Catégorie : Science

Une histoire d’eau // About water

Ce n’est pas de la volcanologie, mais il est intéressant de connaître les origines de notre planète. Une récente étude parue dans la revue Science explique comment l’EAU a pu apparaître sur Terre.

L’eau recouvre 70 % de la surface de la Terre et est essentielle à la vie. Toutefois, son apparition fait l’objet d’un vieux débat scientifique. Une équipe de chercheurs français du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine) explique  que notre planète, dès son origine, était riche en eau, vraisemblablement contenue en abondance dans les roches qui l’ont constituée.

Les conclusions de l’étude vont à l’encontre de la thèse dominante selon laquelle l’eau aurait été apportée par des astéroïdes et comètes ayant bombardé une Terre initialement sèche. Au vu des anciennes modélisations scientifiques, les disques de gaz et de poussière qui entouraient le Soleil avaient des températures trop élevées pour que l’eau condense et s’agglomère aux autres solides sous forme de glace. C’est ce qui expliquerait les conditions désertiques sur des planètes comme Mercure, Vénus et Mars, mais pas sur Terre.

Les scientifiques ont alors imaginé que l’eau était venue sur Terre beaucoup plus tard et les premiers responsables étaient des météorites dont les chondrites carbonées qui sont riches en eau. Toutefois, leur composition chimique ne correspond pas étroitement aux roches de notre planète. Les chondrites carbonées se sont également formées dans le système solaire externe, et il est donc peu probable qu’elles aient pu bombarder la Terre primitive.

Un autre groupe de météorites, les chondrites à enstatite, a la particularité d’avoir une composition chimique proche de celle de la Terre car elles contiennent des isotopes semblables d’oxygène, titane et calcium. Cependant, s’étant formés à proximité du Soleil, ont pensait que ces roches étaient probablement trop sèches pour avoir apporté beaucoup d’eau à la Terre. .

Afin de vérifier cette hypothèse, les scientifiques français se sont appuyés sur la spectrométrie de masse pour mesurer la teneur en hydrogène de 13 chondrites à enstatite. Ils ont alors constaté que les roches primitives en décelaient suffisamment pour fournir à la Terre au moins trois fois la masse d’eau de ses océans, voire plus encore. Les chercheurs ont aussi découvert que la composition isotopique de l’hydrogène des chondrites à enstatite était semblable à celle de l’eau stockée dans le manteau terrestre.

La composition isotopique des océans est pour sa part compatible avec un mélange contenant 95 % d’eau de ces chondrites, ce qui vient étayer la thèse selon laquelle elles sont à l’origine de l’eau terrestre. Les auteurs ont également trouvé que les isotopes de l’azote de ces météorites sont similaires à ceux de l’azote de la Terre.

L’étude n’exclut pas un apport ultérieur en eau par d’autres sources, comme des comètes, mais insiste sur le fait que les chondrites à enstatite ont contribué de manière significative à l’apport d’eau sur Terre, dès la formation de la planète.

Source : Presse scientifique.

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This is not volcanology, but it is always interesting to know more about the origins of our planet. A recent article released in the journal Science explains how WATER may have appeared on Earth. Water covers 70 percent of the Earth’s surface and is crucial to life as we know it, but how it got here has been a longstanding scientific debate.

The puzzle was a step closer to being solved after a French team from the Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine) reported they had identified which space rocks were responsible, and suggested our planet has been wet ever since it formed. The findings of the study contradict the prevalent theory that water was brought to an initially dry Earth by far-reaching comets or asteroids.

According to early models for how the Solar System came to be, the large disks of gas and dust that swirled around the Sun and eventually formed the inner planets were too hot to sustain ice. This would explain the barren conditions on Mercury, Venus and Mars, but not our Earth.

Scientists therefore theorized that the water came along after, and the prime suspects were meteorites known as carbonaceous chondrites that are rich in hydrous minerals. The problem was that their chemical composition doesn’t closely match our planet’s rocks. The carbonaceous chondrites also formed in the outer Solar System, making it less likely they could have pelted the early Earth.

Another group of meteorites, called enstatite chondrites, are a much closer chemical match, containing similar isotopes of oxygen, titanium and calcium. However, because these rocks formed close to the Sun, they had been assumed to be too dry to account for Earth’s rich reservoirs of water.

To test whether this was really true, the French scientists used mass spectrometry to measure the hydrogen content in 13 enstatite chondrites. The team found that the rocks contained enough hydrogen in them to provide Earth with at least three times the water mass of its oceans, and possibly much more. The researchers found the hydrogen isotopic composition of enstatite chondrites was similar to the one of the water stored in the terrestrial mantle.

The isotopic composition of the oceans was found to be consistent with a mixture containing 95 percent of water from the enstatite chondrites, one more proof these were responsible for the bulk of Earth’s water. The authors further found that the nitrogen isotopes from the enstatite chondrites are similar to Earth’s. They proposed these rocks could also be the source of the most abundant component of our atmosphere.

The research doesn’t exclude later addition of water by other sources like comets, but indicates that enstatite chondrites contributed significantly to Earth’s water budget at the time it formed.

Source: Scientific press.

La Planète Bleue vue depuis la Lune (Source : NASA)

La glace fond et l’Arctique va devoir s’adapter // The ice s melting and the Arctic will have to adapt

Comme je l’ai écrit récemment, la glace fond à un rythme incroyable dans l’Arctique et le Groenland a atteint le point de non-retour. La situation est préoccupante pour les populations qui vivent dans la région. Les scientifiques du British Antarctic Survey (BAS) viennent de les informer que dans 15 ans à peine, la glace de mer arctique pourrait avoir disparu pendant l’été.

On peut lire dans l’étude du BAS, publiée début août 2020 dans la revue Nature Climate Change: «Nous aurons de moins en moins de temps pour nous y préparer,  mais aussi moins de temps pour agir, si nous voulons faire quelque chose».
La nouvelle étude est la dernière d’une série qui prévoit la disparition à très court terme de la glace de mer dans l’Arctique. La surface couverte par cette glace à la surface de l’Océan Arctique a diminué d’environ 13% par décennie depuis 1979. Les 13 années avec la plus faible étendue de glace se situent toutes au cours des 13 derniers étés, et l’été 2020 portera inévitablement le n° 14.
L’estimation de 2035 faite par le BAS se base sur ce que l’on sait des climats du passé. Les scientifiques au fil des ans ont rassemblé des données à partir de traces chimiques laissées dans la glace, les roches et les sédiments. La nouvelle étude porte plus spécifiquement sur le dernier Interglaciaire, il y a 130 000 ans. Cette période était de 4 degrés Celsius plus chaude que l’ère préindustrielle. Elle offre un aperçu très probable des conditions que l’Homme est en train de créer pour l’avenir. Le réchauffement actuel est déjà d’environ 1°C et l’Arctique se réchauffe plus de deux fois plus vite que le reste de la planète.
L’étude du BAS rejoint le débat au cœur du monde scientifique sur la vitesse du réchauffement climatique. Les derniers modèles climatiques montrent que le réchauffement se produira beaucoup, beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait auparavant. Certains chercheurs laissent toutefois ouverte la possibilité (peu probable) que la glace puisse rester présente  plus longtemps, mais la grande majorité de la communauté scientifique ne partage pas cet optimisme. Ainsi, des climatologues de l’Université de Caroline du Nord et de la NOAA ont utilisé début 2020 un modèle différent, mais qui arrive à l’année 2035 pour un été arctique dépourvu de glace. Par «dépourvu de glace», les scientifiques désignent une étendue de moins d’un million de kilomètres carrés. La superficie la plus faible jamais atteinte a été de 3,4 millions de km² en 2012. Les scientifiques expliquent que des événements inattendus comme une éruption volcanique majeure pourraient modifier cette prévision.
Quelle que soit l’année où la glace de mer disparaîtra, les scientifiques du BAS expliquent que les entreprises, les autorités locales et les habitants de l’Arctique doivent se préparer dès maintenant aux changements en géopolitique régionale, transports et disponibilité en denrées alimentaires.
Source: British Antarctic Survey.

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As I put it before, ice is melting at an incredible in the Arctic and Greenland has reached the point of no return. The situation is worrying for the populations living in the region. British Antarctic Survey scientists have just informed them that in just 15 years Arctic summer sea-ice could disappear.

One can read in the study, published early in August 2020 in the journal Nature Climate Change: « We will have less and less time to get ready for it, or less time to act upon it if we want to do something about it. »

The new research is the latest in a steady stream that has moved up the predicted timeframe for the ice-free Arctic milestone. The amount of sea-ice floating atop the Arctic Ocean at summer’s end has fallen about 13% per decade since 1979. The 13 years with the smallest ice extents on record have all happened over the previous 13 years, and the summer 2020 will inevitably be No.14.

The 2035 estimate made by the British Antarctic Survey (BAS) is based on what is known about past climates. Scientists over the years have assembled evidence about previous eras from chemical traces in ice, rocks, and sediment. The new Arctic study looks specifically at the Last Interglacial, a period 130,000 years ago. That period was 4 degrees Celsius hotter than than the pre-industrial era, a plausible preview of conditions humans are creating for the future. Current warming on average is already around 1°C, and the Arctic is warming more than twice as fast as the rest of the planet.

The research joins a debate about the pace of global heating that has drawn in climate scientists this year. Some newly updated models now suggest that warming will occur much, much faster than previously thought. There remains disagreement among scientists over modelling results that show accelerated warming. Some of them leave open the (unlikely) possibility that ice may stick around longer, but the great majority of the scientific community is pessimistic. Researchers from North Carolina State University and NOAA earlier this year used a different model to arrive at a similar 2035 target for the ice-free Arctic summer. By « ice-free, » scientists mean an extent of less than 1 million square-kilometres. The lowest it has reached is 3.4 million km² in 2012. Scientists explain that unexpected events like a major volcanic eruption could alter the timeline.

Whichever summer is the first to lose its sea ice, BAS scientists warn that businesses, governments, and people living in the Arctic need to prepare now for changes in regional geopolitics, transportation, and food availability.

Source : British Antarctic Survey.

Cette image fera bientôt partie des souvenirs (Photo : C. Grandpey)

Le mystère de l’eau sur le Kilauea (Hawaii) // The mystery of water on Kilauea Volcano (Hawaii)

Le 4 juillet 2018, un scientifique du HVO qui se trouvait à la Volcano House du Kilauea a pris une photo sur laquelle on peut voir une ligne sombre qui descend le long de la paroi de la caldeira sommitale, au-dessus du plancher de l’Halema’uma’u. (voir la photo ci-dessous). Dans le doute, elle a été baptisée «la traînée noire».
Les géologues du HVO ont déclaré qu’il y avait deux possibilités: cette trace noire pouvait être la cicatrice laissée par un effondrement le long de la pente recouverte de poussière. Ou bien, elle avait pu être creusée par l’eau.
Au cours des jours suivants, la « traînée noire » est allée et venue. Au final, les  observations ont montré que la traînée restait noire même quand une grande quantité de poussière s’élevait de Halema’uma’u. C’était la preuve qu’elle était façonnée par l’eau et non par des effondrements.
L’eau sortait d’un point situé entre 10 et 20 mètres sous la lèvre de la caldeira, au-dessus de la nappe phréatique qui alimente aujourd’hui le lac au fond du cratère (voir mes notes précédentes). La question était de savoir comment l’eau pouvait se trouver aussi haut dans cette zone.
Lorsque de fortes pluies se produisent sur le Kilauea, une rivière coule pendant environ une heure à la surface du sol entre l’extrémité sud d’Uekahuna Bluff et le Rift Sud-Ouest sur une distance de 600 à 800 mètres. Cette rivière a plusieurs mètres de largeur et quelques dizaines de centimètres de profondeur. Elle disparaît toujours avant d’atteindre le Rift SO en s’enfonçant dans le sable alluvial.

Les autres questions étaient de savoir 1) où allait cette eau, et 2) si c’était bien cette eau qui formait la traînée noire mentionnée ci-dessus. Les géologues du HVO pensent que c’était le cas. Après avoir disparu, l’eau de la rivière coule probablement sous terre mais est bloquée par des dykes sous la zone de Rift SO où elle s’accumule pour former un aquifère peu profond. La fracturation de la paroi de la caldeira lors de l’effondrement du sommet en 2018 a probablement ouvert une voie permettant à cette eau de sortir de l’aquifère et de se déverser dans la caldeira.
La « traînée noire », autrement dit la cascade d’eau, est réapparue périodiquement au cours des deux dernières années et le HVO demande au public s’il pourrait fournir d’autres photos du phénomène depuis 2018. Des images récentes montrent une cavité à la source de la cascade qui pourrait être l’ouverture d’un tunnel de lave.
La poche d’eau qui donne naissance à la cascade est l’une des deux qui existaient avant 2018. L’autre a formé une mare d’eau chaude à la surface de la caldeira, à 500 mètres au nord de l’Halema’uma’u avant l’effondrement du cratère en 2018. Une végétation abondante entourait cette mare et des micro-organismes vivaient dans l’eau. La mare s’est vidée lors de l’effondrement de l’Halema’uma’u en 2018, bien que son emplacement reste visible aujourd’hui grâce à la présence de végétation. Tandis que le cratère s’agrandissait en juin et juillet 2018, un panache de vapeur blanche s’élevait généralement au-dessus de sa partie nord-ouest, ce qui contrastait avec les panaches de poussière sombre qui envahissaient la majeure partie de l’Halema’uma’u. Il se peut que le panache de vapeur blanche ait été généré par l’ébullition de l’eau dans l’aquifère peu profond qui alimentait la mare.

Les scientifiques du HVO se demandent aujourd’hui s’il existe d’autres poches d’eau peu profondes sous le plancher de la caldeira. Il y a davantage de précipitations sur la partie nord de la caldeira que sur la partie sud. On sait que plusieurs cavités existent sous le plancher nord de la caldeira; elles émettent de la vapeur à haute température. Cette chaleur provient probablement des coulées de lave et de lacs de lave solidifiés qui existaient dans cette zone au 19ème siècle et au début du 20ème et dont la chaleur vaporise l’eau des précipitations. Cette vapeur persiste même par temps sec.

Les scientifiques du HVO aimeraient savoir s’il existe une poche d’eau plus profonde dans la zone sommitale du Kilauea. En effet, si c’est le cas, elle pourrait provoquer des explosions phréatiques au sommet du volcan.
Source: USGS / HVO.

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On July 4th, 2018, a HVO scientist at the Volcano House Hotel took a photo showing a dark line descending the wall of Kilauea caldera above Halema’uma’u. (see the photo below). Not knowing what it was, he dubbed it the ‘black streak.’

HVO geologists said there were two possibilities: the streak could be a recent rockfall scar cutting across the dusty slope. Or the streak was made by water.

Over the next few days, the black streak came and went. Finally, observations showed that the streak stayed black during a time when a lot of dust was billowing from Halema’uma’u. This was proof positive that it was made by water, not a rockfall.

The water flowed from a point 10–20 metres below the rim of the caldera, high above the groundwater body that today feeds the deepening lake seen at the bottom of the crater (see my previous posts). The question was to know how water could be so high in this area.

During exceptionally heavy downpours, a river flows for an hour or so across the ground surface between the south end of Uekahuna Bluff and SW Rift, over a distance of 600–800 metres. This river is several metres wide and a few tens of centimetres deep. This flowing river always ends before reaching SW Rift, sinking into alluvial sand.

The other questions were to know 1) where this water went, and 2) if it was the water that formed the above mentioned black streak. HVO geologists thought the answer was yes. Beyond where it disappears, the river water probably flows underground but is dammed by dikes beneath the SW Rift area, forming a shallow perched aquifer. Faulting of the caldera wall during the 2018 summit collapse opened a pathway for this stored water to exit the aquifer and pour into the caldera.

The black streak, or water cascade, has reappeared sporadically in the past two years and HVO asks the public if they could get more photos of the phenomenon since 2018. Recent images show a cavity at the head of one cascade. It could be the opening of a lava tube.

The perched water body responsible for the water cascade is one of two such bodies existing before 2018. The other formed a tiny warm pond on the caldera floor 500 metres north of Halema’uma’u before it enlarged in 2018. Lush vegetation surrounded the pond, and microorganisms lived in the water. The tiny pond drained as Halema’uma’u widened in 2018, though its site, marked by vegetation, remains. As the crater expanded in June and July, a white steam plume generally rose above the northwestern part of the crater, contrasting with the dusty brown clouds that engulfed most of the crater. The plume might have been generated by boiling of water in the same shallow aquifer that supported the pond.

HVO scientists wonder whether other shallow water bodies exist unseen beneath the caldera floor. More rain falls on the northern part of the caldera than on the southern. Several caves are known to exist below the northern caldera floor; they emit steam and are very hot. Most likely the heat comes from solidified lava flows and lakes active in this area in the 19th and early 20th centuries, and it heats rainfall to steam. The steam persists even in dry weather. HVO scientists would like to know if there is a deeper water body in the summit area of Kilauea. Indeed, if such shallow water existed, it could trigger phreatic explosions at the summit of the volcano.

Source: USGS / HVO.

Vue de la “traînee noire” sur la paroi de la caldeira. Elle mesure une cinquantaine de mètres et un panache de vapeur (en bas à droite) s’élève de la partie NO de l’Halema’uma’u. La photo a été prise depuis la Volcano House le 4 juillet 2018. La configuration des lieux a beaucoup changé depuis cette date. (Source : USGS).

Etna (Sicile) : un gravimètre quantique absolu (AQG) dans l’Observatoire des Pizzi Deneri

Tous les amoureux de l’Etna connaissent l’Observatoire des Pizzi Deneri sur le flanc nord du volcan, à 2818 m d’altitude. L’idée de sa construction est née d’un projet de Letterio Villari – largement cautionné par Haroun Tazieff – qui s’est concrétisé en 1977 lorsqu’il devint directeur de l’Institut International de Volcanologie (IIV) du CNR de Catane.
L’emplacement de cet observatoire a été choisi pour sa sécurité en cas d’éruption avec coulées de lave. La structure du bâtiment a été construite avec deux dômes qui rappellent la forme de l’igloo. Cette forme originale permet d’éviter de grosses accumulations de neige pendant la saison hivernale.

Les locaux de l’observatoire ont été utilisés à la fois pour héberger le personnel de l’IIV et des chercheurs italiens et étrangers ainsi que pour l’instrumentation de surveillance et les laboratoires associés. En particulier, deux tunnels orthogonaux d’une longueur de 80 m ont été construits à une profondeur d’environ 10 m, destinés à abriter des clinomètres longue base pour mesurer les déformations du sol.L’observatoire abrite aussi aujourd’hui différentes stations de suivi volcanologique : gravimétrique, sismique, GPS, infrasonore, ainsi d’un déformomètre, et un interféromètre laser.

A ces différents instruments vient de s’ajouter un gravimètre quantique absolu (AQG), dans le cadre du projet européen Newton-g. Selon Daniele Carbone et Filippo Greco, chercheurs à l’INGV, «l’application de la gravimétrie aux volcans permet d’estimer les variations de masse qui peuvent se produire, par exemple, lors de l’ascension du magma vers la surface. » Ce gravimètre AQG, produit par Muquans, partenaire du projet Newton-g, est le premier gravimètre quantique à être installé sur un volcan actif. Il permettra d’estimer, avec une extrême précision, la valeur absolue de l’accélération de la pesanteur, c’est-à-dire l’accélération subie par un corps lorsqu’il est en chute libre. Les performances de l’AQG au cours des premiers jours d’acquisition continue ont été meilleures que prévu, malgré le niveau élevé de tremor volcanique qui caractérise le site d’installation.

Comme l’Observatoire des Pizzi Deneri n’est pas connecté au réseau électrique, il a fallu installer un système basé sur des panneaux solaires et un générateur diesel qui utilise un module de contrôle sophistiqué pour gérer les sources d’énergie et le système de stockage. Les données produites par les gravimètres en acquisition continue permettent d’intégrer et de compléter les informations fournies par le réseau multiparamétrique permanent de l’Etna, qui sert, avant tout, à l’évaluation rapide des changements d’activité du volcan.

Source : INGV, La Sicilia.

Photo : C. Grandpey