Catégorie : Science

La caldeira de Kikai (Japon) // The Kikai caldera (Japan)

Il y a environ 7300 ans, l’éruption du volcan Akahoya a dévasté ce qui correspond aujourd’hui aux îles du sud du Japon, et enfoui la majeure partie de l’archipel sous une épaisse couche de cendre. Considéré comme une super éruption avec un VEI de niveau 7, l’événement a provoqué l’effondrement de la chambre magmatique du volcan et l’apparition de la caldeira de Kikai, d’un diamètre d’une vingtaine de kilomètres, dissimulée en grande partie sous l’eau de la mer.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances, les scientifiques ont découvert qu’un dôme de lave se cache sous la caldeira. En étudiant les conduits magmatiques, les volcanologues pourraient avoir un aperçu de l’ensemble du système d’alimentation de la caldeira, ce qui pourrait les aider à mieux prévoir une éventuelle prochaine éruption.
Des recherches antérieures avaient indiqué que les chances de voir une super éruption dans l’archipel japonais au cours du siècle prochain ne sont que d’environ un pour cent. Cependant, les chercheurs indiquaient que si un volcan dans cette région entrait en éruption, il pourrait éjecter près de 42 kilomètres cubes de matériaux et recouvrir presque tout le pays et ses 120 millions d’habitants de près de 20 centimètres de cendre.
La nouvelle étude explique que les scientifiques du Centre d’Exploration des Fonds océaniques de Kobe ont effectué trois levés dans la caldeira. Ils ont associé les observations de robots sous-marins et les résultats d’analyses de roches avec des sismographes et des électromagnétomètres.
Ils ont découvert le dôme de lave en effectuant un sondage acoustique. On estime qu’il a un volume d’environ 33 kilomètres cubes, un diamètre d’une dizaine de kilomètres et une hauteur de près de 600 mètres.
Le site de la caldeira a connu au moins trois super éruptions: il y a 140 000 ans, il y a 95 000 ans, puis l’éruption du Akahoya il y a 7 300 ans. Les scientifiques ne savent pas exactement quand le dôme actuel a commencé à se former. Il se peut que ce soit immédiatement après l’éruption ou progressivement au cours des milliers d’années qui ont suivi. Comme le dôme de lave présente une composition chimique différente des matériaux émis pendant la super éruption, il se peut qu’un nouveau système d’alimentation magmatique se soit développé il y a 7300 ans. Les chercheurs ont découvert que le dôme de lave est formé d’un magma similaire à celui observé dans les volcans de l’île voisine de Satsuma Iwo-jima. Une nouvelle mission sur le terrain prévue pour le mois de mars permettra de recueillir des images haute résolution du système magmatique souterrain en utilisant des méthodes sismiques et électromagnétiques. Les chercheurs espèrent ainsi avoir une meilleure idée de l’époque à laquelle la caldeira et son dôme de lave pourraient à nouveau entrer en éruption, et sous quelle forme. .
Source: The New York Times et d’autres médias d’information scientifique.

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Some 7,300 years ago, the Akahoya eruption devastated the southern islands of what is now Japan, burying most of the archipelago in thick ash. Considered as a super eruption with a VEI of 7, it caused the volcano’s magma chamber to collapse, leaving the 20-kilometre-wide Kikai Caldera which is mostly underwater.

In a new study published in the journal Science Advances, scientists have discovered that a dome of lava lurks beneath the caldera. By studying its magma plumbing, volcanologists could gain insight into the entire caldera system, which could help them better predict when another eruption might occur.

Previous research had suggested that the chances of a super eruption happening in the Japanese archipelago in the next century are only about one percent. However, it indicated that if a volcano in this area erupted, it could eject nearly 42 cubic kilometres of magma, covering almost all of the country and its 120 million people in nearly 20 centimetres of ash.

The new study explains that Japanese scientists at the Kobe Ocean Bottom Exploration Center conducted three surveys of the caldera, during which they combined the observations of underwater robots and the results of rock sample analysis with data collected by seismographs and electromagnetometers.

They found the lava dome using an acoustic survey. It is estimated to have a volume of about 33 cubic kilometres, a diameter of about 10 kilometres and a height of almost 600 metres.

This site has experienced at least three super eruptions: One 140,000 years ago, another 95,000 years ago, and then the Akahoya eruption 7,300 years ago. The scientists are not sure when exactly the current dome began to form, whether it was immediately after the eruption or gradually in the thousands of years that followed. As the lava dome is chemically different from the super eruption, a new magma supply system might have developed after 7,300 years ago. The researchers found that the lava dome was made of similar magma to what is seen in volcanoes on the nearby island of Satsuma Iwo-jima. Another survey in March will gather high-resolution images of the underground magma system by using seismic and electromagnetic methods. The future surveys will give them a better idea of how and when the caldera and its lava dome might erupt in the future.

Source: The New York Times and other scientific news media.

Situation géographique de la caldeira de Kikai

La source magmatique de l’Etna // Mount Etna’s magma source

Il se pourrait que la source d’alimentation magmatique de l’Etna ne se trouve pas à la verticale du volcan sicilien, mais beaucoup plus à l’est, dans une zone baptisée Escarpement de Malte. Par le passé, elle aurait donné naissance aux volcans des Monts Iblei, aujourd’hui éteints. C’est du moins ce que révèle une étude intitulée Etnean and Hyblean volcanism shifted away from the Masta Escarpment by crustal stresses, conduite par une équipe de chercheurs de l’INGV, du Centre allemand de géosciences (GFZ) de Potsdam, l’Université d’Etudes de Roma Tre et de Catane. Les résultats ont été publiés dans la revue Earth & Planetary Science Letters, Elsevier B.V.
Marco Neri, de l’Observatoire Etneo-INGV, rappelle que séismes et éruptions se produisent essentiellement en bordure des plaques tectoniques qui occupent à la surface de la Terre. Cependant, il y a des volcans qui ne suivent pas cette règle, car ils se développent à l’intérieur des plaques tectoniques et non sur les bords. C’est ce qu’on appelle le volcanisme «intraplaque.» C’est le cas des volcans qui entrent en éruption depuis des millions d’années le long de la Sicile orientale.
L’Etna est actif depuis cinq cent mille ans, mais bien avant lui, pendant des millions d’années, les Monts Iblei ont dominé la scène avec de nombreux volcans actifs entre Capo Passero et la Plaine de Catane et entre Syracuse et Grammichele.
Afin de déterminer la source magmatique qui a alimenté les Monts Iblei et donne aujourd’hui vie à l’Etna, les chercheurs ont simulé le parcours emprunté par le magma en dessous des Iblei et de l’Etna jusqu’à la limite entre la croûte et le manteau, à environ 30 km de profondeur. Ils ont intégré dans leurs calculs les différents régimes tectoniques qui se sont succédé dans l’est de la Sicile au cours des dix derniers millions d’années. Dans cette zone, la croûte terrestre a été comprimée ou s’est dilatée en différentes directions, ce qui a favorisé ou entravé l’ascension du magma en provenance du manteau. Le modèle a également mis en lumière l’évolution progressive des failles de l’Escarpement de Malte qui, au fil du temps, se sont approfondies, augmentant la pression lithostatique induite par les masses rocheuses en déformation.

Les scientifiques ont ainsi découvert que les trajectoires empruntées par le magma entre le manteau terrestre et la surface ne sont pas verticales. Elles convergent vers le bas, aussi bien pour l’Etna que pour les volcans des Monts Iblei, dans une même zone, au-dessous de l’Escarpement de Malte. Il s’agit d’une structure tectonique qui ouvre la croûte terrestre en Sicile orientale et permet l’ascension du magma à partir du manteau. L’Escarpement de Malte est aussi un important système de failles situé juste à côté des côtes orientales de la Sicile, sous la mer Ionienne, et capable de générer des séismes. Ces failles s’étendent sur plus de trois cents kilomètres en produisant, au fond de la mer, un escarpement pouvant atteindre trois mille mètres de profondeur.
Il se pourrait bien que ce soit l’Escarpement de Malte qui a généré, le 11 Janvier 1693, dans le Val di Noto, le séisme le plus violent observé au cours des mille dernières années en Italie avec une magnitude de M 7,4, cinquante-quatre mille morts et un tsunami dévastateur.
L’étude montre que, même en Sicile orientale, les volcans et les failles sismogéniques sont l’expression d’un seul contexte volcano-tectonique actif depuis des millions d’années et qui évolue au fil du temps, ce qui explique pourquoi les volcans des Monts Iblei sont éteints aujourd’hui, alors que l’Etna est encore très actif.

Source: Conoscere Geologia.

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Mount Etna’s magma source might not be located vertically beneath the Sicilian volcano, but much further east, in an area known as the Malta Escarpment. In the past, it probably gave birth to the volcanoes of the now extince Iblei Mountains. This is what is revealed by a study entitled Etnean and Hyblean volcanism shifted away from the Masta escarpment by crustal stresses, conducted by a team of researchers from INGV, the German Geosciences Center (GFZ) in Potsdam, the University Roma Tre and Catania. The results were published in Earth & Planetary Science Letters, Elsevier B.V.
Marco Neri, of the Etneo-INGV Observatory, reminds us that earthquakes and eruptions occur essentially along the edge of the tectonic plates that occupy the surface of the Earth. However, there are volcanoes that do not follow this rule because they grow inside the tectonic plates and not on the edges. This is called « intraplate » volcanism. This is the case of volcanoes that have been erupting for millions of years in eastern Sicily.
Etna has been active for five hundred thousand years, but long before, for millions of years, the Iblei Mountains dominated the scene with many active volcanoes between Capo Passero and the Plain of Catania and between Syracuse and Grammichele.
In order to determine the magmatic source that fed the Iblei Mountains and gives life to Mt Etna today, the researchers simulated the path taken by magma below the Iblei and Etna to the limit between the crust and the mantle, about 30 km deep. They integrated in their calculations the different tectonic regimes in the eastern part of Sicily during the last ten million years. In this zone, the Earth’s crust has been compressed or expanded in different directions, which has favoured or hindered the rise of magma from the mantle. The model also highlighted the gradual evolution of the Malta Escarpment faults which, over time, have deepened, increasing the lithostatic pressure induced by the deformed rock masses.
Scientists have discovered that the routes taken by magma between the Earth’s mantle and the surface are not vertical. They converge downwards, as well for Etna as for the volcanoes of the Iblei Mountains, in the same zone, below the Malta Escarpment. It is a tectonic structure that opens the earth’s crust in eastern Sicily and allows the rise of magma from the mantle. The Malta Escarpment is also an important fault system located just off the eastern coast of Sicily, under the Ionian Sea, and capable of generating earthquakes. These faults extend for more than three hundred kilometres and produce, at the bottom of the sea, an escarpment up to three thousand metres deep.
The Malta Escarpment may have triggered, on January 11th, 1693, in the Val di Noto, the most violent earthquake observed over the last thousand years in Italy, with a magnitude of M 7.4, fifty-four thousand dead and a devastating tsunami.
The study shows that, even in eastern Sicily, volcanoes and seismogenic faults are the expression of a single volcano-tectonic context that has been active for millions of years and has evolved over time, which explains why the volcanoes of the Iblei Mountains are extinct today, while Etna is still very active.
Source: Conoscere Geologia.

Photo: C. Grandpey

Des séismes aux profondeurs négatives // Earthquakes with negative depths

L’USGS nous indique dans un nouvel article que les profondeurs des séismes sous l’archipel hawaiien sont désormais évaluées par rapport au géoïde, ou niveau de la mer. Le géoïde est défini comme « une surface équipotentielle du champ de pesanteur coïncidant au mieux avec le niveau moyen des océans et qui se prolonge sous les continents. »

En conséquence, l’affichage des séismes et de leur profondeur sur la carte présentée sur le site web de l’USGS utilise la couleur rouge foncé pour indiquer les séismes qui sont enregistrés au-dessus du niveau de la mer, mais sous la surface du sol. Les profondeurs positives indiquent que l’on se trouve en dessous du niveau de la mer et les profondeurs négatives que l’on se trouve au-dessus.
Avant le nouveau système, le HVO signalait la profondeur d’un séisme par rapport à la surface du sol au-dessus de l’hypocentre. En fait, cette surface ne représente pas l’élévation réelle du sol, mais l’élévation moyenne des cinq stations sismiques les plus proches. Comme la surface de la Terre n’est pas plane, les approximations de profondeur ne représentaient pas toujours la profondeur réelle d’un séisme. Cela signifiait aussi qu’il n’y avait pas de cadre de référence uniforme pour comparer les profondeurs des différents séismes. L’élévation par rapport au zéro était différente pour chaque événement.
Pour illustrer la différence entre l’ancien et le nouveau système, il suffit d’imaginer un séisme sous le Mauna Loa dont le sommet culmine à plus de 4000 mètres au-dessus du niveau de la mer. La profondeur d’un séisme aurait été précédemment évaluée à 3 km, mais avec le nouveau système, la profondeur du géoïde est maintenant de 3 km moins 4 km, soit une profondeur négative de 1 km. Un avantage des profondeurs par rapport au géoïde est que les erreurs systématiques causées par la topographie des montagnes sont corrigées.
En adoptant le niveau de la mer comme donnée de référence commune, les séismes signalés à l’échelle nationale sont maintenant plus cohérents et comparables. Au cours des dernières années, les réseaux sismiques régionaux à travers les Etats Unis sont passés de la profondeur par rapport à la surface à la profondeur par rapport au géoïde. L’adoption par le HVO de la référence au niveau de la mer la rend conforme à cette norme.
Il est important de noter que l’emplacement absolu des séismes calculés dans l’espace tridimensionnel n’a pas changé. La seule différence est le point auquel on attribue le niveau zéro.

Source: USGS / HVO.

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USGS informs us in a new article that the depths of earthquakes beneath Hawaii are now reported with respect to the geoid, or sea level. When displaying earthquakes by depth, the HVO website map now includes a dark red colour to indicate earthquakes that occur above sea level but below the ground surface. Positive depths indicate downward from sea level, and negative depths indicate upward from sea level.

Prior to the new system, HVO reported depths with respect to the ground surface above the earthquake hypocenter. This model surface was not the actual ground elevation but, instead, was the average elevation of the five closest seismic stations. Since the earth’s surface is not flat, model depth approximations did not always represent the true depth of an earthquake below ground. More importantly, it meant that there was no uniform frame of reference for comparing depths of different earthquakes. The zero elevation was different for every earthquake.

To illustrate the difference between model and geoid depths, it suffices to imagine an earthquake beneath Mauna Loa, with its summit about 4 km above sea level. The model depth of this earthquake would have been previously reported as 3 km, but with the new system, the geoid depth is now 3 km minus 4 km, or negative 1 km. One advantage of geoid depths is that systematic bias caused by mountain topography is corrected.

By adopting the common reference datum of sea level, earthquakes reported nationwide are now more consistent and comparable. Regional seismic networks around the country have been migrating from model depth to geoid depth over the past few years. HVO’s adoption of the sea level reference brings it in line with this standard.

It’s important to note that the absolute location of earthquakes being computed in three-dimensional space has not changed. The only difference is the point at which we assign zero depth.

Source : USGS / HVO.

Cette figure montre que deux séismes peuvent avoir des profondeurs négatives ou positives en fonction de leur situation par rapport au niveau de la mer (Source: USGS)

Des volcans sous-marins au large de l’Australie // Submarine volcanoes off Australia

C’est un fait bien connu: de nombreux volcans actifs se trouvent au fond des océans et n’ont jamais été étudiés. Nous connaissons mieux la surface de Mars que nos propres fonds marins.
Les scientifiques ont découvert 26 volcans sous-marins âgés de 35 millions d’années près de l’Australie, et la carte topographique qu’ils ont publiée ressemble au domaine fictif du Mordor dans le Seigneur des Anneaux. Ces volcans sont situés au sud de l’Australie, au fond de l’océan, dans une zone récemment localisée par des chercheurs australiens et écossais.
Les scientifiques ont utilisé la reconnaissance sismique 3D pour repérer quelque 25 volcans qui se trouvent en moyenne à environ 250 mètres sous les sédiments des fonds marins. Certains de ces volcans sont hauts de 600 mètres et montrent des coulées de lave que les scientifiques n’avaient jamais vues auparavant.
L’étude, qui a été publiée dans la revue Geochemistry, Geophysics, Geosystems, a déterminé que les volcans se sont formés au cours de l’Eocène, il y a entre 50 et 33 millions d’années. L’éruption sous-marine qui a produit les coulées de lave s’est probablement produite il y a environ 35 millions d’années.
L’équipe scientifique, composée de chercheurs de l’Université d’Adélaïde, de l’Université d’Aberdeen et de l’Organisation de Recherche Scientifique et Industrielle du Commonwealth (CSIRO), a utilisé des données de reconnaissance sismique tridimensionnelle  pour cartographier le paysage. Ils ont découvert 26 coulées de lave anciennes enfouies dans les sédiments et qui mesurent jusqu’à 34 km de longueur et 15 km de largeur, ainsi qu’une multitude d’anciens volcans ayant jusqu’à 625 mètres de hauteur. Les coulées se ramifient en plusieurs branches, s’élèvent pour former des plateaux, disparaissent dans des fractures et forment des «îlots» de lave durcie de forme elliptique. Les chercheurs ont comparé ces îlots aux «kipuka» que l’on rencontre sur les volcans terrestres ; ce sont des collines ou des parcelles de terres légèrement élevées qui sont complètement encerclées par la lave après les éruptions [NDLR : On en trouve se superbes spécimens à Hawaii sur le Kilauea]. De telles structures n’ont jamais été décrites auparavant par des données sismiques sous-marines, de sorte que cette nouvelle étude donne aux chercheurs un regard neuf sur le comportement des éruptions sous-marines. Les données pourront être utilisées pour améliorer notre compréhension de l’évolution des volcans lorsqu’ils entrent en éruption sous l’eau.
Sources: BBC, The Guardian, Live Science.

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It is a well-known fact: Many active volcanoes lie at the bottom of the oceans and have never been studied. We know the surface of Mars better than the ocean sea floor.

Scientists have discovered 26 underwater volcanoes up to 35 million years old near Australia, and the topographical map they have released resembles the fictional realm of Mordor from the Lord of the Rings. These volcanoes are located south of Australia, in a place deep under the sea, where it was recently located by researchers from Australia and Scotland.

The researchers used 3D seismic reflection to spot the more than two dozen volcanoes, which averaged about 250 metres underneath the sediment on the seabed. Some of the volcanoes were up 600 metres in height and had distinct features indicating lava flows that scientists had never seen before.

The study, which was published in the journal Geochemistry, Geophysics, Geosystems, determined that the volcanoes were created during the Eocene epoch between 50 and 33 million years ago. The undersea eruption that created the lava flows on the volcanoes probably happened about 35 million years ago.

The research team, consisting of a team from the University of Adelaide, University of Aberdeen and Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) used newly acquired 3-D seismic reflection data to map the landscape. They found 26 ancient, buried lava flows that measure up to 34 km in length and 15 km in width, along with a multitude of ancient volcanoes up to 625 metres in height. The flows branch into pathways, rise into plateaus, plunge into trenches and spread into elliptical-shaped « islands » of hardened lava. Researchers compared these islands to land-based lava features known as « kipukas, » isolated hills or plots of slightly elevated land that become completely encircled by lava after eruptions. Features like these have never been described by underwater seismic data before, so this new study gives researchers a fresh look at the behaviour of submarine eruptions. The data is now being used to improve our understanding of how volcanoes evolve when they erupt underwater.

Sources: BBC, The Guardian, Live Science.

Carte des volcans du Mordor (Source: Wikipedia)

Kipuka sur le Kilauea à Hawaii (Crédit photo: Wikipedia)