Catégorie : Science

Un point chaud sous la Nouvelle Angleterre ? // A hot spot beneath New England ?

En lisant un récent article paru dans le très sérieux National Geographic, on apprend que «le nord-est des États-Unis se trouve peut-être au-dessus d’une masse en mouvement de roche à haute température».
Les résultats d’une étude, publiés dans la revue Geology, révèlent que la Nouvelle-Angleterre pourrait ne pas être à l’abri de changements géologiques. Une équipe de chercheurs de l’Université Rutgers et de l’Université de Yale a fait cette découverte surprenante en utilisant un ensemble de capteurs sismiques de dernière génération capables d’étudier la roche qui se cache sous nos pieds.
L’équipe scientifique a passé au peigne fin les données fournies par EarthScope, un programme financé par la National Science Foundation et qui a installé des centaines d’instruments à travers les États-Unis. Le projet ‘Transportable Array’, un réseau temporaire de capteurs sismiques, a fait le tour des États-Unis à partir de 2007. Le réseau a recueilli des données concernant de petits séismes et a observé le déplacement des ondes sismiques dans plusieurs régions.
L’équipe de chercheurs s’est appuyée sur des recherches antérieures montrant un point chaud relativement important sous le manteau supérieur au niveau de la Nouvelle-Angleterre. En utilisant les données de EarthScope, les scientifiques ont ensuite observé un panache de roche chaude sous le centre du Vermont, l’ouest du New Hampshire et l’ouest du Massachusetts, et ils ont trouvé des preuves géologiques que la région n’est pas immobile.
Les zones les moins denses sont celles où la roche est plus chaude et où les ondes sismiques se déplacent plus lentement. C’est ce que l’équipe a observé sous la Nouvelle-Angleterre. Les chercheurs ont également détecté des modèles d’ondes qui suggèrent des déformations dans la roche elle-même. Normalement, le mouvement d’une plaque tectonique laisse dans son sillage l’équivalent géologique des marques de dérapage, phénomène que les capteurs sismiques peuvent détecter. Dans cette région, cependant, les marques de dérapage ont disparu et ont été effacées par le mouvement ascendant de la roche plus chaude.
Cependant, les habitants de la Nouvelle-Angleterre ne doivent pas paniquer. Le soulèvement du sol de la région dure probablement depuis des dizaines de millions d’années, ce qui est malgré tout  relativement récent en termes géologiques, et il évolue très lentement. Pour l’instant, il n’est certainement pas assez proche de la surface pour modifier la géographie de la Nouvelle-Angleterre ou donner naissance à un volcan !
La découverte qui vient d’être faite en Nouvelle Angleterre montre qu’il est peut-être temps de repenser la géologie de la région. L’idée qui sous-tend cette recherche est que la structure de la Terre est beaucoup plus complexe et dynamique qu’on le pensait jusqu’à présent. Cela permet aussi de mettre la planète en perspective. La Nouvelle-Angleterre a traditionnellement été considérée comme un lieu sans vraiment d’évolution géologique, mais les données de EarthScope suggèrent qu’en réalité le sous-sol de la région est tout sauf immobile.

Source : National Geographic.

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Reading a recent article in the very serious National Geographic magazine, we learn that “the northeastern U.S. may sit atop a rising mass of warm rock.”

The findings of a study, published in the journal Geology, suggest that New England may not be so immune to abrupt geological change. A team of researchers at Rutgers University and Yale University made this surprising discovery using an advanced array of seismic sensors, which show what lies in the otherwise hidden rock below our feet.

The scientific team studied data from EarthScope, a National Science Foundation program that deploys hundreds of geophysical instruments across the United States. The project’s Transportable Array, a temporary network of seismic sensors, made its way around the U.S. starting in 2007. The array picked up readings from small earthquakes and observed the motions of seismic waves in various regions.

The team piggybacked off previous research showing a relatively hot spot beneath New England’s upper mantle. Using data from EarthScope, they then observed a localized plume of warm rock beneath central Vermont, western New Hampshire, and western Massachusetts, and found geologic evidence that the region is on the move.

Less dense areas are where the rock is hotter, and seismic waves move more slowly. This is what the team saw under New England. They also observed wave patterns that suggest deformations in the rock itself. Normal plate motion leaves the geologic equivalent of skid marks in its wake, which seismic sensors can detect. In this region, however, the skid marks were gone, erased by the upward movement of warmer rock.

However, New England residents don’t need to panic. The upwelling is likely tens of millions of years old, which would make it a relatively recent development in geological terms, and it is moving very slowly. For now, it certainly has not come close enough to the surface to shape New England’s geography or create a volcano.

The discovery is a sign that it may be time to rethink the region’s geology.

The idea behind this research is that Earth’s structure is even more intricate and dynamic than anyone realized. It also helps put the planet in perspective. New England has traditionally been considered a place of little geologic change, but EarthScope data suggests that the subsurface reality is anything but stagnant.

Source : National Geographic.

Nouvelle Angleterre (Source: Wikipedia)

 

Une découverte des chercheurs de Clermont-Ferrand // A discovery by researchers of Clermont Ferrand (France)

Ça ne va pas révolutionner la volcanologie, mais la découverte a le mérite d’exister et, en plus, elle a été faite par 7 chercheurs du laboratoire Magmas et Volcans de Clermont-Ferrand. Ils ont confirmé la présence d’une fine couche de magma sur la quasi-totalité du manteau terrestre, à plus de 350 km de profondeur. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature communications.

La théorie en question, vieille d’une quinzaine d’années, n’avait jamais été prouvée expérimentalement. L’idée de départ était de comprendre la source et la formation du magma, notamment pour le volcanisme de « point chaud », comme celui que l’on observe à Yellowstone ou Hawaï. Ces points chauds prennent leur source très profondément, dans le manteau terrestre, à plusieurs centaines de kilomètres.

Le travail des chercheurs s’est appuyé sur l’étude de la roche et des minéraux qui la composent, selon les différentes strates du manteau terrestre. Ils ont pu établir le rôle prédominant de l’eau dans la fusion de la roche. Le manteau supérieur et la croûte terrestre se composent surtout d’olivine qui ne contient pas d’eau. Or, ce n’est pas le cas du minéral qui compose la phase de transition, quelques centaines de kilomètres plus en profondeur.

La question était de savoir ce que devient cette eau lorsque la roche remonte sous l’effet des mouvements du manteau terrestre. Aucun forage n’a pu, jusqu’à aujourd’hui, creuser à plus de 13 kilomètres dans la croûte terrestre, ce qui est très peu à l’échelle de la structure interne de la planète.

Les 7 chercheurs clermontois ont donc décidé de recréer les conditions qui règnent à 400 kilomètres de profondeur dans leur laboratoire, avec un échantillon d’olivine, ce qui ‘avait encore jamais été réalisé. Avec une pression de 12 à 15 Giga Pascal – soit plus de 100.000 fois la pression atmosphérique – et à une température de 1400 °C exercée par une gigantesque presse, les chercheurs ont pu observer en direct la fusion de la roche, grâce à l’eau excédentaire lorsque le minéral change de phase. Un deuxième essai, sans apport d’eau, montre qu’aucune fusion ne se réalise. La présence de magma mélangé à de la roche à cette profondeur n’avait jamais été prouvée. Cela pourrait aider à expliquer le volcanisme de point chaud.

Source : Journal La Montagne.

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It will not revolutionize volcanology, but the discovery has the merit to exist and, in addition, it was made by 7 researchers from the laboratory Magmas et Volcans of Clermont-Ferrand. They confirmed the presence of a thin layer of magma on almost the entire Earth’s mantle, more than 350 km deep. Their work was published in the journal Nature Communications.
The theory, about fifteen years old, had never been experimentally proved. The initial idea was to understand the source and formation of magma, especially for « hot spot » volcanism, such as that observed in Yellowstone or Hawaii. These hot spots have their source very deep – several hundred kilometres – in the Earth’s mantle.
The researchers’work was based on the study of the rock and the minerals that compose it, according to the different layers of the Earth’s mantle. They were able to establish the predominant role of water in the melting of the rock. The upper mantle and the Earth’s crust are mainly composed of olivine which does not contain water. However, this is not the case of the mineral that makes up the transition phase, a few hundred kilometres deeper.
The question was to know what happens to this water when the rock rises under the effect of the movements of the Earth’s mantle. To date, no drilling has been able to dig more than 13 kilometres into the Earth’s crust, which is very little at the scale of the planet’s internal structure.
The 7 researchers have therefore decided to recreate the conditions that prevail 400 kilometres deep in their laboratory, with an olivine sample, which had never been done before. With a pressure of 12 to 15 Giga Pascal – more than 100,000 times the atmospheric pressure – and at a temperature of 1400°C exerted by a gigantic press, the researchers were able to observe live the melting of the rock, thanks to the excess water when the mineral changes phase. A second test, without any water supply, showed that no fusion happened. The presence of magma mixed with rock at such a depth had never been proven. This could help explain hot spot volcanism.
Source: La Montagne.

Hawaii, un parfait exemple de point chaud (Source: Wikipedia)

Nouvelle théorie sur Yellowstone // New theory about Yellowstone

Les scientifiques se sont toujours posé des questions sur le super volcan de Yellowstone. Ils ont essayé de comprendre son fonctionnement interne et les résultats de leurs études ont souvent été remis en question ou débattus. Un exemple des incertitudes concernant Yellowstone est donné par une étude récente menée par des chercheurs de l’Université de l’Illinois.
Les scientifiques ont utilisé des simulations informatiques pour étudier l’histoire de Yellowstone sur plus de 20 millions d’années, et leurs résultats contredisent la théorie la plus répandue sur l’activité volcanique dans la région. Ils ont constaté que l’activité volcanique à Yellowstone est beaucoup plus complexe et dynamique qu’on ne le pensait auparavant. Ils ont utilisé la tomographie sismique pour scruter les profondeurs du sous-sol de l’ouest des États-Unis et reconstituer l’histoire géologique qui se cache derrière le volcanisme.
À l’aide de puissants ordinateurs, l’équipe scientifique a imaginé différents scénarios tectoniques et leurs résultats ne valident pas l’hypothèse traditionnelle du panache mantellique qui s’élève verticalement vers la surface et provoquerait l’activité volcanique dans la région. Les observations des chercheurs révèlent que c’est plutôt une activité proche de la surface de la planète qui serait responsable du volcanisme, même si la cause exacte reste un mystère.
Selon l’étude, il semble que le panache mantellique sous l’ouest des États-Unis se soit enfoncé de plus en plus profondément dans la Terre au fil du temps. Cela laisse supposer qu’un obstacle proche de la surface – peut-être une plaque océanique en provenance de la limite tectonique occidentale – interfère avec l’ascension du panache. En conséquence, la source de chaleur dont dépend le volcanisme à l’intérieur des terres proviendrait en fait du manteau océanique peu profond à l’ouest de la côte nord-ouest du Pacifique.
La chaleur qui provoque le volcanisme naît habituellement dans les zones où les plaques tectoniques se rencontrent et où l’une d’elles glisse sous une autre dans un processus de subduction. Cependant, Yellowstone et d’autres zones volcaniques de l’ouest des États-Unis sont loin des limites de la zone de subduction le long de la côte ouest. S’agissant du volcanisme à l’intérieur des terres, on pensait qu’une source de chaleur profonde – un panache mantellique – faisait fondre la croûte et générait le volcanisme en surface. L’hypothèse du panache mantellique a été controversée pendant de nombreuses années et la dernière étude vient s’ajouter aux preuves d’un nouveau scénario tectonique.
Dans une étape suivante, l’équipe de chercheurs de l’Université de l’Illinois espère inclure dans les modélisations des données chimiques provenant des roches volcaniques. Cela permettra de mieux localiser la source exacte du magma car les roches des panaches mantelliques profonds et des plaques tectoniques proches de la surface ont des composantes chimiques différentes.
University of Illinois at Urbana-Champaign.

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Scientists have always been asking questions about the super volcano of Yellowstone. They have tried to understand the inner workings of the volcano and the results of their studies have often been questioned or debated. An example of the uncertainties about Yellowstone is given by a recent study led by researchers at the University of Illinois.

The scientists used computer simulations to study the history of Yellowstone over 20 million years, with findings contradicting the traditional theory of volcanic activity in the region. They digitally played back a portion of the park’s geologic history, finding that volcanic activity at Yellowstone is far more complex and dynamic than was previously thought. They used seismic tomography to peer deep into the subsurface of the western US and piece together the geologic history behind the volcanism.

Using supercomputers, the team ran different tectonic scenarios to simulate a range of possible geologic histories for the region. The results gave little support for the traditional mantle plume hypothesis, which argues that heat from deep within the Earth rising vertically toward the surface is the cause of volcanic activity in the area. The team’s observations instead suggest activity much closer to the planet’s surface is responsible, although the exact cause remains a mystery.

According to the study, it appears that the mantle plume under the western US is sinking deeper into the Earth through time. This suggests that something closer to the surface – an oceanic slab originating from the western tectonic boundary – is interfering with the rise of the plume. A robust result from these models is that the heat source behind the extensive inland volcanism actually originated from the shallow oceanic mantle to the west of the Pacific Northwest coast.

The heat needed to drive volcanism usually occurs in areas where tectonic plates meet and one slab subducts under another. However, Yellowstone and other volcanic areas of the inland western US are far away from the active plate boundaries along the west coast. In these inland cases, a deep-seated heat source – a mantle plume – was suspected of driving crustal melting and surface volcanism. The mantle plume hypothesis has been controversial for many years and the new findings add to the evidence for a revised tectonic scenario.

Eventually, the team hopes to include chemical data from volcanic rocks in their models.

This should help them to further pinpoint the exact source of the magma, as rocks from deep mantle plumes and near-surface tectonic plates would have different chemical components.

University of Illinois at Urbana-Champaign.

Photo: C. Grandpey

Des carottes de glace précieuses // Precious ice cores

Aujourd’hui, les glaciers sont de plus en plus utilisés pour étudier le passé de la Terre et plus particulièrement les différents changements climatiques survenus au cours du temps. Ils peuvent aussi aider à dater des éruptions volcaniques.
Les glaciers se forment lorsque la neige s’accumule régulièrement sur les hautes pentes des montagnes. Comme il fait très froid au-dessus de 3000 mètres d’altitude, la neige ne fond pas. Lentement, le poids des nouvelles couches déforme les cristaux qui se trouvent en dessous. Avec la compression, ces cristaux deviennent une couche de glace dense et dure qui finit par donner naissance à un glacier, avec une glace de plus en plus vieille au fur et à mesure que l’on s’enfonce.
Les glaciers jouent le rôle d’enregistreurs du climat. Quand une nouvelle couche se forme, de minuscules bulles d’air sont emprisonnées à l’intérieur. En analysant cet air piégé, les scientifiques peuvent déterminer la quantité de gaz à effet de serre contenue dans l’atmosphère au moment de la première solidification de la glace. Comme je l’ai écrit plus haut, cette glace peut également piéger les cendres volcaniques, ce qui permet de savoir quand a eu lieu une éruption dans des temps reculés. La glace permet également de connaître la force des vents préhistoriques et les températures globales de la Terre il y a des millénaires.
Les carottes contenant ces informations précieuses sont récoltées par forage. À l’aide de foreuses mécaniques ou thermiques, les glaciologues peuvent extraire des coupes verticales d’un glacier. Les carottes les plus courtes mesurent habituellement une centaine de mètres de longueur, mais des carottes de plus de trois kilomètres ont également été prélevées. Pendant le processus d’extraction, une carotte est partagée en morceaux plus petits qui sont ensuite placés dans des cylindres métalliques et stockés dans des laboratoires réfrigérés.
Ce qui est pratique avec les glaciers, c’est qu’ils sont constitués de couches annuelles. En les comptant, les scientifiques peuvent avoir une bonne idée de l’âge d’un segment de carotte de glace. Une autre technique est la datation radiométrique qui utilise la variation de la proportion de radioisotopes dans certains corps.
Pour avoir une vision globale de notre planète, les glaciologues essaient de collecter des carottes de glace provenant de différents glaciers sur différents continents. Cependant, l’Australie n’est pas concernée car il n’y a pas de glaciers là-bas. Malgré cela, la plupart des carottes de glace ont été prélevées jusqu’à présent au Groenland ou en Antarctique. À la mi-décembre, les glaciologues ont annoncé qu’ils avaient à leur disposition une carotte d’une grande importance historique qui a été retirée du plateau tibétain.
Cette carotte de glace a été extraite par des chercheurs de l’Ohio State University lors d’une expédition conjointe de scientifiques du Byrd Polar and Climate Research Centre (BPCRC) et  du Chinese Institute of Tibetan Plateau Research. Leur mission a débuté en septembre et octobre 2015, lorsque le groupe international s’est rendu sur la calotte glaciaire de Guliya dans les montagnes de Kunlun, dans l’ouest du Tibet. Ils ont acheminé 5,4 tonnes d’équipement qui avaient été transportées par avion depuis les États-Unis.
Le but de la mission était d’extraire de nouvelles carottes de glace pour améliorer notre connaissance de l’histoire glaciaire du Tibet occidental. Plus de 1,4 milliard de personnes tirent leur eau potable des 46 000 glaciers qui se trouvent sur le plateau tibétain. Le changement climatique a mis en péril la stabilité à long terme de la région. Selon un rapport publié en 2012 dans la revue Nature, la plupart des glaciers du Tibet ont reculé au cours des 30 dernières années (voir les articles précédents sur ce blog). La fonte des glaces des hauts plateaux tibétains est considérée comme un facteur important de l’élévation du niveau de la mer dans le monde.
Au total, l’équipe de glaciologues a extrait cinq carottes de Guliya. La plus longue mesure plus de 300 mètres ! Les couches de glace les plus profondes se sont formées il y a environ 600 000 ans. C’est la date la plus ancienne pour une carotte de glace prélevée ailleurs qu’au Groenland et en Antarctique. Toutefois, par rapport à d’autres carottes, l’âge de la glace tibétaine n’est pas extraordinaire. Une glace de 2,7 millions d’années a été extraite en Antarctique en 2015.
En étudiant les carottes prélevées dans différentes parties du monde, les scientifiques peuvent déterminer si les tendances météorologiques au cours de l’Histoire étaient universelles ou simplement régionales. Au début des années 2010, par exemple, les scientifiques ont comparé des spécimens de glace du Tibet et d’Europe. Les données ont montré que pendant que l’Europe connaissait une période chaude à l’époque médiévale, l’Asie centrale y échappait. Les scientifiques chinois et américains soumettront les nouvelles carottes à des analyses chimiques poussées au cours des prochains mois.

Voici une vidéo qui illustre la mission au Tibet:
https://youtu.be/UcwSonWRVlE

Source: Byrd Polar et Climate Research Centre – Université d’État de l’Ohio.
https://bpcrc.osu.edu/

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Today, glaciers are more and more used to study the Earth’s past and more particularly the different climate changes that occurred through the ages. Glaciers can also help us date volcanic eruptions.

Glaciers form when snow is steadily accumulating on the upper slopes of the mountains. As it is very cold above 3000 metres above sea level, the snow does not melt. Slowly, the weight of new layers deforms the snow crystals below them. The compression fuses old, buried snowflakes together until they become a dense, rock-hard sheet of ice. Eventually, that becomes a glacier, with the older ice sitting at the bottom.

Glacial ice is a kind of annual record book. While a new layer forms, tiny bubbles of air get trapped inside. By analyzing that trapped air, scientists can determine how much greenhouse gas was in the atmosphere back when a given ice chunk first solidified. As I put it above, hardening glacial ice can also trap volcanic ash, which lets us know when an ancient eruption must have taken place. Other elements extrapolated from the ice include the strength of prehistoric winds and the global temperatures of ancient periods of the Earth.

The precious information is harvested via drilling. With the help of mechanical or thermal drills, a research team can extract vertical cross-sections from a glacier. These are called « ice cores. » The shortest are usually around100 metres long, but cores stretching more than three kilometres have also been collected. During the extraction process, a core is broken up into smaller pieces, which are then placed into metal cylinders and stored in chilled laboratories.

A convenient feature of glaciers is the fact that they are made up of annual layers. By counting these, scientists can get a good idea of how old an ice core segment is. Another technique is radiometric dating.

To get a global view of our planet, glaciologists try to collect ice cores from different glaciers on different continents. However, Australia is not concerned as there are no glaciers down there. Despite this, most of the ice cores recovered so far were drilled in either Greenland or Antarctica. In mid-December, however, scientists announced they had an ice core of huge historical importance that was removed from the Tibetan Plateau.

The ice core was extracted by glaciologists of The Ohio State University during a joint expedition by scientists from the school’s Byrd Polar and Climate Research Center (BPCRC) and the Chinese Institute of Tibetan Plateau Research. Their mission began in September and October 2015, when the international party made its way to the Guliya Ice Cap in Tibet’s western Kunlun Mountains. They carried along 5.4 metric tons of equipment that was flown over from the U.S.

The aim of the mission was to drill new ice cores to enhance our knowledge of west Tibet’s glacial history. More than 1.4 billion people get their fresh water from the 46,000 glaciers that stand on the Tibetan Plateau. Climate change has put the area’s long-term stability in question. According to a 2012 report published in the journal Nature, most of the glaciers in Tibet have shrunk over the past 30 years (see previous posts on this blog). Melting ice from Tibet’s highlands has been cited as a large contributor to the rise of global sea levels.

Altogether, the international team of glaciologists pulled five ice cores out of Guliya. The longest among them was more than 300 metres long!. The lowest layers were formed around 600,000 years ago. That’s the oldest date ever represented in an ice core that was found outside of Earth’s two polar continents. Compared to other cores, though, the age of the Tibetan ice is not that old. Some 2.7 million year-old glacial ice was extracted from an Antarctic core in 2015.

By consulting the cores found in different parts of the world, scientists can figure out if historic weather trends were universal or just regional. In the early 2010s, for example, scientists compared specimens from Tibet and Europe. The data showed that while the latter continent saw a temporary warm period in medieval times, central Asia most likely didn’t. Chinese and American scientists will be putting these newfound cores through an intensive chemical analysis over the next few months.

Here is a video that illustrates the mission in Tibet:

https://youtu.be/UcwSonWRVlE

Source: Byrd Polar and Climate Research Center – The Ohio State University.

https://bpcrc.osu.edu/

La glace du Groenland donne des indications précieuses sur le climat de notre planète (Photo: C. Grandpey)