Catégorie : Science

Histoire d’eau et de magma sur la planète Mars // About water and magma on Mars

Des scientifiques de l’Université d’Arizona ont expliqué en 2018 qu’il pourrait y avoir de l’eau liquide sous la calotte glaciaire du pôle sud de la planète Mars. Dans une nouvelle étude publiée début 2019 dans la revue Geophysical Research Letters, une autre équipe de chercheurs de la même université écrit que cette eau, si elle existait réellement, aurait besoin d’une source de chaleur souterraine pour devenir liquide.
Les auteurs de l’étude ont déclaré que cette chaleur résulterait probablement d’une activité volcanique souterraine relativement récente. Si cette hypothèse était confirmée, cela voudrait dire que Mars est une planète plus active d’un point de vue géologique qu’on le pensait auparavant. Les chercheurs ont ajouté qu’en l’absence d’activité volcanique récente, il était peu probable que de l’eau liquide soit présente sous les calottes de glace de la planète qui présentent une épaisseur de 2 km.
Sur Terre, on trouve souvent de l’eau liquide à la base des calottes glaciaires en raison du fait que la chaleur irradie de sous la surface et s’accumule, ce qui fait fondre la glace. Dans l’étude de 2018, publiée dans la revue Science, les chercheurs avaient présenté des données laissant supposer que l’eau liquide était susceptible d’exister sous la calotte glaciaire du pôle sud de Mars, mais l’étude n’avait pas fourni d’explications.
Pour déterminer ce qui pourrait expliquer la présence d’eau, les scientifiques ont d’abord supposé qu’elle existait, puis ils ont modélisé les propriétés physiques de la planète Mars. Comme la Planète Rouge dégage beaucoup moins de chaleur de son intérieur que la Terre, les scientifiques ont avancé différentes hypothèses  pour essayer d’expliquer la présence d’eau de fonte sous les calottes glaciaires.
Un premier modèle a suggéré que le sel pourrait être responsable de la fonte de la glace car le minéral abaisse de manière significative son point de fonte. Toutefois, les chercheurs ont constaté que cette solution ne serait pas suffisante pour maintenir l’eau liquide.
L’équipe scientifique a ensuite proposé une autre explication: la chaleur proviendrait d’une autre source, en particulier une chambre magmatique qui se serait formée sous la surface de Mars il y a environ 300 000 ans. Les chercheurs ont avancé l’hypothèse selon laquelle cette chambre magmatique aurait dégagé de la chaleur, ce qui aurait maintenu l’eau sous les calottes glaciaires.

La principale conclusion de l’étude repose sur le raisonnement «  si-alors »: SI l’eau existe, ALORS il doit y avoir une activité géologique récente dans le sous-sol pour fournir de la chaleur. SI cette approche est réaliste, ALORS cela signifie qu’une activité volcanique souterraine se produit encore sur la planète Mars, bien que la plupart des scientifiques pensent qu’il n’y a aucune preuve d’un volcanisme actif aujourd’hui, même si certaines études indiquent que des coulées de lave à la surface de la planète pourraient être apparues il y a seulement quelques millions d’années.
Il est important de savoir si Mars cache de l’eau liquide à sa surface car cela aura des implications importantes, à la fois pour les projets d’implantation de colonies de peuplement permanentes, mais aussi dans le cadre des recherches de vie sur la planète.
Source: Newsweek, University of Arizona.

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Scientists from the University of Arizona explained in 2018 that there might be liquid water deep below Mars’s southern polar ice cap. In a study published in the journal Geophysical Research Letters, another team from the same university wrote that this water, if it really existed, would require an underground source of heat to become liquid.

The authors of the paper said that this heat would likely result from relatively recent subterranean volcanic activity. If this hypothesis was confirmed, it would indicate that Mars is a more geologically active planet than previously believed. The researchers also noted that without any recent volcanic activity, liquid water was unlikely to be present below the planet’s 2-kilometre-thick ice sheets.

On Earth, liquid water is often found at the base of ice sheets because of the fact that heat radiates from below the surface and becomes trapped, which causes it to melt. Last year’s paper, published in the journal Science, presented data suggesting that liquid water could also be found below Mars’s southern ice sheet, although the study did not explain how it could exist there.

To work out what could be sustaining the predicted liquid water, the scientists first assumed it existed and then modelled Mars’s physical properties. Because the Red Planet has much less heat radiating from its interior than our own, the scientists proposed different ideas for what could be causing water to melt at the bottom of the ice sheets.

One model suggested that salt could be responsible because the mineral significantly lowers the melting point of ice. But the researchers found that this effect would not be sufficient to sustain the liquid water.

Next, the research team proposed another explanation: the heat was coming from another source, specifically, a chamber filled with magma that formed below the Martian surface around 300,000 years ago. The researchers suggested this could have been releasing heat, which kept the water at the bottom of the ice caps liquid.

However, the main conclusion of the study is really an if-then statement: If the water exists, then there must be recent geological activity in the subsurface that provided heat. If these suggestions are true, it could mean that underground volcanic activity may still be occurring on the planet today, despite the views of some scientists that it had largely stopped in relatively recent times. Most scientists think there is no evidence for active volcanism erupting onto the surface of Mars today, though some studies have suggested lava flows elsewhere on the surface could be as young as forming several million years ago.

The question of whether or not Mars hosts liquid water on the surface has significant implications both for plans to set up permanent settlements there and the search for life on the planet.

Source : Newsweek, University of Arizona.

Calotte glaciaire sur le pôle sud de la Planète Rouge (Crédit photo: NASA)

Sismicité et lithosphère à Hawaii // Seismicity and lithosphere in Hawaii

Comme il le fait régulièrement, l’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le célèbre HVO géré par l’USGS, vient de publier un article très intéressant sur la sismicité à Hawaii et sa relation plus ou moins étroite avec les volcans.
L’auteur de l’article explique que la plupart des séismes à Hawaii sont intimement liés aux volcans, mais il arrive aussi qu’ils se produisent à cause d’un effet de courbure de la Terre sous le poids de la chaîne volcanique.
L’article rappelle que les plaques tectoniques sont constituées de la lithosphère, une couche essentiellement rigide qui s’étend de la croûte au manteau supérieur. Les îles hawaïennes étant situées à la surface de la plaque Pacifique, leur poids énorme pèse sur la lithosphère et la fait fléchir. Cela génère des contraintes susceptibles de provoquer des séismes baptisés séismes de flexion par les sismologues.

L’île d’Hawaii, du fait de sa grande taille et de son âge relativement jeune, exerce une grande pression sur la lithosphère. La zone de contrainte et de flexion maximale liée à cette masse s’étend sur une centaine de kilomètres au large de l’île. Lorsque la plaque se réajuste pour retrouver une position neutre, cela provoque un renflement significatif au niveau de la lithosphère autour d’Oahu à environ 300 km de là. C’est pourquoi les séismes se produisent parfois loin de la principale zone d’activité sismique et volcanique de l’île d’Hawaï.
Il existe deux exemples de séismes de flexion enregistrés au large des côtes au cours des dernières semaines : 1) un événement de M 3.7 le 21 janvier 2019 à environ 240 km à l’est de l’île d’Hawaï et 2) un événement de M 4.6 le 7 février à environ 84 km au sud-ouest de l’île. L’événement de janvier avait une magnitude trop faible pour pouvoir êtreressenti par la population. En revanche, l’événement de février a été plus intense et a été signalé par 115 personnes à Hawaï, Maui et Oahu, à une distance de 370 km de l’épicentre. C’est le séisme le plus significatif ressenti à Hawaii depuis un événement de M 4,4 le 9 août 2018.
Les séismes de flexion sont parfois appelés «séismes du manteau», ce qui reflète le fait qu’ils se produisent souvent au niveau du manteau supérieur plutôt que dans la croûte terrestre. Les ondes sismiques se déplacent plus facilement à travers le manteau qu’à travers à la croûte. C’est l’une des raisons pour lesquelles les séismes d’origine mantellique peuvent provoquer davantage de dégâts, d’autant plus que leur magnitude peut dépasser M 6,0.
La flexion lithosphérique produit des séismes à Hawaii, mais ils sont moins fréquents que ceux liés directement à l’activité volcanique. Chaque année, le HVO enregistre des dizaines de milliers de secousses sur et à proximité des volcans actifs de Big Island, et seulement quelques centaines d’événements de flexion au large des côtes.

Source : HVO.

Cet article me rappelle ce qui se passe actuellement en Islande où la lithosphère rebondit car les glaciers, du fait du réchauffement climatique, perdent de leur masse et exercent une pression moindre sur la croûte terrestre. Ce phénomène appelé « rebond isostatique » peut engendrer des problèmes. Ainsi, le petit port de Hofn sur la côte sud de l’île est moins profond qu’auparavant, ce qui, à terme, risque de poser des problèmes à certains navires pour entrer dans le port.

Certains géologues pensent que ce rebond isostatique est susceptible de favoriser la remontée du magma à l’intérieur des volcans islandais sous-glaciaires. Toutefois, on ne dispose pas d’un recul suffisant pour affirmer qu’un tel phénomène se produit. Les dernières éruptions en Islande ont eu lieu en 2010 (Eyjafjajjajökul) et 2014 (Holuhraun).

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As it does regularly, the USGS Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has released a very interesting article about seismicity in Hawaii and its link with volcanoes.

The author of the article explains that earthquakes in Hawaii are intimately related to the volcanoes. However, they sometimes happen simply because the Earth under the island chain gets too much bent.

The article reminds us that Earth’s tectonic plates are made of the lithosphere, which is a mostly rigid layer extending from the crust into the upper mantle. As the Hawaiian Islands are located on top of the Pacific Plate, their huge weight flexes the lithosphere. This results in stresses that can lead to earthquakes.

Seismologists call these events “flexural earthquakes” to reflect their cause. The massive Island of Hawaii produces the largest force on the lithosphere due to its relatively young age, which results in forces on the underlying lithosphere. The zone of maximum bending stress from this load extends about 100 km offshore from the island. As the plate re-adjusts back to a neutral position, it results in a raised bulge in the lithosphere that extends around Oahu about 300 km away. This is why earthquakes occasionally happen so far from the main area of seismic and volcanic activity on the Island of Hawaii.

There have been two examples of offshore flexural earthquakes in the past weeks. They include an M 3.7 event on January 21st, 2019 which occurred about 240 km east of the Island of Hawaii, and an M 4.6 event on February 7th about 84 km southwest of the island. The January event was too small and distant for anyone to feel. But the February earthquake produced significant shaking and was reported by 115 citizens from Hawaii, Maui, and Oahu, up to 370 km from the epicentre. It was the largest earthquake felt in Hawaii since an M 4.4 on August 9th, 2018.

Flexural earthquakes are sometimes called “mantle earthquakes,” reflecting the fact that they often occur at depths within the Earth’s upper mantle rather than within the crust. Seismic waves travel more efficiently through the mantle compared with the crust. This is one reason why mantle earthquakes can have widespread and sometimes damaging effects, especially as their sizes can exceed the M 6.0 range.

Lithospheric flexure produces earthquakes in Hawaii less frequently than those directly related to active volcanism. Each year, HVO records tens of thousands of earthquakes on and near Big Island’s active volcanoes, compared with only a few hundred offshore flexural events.

Source : HVO.

This article reminds me of what is happening in Iceland where the lithosphere is rebounding because glaciers, due to global warming, lose their mass and exert less pressure on the Earth’s crust. This phenomenon called « isostatic rebound » can cause problems. Thus, the small port of Hofn on the south coast of the island is shallower than before, which, in the long run, may cause problems for some ships to enter the port.
Some geologists believe that this isostatic rebound is likely to favour the rise of magma inside subglacial Icelandic volcanoes. However, there is not enough evidence to say that such a phenomenon has occurred. The last eruptions in Iceland took place in 2010 (Eyjafjajjajökul) and 2014 (Holuhraun).

Schémas montrant les séismes volcaniques et non-volcaniques à Hawaii, ainsi que l’effet de flexion de la Grande Ile sur la lithosphère (Source : USGS / HVO)

A la découverte de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai // Discovery of Hunga Tonga-Hunga Ha’apai

En 2015, une nouvelle terre a fait surface dans le Pacifique Sud. L’éruption très spectaculaire d’un volcan sous-marin a fait jaillir de la cendre et de la lave pendant plus d’un mois. Lorsque les matériaux émis se sont mélangés à l’eau de mer, ils se sont solidifiés pour former, en l’espace d’un mois, une nouvelle île qui s’est nichée entre deux masses de terre existantes: Hunga Tonga et Hunga Ha’apai, d’où son nom: Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH). [voir les notes dans ce blog à ce sujet]
Les éruptions volcaniques sous-marines forment souvent de nouvelles petites îles, mais leur durée de vie est généralement très courte. Les vagues les érodent rapidement et elles disparaissent dans la mer. A l’image de Surtsey (Islande) en 1963, HTHH, n’a pas disparu. Au lieu de cela, elle est devenue une île de plus d’un kilomètre de large et long, et près de 120 mètres de hauteur. En 2017, les scientifiques de la NASA ont estimé qu’elle durerait entre six et trente ans, ce qui fournirait aux chercheurs un aperçu unique du début de la vie et de l’évolution d’une nouvelle terre.
A partir des processus observés sur HTHH, les chercheurs pensent qu’ils seront en mesure d’obtenir un aperçu des caractéristiques d’autres planètes comme Mars. En effet, beaucoup de phénomènes observés sur Mars l’ont été grâce à l’expérience d’interprétation des phénomènes terrestres. Les scientifiques de la NASA pensent qu’il y a eu des éruptions sur Mars à une époque où il y avait de l’eau à la surface de la planète. Ils espèrent pouvoir utiliser la nouvelle île des Tonga et son évolution pour comprendre un environnement océanique ou un environnement lacustre éphémère.
Des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA et de l’Université de Columbia se sont rendus sur l’île en octobre 2018 et l’ont explorée pour la première fois. Avant cela, leur seule approche du paysage était à partir d’images satellitaires. Après avoir passé les trois dernières années à créer un modèle 3D de HTHH, ils ont pu naviguer le long de la côte nord de l’île en prenant des mesures GPS et ont enfin mis le pied sur cette nouvelle terre.
Les chercheurs ont découvert que la majeure partie du sol était composée de graviers noirs. En outre, l’île n’était pas aussi plate qu’elle paraissait l’être sur les images satellites. Elle est certes assez plate, mais il y a des reliefs et les graviers ont formé de jolis motifs sous l’effet de l’action des vagues. Il y a aussi de l’argile qui descend du cône principal. On distingue ce matériau de couleur claire sur les images satellites. C’est en fait une boue très collante, et pas de la cendre comme le pensaient les visiteurs.
L’équipe scientifique a découvert de la végétation sur l’île, apparemment ensemencée par des fientes d’oiseaux. Les chercheurs ont d’ailleurs vu certains d’entre eux comme une chouette effraie et des centaines de sternes fuligineuses
Ils ont également fait des relevés topographiques très précis afin de produire une carte 3D à haute résolution. Cela leur permettra de surveiller l’érosion de l’île au cours des prochaines années. L’île s’érode beaucoup plus rapidement que prévu. Les chercheurs se sont concentrés sur l’érosion sur la côte sud où les vagues viennent s’abattre, mais c’est toute l’île qui est en train de s’effondrer, avec d’énormes ravines d’érosion qui deviennent de plus en plus profondes avec le temps.
L’équipe scientifique a maintenant l’intention de déterminer le volume de l’île et la quantité de cendre émise au moment de l’éruption. L’intérêt est de calculer l’évolution du paysage 3D dans le temps, en particulier son volume qui n’a été mesuré que quelques fois sur d’autres îles de même type. C’est une première étape pour comprendre la vitesse et les processus d’érosion et pourquoi HTHH résiste plus longtemps que prévu aux assauts de l’océan.
Source: Newsweek.

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In 2015, a new land emerged in the South Pacific. The dramatic eruption of an underwater volcano sent ash and lava spewing into the sea for over a month. As the ash mixed with the warm water, it solidified into a rock and, over the course of a month, this rock built up enough to create a new island. The island was nestled in between two landmasses—Hunga Tonga and Hunga Ha’apai, hence its name: Hunga Tonga-Hunga Ha’apai (HTHH).

Underwater volcanic eruptions often form small new islands but they are normally very short-lived. The ocean waves quickly erode the rock and they disappear back into the sea. Imitating Surtsey (Iceland) in 1963, HTHH, did not vanish. Instead, it grew to be more than one kilometre wide and long, and almost 120 metres in height. In 2017, NASA scientists studying the island estimated it would last between six and 30 years, which would provide researchers with an unprecedented insight into the early life and evolution of a new land.

By understanding the processes taking place on HTHH, researchers believe they will be able to get an insight into the features on places like Mars. Indeed, many things observed on Mars are based on the experience of interpreting Earth phenomena. NASA scientists think there were eruptions on Mars at a time when there were areas of persistent surface water. As a consequence, they may be able to use the new Tongan island and its evolution as a way of understanding an oceanic environment or ephemeral lake environment.

NASA scientists from the Goddard Space Flight Center and from Columbia University travelled to the island in October 2018 and explored it for the first time. Before this, their only experience of the landscape was from satellite images. They had spent the last three years making a 3D model of HTHH. They were now able to sail around the northern coast of the island taking GPS measurements, before finally setting foot on HTHH.

The scientists discovered that most of the ground was black gravel. Besides, the island was not quite as flat as it seemed from satellite. It is pretty flat, but there are some gradients and the gravels have formed some nice patterns from the wave action. There is also clay washing out of the cone. In the satellite images, one can see this light-coloured material. It is actually a very sticky mud, and not the ash the visitors expected.

The team discovered vegetation growing on the island, apparently having been seeded by bird droppings. They also saw a barn owl and hundreds of nesting sooty terns living on HTHH.

They also took high-precision measurements of the land in order to produce a higher-resolution 3D map. This will allow them to monitor the erosion of the island over the coming years. The island is eroding by rainfall much more quickly than they imagined. The researchers were focused on the erosion on the south coast where the waves are crashing down, but the whole island is going down, with huge erosion gullies which are getting deeper and deeper with the time.

The scientific team now plans to work out the volume of the island and how much ash erupted from the volcano’s vent. The interest is to calculate how much the 3D landscape changes over time, particularly its volume, which has only been measured a few times at other similar islands. It is the first step to understand erosion rates and processes and to decipher why HTHH has persisted longer than most people expected.

Source: Newsweek.

Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en 2019 (Crédit photo : Woods Hole Oceanographic Institution)

Vue de Hunga Tonga-Hunga Ha’apai en juin 2017 (Crédit photo: NASA)

Cette photo prise au cours de la dernière mission sur l’île montre parfaitement les nombreuses ravines d’érosion, ainsi que les déchets qui ont envahi le littoral de cette île vierge (Crédit photo: NASA)

La naissance de l’île avait été très spectaculaire, avec de superbes cypressoïdes typiques des éruptions phréato-magmatiques.

Température globale sur Terre : Janvier 2019 encore au-dessus de la normale // Global Earth temperature : January 2019 still above normal

Selon les premières estimations d’institutions américaines comme le National Center for Environmental Prediction (NCEP) et le National Center for Atmospheric Research (NCAR)  (celles de la NASA arriveront vers la mi février), le mois de janvier 2019 a été le 4ème plus chaud des archives de ces deux organismes. La température globale de la planète se situe à +0,34°C au-dessus de la moyenne 1981-2010 L’anomalie thermique se situe donc dans la lignée des derniers mois de l’année 2018. Elle est en très légère baisse par rapport à décembre 2018 et au même niveau que novembre dernier.

Comme je l’ai indiqué dans une note précédente, l’événement de ce début 2019 est le réchauffement stratosphérique soudain qui a provoqué l’éclatement du vortex polaire. L’un des lobes est descendu jusqu’aux Etats-Unis (Midwest et Nord-est), avec comme conséquence une vague de froid intense. Le réchauffement stratosphérique soudain peut perturber les températures des moyennes latitudes sur près de deux mois. Dans le même temps, les régions arctiques comme l’Alaska ont connu des températures au-dessus de la normale, à tel point que la fonte de la neige et de la glace a perturbé les courses de chiens de traîneau.

Dans l’hémisphère sud, l’Australie a connu une vague de chaleur exceptionnelle. Le mois de janvier 2019 a été dans ce pays le plus chaud jamais enregistré, tous mois confondus, avec une température moyenne de 30,8°C. La barre des 30°C a été dépassée pour la première fois depuis le début de l’ère instrumentale. Le précédent record datait de janvier 2013 avec 29,8°C. A Borrona Downs, dans l’Etat de New South Wales, une température de 36,6°C a été relevée au plus « froid » lors d’une nuit de ce mois de janvier 2019. C’est la température minimale la plus élevée jamais observée en Australie. Port Augusta, dans le sud, a connu une pointe à 49,5°C.

Les observations récentes et les modèles climatiques suggèrent que le risque immédiat d’El Niño est moins grand que ne le prévoyaient les modèles il y a quelques semaines. Les conditions sont considérées comme neutres actuellement. Les températures à la surface et sous la surface de la mer du Pacifique tropical restent plus chaudes que la moyenne, mais depuis fin 2018, elles sont passées à des valeurs neutres.

En retenant comme base la période 1880-1899 (représentative de la période préindustrielle), l’anomalie thermique est de +1,12°C en janvier 2019, donc sous l’objectif le plus ambitieux de la COP 21 (+1,5°C).

Source : global-climat.

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According to early estimates from US institutions such as the National Center for Environmental Prediction (NCEP) and the National Center for Atmospheric Research (NCAR) (NASA’s will arrive in mid-February), January 2019 was the 4th warmest month in the archives of these two institutions. The global temperature of the planet is + 0.34°C above the 1981-2010 average. The thermal anomaly is therefore in the line of the last months of the year 2018. It is very slightly down compared to December 2018 and at the same level as last November.
As I put it in a previous post, the main event of early 2019 is the sudden stratospheric warming that caused the split of the polar vortex. One of the lobes descended toward the United States (Midwest and Northeast), resulting in an intense cold wave. The sudden stratospheric warming can disrupt mid-latitude temperatures for almost two months. At the same time, Arctic regions such as Alaska experienced temperatures above normal, so much so that melting snow and ice disrupted sled dog racing.
In the southern hemisphere, Australia has experienced an exceptional heat wave. January 2019 was the hottest ever recorded in the country, all months combined, with an average temperature of 30.8°C. The 30°C bar was exceeded for the first time since the beginning of the instrumental era. The previous record was January 2013 with 29.8°C. At Borrona Downs, in New South Wales, a temperature of 36.6°C was recorded during the coldest night of January 2019. This is the highest minimum temperature ever seen in Australia. Port Augusta, in the south, peaked at 49.5°C.
Recent observations and climate models suggest that the immediate risk of El Niño is less than predicted by models a few weeks ago. Conditions are considered neutral at this time. The surface and subsurface temperatures of the tropical Pacific Ocean remain warmer than average, but since the end of 2018 they have moved to neutral values.
Based on 1880-1899 (representative of the pre-industrial period), the thermal anomaly is + 1.12°C in January 2019, which is below the most ambitious objective of COP 21 (+1.5°C).
Source: global-climat.
Anomalies thermiques à la surface de la Terre pour le mois de janvier 2019. (Source : NCEP-NCAR)