Mois : Mai 2017

La glace et le feu de la Terre // Ice and fire on Earth

Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Geophysical Research Letters, des chercheurs de l’Université d’Harvard ont émis une nouvelle hypothèse sur ce qui a causé la plus grande glaciation de l’histoire de la Terre, connue sous le nom de «Terre boule de neige», en sachant que notre planète ressemblait davantage à une boule de glace. Les géologues et les climatologues essayent depuis longtemps de trouver une explication à ce phénomène, sans apporter de réponse vraiment convaincante.

Les chercheurs d’Harvard ont focalisé leur étude sur le début du Sturtien, période où la Terre était recouverte de glace, il y a environ 717 millions d’années. À cette époque, un énorme événement volcanique a secoué la région qui se trouve aujourd’hui entre l’Alaska et le Groenland. Ce n’est peut-être pas une coïncidence. En effet, on sait que l’activité volcanique peut avoir un effet majeur sur l’environnement. La question est donc de savoir comment ces deux événements peuvent être liés.
Au début, l’équipe de chercheurs a pensé c’était l’interaction du basalte avec le CO2 dans l’atmosphère qui avait provoqué le refroidissement. Cependant, si tel était le cas, le refroidissement se serait produit sur une période couvrant des millions d’années alors que la datation radio isotopique des roches volcaniques de l’Arctique canadien révèle une coïncidence beaucoup plus ciblée avec le refroidissement.
Les chercheurs se sont demandés si les aérosols émis par ces volcans auraient pu refroidir rapidement la Terre. Les études géologiques et chimiques de cette région, connue sous le nom de Grande Province Ignée (LIP) de Franklin, ont montré que les roches volcaniques ont émergé à travers des sédiments riches en soufre qui auraient été envoyées dans l’atmosphère pendant l’éruption sous forme de dioxyde de soufre (SO2). Lorsque le SO2 pénètre dans les couches supérieures de l’atmosphère, il est capable de bloquer le rayonnement solaire. En outre, le SO2 bloque encore davantage le rayonnement solaire s’il dépasse la tropopause, la limite entre la troposphère et la stratosphère. S’il atteint cette hauteur, il est moins susceptible d’être renvoyé vers la Terre lors des précipitations ou en étant mélangé à d’autres particules. Cette situation prolonge sa présence dans l’atmosphère ; elle passe d’environ une semaine à environ un an. La hauteur de la tropopause dépend du climat global de la planète; plus la planète est froide, plus la tropopause est basse. Au cours de l’histoire de la Terre, pendant les périodes très chaudes, le refroidissement lié à l’activité volcanique n’a pas pu être très important parce que la Terre était protégée par une tropopause chaude et élevée. Dans des conditions plus fraîches, le climat de la Terre devient particulièrement vulnérable à ces types de perturbations volcaniques.
Un autre aspect important est l’endroit où les panaches SO2 ont atteint la stratosphère. En raison de la dérive continentale, il y a 717 millions d’années, la Grande Province Ignée de Franklin où ces éruptions ont eu lieu se trouvait à proximité de l’équateur, point d’entrée de la majeure partie du rayonnement solaire qui assure la chaleur de la Terre. Ainsi, un gaz capable de réfléchir efficacement la lumière est entré dans l’atmosphère au bon endroit et à la bonne hauteur pour provoquer le refroidissement. Mais un autre élément était nécessaire pour donner naissance à un tel scénario.
Les éruptions qui rejetaient du soufre il y a 717 millions d’années ont été produites par des volcans qui s’étiraient sur une distance de 3000 kilomètres à travers le Canada et le Groenland. Au lieu de présenter des éruptions explosives ponctuelles, ces volcans ont probablement eu des éruptions de longue durée comme ceux d’Hawaï et d’Islande de nos jours. Les chercheurs ont démontré qu’une dizaine d’années d’éruptions continues de ce type de volcans avaient pu envoyer suffisamment d’aérosols dans l’atmosphère pour déstabiliser rapidement le climat. Plus il y a de glace, plus la lumière du soleil est réfléchie et plus la planète se refroidit. Une fois que la glace a atteint une latitude correspondant à la Californie actuelle, la boucle de rétroaction positive prend le dessus et l’effet de ‘boule de neige’ devient quasiment inarrêtable.

On a tendance à penser que le climat consiste en un immense système qui se modifie très difficilement. Toutefois, on a assisté à des changements spectaculaires dans le passé et il y a de fortes chances qu’un nouveau changement soudain se produise à l’avenir. Comprendre comment de tels changements peuvent se produire permettra aux chercheurs de mieux comprendre comment les grandes extinctions ont eu lieu, quel impact les approches proposées de géo-ingénierie pourraient avoir sur le climat et comment les climats changent sur d’autres planètes. Cette étude par les chercheurs d’Harvard montre que la Terre est une planète dynamique qui a connu de brusques transitions. Il y a tout lieu de croire que les transitions climatiques rapides de ce type sont la norme, et sont loin d’être exceptionnelles

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In a new study published in Geophysical Research Letters, Harvard University researchers have emitted a new hypothesis about what caused the largest glaciation event in Earth’s history, known as ‘snowball Earth’. Geologists and climate scientists have been searching for the answer for years but the root cause of the phenomenon has remained elusive.

Researchers have pinpointed the start of what’s known as the Sturtian ‘snowball Earth’ event to about 717 million years ago. At around that time, a huge volcanic event devastated an area from present-day Alaska to Greenland. This might not be a coincidence. Indeed, we know that volcanic activity can have a major effect on the environment, so the big question was to know how these two events could be related.

At first, the research team thought basaltic rock interacted with CO2 in the atmosphere and caused cooling. However, if that were the case, cooling would have happened over millions of years and radio-isotopic dating from volcanic rocks in Arctic Canada suggest a far more precise coincidence with cooling.

Researchers in the team wondered whether aerosols emitted from these volcanoes could have rapidly cooled Earth. Geological and chemical studies of this region, known as the Franklin large igneous province, showed that volcanic rocks erupted through sulphur-rich sediments, which would have been pushed into the atmosphere during eruption as sulphur dioxide (SO2). When SO2 gets into the upper layers of the atmosphere, it is very good at blocking solar radiation. Besides, SO2 is most effective at blocking solar radiation if it gets past the tropopause, the boundary separating the troposphere and stratosphere. If it reaches this height, it is less likely to be brought back down to earth in precipitation or mixed with other particles, extending its presence in the atmosphere from about a week to about a year. The height of the tropopause barrier all depends on the background climate of the planet; the cooler the planet, the lower the tropopause. In periods of Earth’s history when it was very warm, volcanic cooling would not have been very important because the Earth would have been shielded by this warm, high tropopause. In cooler conditions, Earth becomes uniquely vulnerable to having these kinds of volcanic perturbations to climate.

Another important aspect is where the SO2 plumes reach the stratosphere. Due to continental drift, 717 million years ago, the Franklin large igneous province where these eruptions took place was situated near the equator, the entry point for most of the solar radiation that keeps the Earth warm. So, an effective light-reflecting gas entered the atmosphere at just the right location and height to cause cooling. But another element was needed to form the perfect storm scenario.

The eruptions throwing sulphur into the air 717 million years ago were produced by volcanoes that spanned 3,000 kilometres across Canada and Greenland. Instead of singularly explosive eruptions, these volcanoes can erupt more continuously like those in Hawaii and Iceland today. The researchers demonstrated that a decade or so of continual eruptions from this type of volcanoes could have poured enough aerosols into the atmosphere to rapidly destabilize the climate. The more ice, the more sunlight is reflected and the cooler the planet becomes. Once the ice reaches latitudes around present-day California, the positive feedback loop takes over and the runaway snowball effect is pretty much unstoppable.

It is easy to think of climate as this immense system that is very difficult to change, but there have been very dramatic changes in the past and there is every possibility that as sudden of a change could happen in the future as well. Understanding how these dramatic changes occur could help researchers better understand how extinctions occurred, how proposed geoengineering approaches may impact climate and how climates change on other planets. This research shows that Earth is a dynamic and active place that has had sharp transitions. There is every reason to believe that rapid climate transitions of this type are the norm on planets, rather than the exception.

Il fut une époque où la Terre était recouverte de glace.

(Photo: C. Grandpey)

 

Nouvelles mesures des émissions de SO2 // New measurements of SO2 emissions

Même s’ils ne sont pas en éruption, la plupart des volcans actifs continuent à émettre des gaz. Ces émissions se présentent en général sous forme de vapeur d’eau à laquelle se mêlent du dioxyde de carbone (CO2), de l’hydrogène sulfuré (H2S), du dioxyde de soufre (SO2) et de nombreux autres gaz. Parmi ces gaz, le SO2 est le plus facile à détecter à partir de l’espace.
Dans une nouvelle étude publiée dans Scientific Reports, une équipe de chercheurs de l’Université Technologique du Michigan a mis au point le premier inventaire mondial d’émissions de SO2 d’origine volcanique en utilisant les données fournies par le mesureur d’ozone embarqué sur le satellite Aura de la NASA. Les chercheurs ont compilé des données entre 2005 et 2015 afin d’obtenir des estimations annuelles d’émissions gazeuses pour chacun des 91 volcans actifs dans le monde. L’ensemble de ces données permettra d’affiner les modèles climatiques et de chimie atmosphérique et permettra de mieux comprendre les risques pour la santé humaine et l’environnement.

Dans la mesure où les émissions quotidiennes sont beaucoup plus faibles que pendant une éruption majeure, les effets des panaches de gaz sont moins évidents, mais l’effet cumulatif est loin d’être négligeable. En fait, la plupart des volcans émettent la majorité de leurs gaz lorsqu’ils ne sont pas en éruption.
L’équipe scientifique a constaté que chaque année, l’ensemble des volcans émet de 20 à 25 millions de tonnes de SO2 dans l’atmosphère. Ce chiffre est plus élevé que l’estimation précédente qui remonte à la fin des années 1990 et qui s’appuyait sur des mesures au sol, mais il inclut davantage de volcans parmi lesquels certains n’ont jamais été visités par les scientifiques. Ce chiffre est encore inférieur aux émissions de SO2 produites par les activités humaines. Selon l’Environment and Climate Change Canada à Toronto, ces dernières envoient environ deux fois plus de dioxyde de soufre dans l’atmosphère. Les émissions anthropiques sont toutefois en baisse dans de nombreux pays en raison de contrôles de pollution plus stricts sur les centrales électriques, l’utilisation de combustibles à faible teneur en soufre, et les progrès technologiques pour le réduire pendant et après la combustion.
Les processus atmosphériques convertissent le dioxyde de soufre en aérosols sulfatés qui renvoient la lumière du soleil dans l’espace en provoquant un effet de refroidissement sur le climat. Les aérosols sulfatés situés à la surface de la Terre présentent un risque pour la santé. De plus, le SO2 est la principale source de pluie acide et constitue un irritant pour la peau et les poumons. Les problèmes de santé provoqués par les panaches SO2 sont présents dans les zones habitées sur les pentes de volcans à dégazage persistant comme le Kilauea à Hawaï et le Popocatepetl au Mexique.
Avec des observations quotidiennes, le suivi des émissions de SO2 par satellite peut également aider à prévoir les éruptions. Outre la mesure de l’activité sismique et la déformation du sol, les scientifiques qui contrôlent les données satellitaires peuvent détecter l’accroissement des émissions de gaz qui précédent les éruptions.
Les données au sol sont plus détaillées et, dans des régions comme l’Amérique Centrale où les volcans qui émettent du SO2 sont proches les uns des autres, elles permettent de mieux analyser les panaches de gaz volcaniques spécifiques. Cependant, lorsque les émissions de SO2 augmentent, les mesures effectuées sur le terrain demeurent trop éparses pour obtenir une image globale cohérente. Le nouvel inventaire mis au point par les chercheurs du Michigan fournit des données sur les volcans isolés comme ceux des îles Aléoutiennes et il fournit des mesures cohérentes à long terme sur les volcans qui émettent le plus de gaz comme Ambrym au Vanuatu et le Kilauea à Hawaï.
Le travail effectué par les chercheurs de l’Université Technologique du Michigan souligne la nécessité de ces données cohérentes sur le long terme. Si l’on veut obtenir des tendances ou effectuer un autre travail scientifique, les séries chronologiques plus longues sont vraiment indispensables. La valeur des données augmente avec sa durée.

Les nouvelles informations sur les émissions volcaniques permettront d’améliorer la surveillance des risques naturels, des risques pour la santé humaine et des processus climatiques.
Source: www.nature.com/scientificreports

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Although they are not erupting, most active volcanoes keep emitting gases. These emissions may include water vapour laced with carbon dioxide (CO2), hydrogen sulphide (H2S), sulphur dioxide (SO2), and many other gases. Of these, SO2 is the easiest to detect from space.

In a new study published in Scientific Reports, a team led by researchers from Michigan Technological University created the first global inventory for volcanic SO2 emissions, using data from the Ozone Monitoring Instrument on NASA’s Earth Observing System Aura satellite launched in 2004. They compiled emissions data from 2005 to 2015 to produce annual estimates for each of 91 currently emitting volcanoes around the world. The data set will help refine climate and atmospheric chemistry models and provide more insight into human and environmental health risks.

Because the daily emissions are smaller than a big eruption, the effect of a single plume may not seem noticeable, but the cumulative effect of all volcanoes can be significant. In fact, on average, volcanoes release most of their gas when they are not erupting.

The scientific team found that each year volcanoes collectively emit 20 to 25 million tons of SO2 into the atmosphere. This number is higher than the previous estimate made in the late 1990s based on ground measurements, but it includes data on more volcanoes, including some that scientists have never visited, and it is still lower than human emissions of SO2 pollution levels. Indeed, human activities emit about twice as much sulphur dioxide into the atmosphere, according to the Environment and Climate Change Canada in Toronto. Human emissions however are on the decline in many countries due to more strict pollution controls on power plants like burning low-sulphur fuel and technological advances to remove it during and after combustion.

Atmospheric processes convert sulphur dioxide into sulfate aerosols that reflect sunlight back into space, causing a cooling effect on climate. Sulfate aerosols near the land surface are a health risk. In addition, SO2 is the primary source of acid rain and is a skin and lung irritant. Health concerns with SO2 plumes are present in communities on the slopes of persistently degassing volcanoes like Kilauea in Hawaii and Popocatepetl in Mexico.

With daily observations, tracking SO2 emissions via satellite can also help with eruption forecasting. Along with measuring seismic activity and ground deformation, scientists monitoring satellite data can potentially pick up noticeable increases in gas emissions that may precede eruptions.

Ground-based data are more detailed, and in areas like Central America where large SO2-emitting volcanoes are close together, they better distinguish which specific volcano gas plumes come from. However, while field measurements of SO2 emissions are increasing, they still remain too sparse to piece together a cohesive global picture. The new inventory also reaches as far as the remote volcanoes of the Aleutian Islands and provides consistent measurements over time from the world’s biggest emitters, including Ambrym in Vanuatu and Kilauea in Hawaii.

The work performed by the researchers from Michigan Technological University highlights the necessity of consistent long-term data. If they want to look at trends or do other science, the longer time-series is really critical. The value of the data increases with its duration. The new volcanic emissions information pulls together opportunities to improve monitoring of natural hazards, human health risks and climate processes.

Source: www.nature.com/scientificreports.

Aperçu des émissions de SO2 au niveau des Iles Aléoutiennes et de l’Indonésie

Accès à l’Etna // Access to Mt Etna

Bientôt, il sera tout juste possible de prendre un verre à la Casa Cantoniera! La limite d’accès à l’Etna sur le versant sud vient d’être abaissée par une ordonnance du maire de Nicolosi. L’accès au volcan est libre jusqu’à l’altitude 2700 mères, nécessite l’accompagnement d’un guide entre 2700 et 2920 mètres et est interdit au-dessus de cette dernière altitude. Il est loin le temps où je bivouaquais au pied du Cratère Sud-Est et où je donnais un coup de main aux guides quand l’afflux de touristes était trop important.

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Very soon, we will just be able to have a drink at the bar of the Casa Cantoniera! The access limit to Mt Etna on its south flank has just been lowered by the mayor of Nicolosi. The access to the volcano is authorised up to 2700 metres a.S.L. You need to have a guide between 2700nm and 292à m. All access is strictly forbidden beyond that point..I can remember the time when I could pitch my tent at the foot of the SE Crater and help the guides when too many people came to see the lava flows. there are incredible memories…

Une ruée vers l’or au fond des océans // A gold rush at the bottom of the oceans ?

Des tests sont en cours pour extraire des ressources du plancher océanique afin de répondre à la demande mondiale en métaux.
On sait depuis longtemps qu’il y a probablement des quantités importantes de métaux cachés dans les profondeurs des océans. Selon les scientifiques rassemblés lors de la dernière réunion annuelle de l’Association américaine pour la promotion de la science (AAAS), l’exploitation minière pourrait être la seule façon de répondre à cette demande en métaux qui ne fait que croître année après année.
On estime que la demande mondiale en métaux tels que le fer et le cuivre pourrait tripler ou même quadrupler d’ici à 2050. La question est de savoir s’il y a suffisamment de minerais sur Terre pour répondre à cette demande et on commence à assister une véritable ruée vers l’or de nos océans. L’ International Seabed Authority, qui gère les fonds marins, a émis 27 contrats de prospection de métaux en haute mer. Les prospecteurs recherchent un certain nombre de minerais comme les nodules de manganèse qui sont de la taille d’un poing et recouvrent en général des étendues plates du plancher océanique. Ces mêmes prospecteurs recherchent également des dépôts de sulfures polymétalliques que l’on rencontre autour des bouches hydrothermales – comme les ‘fumeurs noirs’ – le long des dorsales océaniques.
De nombreux pays explorent actuellement leurs propres eaux territoriales avec acharnement dans l’espoir d’y trouver des métaux. Les machines capables d’extraire des nodules de manganèse ont déjà été construites et testées. Celles pour l’extraction des gisements de sulfures polymétalliques sont opérationnelles. Cependant, aucune extraction n’a encore eu lieu sur le terrain océanique. Les machines sont des prototypes qui ont subi des essais préliminaires en eau peu profonde, mais cette technologie d’extraction n’a pas encore été testée dans les profondeurs océaniques.
Tout le monde est d’accord pour dire que les gisements de nodules de manganèse sont très prometteurs. Dans la zone de Clarion-Clipperton, entre Hawaï et le Mexique, on estime qu’il y a 20 à 30 milliards de tonnes de nodules de manganèse et on sait qu’ils contiennent suffisamment de nickel et de cobalt pour satisfaire la demande mondiale pendant des décennies.
Il y a environ quatre ou cinq ans, on estimait que les ressources en sulfures polymétalliques au fond des océans atteignaient 600 millions de tonnes. Après réexamen, le chiffre est passé à 6 milliards de tonnes. La plupart se trouvent dans des parties des océans qui n’ont pas été encore bien explorées. L’exploration s’est en effet limitée à la bande formée par les dorsales océaniques. Le problème est que plus on s’éloigne d’une dorsale, plus le sédiment est profond. A 10 km de la dorsale, on se trouve probablement confronté à une dizaine de mètres de sédiments pélagiques, voire plus. On peut imaginer qu’à une centaine de kilomètres de la dorsale, l’exploitation des ressources deviendrait très compliquée, ou même impossible. Une autre question est de savoir, une fois les ressources découvertes, comment on fera pour les récupérer.
Au-delà de ce problème pratique, il y a aussi des préoccupations environnementales et les perturbations occasionnées aux écosystèmes. De nouvelles recherches ont montré que ces écosystèmes prennent beaucoup de temps pour se rétablir après avoir subi une perturbation.
Source: Chemistry World.

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Tests are underway to extract resources from the ocean floor to meet the world’s growing demand for metals.

It has been known for quite a long time that there may be significantly large amounts of metals hidden in the deep sea. According to experts at a recent annual meeting of the American Association for the Advancement of Science (AAAS), mining them could be the only way to meet the growing demand.

Estimates indicate that worldwide demand for resources such as iron and copper could treble or even quadruple by 2050. The question is to know whether there are adequate resources on land to meet this demand, and these pressures are currently driving a deep sea ‘gold rush’. The International Seabed Authority has issued 27 contracts to prospect for metals in the deep sea. The prospectors will be searching for a number of metals including manganese nodules which are about the size of a human fist and tend to occur on flat expanses of the ocean floor. They will also be looking for polymetallic massive sulphide deposits which are precipitated around hydrothermal vents at mid-ocean ridges.

Many countries are now aggressively exploring their own territorial waters in the search for metals. The machines for mining manganese nodules have already been built and tested. Those for mining polymetallic sulphide deposits are ready to go. However, there is no actual extraction yet taking place. The machines are prototypes that have undergone preliminary testing in shallow water, but this extraction technology has not yet been applied in a deep sea setting.

The consensus is that manganese nodules hold significant promise. In the Clarion–Clipperton zone, found between Hawaii and Mexico, there is an estimated 20 to 30 billion tons of manganese nodules. They are known to contain enough nickel and cobalt to satisfy global demand for those two metals for decades.

About four or five years ago, it was estimated that deep ocean polymetallic massive sulphides resources ran to 600 million tons. Upon re-examination, the figure was increased to 6 billion tons, mostly located in a part of the ocean that has not been explored aggressively. The exploration was limited to the thin ribbon of volcanic activity around mid-ocean ridges. The problem is that the further you get from the ridges, the deeper the sediment. Going 10 km out likely means 10 metres or more of pelagic sediment. One can imagine that going out to 100 km would probably be prohibitive for the discovery of resources. Another question is to know, if we find them, how would we ever recover them?

Beyond this practical problem, there are also concerns about disrupting unique ecosystems. New research has shown that these ecosystems take a long time to recover after a disturbance.

Source: Chemistry World.

Nodules de manganèse dans le Pacifique équatorial nord

(Crédit photo : IFREMER)

Fumeurs noirs (Crédit photo : NOAA)