Catégorie : Science

Des drones sur le Santiaguito (Guatemala)

En avril, mai et août 2017, en mars 2018 et 2019, et en juillet 2019, j’ai écrit plusieurs notes sur l’utilisation des drones en volcanologie, que ce soit sur le Kilauea ou l’Etna. Ces aéronefs sans pilote  peuvent être utilisés pour surveiller l’activité volcanique, mais aussi pour mesurer les gaz.
L’utilisation des drones en volcanologie vient d’être confirmée par des scientifiques du Centre de recherche allemand pour les géosciences (GFZ Potsdam). Ils ont présenté les résultats d’une série de vols effectués avec des drones dotés de caméras d’imagerie visuelle et thermique au-dessus du Santiaguito au Guatemala. Le volcan est né en 1922 dans la caldeira du Santa Maria, volcan qui est entré en éruption en octobre 1902, la même année que Montagne Pelée en Martinique, tuant environ 6 000 personnes.
Le Santiaguito est actif en quasi permanence depuis 1922. Son complexe de dômes de lave est instable avec des effondrements fréquents générant des coulées pyroclastiques destructrices et des lahars. C’est la raison pour laquelle les chercheurs allemands ont voulu observer le comportement du Dome Caliente qui est actuellement le plus actif. Ce dôme montre deux types de mouvements: d’une part une expansion et une croissance radiales lentes, et d’autre part une extrusion rapide de lave visqueuse. Les deux processus produisent également des systèmes de fractures détectables par les mouvements de surface, et des zones de déformation associées à des anomalies thermiques.
Les scientifiques ont équipé leur drone de différentes caméras et l’ont envoyé au-dessus du cratère à différents intervalles. Ils ont pu ainsi analyser le comportement de la coulée de lave et du dôme en utilisant un type particulier de photographie stéréo avec une précision jamais vue auparavant.
En comparant les données fournies par le drone, les chercheurs ont pu déterminer la vitesse d’écoulement de la lave, modéliser les mouvements du dôme et la température de surface du volcan.
Ces facteurs sont importants dans la prévision des volcans explosifs. Les scientifiques allemands pensent que, grâce aux progrès de la technologie, une observation régulière et systématique des volcans dangereux est aujourd’hui tout à fait réalisable à l’aide des drones.
Deux caméras à bord du drone utilisé sur le Santiaguito ont pris des photos haute définition du dôme, mais aussi réalisé des images thermiques. Elles ont permis d’élaborer des modèles 3D très précis du volcan à l’aide d’un algorithme informatique spécial. Il a également été possible d’acquérir une topographie 3D et un modèle de température du volcan, avec une résolution de quelques centimètres seulement.
Les missions de drones sont très intéressantes d’un point de vue humain et sécuritaire. Ces aéronefs sans pilote réduisent le risque pour les volcanologues car les caméras peuvent être dirigées directement vers les zones dangereuses sans que les scientifiques se trouvent à proximité.
Cependant, le travail à l’aide de drones n’est pas facile. Les modèles 3D obtenus lors des différents vols doivent être positionnés de manière très précise pour pouvoir être comparés. Cela nécessite un travail minutieux mais le jeu en vaut la chandelle car même des mouvements ou des déformations infimes peuvent être immédiatement détectés.
Source: The Watchers, GFZ German Research Centre for Geosciences.

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In April, May and August 2017, in March 2018 and 2019, and in July 2019, I wrote several posts about the use of drones in volcanology, whether on Kilauea or Mt Etna. These Unmanned Aicraft Systems (UAS) can be oused to monitor volcanic activity, but also to measure volcanic gases.

This use of drones in volcanology is confirmed by researchers from the German Research Centre for Geosciences (GFZ Potsdam) who presented results of a series of repeated flights with visual and thermal imaging cameras of Santiaguito volcano in Guatemala. The volcano was born in1922 in the caldera of Santa Maria which erupted in October 1902, the same year as Montagne Pelée in Martinique, killing about 6,000 people.

Santiaguito has been permanently active since 1922. Its lava dome complex is instable with frequent collapses generating destructive pyroclastic flows and lahars. This is the reason why the German researchers wanted to observe the behaviour of the Caliente Dome which is currently the most active. This dome shows two kinds of movements: slow radial expansion and growth, and fast-moving extrusion of viscous lava. Both processes also produce distinctive fracture sets detectable with surface motion, and high strain zones associated with thermal anomalies.

The scientists equipped a drone with different cameras. They flew it over the crater at various intervals, measuring the movements of the lava flow and a lava dome using a specific type of stereo photography with a precision never seen before.

By comparing the data provided by the drone, the scientists were able to determine the flow velocity, movement patterns, and surface temperature of the volcano.

These factors are important for predicting the danger of explosive volcanoes. The German researchers believe that, thanks to the progress of the drone technology, a regular and systematic survey of hazardous volcanoes is quite feasible today.

Two cameras of the drone used on Santiaguito took both high definition and thermal photos. They allowed to work out complete and detailed 3D models using a special computer algorithm. It was also possible to acquire a 3D topography and temperature model of the volcano, with a resolution of only a few centimetres.

Drone missions are very interesting from a human and security point of view. They lessen the risk for volcanologists, as cameras can be flown directly to the dangerous areas without scientists having to be near them.

However, the job is not easy. The 3D models of the various flights must be positioned exactly so that they can be compared. This requires painstaking detail work, but the effort is worth it because even minimal movements become immediately visible.

Source : The Watchers, GFZ German Research Centre for Geosciences.

Photos : C. Grandpey

Le « Polarstern » et l’expédition MOSAiC (suite / continued)

Dans une note publiée le 12 mai 2020, j’expliquais que l’expédition MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) est la plus importante jamais mise sur pied dans l’Arctique. Le 20 septembre 2019, le Polarstern, navire amiral de l’Institut Alfred Wegener, a levé l’ancre dans le port de Tromsø en Norvège, pour rejoindre le cœur de l’Océan Arctique et y faire des mesures scientifiques. La mission implique 600 chercheurs de dix-sept pays. Une fois sur place, le Polarstern s’est laissé emprisonner par les glaces et s’est laissé dériver vers le sud.

A côté des 50 membres de l’équipage, une cinquantaine de scientifiques effectue des recherches sur 5 principaux domaines d’intérêt (atmosphère, océan, glace de mer, écosystème, biogéochimie).

L’équipe scientifique est renouvelée tous les deux mois ; les successeurs, acheminés par des brise-glace russes, chinois et suédois, assurent également une partie du ravitaillement.

En septembre 2020, libéré des glaces, le Polarstern retournera en Allemagne et retrouvera Bremerhaven, son port d’attache.

Le problème, c’est que personne n’avait prévu l’épidémie de Covid-19 qui est venue tout chambouler car les équipes ne peuvent pas se relayer comme prévu et la mission a pris deux mois de retard. La prochaine équipe scientifique devrait arriver ce début juin dans l’archipel norvégien du Svalbard. Le Polarstern devrait donc bientôt débarquer une centaine de chercheurs internationaux. Il prendra alors à son bord une centaine de leurs collègues, dont le chef de la mission. Ce climatologue et physicien, qui a déjà effectué un premier séjour de septembre à janvier à bord du navire, avait élaboré avec son équipe plus d’une dizaine de scénarios en cas d’imprévu durant les 390 jours de l’expédition.

Initialement, la nouvelle équipe, composée d’experts d’une douzaine de pays différents, devait rejoindre le Polarstern début avril, en avion, depuis les Svalbard. La fermeture des frontières ayant cloué les appareils au sol, les responsables de la mission ont finalement décidé d’acheminer les scientifiques, ainsi que des vivres et du carburant, par bateau jusqu’à Spitzberg. Le Polarstern de son côté a interrompu quelques semaines ses recherches pour venir chercher sa nouvelle équipe.

La deuxième grosse difficulté à laquelle a été confrontée la mission, c’était de s’assurer que le virus ne se répande pas parmi les membres de l’expédition. Pour cela, une quarantaine stricte de plus de 14 jours a été imposée à toute la nouvelle équipe dans deux hôtels de Bremerhaven entièrement loués pour eux. Les scientifiques ont subi trois tests de dépistage du Covid-19.

Source : France Info.

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In a post released on May 12th, 2020, I explained that the Multidisciplinary Drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) expedition is the largest ever set up in the Arctic. On September 20th, 2019, the Alfred Wegener Institute’s flagship Polarstern weighed anchor in the port of Tromsø in Norway to reach the heart of the Arctic Ocean for scientific measurements. The mission involves 600 researchers from seventeen countries. Once there, the Polarstern got caught in the ice and strated drifting south.
In addition to the 50 crew members, around fifty scientists are carrying out research on 5 main areas of interest (atmosphere, ocean, sea ice, ecosystem, biogeochemistry).
The scientific team is renewed every two months; successors, routed by Russian, Chinese and Swedish icebreakers, also provide part of the supply.
In September 2020, freed from the ice, the Polarstern will return to Germany and find Bremerhaven, its home port.

The problem is that no one had foreseen the Covid-19 epidemic which turned everything upside down because the teams could not take turns as planned and the mission was two months behind schedule. The next scientific team is expected to arrive in early June in the Norwegian Svalbard archipelago. The Polarstern should therefore soon land a hundred international researchers. It will then take on board a hundred of their colleagues, including the head of the mission. This climatologist and physicist, who already made a first stay from September to January on board the ship, worked out with his team more than ten scenarios in case of unforeseen events during the 390 days of the expedition.
Initially, the new team, made up of experts from a dozen different countries, was to join the Polarstern in early April, by plane, from the Svalbards. With the border closures having grounded the aircraft, mission officials finally decided to ship the scientists, along with food and fuel, by boat to Spitsbergen. The Polarstern, for its part, interrupted its research for a few weeks to pick up its new team.
The second major challenge facing the mission was to ensure that the virus did not spread among the members of the expedition. For this, a strict quarantine of more than 14 days was imposed on the whole new team in two hotels in Bremerhaven fully rented for them. Scientists underwent three tests for Covid-19.
Source: France Info.

Le Polarstern (Source: Alfred Wegener Institute)

Climat : stabilité menacée // Climate : stability at risk

Les températures enregistrées en avril 2020 sont inquiétantes. Le mois se classe au deuxième rang parmi tous les autres mois d’avril depuis 1880. La NASA prévient que l’année en cours devrait être la plus chaude de tous les temps et pourrait même devancer 2016. Cela signifie que le réchauffement climatique n’est pas près de s’arrêter, même si les émissions de CO2 ralentissent actuellement avec la pandémie de COVID-19.
Un chercheur de l’Université de Lund (Suède) explique dans un récent article publié sur le site « The Conversation » que l’humanité ne connaît un climat stable que depuis peu de temps. La majeure partie de l’histoire de notre planète a été ponctuée de longues périodes glaciaires entrecoupées de courtes périodes chaudes. Les transitions entre les périodes chaudes et les épisodes froids étaient particulièrement chaotiques.
Il y a environ 10 000 ans, la Terre est brusquement entrée dans une période de stabilité climatique jamais observée auparavant. Aujourd’hui, en raison de l’augmentation constante des émissions de dioxyde de carbone et d’autres gaz à effet de serre, l’humanité est en train de mettre un terme à cette période de stabilité climatique. Les conséquences pourraient être désastreuses. La pandémie de coronavirus montre que l’économie mondiale est beaucoup plus vulnérable que nous le pensions et nous devons nous préparer de toute urgence à l’inconnu.
Au cours des dernières décennies et même des derniers siècles, la civilisation moderne a dépendu d’un climat stable. Ainsi, la moitié de la population du globe s’appuie sur la régularité des pluies de mousson pour la production alimentaire. De nombreuses plantes agricoles ont besoin de certaines variations de température pendant l’année pour produire de bonnes récoltes et la moindre anomalie climatique peut tout chambouler. Nous comptons sur les glaciers ou des sols de nos forêts pour stocker l’eau en vue de la saison sèche. Le problème, c’est que les glaciers et la banquise fondent à vue d’oeil. La fonte brutale de 600 milliards de tonnes de la calotte glaciaire du Groenland en 2019 a suffi à faire s’élever le niveau des océans de 1,5 millimètre, soit environ 40% de la hausse totale pour l’année écoulée.
Les événements météorologiques extrêmes comme les fortes pluies et les tempêtes peuvent anéantir les infrastructures dans des régions entières. Avec le changement climatique actuel, le plus grand risque est d’être confronté à des épisodes chaotiques pour lesquels l’humanité n’est pas préparée.

En 2018, une vague de chaleur et une sécheresse prolongées ont frappé une grande partie de l’Europe occidentale et septentrionale. Dans de nombreuses régions du nord de l’Europe, l’été 2019 a été plus sec et plus chaud qu’autour de la Méditerranée, avec de nombreux records de température. Favorisée par le changement climatique d’origine anthropique, une sécheresse de très grande ampleur affecte l’ouest des États-Unis. Une étude récente explique que c’est peut-être la pire des 1200 dernières années.
Comme il fallait s’y attendre, ces vagues de chaleur sévères ont déclenché des incendies de forêt comme ceux qui ont dévasté le sud-est de l’Australie. Les modèles climatiques prévoyaient une forte augmentation des incendies de végétation dans cette partie du pays, mais pas avant la fin de ce siècle. Ils ne prévoyaient pas qu’ils se produiraient dès 2020.
Sur le long terme, le GIEC a prévu que les rendements des cultures diminueraient d’environ 10% ou plus en raison du changement climatique, mais il a ignoré les invasions d’insectes à grande échelle, avec le risque de destruction de récoltes entières. Fin 2019 et début 2020, la péninsule arabique a connu un temps beaucoup plus humide que la normale, probablement en raison du réchauffement de l’océan. Cela a créé des conditions favorables à l’explosion de la population de criquets pèlerins. L’invasion ne s’est pas limitée à l’Arabie. Plusieurs centaines de milliards d’insectes ont investi l’Afrique de l’Est, notamment le Kenya où une telle invasion n’avait pas été observée depuis plus de 70 ans. Avec la saison des pluies qui vient d’arriver et les graines semées pour la prochaine campagne agricole, on redoute une deuxième vague qui serait bien pire que la première.
Il est clair aujourd’hui que les événements climatiques s’accélèrent d’une manière que les scientifiques n’avaient pas prévue. La météo est devenue tellement folle qu’il est très difficile de faire des prévisions avec les modèles climatiques. Avant de considérer le problème climatique comme celui des générations futures, nous devons commencer à nous concentrer sur notre propre sort à très court terme, demain ou l’année prochaine.
Adapté d’un article publié dans The Conversation.
https://theconversation.com/uk

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The temperatures recorded in April 2020 should send people worrying. The month ranks second among all other months of April since 1880. NASA warns us that the current year is set to be the hottest of all times and could be ahead of 2016. This means global warming is not likely to stop soon, even if CO2 emissions are currently slowing down with the COVID-19 pandemic.

A researcher at Lund University (Sweden) explained in a recent article released on the website “The Conversation” that humanity has only recently become accustomed to a stable climate. For most of its history, long ice ages punctuated with hot spells alternated with short warm periods. Transitions from cold to warm climates were especially chaotic.

Then, about 10,000 years ago, the Earth suddenly entered a period of climate stability never seen before. However, because of ever increasing emissions of carbon dioxide and other greenhouse gases, humanity is now bringing this period to an end. This loss of stability could be disastrous. The coronavirus pandemic is showing us that our modern global economy is much more vulnerable than we thought, and we should urgently become prepared for the unknown.

Over the past decades and even centuries, modern civilisation has been depending on a stable climate. Just think about it: about half of humanity depends on stable monsoon rains for food production. Many agricultural plants need certain temperature variations within a year to produce a stable crop, and heat stress can damage them greatly. We rely on glaciers or healthy forest soils to store water for the dry season. Glaciers and the icefields are melting at an incredible pace. A net loss of 600 billion tonnes from the Greenland ice sheet was enough to raise the global watermark 1.5 millimetres in 2019, about 40 percent of total sea level last year.

Extreme weather events like heavy rains and storms can wipe out the infrastructure of whole regions. With the current climate change, the biggest risk may yet come from chaotic episodes that we did not expect.

In 2018, a prolonged heat wave and drought hit much of western and northern Europe. In many parts of northern Europe, the summer 2019 was drier and hotter than in many parts of the Mediterranean, with many temperature records. Fueled by human-caused climate change, a “megadrought” appears to be emerging in the western U.S. A recent study explains that it is almost as bad or worse than any in the past 1,200 years.

Inevitably such severe heatwaves trigger wildfires like those that devastated south-east Australia. Wildfire and climate models predicted a large increase in bushfire activity in that part of the country, but they predicted this would happen towards the end of this century. The models did not foresee that megafires would strike as early as 2020.

In the long term, the IPCC predicted crop yields would decrease by around 10% or more because of climate change, but it ignored the possibility of large-scale pest outbreaks, which can wipe out entire harvests. At the end of 2019 and beginning of 2020, the Arabian Peninsula experienced much wetter weather than normal, probably because of ocean warming. This created conditions that enabled numbers of desert locusts to explode. The locust outbreaks were not limited to Arabia. A locust army, several hundred billion strong, landed in East Africa, especially in Kenya where such an invasion had not been seen for more than 70 years. With the rainy season just arrived and seeds sown for the next cropping season, it is now feared that continued breeding of the locusts will create a second wave that will be far worse than the first one.

It is clear today that things are accelerating in a way climate scientists had not anticipated. The weather has become so chaotic that it is notoriously difficult to predict with climate models. Instead of seeing the climate problem as one felt by the next generations, we need to start focusing on what could happen tomorrow, or next year.

Adapted from an article published in The Conversation.

Illustration d’un essaim de criquets dans le Brehms Tierleben, en 1884 (Source : Wikipedia)

 

Des coulées de boue sur la planète Mars? // Mudflows on Mars ?

La planète Mars possède à sa surface de nombreuses structures qui intriguent les scientifiques. Grâce à elles, ils espèrent pouvoir mieux comprendre le passé de la planète et savoir si l’eau existait autrefois à sa surface. Une nouvelle étude publiée dans la revue Nature Geoscience laisse supposer que certaines de ces formations ont été édifiées par des coulées de boue, comme on peut en observer sur certains volcans sur Terre.
Des dizaines de milliers de cônes de plusieurs kilomètres de hauteur sont visibles dans l’hémisphère nord de Mars, et chaque cône porte un petit cratère à son sommet. Un chercheur de l’Institut de Géophysique de l’Académie tchèque des Sciences a voulu savoir s’ils étaient constitués de lave ou de boue. Jusqu’à présent, aucune recherche n’a été effectuée dans ce domaine. .
Pour savoir si la boue ou la lave coulait à la surface de Mars, le scientifique a utilisé la Mars Chamber de l’Open University, une chambre basse pression qui peut reproduire la pression atmosphérique et les conditions sur Mars, ainsi que sa température de surface.
Le chercheur et ses collègues ont simulé les conditions de basse pression martienne et ajusté la température de la chambre à -4°F (-20°C). Lorsqu’ils ont introduit la boue dans la chambre, elle n’a pas gelé immédiatement. Au lieu de cela, il s’est formé une croûte de glace à la surface de la boue qui est restée liquide à l’intérieur. C’est ce qui expliquerait pourquoi la boue liquide a pu s’échapper des fractures dans la croûte gelée, avant de se recongeler par la suite.
En raison des conditions martiennes mises en place pendant la simulation, telles que la basse pression atmosphérique, l’eau est devenue instable, a bouilli et s’est évaporée. Cela a fini par refroidir et geler la boue. Les formations créées par ce processus ressemblent aux coulées de « lave cordée » à Hawaï.
Comparée aux expériences réalisées avec de la boue soumise à la pression atmosphérique terrestre, la boue de la simulation martienne n’a pas formé de croûte glacée et elle ne s’est pas étalée lorsque la température a baissé.
Il est probable que les cônes à la surface de la planète Mars sont en fait des volcans sédimentaires où la boue est remontée à la surface depuis des centaines de mètres de profondeur.
On trouve les structures coniques dans une zone où de longs et larges chenaux ont laissé leur marque sur la surface martienne, trahissant l’évacuation d’énormes quantités de boue. Ce phénomène a pu donner naissance à un volcanisme sédimentaire.
Selon l’équipe scientifique qui a réalisé la simulation à l’aide de la Mars Chamber de l’Open University, la présence de boue laisse supposer que de l’eau existait autrefois sur Mars. La planète avait probablement un environnement stable et chaud, une atmosphère et un champ magnétique qui permettaient à l’eau d’exister à la surface il y a des milliards d’années. Si les structures géologiques observées à la surface de Mars sont effectivement le résultat d’un volcanisme sédimentaire, cela signifie que dans ces zones, quelque part dans le sous-sol, il devait exister une source de boue. En d’autres termes, il doit y avoir, ou il devait y avoir, une sorte d’aquifère contenant de l’eau à l’état liquide pour mobiliser les sédiments et les faire remonter à la surface de Mars.
Si les coulées sont constituées de lave, cela signifie qu’une source magmatique et de chaleur est probablement présente à faible profondeur sous la surface. En revanche, si les coulées sont sédimentaires ou constituées de boue, cela laisse supposer que de l’eau liquide (et une source de chaleur maintenant l’eau à l’état liquide) est présente sous la surface.
Il est probable que ce type de volcanisme sédimentaire ou de boue existe en d’autres endroits de notre système solaire, comme sur Cérès, une planète naine entre Mars et Jupiter. Il pourrait en être de même pour d’autres lunes glacées, comme Europe, la lune de Jupiter, Encelade, la lune de Saturne, ou Triton, la lune d’Uranus.
Il est difficile d’estimer l’âge des cônes sur Mars, mais ils sont plus jeunes que les plaines environnantes. Il se peut qu’ils aient entre quelques centaines de millions et 2 milliards d’années.
Source: CNN.

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The surface of Mars is covered in intriguing features that help understand the planet’s past and the water that once existed on its surface. A new study published in the journal Nature Geoscience suggests that some formations on the planet are actually the product of mud that flowed like lava, just like what happens on some volcanoes on Earth.

Tens of thousands of kilometre-high steep cones are spread across Mars’ northern hemisphere, and each cone bears a small crater on top. A researcher at the Institute of Geophysics of the Czech Academy of Sciences wanted to know if they were formed by magma or mud. No research had been performed in this field up to now. .

To know whether it was mud or lava that was flowing at the surface of Mars, he used The Open University’s Mars Chamber, a low-pressure chamber that can reproduce Mars’ atmospheric pressure and composition, as well as its surface temperature.

The researcher and his colleagues simulated the Martian low-pressure conditions and set the chamber to -4°F (-20°C). When they poured mud in the chamber, it did not freeze immediately. Instead, it formed an icy crust over the liquid mud inside. Liquid mud would then spill from cracks in the frozen crust, which then refreeze.

Due to the simulated Martian conditions, such as the low atmospheric pressure, the water became unstable and boiled and evaporated. This caused the mud to eventually cool and freeze. The formations created by this process look similar to « ropy » lava flows in Hawaii.

Compared to experiments with mud at Earth’s atmospheric pressure, the mud did not form an icy crust, expand as the temperature dropped.

It is likely that the cones on the Martian surface are in fact sedimentary volcanoes where mud is brought up to the surface from a depth of hundreds of metres below it

The conical features can be found in the same area where long, wide channels left their mark on the Martian surface, revealing where giant floods likely erupted from beneath the surface. And this could have led to sedimentary volcanism.

According to the scientific team that performed the experiment with the Open University’s Mars Chamber the presence of mud suggests that water once existed on Mars. The planet likely had a warm stable environment, atmosphere and global magnetic field that allowed water to exist on the surface billions of years ago. If the features observed at the surface of Mars are indeed results of sedimentary volcanism, it means that in these areas somewhere in the subsurface has to be a source of mud. In other words, there has to be, or had to be, some sort of aquifer containing liquid water to mobilize the fine-grained sediments and take them to the surface of Mars.

If the flows are attributed to magma, that means a source of magma and heat must be present nearby below the surface. On the other hand, if they are sedimentary or muddy, that suggests liquid water (and heat that keeps the water liquid) is present below the surface.

This kind of sedimentary, or mud volcanism, could be present in other places throughout our solar system like Ceres, a dwarf planet between Mars and Jupiter. The same could be true of other icy moons, like Jupiter’s moon Europa, Saturn’s moon Enceladus or Uranus’ moon Triton.

It is difficult to estimate the age of the cones on Mars, but they are younger than the flat plains they sit on. They might be between a few hundreds of millions to 2 billion years old.

Source : CNN.

Maccalube di Aragona ( Sicile) [Photo : C. Grandpey]