Catégorie : Science

Les forêts de l’Antarctique // Antarctica’s forests

Quand on contemple aujourd’hui l’univers immaculé de l’Antarctique, il est difficile de se faire à l’idée que ce continent n’a pas toujours été recouvert par la glace. Il y a des millions d’années, alors qu’il faisait encore partie du Gondwana, les arbres poussaient en abondance près du pôle Sud.
Des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Milwaukee ont découvert des fossiles de certains de ces arbres ; ils nous apprennent comment les plantes ont prospéré et à quoi pourraient bientôt ressembler nos forêts qui progressent vers le nord sous l’effet du réchauffement climatique. Les scientifiques indiquent que l’Antarctique préserve une histoire écologique des biomes polaires sur environ 400 millions d’années, ce qui représente fondamentalement l’intégralité de l’évolution des plantes.
Il y a environ 400 à 14 millions d’années, le continent austral était très différent de ce qu’il est aujourd’hui ; c’était un endroit beaucoup plus vert. Le climat était plus chaud, même si les plantes qui ont survécu dans les basses latitudes méridionales ont dû faire face, comme de nos jours, à des hivers pendant lesquels le soleil disparaît à l’horizon et des étés pendant lesquels il ne se couche jamais.
Les chercheurs de l’Université du Wisconsin-Milwaukee concentrent leur étude sur une période qui se situe autour de 252 millions d’années, ce qui correspond à l’extinction massive du Permien-Trias. Au cours de cet événement, 95% des espèces sur Terre ont disparu. L’extinction a pu être causée par des émissions colossales de gaz à effet de serre produites par des éruptions volcaniques, ce qui a fait grimper les températures de la planète à des niveaux extrêmes et provoqué l’acidification des océans. Il y a des points communs évidents avec le changement climatique actuel qui est certes moins extrême mais qui est également influencé par les gaz à effet de serre.
Avant la fin de l’extinction massique du Permien, les forêts polaires du Sud étaient dominées par un type d’arbre, celui du genre Glossopteris. C’étaient de grands arbres pouvant atteindre des hauteurs de 20 à 40 mètres, avec de larges feuilles plates. Avant l’extinction du Permien, le Glossopteris dominait le paysage austral entre le 35ème  parallèle et le pôle Sud.
L’an dernier, alors qu’ils cherchaient des fossiles en Antarctique, les scientifiques ont découvert la forêt la plus ancienne de la région du pôle sud. Elle s’est probablement développée il y a environ 280 millions d’années avant de disparaître rapidement sous la cendre volcanique qui a  préservé les végétaux jusqu’au niveau cellulaire.
De nouvelles fouilles devraient être effectuées très prochainement sur deux sites qui contiennent des fossiles d’une période allant d’avant à après l’extinction du Permien. Après l’extinction, les forêts n’ont pas disparu, mais elles ont changé. Le Glossopteris n’existait plus, mais de nouveaux d’arbres à feuilles persistantes et à feuilles caduques, y compris des espèces proches des gingkos d’aujourd’hui, ont fait leur apparition. Les chercheurs essaient de comprendre ce qui a causé cette évolution.
Les plantes sont si bien conservées dans la roche que certains des blocs d’acides aminés qui composent les protéines des arbres peuvent encore être extraits. L’étude de la composition chimique de ces blocs permettra peut-être de comprendre comment les arbres ont pu s’adapter aux conditions de  lumière très particulières dans les latitudes méridionales, ainsi que les facteurs qui ont permis à ces plantes de prospérer, tout en entraînant la mort du Glossopteris.
Source: Live Science.

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When looking at Antarctica’s immaculate universe today, it is hard to imagine that this continent was not always a land of ice. Millions of years ago, when it was still part of Gondwana, trees flourished near the South Pole.

Now, newfound fossils of some of these trees by researchers at the University of Wisconsin-Milwaukee are revealing how the plants thrived, and what forests might look like as they march northward in today’s warming world. The scientists tell us that Antarctica preserves an ecologic history of polar biomes that ranges for about 400 million years, which is basically the entirety of plant evolution.

Fom about 400 million to 14 million years ago, the southern continent was a very different from what it is today, and a much greener place. The climate was warmer, though the plants that survived at the low southern latitudes had to cope with winters of 24-hour-per-day darkness and summers during which the sun never set, just as today.

The University of Wisconsin-Milwaukee researchers are focused on an era centered around 252 million years ago, during the Permian-Triassic mass extinction. During this event, as many of 95 percent of Earth’s species died out. The extinction may have been driven by massive greenhouse gas emissions from volcanoes, which raised the planet’s temperatures to extreme levels and caused the oceans to acidify. There are obvious parallels to contemporary climate change, which is less extreme but similarly driven by greenhouse gases.

Prior to the end-Permian mass extinction, the southern polar forests were dominated by one type of tree, those in the Glossopteris genus. These were huge trees that grew from 20 to 40 metres tall, with broad, flat leaves. Before the Permian extinction, Glossopteris dominated the landscape below the 35th parallel south to the South Pole.

Last year, while looking for fossils in Antarctica, the researchers found the oldest polar forest on record from the southern polar region. It probably flourished about 280 million years ago before being rapidly buried in volcanic ash, which preserved it down to the cellular level.

More excavations are due to be performed very soon at two sites which contain fossils from a period spanning from before to after the Permian extinction. After the extinction, the forests did not disappear, but they changed. Glossopteris was out, but a new mix of evergreen and deciduous trees, including relatives of today’s gingkoes, moved in. The researchers are trying to understand what exactly caused those transitions to occur.

The plants are so well-preserved in rock that some of the amino acid building blocks that made up the trees’ proteins can still be extracted. Studying these chemical building blocks may help clarify how the trees handled the southern latitudes’ weird sunlight conditions, as well as the factors that allowed those plants to thrive but drove Glossopteris to its death.

Source : Live Science.

La photo montre une souche d’arbre datant de 280 millions d’années, encore attachée à ses racines en Antarctique. (Crédit photo: Université du Wisconsin-Milwaukee)

Le magma du Kilauea (Hawaii) // Kilauea’s magma (Hawaii)

A Hawaii où on a affaire à un point chaud de l’écorce terrestre, le magma en provenance du manteau atteint les « racines » du Kilauea à une température d’environ 1500°C. A partir de là, le magma se fraye un chemin vers une première chambre magmatique qui se trouve à environ 3,5 km sous le sommet du volcan. Ce trajet prend environ 8 ans, si l’on en croit une étude publiée récemment sur la chimie du magma du Kilauea.
Au moment où le magma atteint la chambre sommitale du Kilauea, il s’est considérablement refroidi. Les échantillons prélevés dans le lac de lave de l’Halema’uma’u, superbe fenêtre dans la chambre magmatique sommitale, indiquent que la température dans cette chambre est de l’ordre de 1200°C.
Si la lave atteint 1200°C au sommet du Kilauea, cela signifie que l’éruption a vraisemblablement pris sa source directement dans la chambre sommitale ou dans des zones encore plus profondes à l’intérieur du volcan.
Des températures d’émission plus basses peuvent résulter d’une phase d’étape dans l’ascension du magma, de son refroidissement et de sa transformation au fur et à mesure qu’il sort de la chambre sommitale et qu’il emprunte le système d’alimentation peu profond du volcan. [NDLR: Cela me rappelle les « magmas TGV  » en provenance directe du manteau et les « magmas omnibus » qui s’arrêtent en cours de route, chers au regretté Alain de Goër].
Par exemple, avant d’arriver dans le cratère du Pu’uO’o, le magma a effectué un parcours sous terre depuis le sommet du Kilauea et le long de l’East Rift Zone sur une distance d’environ 19 kilomètres. Pendant ce voyage, il se mélange avec du magma à moins haute température qui est stocké dans des poches le long de cette ligne de fracture. Au bout du compte, les échantillons de lave prélevés au niveau du Pu’uO’o indiquent actuellement une température d’environ 1150°C, soit une cinquantaine de degrés de moins que le magma qui se trouve dans la chambre sommitale du volcan.
Un passage de 1200 à 1150°C peut sembler négligeable. En réalité, le magma subit des changements importants au cours de cette baisse mineure de la température. À 1200°C, le magma dans la chambre sommitale est déjà suffisamment refroidi pour commencer à cristalliser un peu. À ce stade, il s’agit d’un mélange de magma liquide et de petites quantités d’olivine et de spinelle, des minéraux que l’on observe à haute température. Au moment où le magma atteint le Pu’uo’o, il s’est refroidi et cristallisé encore davantage et il s’y ajoute du pyroxène et du plagioclase, minéraux qui apparaissent à des températures légèrement plus basses.
Donc, pour résumer la situation, sur le Kilauea le magma peut avoir des températures allant de 1200°C à 1000°C. La première température fait référence à la roche fondue dans la chambre magmatique sommitale du volcan, tandis que la deuxième température révèle une roche solidifiée, mais encore très chaude. Le long de l’East Rift Zone, où le magma circule sous terre depuis le sommet jusqu’au Pu’uO’o, les températures oscillent autour de 1150°C.
Source: USGS / HVO.

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At Hawaii, a hotspot in the Earth’s crust, magma rises from the Earth’s mantle, into the roots of Kilauea, at temperatures of around 1500°C. From there, the magma eventually makes its way to a primary storage chamber that’s about 3.5 km beneath the summit of the volcano, a trip that takes about 8 years, according to a recently published study on Kilauea’s magma chemistry.

By the time magma reaches Kilauea’s summit storage chamber, it has cooled considerably. Samples collected from the lava lake within Halema‘uma‘u, which is a window into the summit storage chamber, indicate that temperatures within the chamber are around 1200°C.

If the lava erupted at the summit of Kilauea is 1200°C, this means the eruption likely tapped directly into the summit magma storage chamber or regions even deeper within the volcano.

Lower eruption temperatures can result from magma stalling, cooling, and mixing as it moves out of the summit storage chamber and through the volcano’s shallow plumbing system.

For example, at the Pu’uO’o vent, magma has been transported underground from Kilauea’s summit and through the East Rift Zone, a distance of about 19 kilometres. During this trip, it mixes with cooler magma stored in pockets along the rift. The result is that lava samples collected at the Pu’uO’o vent now indicate magma temperature of about 1150°C, roughly 50 degrees Celsius cooler than magma in the volcano’s summit storage chamber.

A drop from 1200 to 1150°C may seem small. However, a significant amount of change to the magma occurs during that minor decrease in temperature. At 1200°C, magma in the summit storage chamber has already cooled enough to crystallize a bit. At that point, it is a mixture of liquid magma and minor amounts of olivine and spinel, high-temperature mineral crystals. But, by the time the magma reaches Pu’uo’o, it has cooled and crystalized even further, adding pyroxene and plagioclase, slightly lower temperature mineral crystals, to the mix.

So, to put it in a nutshell, within Kilauea Volcano, magma can have temperatures from around 1200°C down to about 1000°C. The former temperature is indicative of molten rock within the summit storage chamber, and the latter temperature suggests solidified, but still very hot rock. On Kilauea Volcano’s East Rift Zone, where magma is being steadily transported underground from the summit to Pu’uO’o, temperatures hover around 1150°C.

Source : USGS / HVO.

Le magma entre le sommet du Kilauea et l’East Rift Zone (Source: USGS / HVO)

Le lac de lave de l’Halema’uma’u (Crédit photo: USGS / HVO)

Lac de lave dans le Pu’uO’o en 2007 (Photo: C. Grandpey)

Peut-on vraiment trafiquer le climat? // Can we really tamper with the climate ?

Au cours de la COP 21 de 2015, les pays du monde entier se sont mis d’accord pour limiter le réchauffement climatique d’ici la fin du siècle à 1,5°C au-dessus des niveaux préindustriels. Cependant, cette cible semble de plus en plus difficile à atteindre. Au cours des derniers jours, les scientifiques ont annoncé que les émissions de dioxyde de carbone étaient à nouveau en hausse au moment où le président américain Donald Trump vantait les avantages du charbon lors d’une conférence sur le changement climatique.
Comme l’objectif de la COP 21 semble voué à l’échec, certains scientifiques mettent sur le tapis une idée qui n’est pas vraiment nouvelle (voir ma note du 21 juillet 2012). Ils pensent pouvoir inverser le réchauffement climatique en imitant les éruptions volcaniques, mais une nouvelle étude explique que de telles interventions sur le climat doivent être abordées avec grande prudence.
Quand les volcans entrent en éruption, ils envoient des aérosols d’acide sulfurique, ce qui refroidit la Terre en créant un bouclier qui réfléchit la lumière du soleil. En expédiant des particules similaires dans la stratosphère, certains scientifiques pensent que nous pourrions imiter ce processus et inverser le changement climatique. Cette nouvelle technologie a été baptisée « géoingénierie solaire ». Elle consiste à injecter des aérosols dans l’atmosphère et, au moment où le gaz se mêle à l’oxygène, des gouttelettes d’acide sulfurique se forment ; elles renvoient la lumière du soleil, processus chimique qui refroidirait la planète.
Cependant, imiter les éruptions volcaniques de cette manière pourrait être dangereux. Une nouvelle étude publiée dans Nature Communications explique que si la géoingénierie solaire peut effectivement avoir des impacts positifs, elle peut aussi avoir des effets désastreux dans des régions du monde déjà touchées par des catastrophes naturelles.
Les chercheurs ont utilisé des simulations pour examiner les effets de la géoingénierie solaire sur la fréquence des cyclones tropicaux dans l’Atlantique Nord. Alors que les injections d’aérosols dans l’hémisphère nord réduiraient la fréquence des cyclones, elles pourraient en réalité augmenter le risque de cyclone lorsqu’elles sont appliquées dans l’hémisphère sud. Pour aggraver les choses, les simulations ont montré que les effets positifs dans l’hémisphère nord seraient compensés par une augmentation des sécheresses dans la région du Sahel en Afrique sub-saharienne, une région déjà ravagée par la désertification. Il convient de noter que trois des quatre années de pire sécheresse en Afrique ont été immédiatement précédées d’éruptions volcaniques dans l’hémisphère Nord.
La perspective de climats modifiés par la géoingénierie solaire peut sembler lointaine, mais les scientifiques se sont déjà lancés dans des projets à grande échelle pour étudier sa faisabilité.
La dernière étude met également en évidence un gros problème lié à la géoingénierie solaire ; il s’agit de l’absence totale de réglementation. En effet, rien ne peut empêcher des pays, des organismes ou des entreprises privées de mettre en application cette technologie relativement bon marché. Il faudrait seulement une centaine d’avions à raison de trois vols quotidiens pour la déployer. Cela coûterait entre un milliard et dix milliards de dollars par an.
Source: Presse scientifique internationale.

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In the 2015 Paris Agreement, nations from across the globe agreed to limit global warming by the end of the century to 1.5°C above pre-industrial levels. This target, however, is looking further and further out of reach. In the last few days, scientists announced carbon dioxide emissions are rising again, while President Donald Trump took to promoting coal at a climate change conference.

As the COP 21 target seems to be doomed to failure, efforts are underway to reverse global warming by mimicking volcanic eruptions. The idea is note really new (see my post of 21 July 2012) but a new study explains that such dramatic interventions should be approached with caution.

When volcanoes erupt, they spew sulphate particles into the air, cooling the Earth by creating a shield that reflects sunlight away from its surface. By emitting similar particles into the stratosphere, some scientists have suggested we could imitate this process and reverse climate change in a technology termed “solar geoengineering”. It involves injecting aerosols into the atmosphere. As the gas combines with oxygen, droplets of sulphuric acid form. These droplets reflect sunlight away, cooling the planet in the process.

However, creating artificial volcanic eruptions in this way might be dangerous. New research published in Nature Communications suggests that while geoengineering may indeed have positive impacts, it could also have catastrophic effects in parts of the world already battered by natural disasters.

The researchers used simulations to examine the effect that geoengineering would have on tropical cyclone frequency in the North Atlantic. While aerosol injections in the northern hemisphere decreased projected cyclone frequency, when applied in the southern hemisphere they could actually enhance cyclone risk. To make matters worse, the team’s simulation suggested that the positive effects in the northern hemisphere would be offset by an increase in droughts in the Sahel region of sub-Saharan Africa, an area already ravaged by desertification. It should be noted that three of the four years with the worst drought in Africa were immediately preceded by volcanic eruptions in the Northern Hemisphere.

The prospect of geoengineering climates may seem remote, but scientists are already engaged in large-scale projects to investigate its feasibility.

However, the study also highlights a big problem with solar geoengineering and its complete lack of regulation. Indeed, there is nothing that could stop countries, organizations or private companies from deploying the technology which is relatively cheap. It could be done on a large scale as it only needs about 100 aircraft with three flights per day. It would cost one billion to ten billion dollars per year.

Source: International scientific press.

En 1991, l’éruption du Pinatubo (Philippines) a abaissé la température de la planète de quelques dixièmes de degrés. Sommes-nous autorisés à imiter la Nature? (Crédit photo: Wikipedia)

Le magma de Long Valley (Californie) avant la super éruption // Long Valley’s magma (California) before the super eruption

Long Valley, en Californie, à proximité du  Parc National de Yosemite, est un supervolcan qui est entré en éruption il y a environ 765 000 ans. En une semaine, 760 kilomètres cubes de lave et de cendre ont été émis par le volcan. Cette cendre a probablement refroidi la planète en faisant obstacle aux rayons du soleil, avant de recouvrir toute la partie occidentale de l’Amérique du Nord. Aujourd’hui, de nombreux géologues visitent des sites comme Long Valley avec l’espoir de comprendre pourquoi les super éruptions se déclenchent et, au bout du compte, où et quand elles sont susceptibles de se produire à nouveau.
Un rapport publié au début du mois de novembre dans les Proceedings of the National Academy of Sciences par des chercheurs de l’Université du Wisconsin montre que le vaste réservoir magmatique sous Long Valley était beaucoup moins chaud avant l’éruption qu’on ne le pensait jusqu’à présent. Leur étude laisse supposer que des erreurs d’interprétation ont été commises. Selon l’un des auteurs de l’étude, un géologue au Georgia Institute of Technology, « l’image traditionnelle des volcans alimentés par des réservoirs magmatiques dans la croûte n’est pas la meilleure façon d’interpréter les processus physiques ». Selon lui, la plupart des scientifiques pensent que les chambres magmatiques se trouvent «dans un état plutôt calme, à basse température, et relativement stable pendant la plus grande partie de leur vie». Malheureusement, cela signifie que les scientifiques ne sont pas en mesure de les analyser correctement avec les outils mis à leur disposition.

L’idée reçue est que l’on a affaire à un gros réservoir de roche fondue qui stagne pendant une longue période dans la croûte. La nouvelle hypothèse est que le magma reste stocké pendant une longue période dans un état cristallin stable, à basse température, et incapable de produire une éruption. Ce système inerte a besoin d’un énorme apport de chaleur pour déclencher une éruption. En conséquence, la cause principale de l’éruption doit être une ascension rapide d’une quantité importante de roche plus chaude en provenance des profondeurs. Au lieu d’un réservoir de roche en fusion sur une longue durée, les cristaux de roche solidifiée ont été incorporés peu de temps avant l’éruption de Long Valley. Ainsi, les conditions de fusion n’ont probablement duré que quelques décennies, au plus quelques siècles.
Les conclusions de la nouvelle étude s’appuient sur une analyse détaillée des isotopes d’argon de 49 cristaux recueillis à Bishop Tuff, un dépôt de cendre fossilisée, émise lors de la formation de la caldeira de Long Valley. L’argon, produit par la désintégration radioactive du potassium, s’échappe rapidement des cristaux à haute température ; donc, si le réservoir magmatique contenant ces cristaux avait été uniformément chaud avant l’éruption, l’argon ne se serait pas accumulé, et les dates des 49 cristaux auraient été identiques.
En utilisant un nouveau spectromètre de masse de haute précision dans le laboratoire de géochronologie de l’Université de Wisconsin-Madison, les dates obtenues par l’équipe de chercheurs s’étendent sur 16 000 ans, indiquant la présence d’argon qui s’était formé bien avant l’éruption. Cela indique des conditions de basse température avant la méga éruption.
Le nouveau spectromètre de masse de haute précision est plus sensible que ses prédécesseurs, ce qui lui permet de mesurer un plus petit volume de gaz avec une plus grande précision. Lorsque les chercheurs ont examiné plus en détail les monocristaux, il est apparu que certains d’entre eux devaient provenir d’un magma complètement solidifié. Il est apparu également que près de la moitié des cristaux ont commencé à se cristalliser quelques milliers d’années avant l’éruption, indiquant des températures plus basses. Pour obtenir l’âge réel de l’éruption, il faut prendre en compte la dispersion des dates. Les plus jeunes cristaux montrent la date de l’éruption.
Ces résultats ont une signification au-delà de la volcanologie car les cendres de Long Valley et d’autres super éruptions sont fréquemment utilisées pour la datation. Une meilleure compréhension du processus pré éruptif pourrait conduire à une meilleure prévision du comportement des volcans.
Cependant, certains chercheurs remarquent que cette étude ne permettra pas de faire avancer la prévision volcanique. Elle ne fait que souligner le fait que nous ne comprenons pas ce qui se passe dans les systèmes magmatiques au cours de la période de 10 à 1000 ans qui précède une grande éruption. De plus, comme chaque volcan a son propre processus éruptif, les conclusions tirées de l’éruption de Long Valley ne sauraient être généralisées à tous les supervolcans du monde entier.
Source: Université du Wisconsin à Madison.

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Long Valley, California, is a supervolcano located neat Yosemite National Park, which erupted about 765,000 years ago. Within one week, 760 cubic kilometres of lava and ash were emitted by the volcano. The ash likely cooled the planet by shielding the sun, before settling across the western half of North America. Today, many geologists visit places like Long Valley with the hope to understand why super-eruptions happen, and ultimately to understand where and when they are likely to occur again.

A report published early in November in the Proceedings of the National Academy of Sciences by University of Wisconsin researchers shows that the giant body of magma at Long Valley was much cooler before the eruption than previously thought. The paper suggests we may be thinking about volcanoes and their eruptions in the wrong way. « The historical view of volcanoes as fed by basically these tanks of magma in the crust isn’t really a useful way to think about the physical processes, » said first author of the study, a geologist at the Georgia Institute of Technology. He added that scientists are realizing that underground magma chambers are « in a pretty calm, pretty cool, more or less unremarkable state for most of their lifetime. » Unfortunately, that means they don’t show up very well with the tools scientists have to monitor magma underground.

The older view was that there was a long period with a big tank of molten rock in the crust. A new view is that magma is stored for a long period in a state that is locked, cool, crystalline, and unable to produce an eruption. That dormant system needs a huge infusion of heat to erupt. Thus, the main cause of the eruption must be a quick rise of much hotter rock from deep below. Instead of a long-lasting pool of molten rock, the crystals from solidified rock were incorporated shortly before the eruption of Long Valley. So the molten conditions likely lasted only a few decades, at most a few centuries.

The new results are rooted in a detailed analysis of argon isotopes in 49 crystals from the Bishop Tuff, a fossilized ash deposit released when the Long Valley Caldera formed. Argon, produced by the radioactive decay of potassium, quickly escapes from hot crystals, so if the magma body that contained these crystals was uniformly hot before eruption, argon would not accumulate, and the dates for all 49 crystals should be the same.

Using a new, high-precision mass spectrometer in the Geochronology Lab at University of Wisconsin-Madison, the research group’s dates spanned a 16,000 year range, indicating the presence of some argon that formed long before the eruption. That points to unexpectedly cool conditions before the giant eruption.

The new, high-precision mass spectrometer is more sensitive than its predecessors, so it can measure a smaller volume of gas with higher precision. When the researchers looked in greater detail at single crystals, it became clear some must have been derived from magma that had completely solidified. It appeared that about half of the crystals began to crystallize a few thousand years before the eruption, indicating cooler conditions. To get the true eruption age, one needs to see the dispersion of dates. The youngest crystals show the date of eruption.

The results have meaning beyond volcanology, however, as ash from Long Valley and other giant eruptions is commonly used for dating. A better understanding of the pre-eruption process could lead to better volcano forecasting.

However, some researchers notice that this study does not point to prediction in any concrete way. It only points to the fact that we do not understand what is going on in these systems, in the period of 10 to 1,000 years that precedes a large eruption. Besides, as each volcano has its own erupting process, the conclusions about Long Valley should not be extended to all supervolcanoes around the world.

Source: University of Wisconsin at Madison.

Source: USGS