaire pour que les lahars se forment sont des sédiments mobiles et non consolidés (par exemple, des cendres volcaniques, des lapilli, des bombes), des pentes raides et beaucoup d'eau, les lahars peuvent se former pendant qu'un volcan est en sommeil si suffisamment de pluie ou d'eau de fonte est disponible. Les lahars peuvent, bien sûr, également être déclenchés par la fonte rapide de la neige/glace avant ou pendant une éruption. En utilisant les ruisseaux et les rivières existants comme conduits, les lahars peuvent s'écouler sur de grandes distances (les lahars du mont Rainier ont coulé dans Puget Sound) et être très destructeurs. Lahars du mont. Rainier sont considérés comme le risque volcanique le plus important de la chaîne des Cascades. Où sont les vallées fluviales les plus exposées aux lahars ?

Notre fichier de formes "WA_river_arc" contient toutes les rivières de l'état de Washington. Nous ne nous intéressons qu'à celles qui drainent les pentes du mont Rainier. Ces rivières sont les conduits les plus probables pour les lahars s'éloignant du volcan, et nous aimerions les sélectionner et les isoler. Pour sélectionner ces rivières, il serait utile d'avoir une vision plus claire de la topographie afin de pouvoir, d'un coup d'œil, identifier les vallées et les crêtes. Avoir un rendu de l'"Aspect" de la topographie serait utile. L'outil "Aspect" dérive l'aspect, la direction de la pente descendante du plus grand taux de changement de chaque cellule raster vers sa voisine. Nous pouvons considérer l'aspect comme la direction de la pente ou, si nous laissions tomber une bille en un point de la surface, la direction dans laquelle elle roulerait.

  1. Ouvrez l'outil "Aspect", qui se trouve dans ArcToolbox sous "3D Analyst Tools" - "Raster Surface". Notre "Raster d'entrée" sera notre mosaïque DEM et le "Raster de sortie" aura besoin d'un nom approprié. Encore une fois, enregistrez-le dans votre dossier "My_Data". La carte d'aspect (voir Fig. 4) devrait faciliter la distinction visuelle des drainages, des crêtes et des pentes, bien que vous deviez peut-être changer la palette de couleurs pour voir cela plus facilement.

Figure 4 - ArcMap montrant la vue de données d'un raster d'aspect et de rivières dans une zone d'intérêt autour du mont. Rainier (point rouge).

  1. En inspectant la carte d'aspect, identifiez les rivières qui ont des sources sur le versant du mont Rainier.
  2. Sélectionnez ces rivières, utilisez l'outil "Select Features" dans la barre d'outils standard. Pour éviter de sélectionner autre chose que les rivières, définissez d'abord les "couches sélectionnables" cela vous donne la possibilité de désactiver la "sélectionnabilité" de toutes les rivières sauf. Une façon de définir des couches sélectionnables (nous en avons appris une autre dans le laboratoire 3) consiste à cliquer sur le bouton "Liste par sélection" en haut de la table des matières, puis à cocher la couche Rivers et à désactiver toutes les autres, comme illustré à la figure 5 ci-dessous.

Figure 5. Table des matières affichée avec l'option Liste par sélection. Comme affiché, seules les couches de rivières peuvent être sélectionnées par l'un des outils de sélection.

Question 5. Quels sont les noms des rivières potentiellement menacées par les lahars du mont Rainier ?

Nous voulons maintenant enregistrer ("Exporter") les rivières sélectionnées dans un nouveau fichier de formes.

  1. Cliquez avec le bouton droit sur le nom du fichier "wa_rivers_arc" dans la table des matières et sélectionnez "Data" - "Export Data". Choisissez ensuite d'exporter "Fonctionnalités sélectionnées" et enregistrez le fichier dans votre dossier "My_Data".
  2. Il vous sera alors demandé si vous souhaitez ajouter les données exportées à la carte en tant que couche. Sélectionnez "Oui".
  3. Pour supprimer les portions de ces rivières qui s'étendent au-delà de la zone d'intérêt, ouvrez l'outil "Clip" d'ArcToolbox (dans la boîte à outils "Analysis Tools" - "Extract" notez que cet outil ne fonctionne que pour les données vectorielles - nous avons utilisé un outil similaire dans une boîte à outils différente pour les rasters dans le dernier labo).
  4. Utilisez votre nouveau fichier de formes de rivières (il s'agit des rivières menacées par les lahars) comme "entité d'entrée", et choisissez le polygone de zone d'intérêt comme "entités de clip". Renommez la "Classe d'entités en sortie" de manière appropriée et appuyez sur "OK". N.B. pour un travail ultérieur : l'outil "Clip Features" ne fonctionnera que si le polygone de découpage et les données que vous découpez avoir la même référence spatiale (c'est le cas).

Votre résultat devrait ressembler à la figure 6 ci-dessous.

Figure 6. Vue de données ArcMap des rivières ayant des eaux d'amont sur les pentes du mont. Rainier, découpé sur la zone d'intérêt, et un raster d'aspect.

F. Affichage des données d'altitude dans ArcScene

Une autre façon de visualiser la topographie est avec le programme ArcGIS ArcScène. ArcScene est destiné à la visualisation et à l'analyse 3D. Vous pouvez le trouver dans le "Menu Démarrer" de Windows, il se trouve dans le groupe de programmes ArcGIS.

  1. Ouvrez ArcScene et chargez votre mosaïque DEM dans le programme.
  2. Cliquez avec le bouton droit sur le titre de la couche de mosaïque dans la table des matières et sélectionnez "Propriétés". Sous "Propriétés", sélectionnez l'onglet "Base Heights" et cliquez sur le bouton radio à côté de "Floating on a custom surface :". Assurez-vous que la surface à partir de laquelle vous obtenez les hauteurs est votre mosaïque DEM. Cliquez ensuite sur "Résolution raster" et assurez-vous que la taille de la cellule est la même que votre surface d'origine. Assurez-vous également que la "Z Unit Conversion" est 1 et appuyez sur "OK".

Votre DEM auparavant plat devrait maintenant être une surface 3D (Fig. 7). Cliquez sur la scène, maintenez le bouton de la souris enfoncé et inclinez la scène pour voir le relief 3D. Faire défiler la souris va zoomer et dézoomer.

  1. Ajoutez maintenant le fichier de formes "WA_rivers_arc" et faites la même chose, en vous assurant que les hauteurs de base sont calculées à partir de la mosaïque DEM . Sous l'onglet "Symbologie" de votre mosaïque DEM (encore une fois dans la fenêtre "Propriétés" de la couche), sélectionnez "Etiré" avec le "Type d'étirement" comme "Minimum-Maximum". Réglez le "Color Ramp" sur "Brown to Blue Green Diverging, Dark" (un clic droit sur le sélecteur de dégradé de couleurs répertorie les noms de dégradés de couleurs) et appuyez sur "OK".
  2. Sous "Couches de scène", sélectionnez "Propriétés de la scène" et accédez à l'onglet "Général". Modifiez l'"Vertical Exagération" (VE) pour que la topographie devienne plus apparente (dans ce cas, un VE de 2 devrait être suffisant).
  3. Nous pouvons maintenant voir quelles rivières drainent les pentes du mont Rainier. Utilisez l'outil "Identifier" pour comparer ces rivières à celles que vous avez sélectionnées à l'aide du raster d'aspect dans ArcMap.

Figure 7. Image ArcScene de la mosaïque DEM, rendue avec un dégradé de couleurs, et le fichier rivers (lignes bleues). Notez que l'affichage montre toutes les rivières, pas seulement celles dont le cours supérieur se trouve sur le mont. Rainier.

Faites une capture d'écran de votre carte ArcScene et joignez-la à vos questions de laboratoire.

Comme mentionné au début du laboratoire, il existe deux risques majeurs associés au mont Rainier : les chutes de tephra et les coulées de lahar. La zone touchée par la chute du téphra est directement liée à la distance depuis le sommet du mont Rainier (en supposant que l'éruption provient du sommet et non d'un souffle latéral). Les gros fragments de téphra peuvent causer des blessures ou la mort par impact, et peuvent être suffisamment chauds pour déclencher des incendies là où ils atterrissent, mais ne s'arrêtent généralement pas au-delà de 10 km (

6 mi) de l'évent du volcan. Les petits téphras sont dangereux lorsque l'accumulation sur les toits des bâtiments dépasse 10 cm (

4 in), provoquant potentiellement un effondrement, et peut s'étendre jusqu'à 100 km (

Les lahars sont une autre affaire. Les écoulements de lahar passés du mont Rainier ont généralement été de 10 à 40 m (

30 à 120 pieds) d'épaisseur et ont parcouru des centaines de kilomètres, certains s'étendant jusqu'à Puget Sound. Les zones touchées par les lahars se trouveront à proximité des rivières drainant le mont Rainier, nous aimerions donc identifier les zones le long des rivières / ruisseaux à risque de lahars de différentes tailles.

G.1 Nous commençons par les dangers du téphra. Nous voudrions créer deux cercles concentriques superposés, centrés sur le sommet du mont Rainier, avec des rayons équivalents aux distances potentiellement affectées par les grandes et petites chutes de téphra. Pour créer ces cercles, nous utiliserons un outil "Buffer". Parce que nous voulons créer deux cercles superposés, nous pouvons utiliser le "Multiple Ring Buffer", qui se trouve dans ArcToolbox sous "Analysis Tools" - "Proximity".

  1. Ouvrez également le tampon à sonnerie multiple. Sous "Input Feature Class", choisissez le fichier de forme de point "mt_rainier" et nommez la "Output Feature Class" de manière appropriée. Maintenant, ajoutez les deux distances mentionnées ci-dessus (6 mi, 60 mi), en vous assurant que l'unité tampon est réglée de manière appropriée (pour cet exercice, nous utiliserons des miles). Laissez le "Nom du champ" vide et choisissez "Aucun" comme "Dissolve Option". Maintenant, appuyez sur "OK".

Cela crée deux cercles superposés (par opposition aux anneaux concentriques), qui peuvent être utilisés pour calculer les aires des différentes zones à risque de téphra.

Figure 8. Tampons à 6 milles (orange foncé) et 60 milles (orange clair) du sommet du mont. Rainier.

Nous pouvons maintenant calculer la superficie des zones à risque de téphra nouvellement créées :

  1. Ouvrez la fenêtre "Attributs" de la couche tamponnée. "Cliquez avec le bouton droit" sur l'onglet "Zone", et choisissez "Calculer la géométrie…". Une boîte de dialogue d'avertissement apparaîtra vous demandant si vous souhaitez continuer. Cliquez sur "Oui". Sous "Property", sélectionnez "Area"et assurez-vous que le "Coordinate System" est défini sur le système de coordonnées de la source de données. Sous "Unités", sélectionnez "Square Miles", et appuyez sur "OK". Faites de même pour l'onglet "Périmètre", définir la "Property" sur "Perimeter" et les "Unités" à "Miles".

Question 6. Quels sont les zones et les périmètres des tampons que vous avez créés pour les zones de chute de tephra ?

G.2 Les lahars peuvent être considérés comme petits, moyens ou grands. Ces catégories sont décrites ci-dessous :

Tableau 1. Taille du flux de Lahar, largeur, distance parcourue

Taille Largeur Distance du sommet
Petit 1 km (0,6 mi) 20 km (12 mi)
Moyen 2 km (1,2 mi) tout au long de la zone d'intérêt
Grande 4 km (2,4 mi) tout au long de la zone d'intérêt

Nous pouvons utiliser le même outil tampon pour identifier les zones à risque de lahar, mais cette fois-ci, nous utiliserons le fichier de formes des rivières coupées au lieu du fichier de formes du sommet du mont Rainier. Étant donné que les longueurs des événements lahar diffèrent, nous utiliserons l'outil "Buffer" plutôt que l'outil "Multiple Ring Buffer", et créerons des fichiers de formes distincts pour les lahars de chaque catégorie de taille.

  1. Ouvrez l'outil "Buffer" et définissez les "entités d'entrée" sur votre fichier de formes de rivière écrêté. Nommez correctement la "Classe d'entités de sortie". Définissez la "Distance" sur "Unité linéaire", et rendez-la égale à la largeur de la catégorie de lahar pour laquelle vous créez un tampon. Définissez le "Dissolve Type" sur "All", et appuyez sur "OK".
  2. Répétez ce processus pour les deux autres catégories de lahar et symbolisez les nouvelles couches tampons de manière appropriée.

Notez que ce nouveau fichier de formes s'étend sur toute la zone d'intérêt. Les Small Lahars ne parcourent que 12 milles du sommet (voir tableau 1). Nous voulons découper ces entités dans une zone autour du sommet du mont Rainier limitée à cette distance.

  1. Créez une mémoire tampon unique en utilisant le point du sommet du mont Rainier comme "entités d'entrée", et nommez la "classe d'entités de sortie" de manière appropriée. Ensuite, définissez la "Distance" sur "Unité linéaire" et définissez la valeur sur "12 miles, puis appuyez sur "OK".
  2. Utilisez maintenant l'outil "Clip" (ArcToolbox - "Analysis Tools" - "Extract" - "Clip") pour découper le fichier de formes Small Lahar dans le rayon de 12 km du mont Rainier. Assurez-vous également de couper vos fichiers de formes Lahar modérés et volumineux dans la zone d'intérêt.

Pour calculer les superficies des Lahars, nous devrons ajouter un nouveau champ à la table des attributs de ces couches.

  1. Ouvrez la "Table des attributs", et en utilisant le bouton "Options de la table" en haut de la table, choisissez "Ajouter un champ…". Nommez le nouveau champ "Area", et sous "Type", choisissez "Long Integer". Appuyez sur "OK".
  2. Pour calculer les superficies de chacun des lahars, ouvrez à nouveau la table attributaire, cliquez avec le bouton droit sur le nouvel en-tête de champ "Area", sélectionnez "Calculate Geometry", choisissez "Area" sous le menu déroulant "Property", et "Square Miles" sous le menu déroulant "Units".

Question 7. Quelle est la superficie totale affectée par les petits, moyens et grands lahars ? Donnez votre réponse sous forme de tableau, montrant clairement la somme de tous les types de lahar.

H. Évaluation des dangers, enfin

N'oubliez pas que le but ultime de cet exercice est d'évaluer la population touchée par un événement volcanique au mont Rainier. Nous pouvons maintenant sélectionner les centres de population (villes) touchés par les chutes de téphra et les flux de lahar en utilisant les couches que nous avons créées.

  1. Utilisez l'outil "Sélectionner par emplacement" situé sous le menu "Sélection" pour sélectionner les villes qui "es se trouvent à l'intérieur. " votre couche de téphra plus grande tamponnée. Ouvrez la table attributaire de la couche des villes, faites un clic droit sur l'en-tête du champ de population (Pop2000), pour trouver des statistiques sur les villes sélectionnées. Notez ce qui est nécessaire pour la question 8 ci-dessous. Faites de même pour la petite couche de chute de téphra et pour les entités Small, Moderate et Large Lahar.

Question 8. Quelles sont les populations totales affectées par les grandes chutes de téphra ? Petite chute de téphra ? Des petits lahars coulent ? Flux de lahar modérés ? De grands flux de lahar? (Faire un tableau pour répondre à cette question).

  1. Charger l'USGS fichiers de calque à votre carte (remarque : en chargeant les fichiers de couches et non les classes d'entités, ces couches seront symbolisées pour vous). Une explication de ce que contiennent ces couches peut être trouvée dans leurs métadonnées (à examiner dans ArcCatalog) et dans le rapport USGS Open File 98-428 (contenu dans le dossier Lab_10_data).

Question 9.En utilisant l'ensemble de données USGS, quelle est la zone (en miles carrés) affectée par une grande chute de téphra ? Petite chute de téphra ? Petit Lahar coule? Lahar moyenne coule? De grands flux de Lahar ? Comment ces zones se comparent-elles aux zones que vous avez calculées ? Construisez un tableau pour montrer ces comparaisons.

Question 10. Selon vous, quel autre critère les auteurs de l'USGS ont-ils utilisé pour créer leur évaluation des dangers ?


Quels types de risques sont associés aux éruptions volcaniques ?

Il existe de nombreux types de dangers associés aux éruptions volcaniques, selon le type de volcan et d'éruption. Certains volcans produisent généralement des éruptions hautement explosives, comme dans les zones de subduction de l'Alaska et du nord-ouest du Pacifique, et d'autres produisent des éruptions moins énergétiques, comme à Hawaï. Par conséquent, les dangers détaillés ci-dessous ne sont pas nécessairement pertinents pour chaque volcan. Il y a 169 volcans actifs aux États-Unis, principalement en Alaska, en Californie, à Hawaï, en Oregon et à Washington. Tous les volcans américains sont surveillés de près par le U.S. Geological Survey et les services géologiques de l'État.

Coulées de lave sont ce à quoi ils ressemblent : de la lave (roche en fusion) s'écoulant directement d'un évent ou d'une fissure volcanique. De nombreuses coulées de lave sont lentes et accidentées, ressemblant à un tas de roches en mouvement. D'autres se déplacent plus rapidement et peuvent ressembler presque à des rivières de miel coulant. Certains volcans produisent les deux. Les décès et les blessures dus aux coulées de lave ne sont pas courants car les coulées sont généralement assez lentes (rythme marche-course ou plus lent). Cependant, les températures élevées des coulées de lave peuvent provoquer des incendies, et tout ce qui se trouve sur le chemin de la coulée de lave sera enfermé dans une épaisse couche de roche. Les éruptions en cours au Kilauea, à Hawaï, sont un exemple bien connu de coulée de lave.

Coulées pyroclastiques sont un mélange de cendres, de gaz volcanique, de roches et de lave qui atteint généralement des températures de 390-1300°F (200-700°C). Ces coulées sont principalement associées à des volcans qui ont des éruptions explosives, et elles descendent la pente volcanique à des vitesses supérieures à 50 miles par heure (80 kilomètres par heure). Les coulées parcourent généralement trois à dix milles (cinq à quinze kilomètres) du volcan. Une coulée pyroclastique détruira presque tout sur son passage, provoquera des incendies et des inondations, et enfouira tout sous un mélange de roche, de cendres et de débris accumulés. Des blessures graves et des décès sont souvent associés aux coulées pyroclastiques en raison de leurs vitesses élevées et de leurs effets destructeurs. Quelques exemples notables de coulées pyroclastiques récentes sont les éruptions d'El Chicón, au Mexique (1982) et du mont Pinatubo, aux Philippines (1991).

Flux de débris sur les volcans, il y a un mélange de roche, de cendres, de sol, de végétation et d'eau qui s'écoule le long de la pente d'un volcan, se déversant parfois dans les vallées fluviales. Ils peuvent se produire soit lors d'une éruption, soit à d'autres moments en réponse à des épisodes de fortes précipitations. Lahars sont un type de coulée de débris volcaniques rapide composée principalement d'eau, de cendres et de fragments de roche avec la vitesse d'une rivière rapide mais la consistance du ciment. Les lahars sont principalement associés aux volcans aux parois abruptes et leur taille et leur vitesse peuvent varier. La taille du lahar augmente généralement à mesure qu'il descend la pente et ramasse plus de débris. Les lahars peuvent causer de graves dommages aux vallées fluviales et aux plaines inondables, et peuvent enterrer des villages entiers, comme cela s'est produit lors de l'éruption de 1985 du Nevado del Ruiz, en Colombie. Les lahars peuvent voyager le long des vallées fluviales sur des distances beaucoup plus grandes que les coulées de lave et pyroclastiques, présentant des risques uniques pour les communautés de ces régions. Les lahars passés du mont St. Helens, dans l'État de Washington, ont parcouru jusqu'à 60 milles du volcan.

Glissements de terrain sont des masses de roche et de sol qui glissent rapidement en raison de la gravité. Contrairement à un lahar, un glissement de terrain entraîne une rupture de la pente du volcan lui-même. Les glissements de terrain peuvent être causés par des tremblements de terre ou de fortes précipitations, mais les activités volcaniques telles que les intrusions de magma et les explosions de gaz volcaniques peuvent également être des déclencheurs. Les grands glissements de terrain causés par les éruptions peuvent créer des barrages qui bloquent les rivières et enterrent les routes, les ponts et les maisons. Les glissements de terrain sous-marins et côtiers peuvent également déclencher des tsunamis. L'éruption du mont St. Helens, dans l'État de Washington, en 1980 a été déclenchée par un glissement de terrain.

Tephra et cendre sont composés de particules de roche de différentes tailles éjectées dans l'air par les éruptions volcaniques. Tephra fait référence à des fragments de roche plus gros (des cailloux jusqu'à la taille d'une voiture ou d'une maison) qui atterrissent généralement près du volcan, tandis que les cendres sont constituées de petites particules (taille de sable ou plus petite). Les nuages ​​de cendres peuvent parcourir des centaines de kilomètres à partir d'un site d'éruption et recouvrir la surface de la terre et de la mer d'une couverture de cendres. Cette couverture de cendres a de graves effets économiques car les minuscules particules de cendres peuvent ruiner les machines, contaminer l'eau, endommager les alimentations électriques, causer de graves dommages aux sites agricoles et mettre en danger l'aviation. Les cendres volcaniques ne sont pas comme les cendres d'un incendie : elles sont constituées de minuscules morceaux de roche et de verre volcanique. Cela pose un grave danger pour la santé car l'inhalation de cendres volcaniques peut entraîner des problèmes respiratoires majeurs. Les éruptions récentes en Islande et en Indonésie ont généré de gros nuages ​​de cendres qui ont perturbé le trafic aérien à proximité.

Gaz volcaniques commencent dissous dans le magma et sont libérés à mesure que le magma monte vers la surface de la Terre. Ces gaz comprennent le dioxyde de soufre, le dioxyde de carbone, le sulfure d'hydrogène et bien d'autres. La libération de gaz peut rendre une éruption volcanique plus explosive, et certains volcans produisent de grandes quantités de gaz. Les gaz peuvent présenter une variété de dangers pour les populations environnantes à des concentrations suffisamment élevées. Dioxyde de soufre (SO2) peut irriter la peau, les yeux et le système respiratoire. Dioxyde de carbone (CO2) est plus dense que l'air, et d'importants rejets de CO2 peut être mortelle si l'air respirable est déplacé, comme cela s'est produit lors de la catastrophe du lac Nyos de 1986 au Cameroun, où le dioxyde de carbone qui s'était accumulé dans les eaux profondes d'un lac volcanique a rapidement remonté à la surface et s'est écoulé dans les vallées voisines. Vog, ou smog volcanique, est un terme utilisé pour décrire le smog qui se forme à partir d'une série complexe de réactions chimiques impliquant des gaz volcaniques (en particulier le dioxyde de soufre), l'air et la lumière du soleil. Les volcans peuvent également produire des gaz toxiques tels que le sulfure d'hydrogène (H2S).


L'impact des cendres volcaniques

Les cendres volcaniques présentent de nombreux dangers pour les personnes, les biens, les machines, les communautés et l'environnement. Plusieurs d'entre eux sont détaillés ci-dessous.

Impact sur la santé humaine :

Les personnes exposées à des chutes de cendres ou vivant dans un environnement poussiéreux après une chute de cendres peuvent souffrir d'un certain nombre de problèmes. Les problèmes respiratoires comprennent l'irritation du nez et de la gorge, la toux, les maladies ressemblant à une bronchite et l'inconfort lors de la respiration. Ceux-ci peuvent être réduits avec l'utilisation de masques anti-poussière à haute efficacité, mais l'exposition aux cendres doit être évitée si possible.

Les problèmes à long terme peuvent inclure le développement d'une maladie connue sous le nom de « silicose » si les cendres ont une teneur en silice importante. Le National Institute of Occupational Safety and Health des États-Unis recommande des types de masques spécifiques pour les personnes exposées aux cendres volcaniques. Toute personne qui souffre déjà de problèmes tels que la bronchite, l'emphysème ou l'asthme doit éviter toute exposition.

Les cendres volcaniques sèches peuvent coller à un œil humain humide et les minuscules particules de cendres provoquent rapidement une irritation des yeux. Ce problème est le plus grave chez les personnes qui portent des lentilles de contact. Certaines irritations cutanées sont signalées par les personnes vivant dans les zones de chute de cendres, cependant, le nombre de cas et leur gravité sont faibles.

Chute de cendres de Novarupta : Image satellite du paysage autour du volcan Novarupta avec les contours des chutes de cendres et la zone d'écoulement pyroclastique de l'éruption de 1912 représentées par des lignes colorées. Image satellite de J. Allen (NASA) utilisant les données du Global Land Cover Facility de l'Université du Maryland. Cartographie par B. Cole, Geology.com. Image plus grande.

Impact sur l'agriculture :

Le bétail souffre des mêmes problèmes oculaires et respiratoires que ceux décrits ci-dessus pour les humains. Les animaux qui se nourrissent en broutant pourraient devenir incapables de manger si les cendres recouvrent leur source de nourriture. Ceux qui mangent à partir d'une source de nourriture couverte de cendres souffrent souvent d'un certain nombre de maladies. Les agriculteurs des zones de chute de cendres peuvent avoir besoin de fournir des aliments supplémentaires à leurs animaux, de les évacuer ou de les envoyer à un abattage précoce.

Une chute de cendres de quelques millimètres seulement ne cause généralement pas de dommages importants aux pâturages et aux cultures. Cependant, des accumulations de cendres plus épaisses peuvent endommager ou tuer les plantes et les pâturages. Des accumulations épaisses peuvent endommager le sol en tuant les microphytes et en bloquant l'entrée d'oxygène et d'eau. Cela peut entraîner une condition de sol stérile.

Dommages causés par les cendres volcaniques : Bâtiments endommagés par une chute de cendres humide. Image de l'USGS. Image plus grande.

Cendre volcanique: Vidéo de l'USGS expliquant l'impact des cendres volcaniques sur le trafic aérien.

Impact sur les bâtiments :

La cendre sèche pèse environ dix fois la densité de la neige fraîche. Une épaisse chute de cendres sur le toit d'un bâtiment peut le surcharger et le faire s'effondrer (voir image). La plupart des bâtiments ne sont pas conçus pour supporter ce poids supplémentaire.

Immédiatement après une forte chute de cendres, l'une des tâches prioritaires consiste à nettoyer les cendres des toits des bâtiments. Si la pluie tombe avant que la cendre ne soit enlevée, elle peut être absorbée par la cendre et augmenter le poids. Les cendres humides peuvent avoir une densité vingt fois supérieure à celle de la neige fraîche.

Les cendres volcaniques peuvent remplir les gouttières d'un immeuble et obstruer les tuyaux de descente. Les cendres seules peuvent être très lourdes, et si elles sont mouillées par la pluie, le poids tirera souvent les gouttières des maisons. La cendre combinée à l'eau peut être corrosive pour les matériaux de toiture en métal. Les cendres humides sont également un conducteur et, lorsqu'elles sont accumulées autour des éléments électriques externes d'un bâtiment, elles peuvent entraîner des blessures ou des dommages graves.

Les climatiseurs et les systèmes de traitement de l'air peuvent tomber en panne ou être endommagés si leurs filtres sont obstrués ou si leurs évents sont recouverts de cendres volcaniques. Les pièces mobiles de l'équipement peuvent s'user rapidement si des cendres abrasives s'interposent entre elles.

Impact sur les appareils :

Les cendres fines et la poussière peuvent s'infiltrer dans les bâtiments et causer des problèmes avec les appareils. La cendre abrasive peut produire une usure inhabituelle sur les pièces mobiles des moteurs électriques. Les aspirateurs, les fours et les systèmes informatiques sont particulièrement vulnérables car ils traitent beaucoup d'air.

Obscurité due aux cendres volcaniques : Les cendres dans l'air peuvent bloquer la lumière du soleil et assombrir les zones sous un panache de cendres au milieu de la journée. Volcan des collines de la Soufrière sur l'île caribéenne de Montserrat, image de 1997. Image de l'USGS. Image plus grande.

Impact sur les communications :

Les cendres volcaniques peuvent avoir une charge électrique qui interfère avec les ondes radio et autres émissions transmises dans l'air. Les équipements radio, téléphoniques et GPS peuvent ne pas être en mesure d'envoyer ou de recevoir des signaux avec un volcan en éruption à proximité. Les cendres peuvent également endommager les installations physiques telles que les fils, les tours, les bâtiments et l'équipement nécessaires pour soutenir les communications.

Impact sur les installations de production d'électricité :

Les cendres volcaniques peuvent provoquer l'arrêt des installations de production d'électricité. Ces installations sont parfois désactivées pour éviter les dommages causés par les cendres. Ils peuvent rester en place jusqu'à ce que la cendre ait été enlevée. Cela protège les équipements essentiels contre les pannes mais perturbe le service électrique pour des millions de personnes.

Cendres volcaniques sur les voitures à la base aérienne de Clark aux Philippines après l'éruption du mont Pinatubo en 1991. Ce parking se trouve à environ 25 kilomètres à l'est de l'éruption et a reçu environ 9 centimètres de cendres. Image de l'USGS par R.P. Hoblitt. Image plus grande.

Impact sur le transport terrestre :

L'impact initial sur le transport est une limitation de la visibilité. La cendre remplit l'air et bloque la lumière du soleil. Il peut faire aussi sombre que la nuit au milieu de la journée. La cendre recouvre également les marquages ​​routiers. Un seul millimètre de cendres peut masquer le centre et les lignes de base d'une autoroute.

Un autre impact est sur les voitures. Ils traitent d'énormes quantités d'air qui contiendront de la poussière et des cendres volcaniques. Celui-ci est initialement capturé par le filtre à air, mais il peut rapidement être submergé. Ensuite, la poussière abrasive pénètre dans le moteur pour endommager les pièces soigneusement usinées et boucher les minuscules ouvertures.

Les cendres volcaniques s'accumulent sur les pare-brise des voitures, créant un besoin d'utiliser les essuie-glaces. Si les essuie-glaces sont utilisés, la cendre abrasive entre le pare-brise et les essuie-glaces peut rayer la vitre, produisant parfois une surface givrée impossible à voir à travers.

La poussière et les cendres volcaniques recouvrant les routes peuvent entraîner une perte de traction. Si les routes sont mouillées, la cendre sèche se transforme en une boue très glissante. Les routes et les rues doivent être pelletées comme si une neige qui ne fondait pas était tombée.

Couches de cendres aux Philippines : A) Section sur le pont de la rivière Santo Tomas au nord de San Narciso, Zambales 32 km à l'ouest-sud-ouest de l'évent. La couche A est constituée de 8 mm de cendres de la taille du sable. La couche B est constituée de 4 mm de cendres principalement fines. Notez la faible gradation normale de la couche C et des clastes grossiers dispersés à la surface du dépôt.

B) Dépôts de chutes de Tephra sur une route non améliorée le long de la rivière Marella à 10,5 km au sud-ouest de l'évent. La couche A, d'environ 4 cm d'épaisseur, est constituée de cendres grossières et de fines lapilli. La couche B est constituée de plusieurs couches minces de cendres. La couche C a une épaisseur de 33 cm et est la section la plus épaisse du dépôt climatique de chute de pierre ponce jamais trouvée. Noter une granulométrie normale dans l'ensemble, mais 2 cm de lapille ponce en haut à gauche. La couche D est constituée de deux lits de cendres fines de 3 à 4 cm d'épaisseur séparés par un lit de cendres ponceuses retravaillées à l'eau.

C) Dépôts de téphra sur une route non améliorée à environ 9 km au sud-est de l'évent, du côté nord de la rivière Gumain. La couche B a une épaisseur de 23 cm et se compose de nombreux lits de cendres gradués. La couche C a une épaisseur de 31 cm et comporte deux zones dans la partie inférieure avec de petites couches de cendres fines.

D) Section à l'embouchure du canyon de la rivière Pasig à environ 15 km à l'est de l'évent. La couche B a une épaisseur de 10 cm et la couche C a une épaisseur d'environ 18 cm. On note des zones riches en cendres qui se distinguent par une cohésion accrue. Images USGS par W.E. Scott et J.J. Majeur. Image plus grande.

Impact sur le transport aérien :

Les moteurs à réaction modernes traitent d'énormes quantités d'air. Ils aspirent l'air à l'avant du moteur et l'évacuent par l'arrière. Si les cendres volcaniques sont aspirées dans un moteur à réaction, elles peuvent être chauffées à des températures supérieures à la température de fusion des cendres. Les cendres peuvent fondre dans le moteur et le produit mou et collant peut adhérer à l'intérieur du moteur. Cela restreint le flux d'air à travers le moteur et ajoute du poids à l'avion.

Les cendres volcaniques ont entraîné une panne de moteur sur quelques avions. Heureusement, les pilotes ont pu atterrir en toute sécurité avec leurs moteurs restants. Aujourd'hui, les volcans sont surveillés à la recherche de signes d'éruption et les avions contournent des zones susceptibles de contenir des cendres en suspension dans l'air.

Les cendres volcaniques en suspension dans l'air peuvent avoir un effet abrasif sur les avions qui les traversent à des centaines de kilomètres à l'heure. À ces vitesses, les particules de cendres impactant le pare-brise peuvent sabler la surface en une finition givrée qui obscurcit la vue du pilote. Le sablage permet également d'enlever la peinture et le métal des fosses sur le nez et sur les bords d'attaque des ailes et des équipements de navigation.

Dans les aéroports, les mêmes problèmes sont rencontrés avec les pistes que sur les routes. Les marquages ​​sur les pistes peuvent être recouverts de cendres.Les avions peuvent perdre de la traction à l'atterrissage et au décollage. De plus, les cendres doivent être retirées avant que les opérations ne reviennent à la normale.

L'Organisation de l'aviation civile internationale a reconnu la nécessité de tenir les pilotes et les contrôleurs aériens informés des risques volcaniques. Pour ce faire, ils ont travaillé avec des agences gouvernementales pour établir plusieurs centres consultatifs de cendres volcaniques. Ces centres surveillent l'activité volcanique et signalent les panaches de cendres dans leur zone de surveillance.

Cendre volcanique: Vidéo de l'USGS expliquant l'impact des cendres volcaniques sur le trafic aérien.

Impact sur les systèmes d'approvisionnement en eau :

Les systèmes d'approvisionnement en eau peuvent être affectés par les chutes de cendres. Lorsqu'une communauté utilise un approvisionnement en eau libre comme une rivière, un réservoir ou un lac, les cendres tombées deviendront une matière en suspension dans l'approvisionnement en eau qui doit être filtrée avant utilisation. Le traitement de l'eau contenant des cendres abrasives en suspension peut endommager les pompes et les équipements de filtration.

Les cendres peuvent également provoquer des changements temporaires dans la chimie de l'eau. Les cendres en contact avec l'eau peuvent abaisser le pH et augmenter la concentration d'ions lessivés des cendres. Ceux-ci incluent : Cl, SO4, Na, Ca, K, Mg, F, et bien d'autres.

Plus d'information
Article de Géologie.com :
Novarupta : L'éruption volcanique la plus puissante du 20ème siècle

Impact sur les systèmes d'eaux usées :

Les cendres tombant dans les rues de la ville entreront immédiatement dans le système d'égout pluvial. Si des eaux d'égout chargées de cendres sont traitées, les cendres en suspension peuvent surcharger l'équipement et les filtres et endommager les pompes et les vannes. Cela devient également un problème d'élimination. La boue ou le coulis de cendres peuvent durcir en un matériau semblable au béton.


Voir la vidéo: Documentaire Les Volcans des îles Canaries (Octobre 2021).