Catégorie : Science

L’effet de piston sur le Kilauea (Hawaï) // « Gas pistoning »  at Kilauea volcano (Hawaii)

Lors des derniers épisodes de l’éruption du Kilauea dans le cratère de l’Halema’uma’u, j’ai souvent évoqué le flux et le reflux de la lave dans la bouche nord ; son niveau fluctuait en fonction de la pression exercée par les gaz. Ce phénomène est appelé « gas pistoning» – autrement dit ‘effet de piston provoqué par les gaz’ – par les scientifiques de l’Observatoire volcanologique d’Hawaï (HVO). Cette expression a également été utilisée à d’autres occasions. Par exemple, le phénomène a été observé dans le lac de lave de 2008-2018 ainsi que dans les bouches du Pu’uO’o entre 1983 et 2018.

Le « gas pistoning » peut être défini comme une montée et une descente de la surface de la lave, provoquées par le dégazage. Cet effet de piston se produit souvent dans des conduits étroits, bien qu’il puisse également être observé dans des lacs de lave plus grands, voire dans des chenaux de lave.

Lorsque se déclenche un effet de piston provoqué par les gaz, la lave à la surface devient plus visqueuse, généralement par refroidissement. Les gaz ont alors plus de difficulté à s’échapper de cette lave plus froide et plus visqueuse. Ils commencent à s’accumuler et à former une couche de bulles sous la surface de lave plus froide. Cette couche de bulles finit par trouver suffisamment d’énergie pour propulser toute la couche de lave visqueuse située au-dessus et la faire s’élever dans le conduit éruptif, à la manière d’un piston qui remonte dans un moteur.

Si la lave atteint le sommet du conduit éruptif et est prête à s’écouler, la couche de lave supérieure s’amincit si bien que la couche de gaz située en dessous peut être libérée, ce qui donne souvent naissance à une activité de spattering et d’éclatements de bulles. La lave qui ne s’est pas écoulée du conduit peut alors refluer et participer ou non à un autre cycle de « gas pistoning ».

Différents types de « gas pistoning » ont été observés lors de l’éruption sommitale actuelle du Kīlauea. Ils ont commencé à apparaître en mars, dans le cadre d’une activité précurseur qui a précédé les épisodes 14 et 15 de fontaines de lave. Depuis, certains épisodes ont présenté des phases de « gas pistoning » évidentes, d’autres non. Certains ont montré une montée de lave suffisamment importante pour que des débordements aient lieu au niveau des deux bouches du cratère de l’Halemaʻumaʻu. Une telle situation peut provoquer la libération de gaz et le reflux de lave. Dans d’autres phases, la lave n’atteint pas tout à fait le sommet du conduit éruptif et il ne se produit pas de débordements.

Les scientifiques du HVO ne comprennent pas encore parfaitement pourquoi les phases de « gas pistoning » précèdent souvent les épisodes spectaculaires de fontaines de lave, ni pourquoi ils peuvent se comporter différemment d’un épisode à l’autre. Cependant, le personnel de l’Observatoire continue de collecter des données géophysiques et de chimie des gaz. Il effectue également d’autres observations géologiques, afin de mieux comprendre le phénomène de « gas pistoning » et son rôle dans l’éruption sommitale en cours.

Source : USGS, HVO.

Dans l’image du haut, on voit la lave s’élever le 19 mars 2025 dans la bouche éruptive nord, avant l’Épisode 14 de l’éruption. On remarquera que seul un léger panache de gaz est visible près du bord droit de la surface de lave. Dans l’image centrale, la surface de lave s’est élevée au point de déborder de la bouche. Une activité de spattering a débuté, ce qui permet de libérer plus facilement les gaz emprisonnés, avec un panache plus visible que précédemment. Dans l’image du bas, la lave s’écoule plus facilement au niveau du centre de la bouche, tandis que sa surface s’abaisse et que le panache devient plus volumineux au fur et à mesure que les gaz s’échappent. (Photos : USGS)

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During the last episodes of the Kilauea eruption in Halema’uma’u Crater, I have often mentioned the ebb and flow of lava in the north vent, with its level fluctuating according to the pressure exerted by the gases. This phenomenon is called ‘gas pistoning’ by the scientists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO). The expression may also be used on other occasions during volcanic activity. For instance, the phenomenon was observed in the 2008-18 lava lake as well as vents at Puʻuʻōʻō between 1983 and 2018.

Gas pistoning can be defined as a shallow, degassing-driven rise and fall of a lava surface. These pistons often occur in narrow conduits, although they can happen in larger lava lakes and even in lava channels.

To start a piston, or one cycle of pistoning, lava at the surface becomes more viscous, usually by cooling. Then, it is more difficult than usual for gases to escape from that cooler, more viscous lava.

Gases that would otherwise escape easily into the atmosphere instead begin to accumulate and build up a bubbly layer beneath that surface of cooler lava. Eventually, the bubbly layer becomes buoyant enough to push the whole layer of viscous lava above it up to higher levels in the volcanic conduit, just like a piston moving up inside an engine.

If the lava reaches the top of the conduit so that it can spill out, the top lava layer thins out to the point that the gas layer beneath can be released, which is often accompanied by lava spattering and bubble bursts. Any lava that did not spill out of the conduit can then drain back deeper, where it might or might not become part of another gas piston cycle.

Different gas piston types has been observed during this ongoing episodic summit eruption at Kīlauea. They began to become obvious in March as part of precursory activity ahead of sustained lava fountaining Episodes 14 and 15. Since then, some episodes have had obvious precursory gas pistons and others have not.

Some gas pistons during the current eruption involve lava rising high enough that overflows spilled out of both vents in Halemaʻumaʻu Crater, which can help initiate gas release and lava drainback.

Others don’t quite reach the top of the magma conduit in the vents and instead drain without having lava overflows.

HVO scientists do not yet have a full understanding of why the gas pistons are often a precursor to the high fountaining episodes or why they might behave differently from episode to episode.

However, they continue to collect geophysical and gas chemistry data, and make other geological observations, in order to better understand the gas pistoning phenomenon and the role it plays in the ongoing summit eruption.

Source : USGS, HVO.

In the top image above, lava rises on March 19, 2025, in the north vent prior to Episode 14 of the Kilauea eruption. Note that only a faint gas plume is visible near the right edge of the lava surface. In the middle image, the lava surface has risen to the point of lava spilling out of the vent and the molten rock has begun to spatter releasing more trapped gas, with a more obvious plume. In the bottom image, the lava is more clearly draining down in the center of the vent, with its surface dropping and even more of a plume visible as more gas escapes. (Photos : USGS)

Magma et plaques tectoniques dans l’Afar (Éthiopie) // Magma and tectonic plates in the Afar region (Ethiopia)

En Éthiopie, la région Afar se situe au-dessus de la jonction entre trois plaques tectoniques. Des scientifiques ont découvert que du magma en fusion vient frapper la croûte terrestre par en dessous. Dans cette partie du monde, le continent africain se déchire lentement, et finira par former un nouveau bassin océanique. En échantillonnant les signatures chimiques des volcans de cette région, une équipe scientifique de l’Université de Swansea et de l’Université de Southampton, au Royaume-Uni, a essayé d’obtenir davantage d’informations sur ce processus. Les chercheurs ont découvert que le manteau sous l’Afar n’est ni uniforme ni stationnaire ; il vibre, et ces vibrations portent des signatures chimiques distinctes. L’étude, intitulée « Mantle upwelling at Afar triple junction shaped by overriding plate dynamics », a été publiée dans Nature Geoscience.

Carte tectonique du système de rifts de l’Afar (Source : Wikipedia)

La surface de notre planète connaît un processus de renouvellement constant. Les plaques tectoniques qui divisent la croûte terrestre ne sont pas fixes ; elles se déplacent, entrent en collision et glissent même les unes sous les autres. Leurs points de rencontre sont généralement des points chauds de l’évolution géologique, marqués par une activité volcanique intense qui remodèle la surface par en dessous.
L’Afar est le point de rencontre des plaques arabique, nubienne et somalienne. Chacune s’écarte dans sa direction respective, ce qui laisse place à une brèche de plus en plus grande sous le Triangle de l’Afar. À terme, la croûte deviendra si fine à cet endroit que la surface s’abaissera sous le niveau de la mer, créant un nouveau bassin océanique au large de la mer Rouge.
Les scientifiques pensent que la remontée du magma joue un rôle dans ce processus de rupture continentale, mais ils ont du mal à comprendre son fonctionnement. Il est bien sûr impossible de forer pour l’observer de près ; c’est pourquoi ils ont étudié les matériaux déposés à la surface de la Terre depuis le manteau par l’activité volcanique.
Les auteurs de l’étude ont collecté 130 échantillons de roche volcanique provenant de la région de l’Afar et du rift éthiopien, et ont effectué des analyses chimiques. Ils ont utilisé ces analyses, combinées aux données existantes, pour réaliser une modélisation qui leur permettrait de comprendre l’activité sous le Triangle. Les résultats montrent des bandes ou stries chimiques distinctes qui se répètent à travers le système de rift. Elles sont produites par un panache unique et asymétrique de matière, façonné par son environnement au fur et à mesure qu’il s’élève du manteau. L’un des scientifiques a déclaré que « les stries chimiques montrent que le panache se comporte comme les pulsations d’un cœur ». De plus, « ces pulsations semblent se comporter différemment selon l’épaisseur de la plaque et la vitesse à laquelle elle s’éloigne. Dans les rifts à expansion rapide comme la mer Rouge, les pulsations se propagent plus nettement et plus régulièrement, comme le sang dans une artère étroite.»
Si le modèle réalisé par l’équipe scientifique est correct, il montre que les panaches et les remontées mantelliques peuvent être façonnés par la dynamique des plaques tectoniques situées au-dessus. Cette découverte pourrait favoriser les recherches futures sur l’activité qui remodèle continuellement notre planète.

 

Schéma issu de l’étude et montrant comment le panache mantellique est canalisé par les trois rifts

Les chercheurs ont découvert que l’évolution des remontées mantelliques profondes est intimement liée au mouvement des plaques situées au-dessus. Cela a de profondes implications pour l’interprétation du volcanisme de surface, de l’activité sismique et du processus de rupture continentale. Les recherches montrent que les remontées du manteau profond peuvent circuler sous la base des plaques tectoniques et contribuer à concentrer l’activité volcanique là où la plaque est la plus fine. Des recherches ultérieures tenteront de comprendre comment et à quelle vitesse se produit la circulation de la remontée mantellique sous les plaques.
Source : L’étude dans Nature Geoscience.

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In Ethiopia, the Afar region lies above the junction between three tectonic plates, and scientists have discovred that molten magma pounds the planet’s crust from below. In that part of the world,, the continent is slowly being torn asunder in the early formation stages of a new ocean basin. By sampling the chemical signatures of volcanoes around this region, a scientific team from Swansea University and the University of Southampton in the UK hoped to learn more about this wild process. They found that the mantle beneath Afar is not uniform or stationary ; it pulses, and these pulses carry distinct chemical signatures. The study, entitled « Mantle upwelling at Afar triple junction shaped by overriding plate dynamics », was published in Nature Geoscience.

Our planet’s surface is in a constant state of renovation. The tectonic plates into which the planetary crust is divided are not fixed in position, but shift and collide and even slip underneath one another. The places at which they meet are usually hotspots of geological evolution, rampant with volcanic activity that is reshaping the surface from below.

The Afar junction is the point at which the Arabian, Nubian, and Somalian plates meet, each departing in their own directions to leave a widening gap under the Afar Triangle. Eventually, the crust will become so thin here that the surface will drop below sea level, creating a new ocean basin off the Red Sea.

Scientists suspect that mantle upwelling is playing a role in this continental breakup process, but our understanding of how it works is limited. We can’t dig down to have a close look, so the researchers looked at material that has been disgorged onto Earth’s surface from the mantle by way of volcano.

They collected 130 samples of volcanic rock from around the Afar region and the Main Ethiopian Rift, and conducted chemical analyses. They used these analyses combined with existing data to conduct advanced modeling to understand the activity under the Triangle. The results show distinct chemical bands or stripes that repeat across the rift system, delivered by a single, asymmetrical plume of material shaped by its environment and pushing upwards from the mantle. One of the scientists said that « the chemical striping suggests the plume is pulsing, like a heartbeat. » Moreover,

« these pulses appear to behave differently depending on the thickness of the plate, and how fast it’s pulling apart. In faster-spreading rifts like the Red Sea, the pulses travel more efficiently and regularly like a pulse through a narrow artery. »

If the team’s model is correct, it suggests that mantle plumes and upwellings can be shaped by the dynamics of the tectonic plates above them. The finding could be used to inform future research into the activity that is continually remodeling our planet.

The researchers have found that the evolution of deep mantle upwellings is intimately tied to the motion of the plates above. This has profound implications for the interpretation of surface volcanism, earthquake activity, and the process of continental breakup. The research shows that deep mantle upwellings can flow beneath the base of tectonic plates and help to focus volcanic activity to where the tectonic plate is thinnest. Follow-on research includes understanding how and at what rate mantle flow occurs beneath plates.

Source : The study in Nature Geoscience.

https://www.nature.com/articles/s41561-025-01717-0

Ouragans : le Pentagone ferme ses satellites aux prévisionnistes // Hurricanes : the Pentagon stops sharing satellite data

Voici un nouveau coup sévère porté par l’Administration Trump aux prévisions météorologiques aux États-Unis. Alors que la saison des ouragans bat son plein, le ministère de la Défense prive les prévisionnistes météorologiques des données fournies par ses satellites. Cette décision met fin à la diffusion des données collectées par trois satellites militaires. Le Pentagone avait initialement annoncé que la suspension des données pour le 30 juin, avant de la repousser au 31 juillet 2025.
Les satellites militaires sont équipés d’outils capables d’observer sous la couverture nuageuse et de capturer des images micro-ondes que les prévisionnistes ne peuvent obtenir nulle part ailleurs. Leurs capteurs infrarouges enregistrent des images sur une zone de 1 600 milles nautiques et transmettent des informations deux fois par jour.
Lancés entre 2003 et 2009, les satellites militaires orbitent autour de la Terre toutes les 101 minutes à une altitude d’environ 820 kilomètres. La Space Force indique que ces satellites permettent de surveiller les conditions météorologiques dans les zones reculées, notamment « dans des conditions de brouillard, d’orages violents, de tempêtes de poussière et de sable, et de cyclones tropicaux ».
Les experts en ouragans ont déjà tiré la sonnette d’alarme quant à l’impact que la réduction drastique des budgets scientifiques décidée par l’Administration Trump aurait immanquablement sur l’étude des ouragans. Alors que les zones tropicales se préparent aux tempêtes, la perte de données satellitaires pourrait aggraver le problème. La saison des ouragans commence en juin et se termine le dernier jour de novembre. Selon les climatologues, « c’est un retour en arrière au suivi des ouragans en 1999. C’est sérieux ; des gens peuvent mourir.» En effet, les satellites militaires fournissent des informations cruciales que les satellites météorologiques classiques ne peuvent pas communiquer.
La décision du Pentagone va fortement dégrader les prévisions d’ouragans pour 2025 et les années suivantes, affectant des dizaines de millions d’Américains qui vivent le long des côtes exposées aux phénomènes extrêmes. Les trois satellites militaires fournissent environ la moitié des données des satellites micro-ondes aux prévisionnistes. Les données satellitaires permettent de suivre l’intensification rapide des ouragans et d’observer leur structure lors de leur formation.
Les météorologues ont déjà prévenu que Flossie, qui s’est renforcé en tempête tropicale le 29 juin 2025, pourrait se transformer en ouragan en quelques jours. La tempête se trouvait à environ 250 kilomètres au sud-ouest de Zihuatanejo, sur la côte Pacifique du Mexique, le 30 juin et devait passer au large de la péninsule de Basse-Californie dans les jours suivants.
Source : médias d’information américains.

Image satellite de l’ouragan Helene

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Here is another severe blow dealt by the Trump Administration on weather predictions in the U.S. As hurricane season kicks into gear, the Defense Department is cutting off weather forecasters from data gathered by its satellites. The decision puts a stop to the distribution of all data collected by three military-run satellites. The Pentagon first announced that data cutoff would take effect June 30 but later pushed the date back to July 31 2025.

The satellites are equipped with unique tools to peer beneath cloud cover and capture microwave images that forecasters can’t get anywhere else. Their infrared sensors capture images over an area of 1,600 nautical miles, beaming down information twice every day.

Launched between 2003 and 2009, the satellites orbit Earth every 101 minutes at an altitude of about 820 kilometers. The Space Force indicates that they track weather patterns over remote areas, including « fog, severe thunderstorms, dust and sandstorms, and tropical cyclones. »

Hurricane experts have already raised alarms about the impact the Trump Administration’s slashing of science budgets could have on hurricane research. As tropical areas brace for storms, the satellite data cutoff could exacerbate the problem. Hurricane season begins in June and ends on the last day of November. According to climatologists, « we’re back to tracking hurricanes like in1999. Except this isn’t a party. And people could die. » Indeed, the military satellites provide critical information that regular weather satellites can’t.

The change will severely impede and degrade hurricane forecasts for this season and beyond, affecting tens of millions of Americans who live along its hurricane-prone shorelines. The three military-run satellites provide roughly half of microwave satellite scans to forecasters. Data from the satellites helps track rapid intensification of hurricanes and to see the structure as the storm is forming.

Forecasters have warned that Flossie, which strengthened to a tropical storm on June 29th, 2025, could become a hurricane within days. The storm was about 250 kilometers southwest of Zihuatanejo, on Mexico’s Pacific coastline, on June 30 and was expected to pass off the Baja California Peninsula over the next days.

Source : U.S. News media.

L’or du noyau terrestre // The gold of Earth’s core

Selon une nouvelle étude conduite par des chercheurs de l’Université de Göttingen en Allemagne et publiée dans la revue Nature, le noyau terrestre est riche en or qui s’infiltre à travers le manteau et passe dans la croûte terrestre.
En étudiant les isotopes présents dans la roche volcanique issue des profondeurs de la lithosphère, les chercheurs ont découvert que les métaux précieux présents dans la croûte terrestre, dont l’or, commencent par s’échapper du noyau avant d’entamer leur longue remontée vers la surface, aidés en cela par la convection du magma. Les données confirment que des matériaux présents à l’intérieur du noyau, notamment l’or et d’autres métaux précieux, s’infiltrent dans le manteau terrestre.
Bien que l’on puisse accéder à l’or présent dans la croûte terrestre, la partie récoltée ne représente qu’une infime partie de la quantité totale à l’intérieur de notre planète. La nouvelle étude nous explique que plus de 99 % de l’or se trouve dans le noyau; une telle quantité suffirait à recouvrir la totalité de la Terre d’une couche d’or de 50 centimètres d’épaisseur. C’est assez facile à comprendre : lors de leur formation, les éléments les plus lourds se sont enfoncés à travers l’intérieur perméable de la planète et ont fini par être emprisonnés dans le noyau différencié. Par la suite, le bombardement de météores a apporté davantage d’or et de métaux lourds à la croûte terrestre.
Bien que nous ayons la preuve que des isotopes d’hélium et de fer lourd s’échappent du noyau terrestre, on ignorait jusqu’à présent quelle proportion du métal lourd à la surface de la Terre provient du noyau et quelle proportion provient de l’espace.
Les auteurs de l’étude expliquent qu’il existe un moyen d’obtenir une réponse grâce aux isotopes de ruthénium, un métal lourd précieux. Les isotopes du ruthénium issu du noyau terrestre sont légèrement différents de ceux présents à la surface. Les chercheurs ont développé de nouvelles techniques d’analyse qui leur ont permis d’étudier le ruthénium extrait de roches volcaniques à Hawaï et ils ont découvert une quantité de ruthénium-100 nettement supérieure à celle que l’on trouve dans le manteau. Ils en ont conclu qu’il s’agit de l’isotope du ruthénium qui est apparu dans le noyau.
Cette découverte montre que tous les éléments sidérophiles – éléments chimiques associés au fer en raison de son affinité pour cet élément à l’état liquide – s’échappent du noyau. Cela inclut le ruthénium, mais aussi des éléments comme le palladium, le rhodium, le platine… et l’or ! L’apparition de l’or ne se fait pas à un rythme particulièrement rapide, et il ne suffira donc pas de creuser à 2 900 kilomètres de profondeur pour l’extraire.

Cette nouvelle étude nous apprend quelque chose de nouveau sur notre propre planète, et peut-être sur d’autres planètes rocheuses. Selon l’un des auteurs de cette étude, « nous pouvons désormais prouver que d’énormes volumes de matière mantellique surchauffée proviennent de la limite noyau-manteau et remontent à la surface de la Terre pour former des îles océaniques comme Hawaï.»
Source : Médias américains.

Représentation graphique de la structure de la Terre, avec le noyau métallique interne au centre, suivi du noyau externe, du manteau et de la fine croûte à la surface. (Source : Université de Göttingen)

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According to a new study by researchers from Göttingen University in Germany, and publiciste in the journal Nature, Earth’s core is rich with gold, and it is leaking out through the mantle and into the crust.

When studying the isotopes found in the volcanic rock that oozed out from deep under the lithosphere, the researchers found that precious metals in Earth’s crust, including gold, initially leaked out of the core before beginning the long, long journey up to the surface, borne on convecting magma. The data confirmed that material from the core, including gold and other precious metals, is leaking into the Earth’s mantle above.

Although we can access gold in Earth’s crust, the amount there is an estimated minuscule fraction of the total quantity that our planet possesses. The new study suggests more than 99 percent is in its metallic core ; this is enough to cover all of Earth’s land in gold 50 centimeters thick. It makes sense ; indeed, when still forming, the heavier elements sank down through the planet’s mooshy interior and ended up sequestered in the differentiated core, a process known as the iron catastrophe. Later, meteor bombardment delivered more gold and heavy metals to the crust.

Although we have good evidence that primordial helium and heavy iron isotopes are leaking from Earth’s core, it has long been unclear how much of the heavy metal we find on the surface is from the core and how much is from space.

There is, however, a way to investigate through isotopes of a precious heavy metal called ruthenium. The isotopes of ruthenium in Earth’s core are slightly different from surface ruthenium. The researchers developed new analysis techniques that allowed them to study ruthenium that was dug out of volcanic rock on the Hawaiian islands, and discovered a significantly higher amount of ruthenium-100 than can be found in the ambient mantle. That’s the isotope of ruthenium that originated in Earth’s core.

This discovery suggests that all the siderophile elements are leaking out of the core. That includes ruthenium, of course, but also elements such as palladium, rhodium, platinum, and gold. It won’t be emerging at a particularly high rate, nor can we just dig down 2,900 kilometers to get it.

The new study tells us something new about our own planet, and perhaps other rocky planets. According to one author of ths study, « we can now also prove that huge volumes of superheated mantle material originate at the core-mantle boundary and rise to the Earth’s surface to form ocean islands like Hawaii. »

Source : U.S. News media.