Catégorie : Science

Séismes et éruptions volcaniques // Earthquakes and volcanic eruptions

A l’issue de ma conférence « Volcans et risques volcaniques », les gens me demandent souvent s’il existe un lien entre les séismes et les éruptions volcaniques. Je réponds que dans certaines circonstances, on a cru voir un lien et que, dans d’autres, le lien était loin d’être évident. Cependant, j’insiste sur le fait que la sismicité est présente avant une éruption car le magma provoque une fracturation des roches pendant son ascension et cette fracturation est enregistrée par les sismomètres.
Les séismes d’origine tectonique – provoqués par les mouvements des plaques, en particulier dans les zones de subduction – font partie des phénomènes naturels les plus impressionnants sur Terre. Rien d’étonnant à ce qu’ils soient parfois associés au déclenchement des éruptions volcaniques. Les volcans sont souvent situés dans des régions sismiques comme la célèbre Ceinture de Feu du Pacifique. On y enregistre 90% des séismes et on y rencontre 75% de tous les volcans actifs de la planète. Les éruptions et les tremblements de terre ont souvent lieu à peu près au même moment; Cependant, on ne peut affirmer qu’il existe un lien direct entre un séisme et une éruption qui a eu lieu peu de temps après le premier événement. Le volcan était peut-être déjà sur le point d’entrer en éruption, ou bien il était déjà en éruption depuis longtemps.
Des études récentes laissent supposer qu’il pourrait exister un lien entre les séismes et les éruptions volcaniques dans certaines situations. Par exemple, un article paru en 1993 établit un lien entre un séisme de magnitude M 7,3 en Californie et des manifestations volcaniques et géothermales observées immédiatement après. Une étude publiée en 2012 estime qu’un séisme de magnitude M 8,7 au Japon en 1707 a entraîné la pénétration du magma dans une chambre peu profonde du Mont Fuji et déclenché une puissante explosion du volcan 49 jours plus tard. Le séisme de magnitude M 7,2 survenu le 29 novembre 1975 sur le Kilauea à Hawaii a été rapidement suivi d’une éruption de courte durée.

Cependant, il existe d’autres cas où un séisme majeur n’a pas été suivi d’une éruption. L’un des meilleurs exemples se situe au Japon en 2011. Les scientifiques japonais craignaient que le puissant séisme de Tohoku (magnitude M 9.1) le 11 mars 2011 réveille le Mont Fuji, ce qui ne s’est jamais produit!
A l’heure actuelle, les mécanismes de déclenchement des séismes ne sont pas bien compris, et les documents reliant les tremblements de terre à des éruptions ne s’appuient que sur des spéculations. Il est possible que le timing dans tous les exemples mentionnés ci-dessus soit juste une coïncidence. Les géologues doivent avant tout comprendre le déclenchement des séismes et exclure toute intervention du hasard avant d’établir un lien entre séismes et éruptions.

Parfois, il est fait référence à l’histoire pour montrer la corrélation entre les séismes et les éruptions volcaniques. Un document publié en 2009 a utilisé des données historiques pour montrer qu’il existe une relation entre un séisme de M 8,0 au Chili et un nombre d’éruptions en nette hausse sur certains volcans situés à une distance pouvant aller jusqu’à 500 km. Le problème est que de telles données historiques ne sont pas vraiment fiables. En effet, les grands séismes et les grandes éruptions volcaniques sont des événements relativement peu fréquents, et les scientifiques ne disposent pas d’un recul suffisant. Les archives fiables n’existent que depuis un demi-siècle ou un peu plus, selon les régions.
Dans le passé, les données provenaient de récits de voyages et de journaux de bord assez ambigus. Ainsi, en 1840, Darwin a recueilli des informations fournies par des témoins oculaires et relatives à des modifications mineures survenues sur des volcans chiliens à la suite du puissant séisme de 1836. Au final, en lisant les écrits de Darwin, on ignore si des éruptions ont eu lieu.
Des simulations ont été réalisées en laboratoire en 2016 et 2018 pour tenter de comprendre le comportement du magma dans la chambre magmatique et voir si ce comportement pourrait éventuellement déclencher des séismes. Cependant, aucune corrélation réelle entre les séismes et les éruptions volcaniques n’est ressortie de ces expériences.
Adapté d’un article de 2018 dans le National Geographic.

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During my conference “Volcanoes and volcanic risks”, people often ask me whether there is a link between earthquakes and volcanic eruptions. I answer that on some occasions there appears to be some link and in other circumstances the link is far from clear. However, I insist that seismicity is always linked to an eruption and present before the event as magma causes the fracturing of rocks during its ascent and this fracturing is recorded by the seismometers.

Tectonic earthquakes – caused by the movement of plates, especially in subduction zones – are among the most powerful natural phenomena on the planet. It’s no surprise that they are sometimes suspected of being able to trigger volcanic eruptions. Earth’s volcanoes are often located in seismic parts of the world like the well-known Ring of Fire around the Pacific Ocean. This area hosts 90 percent of the world’s recorded earthquakes and 75 percent of all active volcanoes. Eruptions and earthquakes are often taking place at roughly the same time; however, you can’t automatically assume that there’s a connection between a given quake and a subsequent eruption. The volcano may have already been preparing to erupt, or it is already been erupting for a long time.

Recent studies suggest that a connection could potentially exist between earthquakes and volcanic eruptions in certain situations. For instance, a 1993 paper links an M 7.3 quake in California to volcanic and geothermal rumblings immediately afterward. And a 2012 study reckons that an M 8.7 earthquake in Japan in 1707 forced deeper magma up into a shallow chamber, triggering a huge blast at Mount Fuji 49 days later. There was also the M 7.2 earthquake on Hawaii’s Kilauea volcano on November 29th, 1975, which was quickly followed by a short-lived eruption.

However, there are other examples showing that a major earthquake has not been followed by an eruption. One of the best example was in Japan in 19 when Japanese scientists feared the powerful M 9.1 Tohoku earthquake on March 11th, 2011 might wake up Mount Fuji, which it never did!

The triggering mechanisms for earthquakes are not well understood, and papers linking quakes to later eruptions can really only speculate. It is quite possible that the timing in all these examples was just a coincidence. Geologists must understand the specific triggering and rule out chance before a connection can be definitively made.

Sometimes, reference is made to history to show the correlation between earthquakes and volcanic eruptions. A 2009 paper used historical data to show that that M 8.0 quakes in Chile are associated with significantly elevated eruption rates in certain volcanoes as far as 500 kilometres away. The problem is that these sorts of historical data are not really reliable. Indeed, major earthquakes and large volcanic eruptions are both relatively infrequent events, and scientists have only been reliably keeping these records for the last half century or more, depending on the region.

Many data points in the past come from fairly ambiguous news reports and journal entries. For instance, in 1840, Darwin gathered eyewitness information on some minor changes at Chilean volcanoes following the powerful quake there in 1836. However, it is unclear if any eruptions took place.

Simulations were performed in laboratory in 2016 and 2018 to try and understand magma behaves within the chamber and how this behaviour might eventually trigger earthquakes. However, no real correlation between earthquakes and volcanic eruptions came out of these experiments.

Adapted from a 2018 article in the National Geographic.

La Ceinture de Feu du pacifique, une zone sismique et volcanique très active (Source: Wikipedia)

Le Mont Fuji, un volcan sous surveillance (Crédit photo: Wikipedia)

L’éruption mystère des Champs Phlégréens (Italie) // The mystery eruption of the Phlegrean Fields (Italy)

Les Campi Flegrei – Champs Phlégréens en français – sont considérés comme l’un des volcans les plus dangereux sur Terre, d’autant plus qu’il se situe à la périphérie de Naples, dans une région densément peuplée. Les Champs Phlégréens forment une vaste caldeira de 13 km de large au sein de laquelle on trouve de nombreux anneaux de tuf phréatique et des cônes pyroclastiques. La région est bien connue pour ses épisodes bradysismiques qui se caractérisent par des soulèvements et des affaissements du sol. On peut parfaitement voir les signes de ce phénomène sur les colonnes du temple de Sérapis à Pouzzoles. La dernière éruption des Champs Phlégréens a eu lieu en 1528.
Dans une récente étude publiée dans la revue Geology, des chercheurs de l’Université d’Oxford ont fait remonter aux Champs Phlégréens une éruption préhistorique de grande envergure qui avait recouvert de cendre la Méditerranée il y a 29 000 ans. Ce qui est intéressant, c’est que les recherches ont réduit considérablement l’intervalle de temps qui sépare les éruptions de ce volcan.
L’étude britannique situe le moment de cette éruption majeure entre deux éruptions bien connues des Champs Phlégréens, il y a 15 000 et 40 000 ans. Depuis la fin des années 1970, les scientifiques ont identifié une couche de cendre volcanique préhistorique dans des carottes de sédiments extraites de sites couvrant une superficie de 150 000 km2 en Méditerranée centrale. Cette couche de cendre indique clairement qu’une grande éruption volcanique a eu lieu. Bien que la région soit bien connue pour ses nombreux volcans actifs, tels que le Vésuve, les scientifiques n’avaient encore pas réussi à faire correspondre cette couche de cendre plus ancienne et plus étendue à un volcan ou une éruption spécifique.
Les chercheurs de l’Université d’Oxford ont identifié un dépôt de matériaux  riche en cendre dans la ville de Naples, produit par les Champs Phlégréens, et dont la composition chimique correspond à la couche de cendre préhistorique identifiée dans la région méditerranéenne.
Les scientifiques ont éprouvé des difficultés pour attribuer de manière irréfutable ces retombées de cendre aux Champs Phlégréens car il y existait peu de preuves d’une importante éruption à proximité du volcan. Cela est dû en partie au fait qu’une puissante éruption plus récente avait enseveli la région de Naples sous une épaisse couche de cendre qui dissimulait en grande partie les preuves de cet événement plus ancien. En établissant un lien entre l’épaisseur des dépôts de cendre trouvés à Naples et ceux conservés dans des carottes de sédiments prélevées en Méditerranée centrale, il a été possible d’apporter des preuves sur l’envergure de cette éruption majeure.
L’étude montre l’importance de prendre en compte les retombées de cendre retombées à une grande distance du volcan lorsque l’on essaye de retrouver le moment et l’ampleur des éruptions explosives du passé.
Source: Université d’Oxford, The Watchers.

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The Campi Flegrei – or Phlegrean Fields – are considered as one of the most dangerous volcanoes in the world, all the more as they are located on the outskirts of Naples, in a densely populated area. The Phlegran Fields form a large 13-km-wide caldera that contains numerous phreatic tuff rings and pyroclastic cones. The region is well known for its bradyseismic episodes characterised by dramatic uplift and subsidence of the ground. Signs of thesde events can be clearly seen on the columns of Temple of Serapis in Pozzuoli. The last eruption of this volcano took place in 1528.

In a recent study published in the journal Geology, University of Oxford researchers have traced the origin of a large-scale pre-historic eruption that blanketed the Mediterranean region in ash 29 000 years ago to the Phlegrean Fields volcano. What is interesting is that the research drastically reduces the volcano’s eruption recurrence interval.

This research positions the timing of this large-scale eruption between two well-known large-scale eruptions of the volcano, at 15 000 and 40 000 years ago, drastically reducing the recurrence interval of large magnitude eruptions at the volcano.

Since the late 1970s scientists have identified the same pre-historic volcanic ash layer in sediment cores extracted from sites ranging across 150 000 km2 of the central Mediterranean. This widespread ash layer clearly indicated a large volcanic eruption. Although the region is well known for its many active volcanoes, such as Mount Vesuvius, scientists had failed to confidently match this older, far-ranging ash deposit to a specific volcano or eruption.

The University of Oxford reserachers have identified an ash rich-eruption deposit within the city of Naples which was produced by the Phlegean Fields and has a chemical composition that matches the prehistoric ash layer traced across the Mediterranean region.

It was difficult to reliably attribute this major ashfall event to the Phlegean Fields because there was limited evidence for a large eruption close to the volcano. This was in part because a more recent large-scale eruption of the volcano buried the Naples area in a thick ash deposit, largely concealing the evidence of this older event. By linking the thickness of the ash deposits found in Naples, to those preserved in cores from across the central Mediterranean, the model was able to demonstrate and provide important constraints on the size of this large magnitude eruption.

The study also highlights the importance of considering ashfall events preserved well away from the volcano when reconstructing the timing and scale of past explosive eruptions.

Source : University of Oxford, The Watchers.

Zone des Champs Phlégréens (Source: Wikipedia)

L’ours de Gobi victime du réchauffement climatique // The Gobi bear, a victim of climate change

On estime qu’il y a moins de 50 ours de Gobi sur Terre. En mai 2018, un chercheur à la retraite du Department of Fish and Game – office de la pêche et de la chasse – en Alaska s’est rendu dans le désert de Gobi, en Mongolie, pour participer au Gobi Bear Project qui contribue à la conservation et la protection de l’ours le plus menacé au monde.
L’ours de Gobi est une sous-espèce d’ours brun qui vit dans le désert de Gobi. Les plantigrades sont beaucoup plus petits que leurs homologues nord-américains. Le plus gros ours de Gobi jamais capturé pesait 120 kilogrammes, tandis qu’un grizzly peut peser jusqu’à 680 kilogrammes. Les ours de Gobi ont une fourrure rougeâtre avec des reflets dorés qui les fait un peu ressembler à des golden retrievers. .
La diminution de la population d’ours de Gobi est due au changement climatique. Le désert de Gobi recevait généralement environ 18 centimètres de pluie par an, mais dernièrement, il n’en recevait plus que 2,5 centimètres. Il n’y a pas d’ours de Gobi en captivité. Les animaux sont connus sous le nom de Mazaalai en Mongolie.
Le chercheur alaskien a dû faire face à un certain nombre de difficultés sur le terrain. Par exemple, ses compagnons parlaient peu ou pas l’anglais, les cabanons d’observation étaient en mauvais état et l’environnement nu et aride n’était pas vraiment adapté à la pose de pièges destinés à récupérer des poils d’ours. Pour compliquer davantage la situation, le chercheur ne pouvait pas installer son matériel à proximité de stations d’alimentation car les chercheurs du Gobi Bear Project avaient émis l’hypothèse que les ours mâles écartaient les femelles des sites d’alimentation.
Le chercheur alaskien avait accepté de participer au projet car il voulait contribuer à la recherche de preuves génétiques de la présence éventuelle de femelles inconnues des chercheurs. En effet, un décompte récent avait révélé la présence de 16 mâles pour seulement 9 femelles. Les chercheurs espèrent que ces statistiques ont oublié des femelles tenues à l’écart des sites d’alimentation par les mâles.
À l’aide de broussailles et de roches qu’il avait récupérées, le chercheur de l’Alaska a mis en place des pièges afin de pouvoir récupérer suffisamment de poils qui permettraient à des chercheurs canadiens d’analyser l’ADN et déterminer si et quand les ourses ont eu des petits. L’équipe scientifique a également essayé de placer différents leurres avec différentes odeurs pour comprendre ce qui plaît aux ours. Jusqu’à présent, les résultats étaient inconnus, mais le dernier voyage dans le désert de Gobi pourrait apporter des informations intéressantes.
Malgré la rareté des ours de Gobi, il y a une note positive: les ours se reproduisent encore et les femelles donnent naissance à des oursons.
Source: Juneau Empire.

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It is estimated there are fewer than 50 Gobi bears on the planet. A retired bear researcher for the Alaska Department of Fish and Game, went to the Gobi Desert in Mongolia in May 2018 to assist with the Gobi Bear Project, an organization that helps promote conservation and protection of the world’s most endangered bear.

Gobi bears are a subspecies of brown bear that live in the Gobi Desert. They are considerably smaller than their North American counterparts. The largest one ever caught weighed 120 kilograms, while a brown bear can weigh up to 680 kilograms. Gobi bears have a fuzzy, reddish fur that makes them look a bit like golden retrievers.

The dwindling population is because of climate change. The Gobi Desert typically gets about 18 centimetres of rain annually, but lately that has decreased to 2.5 centimetres. There are no Gobi bears in captivity. The animals are known as Mazaalai in Mongolian.

The Alaskan researcher had to contend with companions who spoke little or no English, uncomfortable outhouses and finally an arid, bare environment not ideally suited for his hair-catching traps. To further complicate the situation, the researcher could not set his devices up near bear-feeding stations that provide food pellets to bears because Gobi Bear Project researchers hypothesized male bears were keeping females from the feeders.

A large reason for the researcher’s involvement for the program was to assist in finding genetic evidence of whether there are female bears unknown to researchers. A recent count came up with 16 males to only 9 females, and researchers are hopeful those lopsided tallies omitted females kept away from the feeders.

Using scavenged brush and rocks, the Alaskan researcher set up traps that should be able to catch enough hair to allow researchers in Canada to analyze DNA and determine if and when female bears have had cubs. The team also experimented with placing different lures and scents out to find out what appeals to the bears. Up to now this was unknown, but the recent trip in the Gobi desert might yield some interesting results.

Despite the absolute scarcity of Gobi bears, there is one positive note: The bears are still reproducing and the females have cubs.

Source: Juneau Empire.

Ours de Gobi (Crédit photo: Wikipedia)

Pour en savoir plus sur les ours:

Un nouveau type de volcan découvert sous les Bermudes // Discovery of a new type of volcano beneath Bermuda

Selon une étude dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature, un volcan situé sous les Bermudes s’est formé d’une manière jamais observée auparavant. Il semble avoir été créé par des matériaux en provenance de la zone de transition située entre le manteau supérieur et le manteau inférieur. Elle se trouve entre 400 et 640 kilomètres sous la surface de la Terre et est riche en eau, en cristaux et en roches fondues.
Les volcans se forment généralement lorsque les plaques tectoniques se rencontrent dans un processus de subduction ou d’accrétion, ce qui génère des fractures à la surface de la Terre par lesquelles le magma peut s’échapper. Les volcans peuvent également se former au niveau de «points chauds», comme à Hawaii.
Les chercheurs viennent de découvrir que les volcans peuvent également se former lorsque du matériau remonte de la zone de transition. Les auteurs de l’étude estiment qu’il s’est produit une perturbation dans la zone de transition, ce qui a entraîné une fonte des matériaux de cette couche et leur remontée vers la surface.
Quand ils ont fait leur découverte, les chercheurs analysaient un volcan en sommeil au fond de l’Océan Atlantique et responsable de la formation des Bermudes. Ils examinaient la composition chimique d’une carotte de 780 mètres; en analysant sa composition, ils pensaient pouvoir construire une image de l’histoire volcanique des Bermudes.
Avant cette étude, on pensait que les Bermudes étaient le résultat d’une anomalie thermique profonde dans le manteau terrestre, mais il n’existait aucune donnée directe venant confirmer cette hypothèse. Cela est dû au fait que l’édifice volcanique est complètement recouvert de calcaire. Les scientifiques s’attendaient à découvrir que le volcan était le fruit d’un panache mantellique, comme à Hawaï, mais ce n’est pas ce qu’ils ont trouvé. Les mesures effectuées à partir de l’échantillon mentionné précédemment ne correspondaient à rien de connu, ce qui laisait supposer que la lave provenait d’une source non identifiée jusqu’à présent.
Les échantillons contenaient des signatures de la zone de transition. Comparés à ceux prélevés dans les zones de subduction, il y avait plus d’eau emprisonnée dans les cristaux. On sait que la zone de transition contient d’énormes quantités d’eau. Selon une étude précédente, il y a trois fois plus d’eau dans cette région de la Terre que dans tous les océans du monde.
Les modèles numériques développés par l’équipe scientifique indiquent qu’une perturbation dans la zone de transition a provoqué la remontée des matériaux vers le surface. Le phénomène aurait eu lieu il y a environ 30 millions d’années et a mis en place le socle sur lequel reposent les Bermudes aujourd’hui. C’est la première fois que des scientifiques découvrent que les volcans peuvent se former de la sorte, dans la zone de transition située au cœur du manteau terrestre.
Source: Newsweek.

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According to a study whose findings have been published in the journal Nature, a volcano beneath Bermuda formed in a way that has never been seen before. It appears to have been created by material rising up from the transition zone, the region between the upper and lower mantle. It extends between 400 and 640 kilometres beneath the surface of the planet and is rich in water, crystals and melted rock.

Volcanoes usually form when the tectonic plates are pushed together in a subduction process or pull apart, producing a crack in Earth’s surface where magma can escape. They can also form at “hotspots,” like in Hawaii.

Now, researchers have found volcanoes can also form when material moves up from the transition zone. The authors of the study believe there was a disturbance in the transition zone that forced the material in this layer to melt and move up towards the surface.

The researchers were analyzing a now dormant volcano beneath the Atlantic Ocean that was responsible for the formation of Bermuda. They were looking at the chemical composition of a 780-metre core sample; by understanding its makeup they thought they could build a picture of Bermuda’s volcanic history.

Before this study, Bermuda had been interpreted as the result of a deep thermal anomaly in the Earth’s mantle, but there was no direct data to support this. This is due to the fact that the volcanic edifice is completely covered by limestone. The scientists were expecting to show that the volcano was a mantle plume formation like Hawaii. Actually, this was not what they found. The measurements taken from the core sample were unlike anything seen before, suggesting the lava came from a previously unidentified source.

The samples contained signatures from the transition zone. Compared to samples taken from subduction zones, there was more water trapped in the crystals. The transition zone is known to contain vast quantities of water, a previous study calculated there is three times as much water in this region of Earth than is present in all the world’s oceans.

Numerical models developed by the team indicate a disturbance in the transition zone forced the material up. This is thought to have taken place about 30 million years ago and provided the foundation that Bermuda sits on today. This is the first time scientists have found a clear indication from the transition zone deep in the Earth’s mantle that volcanoes can form this way.

Source : Newsweek.

 Illustration montrant comment le volcan s’est formé. Wendy Kenigsberg / Clive Howard – Université Cornell, modifiée par Mazza et al. (2019)