Catégorie : Science

Japon: Exploration des zones de subduction // Japan: Exploring subduction zones

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, nous sommes capables d’explorer la surface de la planète Mars, mais nous ne savons que très peu de choses sur les profondeurs de nos propres océans, en particulier sur les zones de subduction où se déclenchent les séismes les plus puissants et les plus dévastateurs.

Il y a quelques jours, je regardais sur la chaîne de télévision française France 5 l’émission très intéressante «Science Grand format» qui était consacrée à deux «terres extrêmes»: le Japon et la Californie.

Le Japon doit régulièrement faire face à des événements extrêmes tels que des éruptions volcaniques, des séismes, des lahars, des tsunamis et des typhons. D’un point de vue géologique, le pays se trouve à l’intersection de 4 grandes plaques tectoniques: la plaque d’Okhotsk au nord, la plaque du Pacifique à l’est, la plaque Philippine au sud et la plaque Eurasienne à l’ouest. Les séismes sont le plus souvent provoqués par la subduction des plaques Pacifique et Philippine qui plongent sous les plaques d’Okhotsk et Eurasienne.

Un épisode du documentaire sur le Japon nous explique que le Chikyu, un navire de recherche spécialisé en forage océanique, a foré le plancher océanique dans l’espoir d’atteindre la zone de subduction. Cependant, la mission n’a pas réussi à atteindre son objectif ultime : forer jusqu’à 5 200 mètres sous le fond marin, là où la plaque Philippine plonge sous la plaque Eurasienne, en provoquant de puissants tremblements de terre. En mai 2019, les ingénieurs ont arrêté le processus de forage à cause d’effondrements dans le puits de forage, à une profondeur d’un peu plus de 3250 mètres sous le plancher océanique.

Cet échec marquait la fin de près de dix ans d’efforts pour s’enfoncer à l’intérieur de la Fosse de Nankai, au large de la côte sud-est du Japon. Dans cette région, le processus de subduction déclenche des séismes dévastateurs tous les 100 à 150 ans environ. Par exemple, deux événements d’une magnitude supérieure à M 8 ont été enregistrés en 1944 et 1946.

Atteindre les profondeurs de la zone de subduction n’est pas une tâche facile. La limite entre les plaques tectoniques est si profonde que le Chikyu est le seul navire de forage océanique capable de l’atteindre. Pour stabiliser son équipement de forage et pénétrer le plancher océanique, le navire dispose d’une technologie semblable à celle utilisée sur une plate-forme pétrolière.

En octobre 2018, le Chikyu a effectué sa quatrième mission sur un site de la Fosse de Nankai connu sous le nom de C0002, où il avait déjà effectué le forage le plus profond jamais réalisé. Les ingénieurs savaient que cette mission serait délicate, car le forage devait s’effectuer dans des roches fracturées et litées. L’équipe de forage a pu s’enfoncer jusqu’à 3262 mètres, battant ainsi son propre record de forage océanique à but scientifique. Mais les chercheurs n’ont pas pu descendre davantage à cause des effondrements dans le puits de forage. Grosse déception à bord du navire de recherche !

Après l’échec du forage C0002, le Chikyu a effectué des missions moins profondes. En particulier, les scientifiques ont exploré la géologie de la faille qui a déclenché le séisme dévastateur de Tohoku en 2011 qui s’est accompagné de la destruction de la centrale nucléaire de Fukushima. A côté de ces événements meurtriers, les scientifiques à bord du navire ont également étudié les séismes ‘lents’ que l’on enregistre le long de la Fosse de Nankai.

Source: Nature.

Espérons que le Japon – et d’autres pays – pourront mettre en place dans les prochaines années d’autres initiatives comme la mission dans la Fosse de Nankai. Elles nous permettront de mieux comprendre le comportement de notre planète.

————————————————-

As I put it several times, we are able to explore the surface of Mars, but we know very little about the depths of our own oceans, especially the subduction zones that trigger the most powerful and devastating earthquakes.

A few days ago, I was watching on the French TV channel France 5 the very interesting programme “Science Grand format” that was dedicated to two “extreme lands”: Japan and California.

Japan regularly has to face extreme events such as volcanic eruptions, earthquakes, lahars, tsunamis and typhoons. From a geological point of view, the country is located at the intersection of 4 major tectonic plates: the Okhotsk Plate to the north, the Pacific Plate to the east, the Philippine Plate to the south and the Eurasian Plate to the west. Earthquakes are usually caused by the subduction of the Pacific and Philippine plates, which dive beneath the Okhotsk and Eurasian plates.

An episode of the documentary about Japan informs us that the nation’s ocean-drilling research vessel, Chikyu, has drilled the ocean floor deeper than ever before in the hope to reach the subduction zone. However, the mission failed to achieve its ultimate goal of penetrating 5,200 metres beneath the sea floor, into the area where the Philippine Sea plate  plunges beneath the Eurasian plate, causing powerful earthquakes. In May 2019, engineers stopped the drilling process after the drill hole kept collapsing, just over 3,250 metres beneath the sea floor.

It was the end to an almost decade-long effort to drill deep into the Nankai Trough off Japan’s southeast coast. In this region, the plate subduction triggers devastating earthquakes roughly every 100 to 150 years. For instance, a pair of earthquakes with magnitudes above M 8 struck in 1944 and 1946.

Reaching the depths of the subduction zone is not an easy job. The plate boundary is so deep that Chikyu is the only scientific ocean-drilling vessel capable of reaching it. The ship uses a structure similar to the technology used on an oil rig, to stabilize its drilling equipment and penetrate the sea floor.

In October 2018, Chikyu made its fourth trip to a site on the Nankai Trough known as C0002, where it had already drilled the deepest-ever hole beneath the sea floor. Engineers knew that the next phase of drilling would be difficult, because the hole penetrates rocks that are fractured and folded. The drilling team was able to deepen the hole from just over 2,900 metres beneath the sea floor to 3,262 metres, breaking its own record for the deepest scientific ocean drilling. But the researchers could not go any farther because the hole kept collapsing at the bottom. There was a general disappointment aboard the research vessel.

After the C0002 hole failed, Chikyu moved on to drill in shallower holes nearby. In particular, scientists explored the geology of the shallow fault that triggered the devastating 2011 Tohoku earthquake that destroyed the Fukushima nuclear plant.. The ship also investigated the many small, slow-motion earthquakes that are recorded along the Nankai Trough, in addition to the large, devastating ones.

Source : Nature.

Let’s hope more initiatives like the Japanese mission in the Nankai Trough will be set up in the next years. They will help us understand better the behaviour of our planet.

Le Chikyu est un navire japonais de forage en haute mer. Il mesure 210 mètres de longueur, 38 mètres de large, 16,2 mètres de haut pour un tonnage de 57000 tonnes. La partie la plus originale du navire est son derrick de 121 mètres au dessus du niveau de la mer. Il a un équipage de 150 hommes, divisé en 50 scientifiques et 100 opérateurs. (Source : Wikipedia)

De la chaleur de l’Australie à la froideur des pôles // From Australian heat to polar cold

L’été n’a pas encore commencé dans l’hémisphère sud et Sydney (Australie) a déjà connu la nuit de novembre la plus chaude de tous les temps. La ville a enregistré une température nocturne minimale de 25,4°C, puis le mercure a atteint 40°C pendant la journée du 29 novembre 2020. Le précédent record nocturne était de 24,8°C en 1967.

Des dizaines d’incendies de végétation se sont déclenchés en Nouvelle-Galles du Sud et un temps encore plus chaud est prévu dans les prochains jours.

Il est fort probable que novembre 2020 sera l’un des mois de novembre les plus chauds  jamais enregistrés.

Des images de presse montrent d’énormes foules en train d’affluer vers la plage de Sidney, avec un risque évident de contamination par Covid-19. Les services sanitaires de Nouvelle-Galles du Sud ont rappelé aux gens de respecter les règles de distanciation sociale.

Source: BBC News.

°°°°°°°°°°°°°°°°

Alors que l’Australie transpire, les scientifiques sont inquiets car il risque fort d’y avoir un vide de plusieurs années dans les mesures de l’épaisseur de la glace à la fois dans l’Arctique et en Antarctique. En effet, les deux seuls satellites dédiés à l’observation des pôles sont pratiquement en fin de vie et leur remplacement n’est pas prévu dans l’immédiat. Les chercheurs ont fait part de leurs préoccupations à la Commission Européenne et à l’Agence Spatiale Européenne.

L’enjeu est la durée restante de deux missions : la mission européenne CryoSat-2 et son homologue américaines IceSat-2. Ces engins spatiaux ont à leur bord des altimètres qui mesurent la forme et l’élévation des surfaces de glace. Ces dernières années, ils ont joué un rôle essentiel pour mesurer la perte de volume de glace de mer et  la diminution de la masse des glaciers.

Ces satellites sont uniques par leurs orbites. Ils se trouvent à 88 degrés nord et sud par rapport à l’équateur, ce qui signifie qu’ils sont capables d’observer l’ensemble des régions arctiques et antarctiques, à l’exception d’un petit cercle d’environ 430 km de diamètre au niveau des pôles.

CryoSat-2 est déjà bien au-delà de sa durée de vie. Il a été lancé en 2010 avec l’espoir qu’il fonctionnerait pendant au moins 3 années et demie. Les ingénieurs pensent pouvoir le faire fonctionner jusqu’en 2024 peut-être, mais l’usure de la batterie et une fuite de carburant laissent supposer qu’il ne durera pas aussi longtemps.

IceSat-2 a été lancé en 2018 avec une durée de vie de trois ans, mais e espérant qu’il sera opérationnel pendant une dizaine d’années.

Si les deux satellites ne sont pas remplacés rapidement, il y aura un vide de deux à cinq ans dans la mesure altimétrique satellitaire au niveau des pôles. En conséquence, cette absence de mesures empêchera les scientifiques d’évaluer et améliorer les projections des modèles climatiques.

La seule solution de remplacement actuellement envisagée est la mission CE / ESA qui a pour nom de code Cristal. On sera dans la même situation qu’avec Cryosat, mais avec une capacité de mesure beaucoup plus grande grâce à un altimètre radar bi-fréquence. Le problème est que l’engin spatial ne sera pas lancé avant 2027-2028, peut-être même plus tard en raison d’un retard dans le financement.

Une solution pourrait se trouver en Europe avec l’équivalent du projet IceBridge de la NASA. Il s’agissait d’une plate-forme aéroportée que l’agence américaine a exploitée au cours des huit années écoulées, entre la fin de la première mission IceSat en 2010 et le lancement d’IceSat-2 en 2018. Un avion a fait voyager un altimètre laser au-dessus de l’Arctique et de l’Antarctique pour recueillir des ensembles de données susceptibles d’être utilisés pour établir un lien entre les deux missions IceSat.

De nombreux chercheurs pensent qu’un projet « CryoBridge » européen serait la meilleure solution dans le court terme pour combler le vide entre CryoSat-2 et Cristal.

Source: BBC News.

————————————————-

Summer has not yet started in the Southern Hemisphere and Sydney (Australia) has already reported its hottest November night on record. The city recorded a minimum night temperature of 25.4°C and then hit 40°C during the daytime on November29th, 2020. The previous overnight record was 24.8C in 1967.

Dozens of bush fires are already burning in New South Wales with hotter weather predicted in the next few days.

It is quite likely it will be one of our hottest Novembers on record..

Newspaper images from Sydney show huge crowds of people flocking to the beach with the obvious risk of Covid-19 contamination. The New South Wales health department has reminded people to keep to social-distancing regulations.

Source : BBC News.

°°°°°°°°°°°°°°°°

While Australia is sweating, scientists are worried and warning that there is going to be a gap of several years in their ability to measure the thickness of ice in both Artic and Antarctica. Indeed, the only two satellites dedicated to observing the poles are almost certain to die before they are replaced. The researchers have raised their concerns with the European Commission and the European Space Agency.

At issue is the longevity of the European CryoSat-2 and American IceSat-2 missions.

These spacecraft carry altimeters that gauge the shape and elevation of ice surfaces. In the past years, they have been essential in recording the loss of sea-ice volume and the declining mass of glaciers.

What’s unique about the satellites is their orbits around the Earth. They fly to 88 degrees North and South from the equator, which means they see the entire Arctic and Antarctic regions, bar a small circle about 430 km in diameter at the poles.

CryoSat-2 is already way beyond its design life. It was put in space in 2010 with the expectation it would work for at least 3.5 years. Engineers think they can keep it operating until perhaps 2024, but battery degradation and a fuel leak suggest not for much longer.

IceSat-2 was launched in 2018 with a design life of three years, but with the hope it can operate productively over ten years or so

If both satellites are not replaced rapidly, there will be a gap of between two and five years in polar satellite altimetry capability. This, in turn, will degrade the scientists’capacity to assess and improve climate model projections.

The only satellite replacement currently in prospect is the EC/Esa mission codenamed Cristal. It will be like Cryosat, although with much greater capability thanks to a dual-frequency radar altimeter.  The problem is that that the spacecraft won’t launch until 2027/28, maybe even later because of a delay in the funding.

A solution might lie in Europe with a version of Nasa’s IceBridge project. This was an airborne platform that the US agency operated in the eight years between the end of the very first IceSat mission in 2010 and the launch of IceSat-2 in 2018. An aeroplane flew a laser altimeter over the Arctic and the Antarctic to gather some limited data-sets that could eventually be used to tie the two IceSat missions together.

Many researchers think a European « CryoBridge » is the most affordable and near-term option to mitigate the empty years between CryoSat-2 and Cristal.

Source: BBC News.

IceSat-2 et CryoSat-2  (Source : NASA)

Les secrets d’Herculanum (Italie)

Détruite en octobre 79 par l’éruption du Vésuve, la ville romaine d’Herculanum est moins connue et moins visitée que Pompéi. Située à 6 km du volcan, elle ne couvrait qu’une douzaine d’hectares et hébergeait 4000 habitants. Le site a été découvert par hasard au 18ème siècle par un paysan qui creusait un puits. C’est à cette époque que les fouilles ont débuté.

Herculanum et ses nombreuses fresques très élaborées est mieux conservée que Pompéi, comme le montre fort bien le documentaire intitulé « Les secrets enfouis d’Herculanum », récemment diffusé par la chaîne de télévision France 5.

Lors de l’éruption, le Vésuve a émis une colonne de cendre d’environ 34 km de hauteur que les vents ont d’abord dirigée vers Pompéi. L’effondrement de la colonne éruptive a ensuite déclenché des nuées ardentes d’une température estimée à 500°C qui ont envahi Herculanum. Ce phénomène éruptif est confirmé par le bois carbonisé retrouvé dans les habitations qui sont en meilleur état qu’à Pompéi. Ainsi, plusieurs maisons ont conservé leurs étages. On a découvert des meubles comme des lits et même un berceau avec le bébé à l’intérieur. Des figues, l’une des spécialités agricoles d’Herculanum, ont également été recueillies par les archéologues. .

Une couche de cendre a recouvert les dépôts pyroclastiques. Les strates visibles dans la couche de matériaux volcaniques d’une vingtaine de mètres d’épaisseur montrent que la ville d’Herculanum a été enfouie au cours de plusieurs phases éruptives.

Le documentaire est particulièrement intéressant car il nous montre la structure sociale de la ville qui était beaucoup plus riche et puissante que Pompéi. C’est à Herculanum que vivait l’élite de la société romaine, avec ses nobles et ses personnes fortunées, comme le montre l’architecture des maisons. La plus fascinante est sans aucun doute la Villa dei Papiri où les archéologues ont découvert, comme son nom l’indique, une extraordinaire collection de papyrus.

La maison de très grande taille appartenait au beau-père de Jules César. Elle était particulièrement luxueuse. La présence d’un collection de quelque 1500 papyrus – tous n’ont peut-être pas été découverts – révèle un haut niveau d’éducation à une époque où peu de gens savaient lire. Ecrits en grec, ce sont des extraits de philosophie épicurienne. C’est en utilisant l’imagerie multispectrale mise au point par la NASA, avec plusieurs longueurs d’onde infrarouge, que le contenu des papyrus a pu être déchiffré. La tâche est particulièrement difficile car les lettres à l’encre noire ressortent à peine sur leur support carbonisé.

NB : voir ma note du 30 mars 2016 consacrée à la Villa dei Papiri : https://claudegrandpeyvolcansetglaciers.com/2016/03/30/les-papyrus-dherculanum-livrent-leurs-secrets-suite-scrolls-of-herculaneum-are-telling-their-secrets-continued/

La partie du documentaire consacrée aux 300 squelettes découverts à Herculanum est passionnante. Les scientifiques expliquent pourquoi autant d’habitants se sont regroupés dans 79 hangars à bateaux. Il ne faut pas oublier que la ville ne se trouvait pas à 500 mètres à l’intérieur des terres comme aujourd’hui.

Juste avant l’éruption du Vésuve, la terre a tremblé fortement à Herculanum, comme cela s’était déjà produit en l’an 62. Les gens s’étaient réfugiés sous les arcades des hangars pour se mettre à l’abri des effondrements. Ils ne s’attendaient pas à l’éruption du Vésuve qui, pour eux, n’était pas autre chose qu’une montagne.

L’analyse des boîtes crâniennes montre que la mort de ces personnes a été immédiate. Leur crâne a carrément explosé par ébullition du cerveau. Ils ont été tués par la chaleur extrême de la nuée ardente.

La position des corps à Herculanum est très différente de celle révélée par les moulages de Pompéi. Selon les scientifiques, la position des corps à Pompéi s’explique par un « réflexe post mortem », avec une contraction des muscles après la mort.

De plus, contrairement à Pompéi, les os des squelettes d’Herculanum ont permis une identification par l’ADN. Les chercheurs ont pu se rendre compte qu’il y avait des regroupements familiaux. Les gens ont voulu se regrouper pour fuir, mais ils ont été littéralement incinérés.

Autre point important : l’analyse des squelettes révèle la structure de la société romaine à Herculanum, en particulier la présence d’esclaves dont certains étaient affranchis. Ils appartenaient à des maîtres très riches pouvant en posséder parfois une vingtaine. Beaucoup de ces esclaves étaient originaires du Moyen Orient, suite aux conquêtes de l’Empire Romain.

Il se pourrait que les 300 squelettes découverts à Herculanum soient les restes des seules victimes de l’éruption du Vésuve. Les scientifiques pensent que la grande majorité de la population a réussi à s’enfuir. Beaucoup d’habitants auraient élu domicile à Naples et surtout à Cumes, à une trentaine de kilomètres à l’ouest d’Herculanum.

Cette hypothèse devra toutefois être confirmée avec la suite des fouilles car seulement le quart de la ville romaine a été extrait de la cendre du Vésuve.

Le documentaire (accessible en rediffusion jusqu’au 26 décembre 2020) donne vraiment envie d’aller visiter Herculanum, Stabies et Pompéi, sans oublier le Musée archéologique de Naples qui est un complément indispensable à ces visites.

 Vue de la Villa dei Papiri (Crédit photo : Wikipedia)

Nouveau minéral découvert sur le Tolbachik (Kamchatka) // Discovery of a new mineral on Tolbachik Volcano (Kamchatka)

Ce n’est pas une nouvelle fracassante pour le monde de la volcanologie, mais elle mérite d’être signalée. Des chercheurs russes ont découvert un minéral qui n’a encore jamais été mentionné dans les documents scientifiques. Baptisé pétrovite, il a été prélevé sur le volcan Tolbachik dans la péninsule du Kamtchatka.

L’histoire éruptive du Tolbachik a été marquée par deux éruptions récentes: la «Grande éruption fissurale de 1975–1976, et un deuxième événement, moins spectaculaire, en 2012–2013.

La première éruption a donné naissance à de nombreux cônes de scories où les chercheurs ont découvert des minéraux jamais vus ailleurs dans le monde. Parmi eux, la pétrovite est un sulfate minéral qui apparaît – selon le Mineralogical Magazine – sous forme d’« agrégats globulaires bleus de cristaux tabulaires, dont beaucoup contiennent des inclusions gazeuses. »

Le spécimen a été découvert en 2000 près du deuxième cône de scories édifié par l’éruption de 1975. Il a été mis de côté pour une analyse ultérieure. Cette dernière révèle aujourd’hui que le minéral bleu présente des caractéristiques moléculaires très particulières, rarement vues auparavant.

Un chercheur russe explique que l’atome de cuivre à l’intérieur de la structure cristalline de la pétrovite présente «une coordination inhabituelle et très rare de sept atomes d’oxygène. Une telle coordination n’est caractéristique que de quelques composés, ainsi que de la saranchinaite. » La saranchinaite a été identifiée il y a quelques années et a également été découverte sur le Tolbachik.

La pétrovite s’est probablement cristallisée par précipitation directe des gaz volcaniques. C’est peut-être la raison pour laquelle elle se présente sous forme de croûtes cryptocristallines bleues enveloppant une fine matière pyroclastique.

D’un point de vue chimique, la pétrovite représente un nouveau type de structure cristalline. Elle offre des similitudes avec la saranchinaite à partir de laquelle elle est peut-être produite, mais cela doit être confirmé

La structure moléculaire de la pétrovite, qui se compose d’atomes d’oxygène, de soufre de sodium et de cuivre, est de nature poreuse et montre des passages interconnectés qui permettent peut-être aux ions sodium de migrer à travers la structure. Si cette hypothèse se confirme, les chercheurs pensent que cela pourrait conduire à des applications importantes en science des matériaux. Cela pourrait en particulier permettre de nouvelles méthodes de fabrication des cathodes utilisées dans les batteries et les appareils électriques. Cependant, pour le moment, la quantité de cuivre – métal de transition – dans la structure cristalline du minéral est beaucoup trop réduite pour envisager de telles applications. Ce problème pourrait toutefois être résolu en synthétisant en laboratoire un composé ayant la même structure que la pétrovite.

Source:  Mineralogical Magazine.

————————————————

It is not a piece of news that will deeply transform the world of volcanology but it is worth mentioning. Russian researchers have reported the discovery of a mineral that had never before ben documented by scientists. Called petrovite, the new mineral was found on Tolbachik volcano in the Kamchatka Peninsula.

Tolbachik’s eruptive history was marked by two recent eruptions: the ‘Great Tolbachik Fissure Eruption’ of 1975–1976, and a second, less dramatic event, in 2012–2013.

The first eruption gave birth to numerous cinder cones in the volcanic complex where researchers discovered minerals never seen elsewhere in the world. Among them, petrovite is a sulfate mineral that appears as blue globular aggregates of tabular crystals, many holding gaseous inclusions.

The specimen was discovered in 2000 near the second cinder cone associated with the 1975 eruption, and was kept aside for later analysis which now reveals that the blue mineral exhibits peculiar molecular hallmarks only rarely seen before.

A Russian researcher explains that the copper atom in the crystal structure of petrovite has “an unusual and very rare coordination of seven oxygen atoms. Such coordination is characteristic of only a couple of compounds, as well as of saranchinaite. » Saranchinaite was identified a couple of years ago, and was also uncovered at Tolbachik.

Petrovite probably crystallised via direct precipitation from volcanic gases. This may be the reason why it takes form as blue cryptocrystalline crusts enveloping a fine pyroclastic material.

From a chemical standpoint, petrovite represents a new type of crystal structure, although one that bears similarities to saranchinaite, from which it may be produced, but this needs to be confirmed

Petrovite‘s molecular framework, which consists of oxygen atoms, sodium sulphur and copper, is effectively porous in nature, demonstrating interconnected pathways that could enable sodium ions to migrate through the structure. Due to this behaviour, the researchers think this could lead to important applications in material science, potentially enabling new ways of developing cathodes for use in batteries and electrical devices. However, for the moment, the quantity of copper – a transition metal – within the crystal structure of the mineral is far too reduced for such applications. This problem might be solved by synthesizing a compound with the same structure as petrovite in the laboratory.

Source : Mineralogical Magazine.

Echantillons de pétrovite (Source : The Minealogical Magazine)