Catégorie : Science

Concentrations de CO2 dans l’atmosphère : du jamais vu ! // CO2 concentrations in the atmosphere never seen before

On le savait déjà, grâce à l’analyse des carottes de glace tirées de l’Antarctique : les niveaux de CO2 actuels sont les plus importants des 800 000 dernières années.

Une nouvelle étude publiée dans Science Advances par des chercheurs allemands du Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) et de l’Institut Max Planck montre que la quantité de gaz à effet de serre dépasse également toute la période du Quaternaire, autrement dit les quelque 2,6 millions d’années écoulées.

L’article publié dans Science Advances reproduit pour la première fois la variabilité climatique naturelle de l’ensemble du Quaternaire avec un modèle de complexité intermédiaire. S’appuyant sur des recherches antérieures, les chercheurs ont reproduit les principales caractéristiques de la variabilité naturelle du climat au cours des derniers millions d’années avec une simulation informatique basée sur des données astronomiques et géologiques et des algorithmes représentant la physique et la chimie de notre planète.

Les niveaux de CO2 sont l’un des principaux moteurs des cycles glaciaires, avec les variations de la rotation de la Terre autour du soleil, les cycles de Milankovitch. La simulation s’est bien sûr appuyée sur ces modifications bien connues de la position de la Terre par rapport au soleil  et sur le dégagement de CO2 des volcans. Mais l’étude s’est également penchée sur les changements dans la répartition des sédiments à la surface de la Terre. Elle a aussi pris en compte le rôle de la poussière atmosphérique qui assombrit la surface de la glace et contribue ainsi à la fonte.

Selon les chercheurs, nous poussons maintenant notre planète au-delà des conditions climatiques rencontrées pendant toute la période géologique actuelle. Les résultats de l’étude corroborent l’idée selon laquelle la concentration actuelle de CO2 – plus de 414 ppm – est sans précédent depuis au moins 3 millions d’années et que la température globale n’a pas dépassé la valeur préindustrielle de plus de 2°C au cours de tout le Quaternaire.

D’après les scientifiques allemands, le Quaternaire aurait connu le scénario suivant :

– Une diminution progressive du CO2 jusqu’à des valeurs inférieures à environ 350 ppm a entraîné le début de la croissance de la calotte glaciaire continentale au Groenland et plus généralement dans l’hémisphère nord à la fin du Pliocène et au début du Pléistocène (de 5,332 millions à 2,588 millions d’années avant notre ère).

– La fin du Pliocène fut relativement proche de nous en termes de niveaux de CO2. Les modélisations suggèrent qu’au Pliocène, il n’y avait ni cycle glaciaire ni grosses calottes glaciaires dans l’hémisphère nord. Le CO2 était trop élevé et le climat trop chaud pour le permettre. D’après le dernier rapport du GIEC, avec des niveaux de CO2 de 400 ppm à la fin du Pliocène, les températures furent 2 à 3°C plus élevées que la période préindustrielle.

– Succédant au Pliocène, le Pléistocène est la première époque du Quaternaire, période caractérisée par l’apparition de cycles glaciaires et interglaciaires, causés par la croissance et le déclin cycliques des inlandsis continentaux dans l’hémisphère nord.

La température globale actuelle, qui est désormais au moins 1°C au-dessus de la période préindustrielle, s’approche des +1,5°C.

Au Pliocène, le niveau de la mer était entre 10 et 40 mètres au-dessus du niveau actuel, en raison de la fonte du Groenland, de l’Antarctique de l’Ouest et d’une partie de l’Antarctique de l’Est. Avec un scénario d’émissions soutenues de CO2, les prévisions du GIEC sont d’environ un mètre à l’horizon 2100 mais on sait déjà que les glaciers continueront à fondre au-delà.

Source : Science Advances, global-climat.

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It was already known, thanks to the analysis of ice cores from Antarctica that current CO2 levels were the highest in the last 800,000 years.
A new study published in Science Advances by German researchers at the Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) and the Max Planck Institute shows that the amount of greenhouse gases also exceeds the whole Quaternary period, ie the last 6 million years.
The article published in Science Advances reproduces for the first time the natural climatic variability of the entire Quaternary with a model of intermediate complexity. Based on previous research, the researchers have reproduced the main features of natural climate variability over the past millions of years with a computer simulation based on astronomical and geological data and algorithms representing the physics and chemistry of our planet.
CO2 levels are one of the main drivers of glacial cycles, with variations in the Earth’s rotation around the sun, the Milankovitch cycles. The simulation was of course based on these well-known modifications of the position of the Earth with respect to the sun and on the release of CO2 from volcanoes. But the study also looked at changes in the distribution of sediments on the surface of the Earth. It also took into account the role of atmospheric dust, which darkens the surface of the ice and thus contributes to melting.
According to the researchers, we are now pushing our planet beyond the climatic conditions encountered throughout the current geological period. The results of the study corroborate the idea that the current concentration of CO2 – more than 414 ppm – has been unprecedented for at least 3 million years and that the global temperature has not exceeded the pre-industrial value by more than 2°C throughout the Quaternary.
According to the German scientists, the Quaternary went through the following scenario:
– A gradual decrease of CO2 to values ​​below about 350 ppm led to the onset of growth of the continental ice cap in Greenland and more generally in the northern hemisphere at the end of the Pliocene and early Pleistocene (from 5.332 million to 2.588 million years before our era).
– The end of the Pliocene was relatively close to us in terms of CO2 levels. Modelling suggests that at the Pliocene there was no glacial cycle or large ice caps in the northern hemisphere. The CO2 was too high and the climate too hot to allow it. According to the latest IPCC report, with CO2 levels of 400 ppm at the end of the Pliocene, temperatures were 2 to 3°C higher than the pre-industrial period.
– Following the Pliocene, the Pleistocene is the early Quaternary period, characterized by the appearance of glacial and interglacial cycles, caused by the cyclical growth and decline of the continental ice sheets in the northern hemisphere.
The current global temperature, which is now at least 1°C above the pre-industrial period, is approaching + 1.5°C.
In the Pliocene, the sea level was between 10 and 40 metres above the current level, due to the melting of Greenland, West Antarctica and part of East Antarctica . With a scenario of sustained CO2 emissions, the IPCC forecasts are about one metre by 2100 but it is already known that glaciers will continue to melt beyond that year.
Source: Science Advances, global-climat. Concentration de l’atmosphère en CO2 au cours des 800 000 dernières années, et projection pour 2100 (Source : NOAA)

Réchauffement climatique : Les données infrarouges confirment les relevés au sol // Climate change : Infrared data confirms ground surveys

L’excellent site « global-climat » nous apprend qu’une nouvelle étude effectuée par deux scientifiques de la NASA montre les résultats des mesures infrarouges de température de la surface de la Terre de 2003 à 2017 effectuées par le système AIRS (Atmospheric Infrared Sounder).

Les mesures infrarouges ont été comparées à des analyses d’anomalies de la température de surface effectuées par des stations au sol et à la surface des mers, principalement par le Goddard Institute for Space Studies (GISTEMP).

L’objectif était de voir si les résultats fournis par les nombreux ensembles de données basées au sol, comme GISTEMP, pouvaient être confirmés par des sondeurs infrarouges atmosphériques du système AIRS. Ce sondeur infrarouge à haute résolution spectrale, a été lancé sur le système satellitaire d’observation de la Terre – Earth Observation System (EOS) – Aqua en 2002.

Les résultats de la comparaison des mesures effectuées par les deux systèmes ont été publiés dans Environmental Research Letters. Les scientifiques ont constaté un haut niveau de cohérence au cours des 15 dernières années.

Les données AIRS sont un complément très intéressant de celles de GISTEMP car leur résolution spatiale est supérieure et leur couverture globale est plus complète. Les deux ensembles de données démontrent que la surface de la Terre s’est réchauffée à l’échelle mondiale au cours de la période d’observation disponible, et que 2016, 2017 et 2015 ont été les années les plus chaudes, dans cet ordre.

Les données AIRS reflètent la température à la surface des océans, des terres et des régions couvertes de neige et de glace dans les tous premiers millimètres. De leur côté, les données de surface GISTEMP sont un mélange d’anomalies de données atmosphériques fournies par des stations au sol et d’anomalies de température de surface de la mer. Ces mesures sont recueillies par un réseau mondial de stations météorologiques, de navires et de bouées.

Pour comparer les deux systèmes de mesures, les chercheurs ont construit des climatologies mensuelles pour chaque mois et pour chaque ensemble de données, en faisant la moyenne des valeurs mensuelles de 2003 à 2017, avec des anomalies pour un mois donné et  pour une année donnée.

Jusqu’à présent, les mesures satellites publiées par l’Université d’Alabama à Huntsville (UAH) et le Remote Sensing System (RSS), qui reflétaient la température de la troposphère inférieure, n’avaient pas servi de validation directe des mesures réalisées par les stations au sol. UAH et RSS ne mesurent pas directement la température à la surface du sol, mais interprètent la température à partir du rayonnement dans la basse troposphère.

La concordance des anomalies mensuelles moyennes globales des séries temporelles AIRS et GISTEMP est très bonne, avec une corrélation temporelle de 0,92. Les données AIRS indiquent une tendance au réchauffement à court terme légèrement supérieure à celle trouvée par GISTEMP. Les tendances moyennes mondiales sur 15 ans sont de 0,24°C par décennie pour AIRS et de 0,22°C par décennie pour GISTEMP. Les données GISTEMP des stations météorologiques et les mesures de la surface de l’océan ont l’avantage de remonter au 19ème siècle, ce qui permet des estimations du changement de température sur le long terme.

La comparaison entre AIRS et GISTEMP montre que les mesures à la surface sous-estiment peut-être les changements de température dans l’Arctique. Cela pourrait signifier que le réchauffement est plus rapide que prévu aux pôles. Les tendances de la température de surface fournies par les données AIRS indiquent que les mers de Barents et de Kara ont enregistré le réchauffement le plus important au cours des 15 dernières années, avec des tendances supérieures à 2,5°C par décennie.

Source : global-climat, NASA.

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One can read on the excellent website “global-climat” that a new study by two NASA scientists shows the results of measurements of the Earth’s surface temperature taken by the AIRS – Atmospheric Infrared Sounder – satellite from 2003 to 2017.
Infrared measurements were compared to analyses of surface temperature anomalies performed by ground and sea surface stations, mainly the Goddard Institute for Space Studies (GISTEMP).
The objective was to see if the results provided by many ground-based data sets, such as GISTEMP, could be confirmed by Atmospheric Infrared Sounders (AIRS). AIRS, a spectral high resolution infrared sounder, was launched on the Earth Observation System (EOS) – Aqua satellite in 2002.
The results of the comparison of the measurements made by the two systems have been published in Environmental Research Letters. Scientists have found a high level of consistency over the past 15 years.
The AIRS data is a very interesting complement to GISTEMP data because their spatial resolution is higher and their global coverage is more complete. Both datasets show that the Earth’s surface warmed globally during the available observation period, and that 2016, 2017 and 2015 were the warmest years, in that order.
AIRS data reflect the temperature of ocean, land and snow and ice covered surfaces in the very first millimetres. For their part, GISTEMP surface data is a mixture of atmospheric data anomalies provided by ground stations and sea surface temperature anomalies. These measurements are collected by a global network of weather stations, ships and buoys.
To compare the two measurement systems, researchers constructed monthly climatologies for each month and for each data set, averaging the monthly values ​​from 2003 to 2017, with anomalies for a given month and for a given year.
So far, the satellite measurements published by the University of Alabama at Huntsville (UAH) and the Remote Sensing System (RSS), which reflected the temperature of the lower troposphere, had not served as direct validation of measurements made by the ground stations. UAH and RSS do not directly measure the temperature at the soil surface, but interpret the temperature from radiation in the lower troposphere.
The concordance of the global mean monthly anomalies of the AIRS and GISTEMP time series is very good, with a temporal correlation of 0.92. The AIRS data indicate a short-term warming trend slightly higher than that found in GISTEMP. Global average trends over 15 years are 0.24°C per decade for AIRS and 0.22°C per decade for GISTEMP. GISTEMP data from meteorological stations and ocean surface measurements have the advantage of going back to the 19th century, which allows estimates of temperature change over the long term.
The comparison between AIRS and GISTEMP shows that surface measurements may have underestimated temperature changes in the Arctic. This could mean that warming is faster than expected at the poles. The surface temperature trends provided by the AIRS data indicate that the Barents and Kara seas recorded the greatest warming over the past 15 years, with trends greater than 2.5°C per decade.
Source: global-climat, NASA.

Courbe montrant la cohérence entre les relevés infrarouges satellitaires AIRS et les systèmes au sol comme GISTEMP (Source : Susskind et al 2019 (Environmental Research Letters)

– HadCRUT: Combinaison des mesures de température de la surface de la mer par le Hadley Centre et des mesures de température à la surface du sol par l’Unité de Recherche Climatique (CRU) de l’Université d’East Anglia.

– ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) : Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT).

 

 

La grande vitesse des coulées pyroclastiques // The high speed of pyroclastic flows

Dans un article publié dans la revue Nature Geoscience, des chercheurs confirment les conclusions d’études précédentes à propos des coulées pyroclastiques. Ils expliquent qu’ils ont découvert que les matériaux à haute température émis par un volcan pendant une éruption génèrent une couche d’air entre le sol et une coulée pyroclastique, ce qui permet à cette dernière de se déplacer en atteignant des vitesses extrêmes et en détruisant tout sur son passage.

Les coulées pyroclastiques sont constituées d’un mélange de lave à très haute température, de pierre ponce, de cendre et de gaz volcaniques. Elles peuvent atteindre des températures de 1000 degrés Celsius et, dans des cas extrêmes, dévaler les pentes des volcans à plus de 600 kilomètres à l’heure. Elles sont responsables d’environ 50% de tous les décès provoqués par les éruptions volcaniques dans le monde. Des coulées pyroclastiques ont détruit Pompéi, Herculanum et Stabies lorsque le Vésuve est entré en éruption en l’an 79. Plus récemment, elles ont causé la mort de centaines de personnes sur les pentes du Fuego (Guatemala) en juin 2018.
Les coulées pyroclastiques se divisent en général en deux parties: 1) un flux de fragments de roches à très haute température qui se déplace à la surface du sol, et 2) un nuage de cendres à haute température qui s’élève au-dessus. Dans l’étude publiée dans Nature Geoscience, des chercheurs de l’Université Massey de Nouvelle-Zélande ont tenté de comprendre pourquoi la partie inférieure d’une coulée pyroclastique peut se déplacer aussi rapidement.
Pour ce faire, ils ont réalisé une expérience et déversé 6 tonnes de matériaux pyroclastiques à une température de 400 degrés Celsius dans une structure de leur propre fabrication située dans une chaufferie désaffectée. Les chercheurs ont enregistré l’écoulement des matériaux à l’aide de caméras haute vitesse, ce qui leur a permis ensuite d’analyser avec précision le comportement des matériaux au fur et à mesure de leur écoulement.

Les résultats de l’expérience montrent que les écoulements pyroclastiques génèrent leur propre lubrification sur une couche d’air. Une zone de matériaux volcaniques sous haute pression se forme vers la base de la coulée. L’air est repoussé vers le bas sous l’effet de la pression, ce qui crée comme un matelas d’air à la surface duquel les matériaux peuvent s’écouler rapidement.
Cette étude pourrait aider les autorités à mieux comprendre les dangers posés par les volcans et prévoir leur comportement. Les résultats pourraient avoir des applications dans d’autres domaines comme les avalanches et les glissements de terrain. Depuis longtemps, les volcanologues se demandent pourquoi les coulées pyroclastiques sont capables de se déplacer sur de longues distances. En effet, on a trouvé des dépôts de coulées à des centaines de kilomètres du volcan source ; d’autres ont franchi des obstacles topographiques  tels que des chaînes de montagnes ou des étendues d’eau. La dernière étude fournit également des informations mathématiques importantes qu’il faudrait intégrer à la modélisation des courants de densité pyroclastique (PDC). Ces courants se déplacent généralement une centaine de kilomètres à l’heure, mais on sait qu’ils ont atteint des vitesses allant jusqu’à 600 kilomètres à l’heure sur des terrains accidentés et jusqu’à de grandes distances du volcan source. La dernière étude tend à montrer que cette haute vitesse est obtenue par lubrification grâce à la couche d’air à la base des coulées pyroclastiques.
Source: Presse scientifique internationale.

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In a paper published in Nature Geoscience, researchers confirm the results of previous studies. They explain that they have discovered that the high temperature material spewed from a volcano during eruptions generates a layer of air between it and the ground, allowing a pyroclastic flow to surf along at extreme speeds, destroying everything in its path.

Pyroclastic flows are made up of a mix of hot lava, pumice, ash and volcanic gases. They can reach temperatures of up to 1,000 degrees Celsius and can, in extreme cases, move down the slopes of volcanoes at over 600 kilometres per hour. They are responsible for around 50 percent of all deaths from volcanic eruptions globally. Pyroclastic flows destroyed the ancient cities of Pompeii, Herculaneum and Stabies when Mount Vesuvius erupted in A.D. 79. More recently, they caused the deaths of hundreds of persons on the slopes of Fuego Volcano (Guatemala) in June 2018.

Pyroclastic flows are normally split into two parts : 1) a stream of hot rock fragments that move along the ground and 2) a hot cloud of ash that rises above. In the study published in Nature Geoscience, researchers from New Zealand’s Massey University tried to understand how the lower level of material is able to move so fast.

To do this, they carried out an experiment by releasing up to 6 tons of 400-degree Celsius pyroclastic material down a makeshift unit inside a disused boiler house. The researchers recorded the flow of the material with high-speed videos, allowing them to analyze exactly what was happening to it as it rolled down.

Results showed that the pyroclastic flows generate their own air lubrication. An area of high-pressure volcanic material forms toward the base of the flow. The air is forced downward as a result of the pressure, creating a near-frictionless layer along which the material can flow quickly.

This study could help authorities better understand the hazards posed by volcanoes, and how to plan for them. The results could have implications for other events, including avalanches and fast-flowing landslides. A long-standing puzzle for volcanologists has been the question of why pyroclastic flows are able to travel so far. Indeed, one can find flow deposits hundreds of kilometres from the source volcano, and others that have crossed significant topographic or other barriers, such as mountain ranges or open bodies of water. Thus, the research also provides important mathematical information that should be incorporated into the modelling of pyroclastic density currents (PDCs). PDCs typically travel around 100 kilometres per hour but are known to have reached speeds up to more than 600 kilometres per hour over rough terrain large distances from the volcano.The research suggests that this high mobility is through air lubrication at the base of the flows.

Source: International scientific press.

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Voici une vidéo montrant le déplacement des coulées pyroclastiques sur l’île de Montserrat, pendant l’éruption du volcan Soufriere Hills en 1995. J’ai toujours été impressionné par le glissement de l’écoulement pyroclastique à la surface de l’océan.

https://youtu.be/GeghNYm_03A

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Coulées pyroclastiques sur le Mayon aux Philippines (Crédit photo: Wikipedia)

A propos des séismes lents // About slow-slip earthquakes

Dans une note intitulée « Les séismes lents du Kilauea, publiée le 28 mars 2018, j’expliquais que des séismes sont enregistrés périodiquement sur le flanc sud du Kilauea. Le HVO les attribue au glissement lent de l’édifice volcanique dans l’Océan Pacifique. Les Anglosaxons les ont baptisés « slow-slip earthquakes », « séismes lents » en français. Ces événements ne sont pas l’apanage du Kilauea ; on les observe ailleurs dans le monde.

Les scientifiques néo-zélandais de GNS Science (à l’origine Institute of Geological and Nuclear Sciences) surveillent un événement sismique lent qui a débuté fin mars 2019 près de Gisborne, au large de la côte est de l’Ile du Nord. Une séquence sismique semblable a déjà été observée dans ce même secteur en mars 2010.
Les séismes lents sont assez fréquents dans cette partie de la Nouvelle-Zélande, en raison de la subduction de la Plaque Pacifique qui se déplace vers l’ouest et plonge sous la Plaque Australienne.

En cliquant sur le lien ci-dessous, vous aurez des explications sur les séismes lents. Le document est en anglais. Vous trouverez ci-dessous une traduction en français pour vous aider à comprendre cet important chapitre de la sismologie.

https://youtu.be/xgk2zBvdOgw

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In a post entitled « Kilauea Volcano Slow Earthquakes, published on March 28th, 2018, I explained that earthquakes are recorded periodically on the southern flank of Kilauea. HVO attributes them to the slow slide of the volcanic edifice in the Pacific Ocean. Anglosaxons called them « slow-slip earthquakes », « séismes lents » in French. These events are not exclusive to Kilauea; they are observed elsewhere in the world.

GNS scientists are monitoring a slow-slip event that started at the end of March 2019 near Gisborne, off the east coast of North Island, New Zealand. A similar seismic event was observed in the same area in March 2010.

Slow-slip events are quite common in this part of New Zealand, due to the subducting Pacific Plate moving westward under the Australian Plate,

By clicking on this link, you will learn more about slow-slip earthquakes :

https://youtu.be/xgk2zBvdOgw

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Définition d’un séisme lent.

En Nouvelle Zélande, les plaques tectoniques Pacifique et Australienne entrent en contact le long d’une série de lignes de failles. Au niveau de l’Ile du Nord, dans un processus de subduction, la plaque Pacifique plonge en direction de l’ouest sous la côte orientale de l’Ile du Nord, au niveau de la Fosse et Zone de Subduction de Hikurangi qui constitue la faille la plus importante et la plus active de Nouvelle Zélande. Les deux plaques tectoniques se déplacent l’une vers l’autre le long de cette faille. Dans la partie la plus profonde de la Zone de Subduction de Hikurangi, les roches sont plus chaudes et les deux plaques peuvent se déplacer l’une contre l’autre lentement et de manière continue. En revanche, à des profondeurs moindres, les plaques ont des bords moins réguliers et leur frottement provoque par moment des blocages. Les contraintes s’accumulent alors dans la zone de blocage. Au bout de quelques années, la situation se débloque pour un temps et c’est alors que se produit un séisme lent avec libération des contraintes et de l’énergie qui s’étaient accumulées.

Un séisme lent ressemble à un séisme classique dans la mesure où il y a libération d’énergie le long d’une zone de faille, mais cette libération d’énergie se fait sur des semaines ou des mois, alors que pour un séisme classique c’est une affaire de secondes. Les systèmes GPS renseignent sur le déplacement du sol.

Les séismes sur les zones de subduction.

Parfois, le mouvement des plaques n’est pas lent, mais soudain et rapide, ce qui provoque des séismes. De puissants séismes peuvent se produire après que deux plaques soient restées bloquées pendant longtemps, des siècles ou des millénaires. Au cours de ce laps de temps de blocage très long, il s’accumule suffisamment de contraintes et d’énergie le long de la faille jusqu’au moment où une rupture se produit. Les plaques se déplacent alors rapidement l’une contre l’autre en provoquant un séisme.

Un déplacement lent des plaques peut-il provoquer un séisme majeur ?

Les déplacements lents des plaques tectoniques se produisent souvent en limite de plaques dans des zones où se déclenchent les séismes classiques. Les scientifiques cherchent à savoir dans quelle mesure un déplacement lent des plaques peut contribuer à augmenter les contraintes dans la zone de blocage entre deux plaques et si cela peut avoir une influence sur les ruptures de plaques qui déclenchent les puissants séismes.

Le jour où les scientifiques parviendront à comprendre la relation entre le déplacement lent des plaques et le déclenchement des séismes, un grand pas aura été franchi dans le domaine de la prévision sismique. Il est utile de noter que de nombreux déplacements lents de plaques en Nouvelle Zélande n’ont pas déclenché de puissants séismes.

Sur le document, au bout de 2’58’’, on nous montre sur une carte une importante zone de blocage qui recouvre la partie centrale et inférieure de l’Ile du Nord de la Nouvelle Zélande. C’est là que s’accumulent les contraintes et l’énergie susceptibles de provoquer un nouveau séisme à l’avenir. A proximité de cette zone, on peut en voir une autre où se produit un déplacement lent des plaques.

C’est le rôle de GNS Science d’étudier ces phénomènes qui se produisent en Nouvelle Zélande, mais aussi ailleurs dans le monde.

Capture d’écran de trois images de la vidéo. Elles illustrent le frottement des plaques tectoniques, leur blocage, et l’accumulation de contraintes et d’énergie (Source : GNS Science).