Catégorie : Science

Les secrets des prismes volcaniques // The secrets of volcanic prisms

Une nouvelle étude réalisée par des scientifiques de l’Université de Liverpool a identifié la température à laquelle le magma en phase de refroidissement se fracture pour former des colonnes géométriques telles que celles, bien connues, de la Chaussée des Géants en Irlande du Nord et de Devils Tower aux États-Unis.
Les colonnes géométriques sont présentes dans de nombreux types de roches volcaniques et se forment au fur et à mesure que la roche se refroidit et se contracte, en donnant naissance à un ensemble régulier de prismes ou de colonnes polygonales. Ces formations géologiques sont particulièrement étonnantes et ont donné naissance à de nombreuses et belles légendes. Celle sur la Chaussée des Géants figure dans le livre Mémoires Volcaniques que j’ai écrit conjointement avec Jacques Drouin (voir la colonne de droite de ce blog).
Les géologues ont longtemps voulu savoir à quelle température le magma en cours de refroidissant façonne ces colonnes aux formes régulières. Dans un article publié dans Nature Communications, des chercheurs de la School of Environmental Sciences de l’Université de Liverpool ont mis sur pied un nouveau type de manipulation visant à montrer comment, à mesure que le magma se refroidit, il se contracte et accumule des contraintes au point de se fracturer. L’étude a été réalisée sur des colonnes basaltiques du volcan Eyjafjallajökull en Islande.
Les scientifiques ont mis au point un nouvel appareil permettant à la lave en cours de refroidissement et maintenue dans une presse, de se contracter et de se fissurer pour former une colonne. Ces expériences ont démontré que la roche se fracture lorsqu’elle refroidit entre 90 et 140°C, en dessous de la température à laquelle le magma se cristallise, ce qui correspond à environ 980°C pour les basaltes. Cela signifie que les joints entre les colonnes basaltiques de la Chaussée des Géants et de Devils Tower, entre autres, se sont formés vers 840-890°C. Autrement dit, l’étude révèle que les prismes se forment lorsque le magma est encore très chaud mais après qu’il se soit solidifié. Les expériences en laboratoire démontrent clairement le rôle joué par la contraction thermique dans l’évolution des roches en phase de refroidissement et la formation des fractures.
Selon un scientifique de l’Université de Liverpool qui a participé à l’étude, il est très important de connaître le moment auquel le magma en cours de refroidissement se fracture, car il déclenche la circulation des fluides dans le réseau de fractures. L’écoulement des fluides contrôle le transfert de chaleur dans les systèmes volcaniques, ce qui peut être exploité pour la production d’énergie géothermique. Les résultats de l’étude ouvrent donc la voie à  d’importantes applications pour la recherche en volcanologie et en géothermie. Qui plus est, il est essentiel de comprendre comment le magma et les roches en cours de refroidissement se contractent et se fracturent afin de comprendre la stabilité des édifices volcaniques ainsi que le transfert de chaleur à l’intérieur de la Terre. Les résultats de l’étude ont mis en lumière les pertes de fluides de refroidissement observées par les ingénieurs islandais lors de forages dans des roches volcaniques à des températures dépassant 800 ° C. Une telle perte de fluides de refroidissement dans cet environnement n’était pas prévue, mais la dernière étude suggère qu’une contraction substantielle des roches chaudes a pu ouvrir des fractures suffisamment importantes pour permettre l’évacuation des boues de refroidissement par le trou de forage en, Islande.
Source: Université de Liverpool.

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A new study by scientists at the University of Liverpool has identified the temperature at which cooling magma cracks to form geometric columns such as those found at the Giant’s Causeway in Northern Ireland and Devils Tower in the USA.
Geometric columns occur in many types of volcanic rocks and form as the rock cools and contracts, resulting in a regular array of polygonal prisms or columns. These columnar joints are amongst the most amazing geological features on Earth and in many areas, they have inspired mythologies and legends. The one about the Giant’s Causeway is told in the book Mémoires Volcaniques I wrote together with Jacques Drouin (see right-hand column of this blog).
One of the most enduring and intriguing questions facing geologists has been the temperature at which cooling magma forms these columnar joints. In a paper published in Nature Communications, researchers and students at the University of Liverpool’s School of Environmental Sciences designed a new type of experiment to show how as magma cools, it contracts and accumulates stress, until it cracks. The study was performed on basaltic columns from Eyjafjallajökull volcano in Iceland.
The scientists designed a novel apparatus to permit cooling lava, gripped in a press, to contract and crack to form a column. These new experiments demonstrated that the rocks fracture when they cool about 90 to 140°C, below the temperature at which magma crystallises into a rock, which is about 980°C for basalts. This means that columnar joints exposed in basaltic rocks, as observed at the Giant’s Causeway and Devils Tower, amongst others, were formed around 840-890°C. In a nutshell, the study revealed that the prisms form when the magma was hot, but after it solidified. The laboratory experiments clearly demonstrate the power and significance of thermal contraction on the evolution of cooling rocks and the development of fractures.
According to one scientist in the Liverpool group, knowing the point at which cooling magma fractures is critical, as it initiates fluid circulation in the fracture network. Fluid flow controls heat transfer in volcanic systems, which can be harnessed for geothermal energy production. So the findings have tremendous applications for both volcanology and geothermal research. What is more, understanding how cooling magma and rocks contract and fracture is central to understand the stability of volcanic constructs as well as how heat is transferred in the Earth. The findings shed light on the enigmatic observations of coolant loss made by Icelandic engineers as they drilled into hot volcanic rocks in excess of 800°C; the loss of coolant in this environment was not anticipated, but the latest study suggests that substantial contraction of such hot rocks would have opened wide fractures that drained away the cooling slurry from the borehole in Iceland.
Source: University of Liverpool.

 

Illustration du processus de fracturation et de formation des colonnes basaltiques(Source: Université de Liverpool)

Chaussée des Géants (Irlande du Nord)

Devils Tower: De la science à la légende…

Photos: C. Grandpey

Des volcans sous-marins au large de la Tasmanie // Seamounts off the coast of Tasmania

Selon la chaîne de télévision Fox News, des scientifiques ont découvert un étonnant « monde volcanique perdu » au large des côtes de la Tasmanie, État insulaire situé à 240 km au sud de l’Australie dont il dépend et dont il est séparé par le détroit de Bass.
Les chercheurs se trouvaient à bord du navire Investigator de l’Organisation de recherches scientifiques et industrielles du Commonwealth (CSIRO). Ils ont découvert le site en cartographiant les fonds marins à 400 km à l’est de la Tasmanie.
La chaîne de volcans sous-marins, qui a été repérée dans les eaux profondes, a donné l’impression d’un monde sous-marin spectaculaire. Les scientifiques indiquent que les édifices volcaniques s’élèvent à 2 960 mètres au-dessus du plancher océanique, mais les plus hauts sommets sont encore à 1970 mètres sous la surface de la mer. Ils présentent différentes tailles et formes ; certains ont des sommets pointus tandis que d’autres présentent de vastes plateaux parsemés de petites collines coniques qui ont probablement été formées par une activité volcanique ancienne.
La région regorge également de vie marine. Alors que le vaisseau Invertigator se trouvait au-dessus de la chaîne de volcans sous-marins, un grand nombre de baleines à bosse et de globicéphales noirs sont venus nager autour de la coque. Les scientifiques estiment qu’au moins 28 baleines à bosse étaient présentes autour du navire un jour, suivies d’un groupe de 60 à 80 globicéphales noirs le lendemain. Il y avait également un grand nombre d’oiseaux de mer dans la région, y compris quatre espèces d’albatros et quatre espèces de pétrels.
Selon les chercheurs, les volcans sous-marins pourraient constituer une halte importante pour certains animaux migrateurs, en particulier les baleines, au cours de leur migration entre leur zone de reproduction hivernale et leur aire d’alimentation estivale.
De nouveaux relevés seront effectués dans la région au cours de missions prévues en novembre et décembre et dont le but est de jeter un nouvel éclairage sur les profondeurs de l’océan. En 2013, les scientifiques ont déjà publié les résultats d’une autre étude dans laquelle ils analysaient les sédiments des fonds marins au large des côtes du Pérou. L’étude a révélé qu’une vaste gamme de microbes se développait dans les profondeurs, sous le plancher océanique.
Source: Fox News.

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According to the Fox News TV channel, scientists have discovered a stunning volcanic ‘lost world’ off the coast of Tasmania. Tasmania is an island state of Australia located 240 km to the south of the Australian mainland from which it is separated by the Bass Strait.

Experts onboard the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), vessel Investigator discovered the site while mapping the seafloor 400 kilometres east of Tasmania.

The chain of seamounts’ was spotted in deep water, offering the first glimpse of a spectacular underwater world. Scientists say that the mountains rise up to 2960 metres from the seafloor, but the highest peaks are still 1970 metres beneath the waves. The seamounts vary in size and shape, with some having sharp peaks while others have wide flat plateaus, dotted with small conical hills that were probably formed by ancient volcanic activity.

The area is also teeming with marine life. While the vessel Investigator was over the chain of seamounts, the ship was visited by large numbers of humpback and long-finned pilot whales. Scientists estimated that at least 28 individual humpback whales were swimming around the ship on one day, followed by a pod of 60-80 long-finned pilot whales the next. There were aslo large numbers of seabirds in the area including four species of albatross and four species of petrel.

Research suggests that the seamounts may be an important stopping point for some migratory animals, particularly whales, which may use the undersea features to help navigation from their winter breeding to summer feeding grounds.

More surveys of the area will be conducted during research voyages scheduled for November and December. The research is the latest scientific project to shed new light on the ocean’s depths. In 2013, scientists released the results of a separate study that analyzed seafloor sediment off the coast of Peru. The study revealed a vast range of microbes thriving deep beneath the ocean floor.

Source: Fox News.

Source: Google Maps

Modélisation des volcans sous-marins (Source: CSIRO)

Une histoire de répliques // A story of aftershocks

Le 4 mai 2018, un puissant séisme de M 6,9 sur le flanc sud du Kilauea a secoué la Grande Ile d’Hawaii. C’est l’événement sismique le plus significatif enregistré à Hawaii depuis 43 ans. Aujourd’hui, plus de cinq mois plus tard, des séismes de magnitude moindre se produisent toujours dans le même secteur.
Pour mieux comprendre cette situation, il convient de garder à l’esprit que la plupart des séismes sont provoqués par le glissement ou le décrochement de morceaux de l’écorce terrestre le long d’un plan de failles. La surface et la distance de glissement sont à mettre en relation directe avec la libération d’énergie (autrement dit la magnitude) du séisme.
Le glissement ou le décrochement n’est pas uniforme lors d’un séisme majeur; en effet, certains éléments du morceau de plaque concerné bougent plus que d’autres, et certains ne bougent pas du tout. Cette inégalité de déplacement dans la croûte terrestre impose des contraintes plus importantes aux éléments de plaque qui ne se sont pas déplacés.
Au fur et à mesure que la croûte se réajuste avec le temps, ces contraintes plus importantes donnent naissance à de petits séismes baptisés «répliques», qui se produisent sur les plaques de faille adjacentes. On peut parfois avoir un effet d’avalanche jusqu’à l’atténuation des tensions provoquées par le séisme principal. En règle générale, les séismes principaux les plus importants entraînent des périodes de répliques plus importantes, plus nombreuses et plus longues. Les séquences de répliques peuvent durer de plusieurs jours à plusieurs siècles. Les secousses qui surviennent après un séisme majeur ne sont pas forcément moins puissantes. Statistiquement, il y a environ 5% de chances qu’un séisme plus puissant se produise dans la journée qui suit un séisme majeur. Si cela se produit, le séisme le plus important devient le séisme principal et le précédent est baptisé séisme précurseur
Pendant les périodes d’activité sismique intense, il n’y a aucun moyen de prévoir quel événement sera le séisme principal et quels autres événements seront des répliques. Ce classement est établi rétrospectivement.
Avant le début de l’éruption du Kilauea le 3 mai 2018 dans les Leilani Estates, le magma a migré et s’est frayé un chemin le long de l’East Rift Zone du volcan. Ce comportement du magma a exercé une pression sur le flanc sud et provoqué un glissement le long de la faille basale de l’île. Cela a provoqué des milliers séismes près de la côte et plus au large, dans l’Océan Pacifique.
La séquence d’événements sismiques la plus importante a débuté le 3 mai par un séisme de M 5.1 à 10 h 30 (heure locale). Le lendemain, à 11h32 le 4 mai, un événement de M 5,4 est devenu le séisme principal. Une heure plus tard, à 12h32, le véritable séisme principal de la séquence se produisit : Il s’agissait d’un séisme de M 6,9 qui a secoué l’île avec suffisamment d’intensité pour faire tomber des objets des étagères dans les magasins de Hilo. Il a également été ressenti dans tout l’État d’Hawaii et a provoqué un petit tsunami le long des côtes voisines.
La première réplique significative a eu lieu plus tard dans la journée, avec un séisme de M 5.3 enregistré à 15h37 (heure locale). Jusqu’à présent, 15 répliques de M 4.0 et plus, ainsi que des milliers d’événements de moindre intensité, ont eu lieu dans la séquence. La répartition de ces séismes sur une carte révèle une zone qui s’étend jusqu’au large des côtes sur environ 800 kilomètres carrés. On peut en déduire qu’il s’agit de l’ensemble de la zone de faille qui s’est rompue au cours de la séquence.
La relation statistique entre l’activité des répliques et le temps écoulé a été formulée pour la première fois par le sismologue Fusakichi Omori en 1894. Dans ce qu’on appelle maintenant la loi d’Omori, la formule donne une relation inverse entre la probabilité de répliques et le temps écoulé. En d’autres termes, plus le temps écoulé depuis le choc principal est long, moins il est probable qu’une réplique se produise. La formule d’Omori donne des informations sur le risque sismique en fonction des répliques. Dans le cas du séisme M 6.9 de 2018, la loi d’Omori prévoit une fréquence décroissante des répliques dans la région au cours de la prochaine année ou plus, y compris une faible probabilité de séisme de M 6.0 au cours de cette période.
Source: USGS / HVO.

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On May 4th, 2018, a powerful M 6.9 earthquake on the south flank of Kilauea Volcano shook Hawaii Big Island. It was the largest seismic event in Hawaii in 43 years. Today, more than five months later, smaller-magnitude earthquakes are still occurring in the same area.

To better understand this situation, one should bear in mind that most earthquakes are caused by patches of rock slipping along a fault plane within the Earth’s crust. The area and the distance of slip relate directly to the energy release (i.e. magnitude) of the earthquake.

Slip is not uniform during a major earthquake ; some patches move more than others, and some do not move at all. This unevenness in motion within the Earth’s crust puts higher stresses on the patches that did not move than on the ones that did.

As the crust readjusts with time, these higher stresses give way to smaller earthquakes, or “aftershocks,”that occur on adjacent fault patches. The effect can cascade in avalanche-like fashion until the stresses caused by the major earthquake – also called « mainshocks » – even out. Generally, larger mainshocks produce larger, more numerous, and longer periods of aftershock activity. Aftershock sequences can last from days to centuries. Not all earthquakes that happen after a major earthquake are smaller. Statistically, there is about a 5 percent chance that a larger earthquake will occur within a day after a major earthquake. If that happens, the larger earthquake gets labelled as the “mainshock,” and the previous one is instead labelled a “foreshock.”

During periods of intense seismic activity, there is no way to predict which earthquakes will be foreshocks, the mainshock, and aftershocks. These labels are applied retrospectively.

Prior to the 2018 Kilauea eruption that started in Leilani Estates on May 3rd, migrating magma pushed through the East Rift Zone of the volcano. This compressed the south flank and caused slip along the island’s basal fault, resulting in thousands of earthquakes near the coast and offshore.

The sequence of larger events started with an M 5.1 earthquake at 10:30 a.m. (local time) on May 3rd. A day later, at 11:32 a.m. on May 4th, an M 5.4 earthquake then claimed the titled as mainshock. One hour later, at 12:32 p.m., the eventual mainshock of the sequence occurred ; i twas the M 6.9 earthquake that rattled the island with enough intensity to knock items off the shelves in Hilo stores. It was also felt statewide and produced a modest tsunami along nearby coastlines.

The first large aftershock occurred later that day; it was an M 5.3 earthquake at 3:37 p.m. (local time). So far, 15 aftershocks of M 4.0 and higher, along with thousands of smaller events, have occurred in the sequence. Plotting these earthquakes on a map reveals an area that extends offshore and spans about 800 square kilometres. We can infer this as the total fault area that ruptured during the sequence.

The statistical relationship between aftershock activity and time was first formulated by seismologist Fusakichi Omori in 1894. In what is now known as Omori’s Law, the formula gives an inverse relationship between the probability of aftershocks and time. In other words, the longer the time since the mainshock, the less likely it is that an aftershock will occur. Omori’s formula helps inform aftershock seismic hazard assessment. In the case of the 2018 M 6.9 earthquake, Omori’s Law forecasts a decreasing frequency of aftershocks continuing in the area over the next year or more, including a small chance of a M 6.0 earthquake during that time.

Source: USGS / HVO.

Cette illustration présente la zone de rupture présumée (ligne pointillée blanche) du séisme de M 6,9 du 4 mai 2018, avec les événements précurseurs et les 10 premières journées de répliques. Cette zone présente une superficie d’environ 800 km2. La taille des cercles fait référence à la magnitude des séismes; la couleur indique leur profondeur. Les magnitudes des événements les plus significatifs sont indiquées. Le graphique en médaillon montre la réduction des répliques du 4 au 15 mai 2018. (Source : USGS / HVO).

Un projet fou pour l’Antarctique // Crazy project for Antarctica

La banquise fond, que ce soit dans l’Arctique ou l’Antarctique, à cause du réchauffement climatique. On associe inévitablement le phénomène à l’élévation du niveau des océans. Ce qui inquiète les scientifiques, ce ne sont pas les icebergs qui flottent à la surface de l’océan comme les glaçons dans un verre et ne contribuent pas à la hausse du niveau des mers. En revanche, la situation des plateformes glaciaires est plus inquiétante, car elles sont rongées par en dessous par les remontées d’eau chaude.

Afin d’essayer de lutter contre ce phénomène, une équipe de chercheurs a proposé un plan complètement fou visant à limiter la fonte des glaciers de l’Antarctique et du Groenland. L’idée, qui se présente aujourd’hui comme “le plus grand projet de génie civil de l’histoire de l’humanité” serait de construire une structure de soutien directement sous les glaciers pour les empêcher de s’effondrer. Selon l’article paru dans la revue Cryosphere,  ce type «d’intervention sur la calotte glaciaire d’aujourd’hui serait à la limite des capacités humaines. Les chercheurs font toutefois remarquer qu’il y a «suffisamment de glace empilée sur l’Antarctique pour élever les mers du globe de près de 60 mètres».

Pour leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur le Glacier Thwaites, l’un des plus imposants de l’Antarctique, mais aussi l’un des plus fragiles. À lui seul, il a le potentiel d’augmenter le niveau de la mer d’environ trois mètres.

Deux méthodes sont proposées. La première consiste à soutenir le glacier avec une série de monticules sur environ 300 mètres, par-dessous. Dans ce cas, les eaux plus chaudes pourraient encore venir se frotter au glacier, mais cette structure aurait au moins la capacité de l’empêcher de s’effondrer. Avec cette méthode, les chercheurs estiment qu’il y a 30% de chance que le glacier ne s’effondre pas au cours des 1000 prochaines années.

La seconde approche est plus compliquée. Elle consiste à construire un mur sous le glacier, ce qui empêcherait l’eau chaude venue des bas-fonds de se frotter à la glace. Les chances de réussite sont ici estimées à 70%, toujours pour les 1000 prochaines années.

Les idées proposées sont en théorie potentiellement faisables sur le plan technique, en sachant que leur mise en oeuvre serait difficile à cause des conditions climatiques et induirait forcément une pollution de l’environnement. De plus, les deux méthodes, aussi bonnes soient les intentions, reviendraient à mettre un pansement sur une jambe de bois. Elles ne régleront pas le problème du réchauffement climatique. La vraie solution ne réside pas de ce genre de projet loufoque. Elle consiste à s’attaquer directement à la source du problème, à la cause du réchauffement climatique en limitant les émissions de gaz à effet de serre, mais nos gouvernements semblent encore bien frileux et de véritables mesures d’envergure n’ont pas été prises. .

Source : SciencePost, The Cryosphere.

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The sea ice is melting, whether in Arctic or Antarctic, because of global warming. The phenomenon is inevitably associated with rising sea levels. What worries scientists is not the icebergs that float on the ocean’s surface like ice cubes in a glass and do not contribute to rising sea levels. What worries them is the situation of the ice shelves because they are gnawed from below by the upwelling of warm water.
In an attempt to combat this phenomenon, a team of researchers proposed a completely crazy plan to limit the melting of glaciers in Antarctica and Greenland. The idea, which is supposed to be « the greatest civil engineering project in the history of humanity » would be to build a support structure directly under the glaciers to prevent them from collapsing. According to the article in the journal Cryosphere, this type of « intervention on the icecap would be at the limit of today’s human capabilities. The researchers note, however, that there is « enough ice piled up on the Antarctic continent to raise the seas by as much as 60 metres. »
For their study, the researchers focused on the Thwaites Glacier, one of the largest in Antarctica, but also one of the most fragile. On its own, it has the potential to raise the sea level by about three metres.

Two methods are proposed. The first is to support the glacier with a series of mounds about 300 metres below. In this case, the warmer waters could still come to erode the glacier, but this structure would at least have the capacity to prevent it from collapsing. With this method, researchers estimate that there is a 30% chance that the glacier will not collapse over the next 1000 years.
The second approach is more complicated. It consists in building a wall under the glacier, which would prevent the warm water coming from the shallows from rubbing the ice. The chances of success are here estimated at 70%, still for the next 1000 years.
The proposed ideas are in theory potentially technically feasible, knowing that their implementation would be difficult because of weather conditions and would necessarily lead to environmental pollution. Moreover, the two methods, even though the intentions are good, would be like putting a bandage on a wooden leg. They will not solve the problem of global warming. The real solution does not lie with this kind of crazy project. The problem should be addressed directly at the source, namely by limiting greenhouse gas emissions. But our governments still seem reluctant to take real, far-reaching measures. . .
Source: SciencePost, The Cryosphere.

Source: The Cryosphere.