Catégorie : Science

Volcans et atmosphère lunaire // Volcanoes and lunar atmosphere

Une étude récente publiée dans la revue Earth and Planetary Science Letters révèle qu’il y a 3,5 milliards d’années une atmosphère enveloppait la Lune. Aujourd’hui, il ne reste pratiquement plus rien de cette atmosphère ténue, mais de nouveaux calculs montrent que de puissantes éruptions volcaniques ont généré assez de gaz à haute température pour créer cette atmosphère qui a mis 70 millions d’années pour s’évacuer.
Les astronomes ont longtemps pensé que la Lune était totalement dépourvue d’atmosphère, mais les chercheurs ont récemment découvert que l’océan de magma qui recouvrait la Lune à sa naissance il y a 4,5 milliards d’années a produit des vapeurs de sodium et de silice à haute température qui ont formé une atmosphère éphémère. Il semble qu’une deuxième atmosphère lunaire se soit développée il y a 3,5 milliards d’années à la suite d’éruptions pendant lesquelles la lave a envahi un grand cratère pour former Mare Imbrium, une plaine recouverte de lave sur la face de la Lune la plus proche de la Terre.
Depuis près d’une décennie, des études effectuées à l’aide de nouveaux instruments ultra sensibles ont révélé des matériaux volatils contenus dans les échantillons de verre volcanique lunaire recueillis par les astronautes des missions Apollon. Le verre provient de bassins lunaires à la couleur sombre et laisse supposer que les grandes éruptions volcaniques qui les ont formés entre 3,8 et 3,1 milliards d’années ont également émis de grandes quantités de gaz.
Les scientifiques de l’Institut Lunaire et Planétaire de Houston (Texas) ont calculé ces émissions de gaz en fonction des volumes estimés des coulées de lave. La grande coulée de 5,3 millions de kilomètres cubes de lave qui a rempli le bassin d’Imbrium s’est accompagnée de l’émission d’environ 10 milliards de tonnes de gaz. Cela a fait augmenter la pression de l’air lunaire qui a probablement atteint environ 1 pour cent de celle de la Terre, soit 1,5 fois la densité de l’atmosphère martienne.
Un chercheur de la Scripps Institution (Californie) affirme que ce processus de formation de l’atmosphère pourrait expliquer la répartition de l’eau et d’autres substances volatiles à la surface de la Lune. Cela pourrait aussi nous donner des indications sur la formation des atmosphères planétaires.
Source: The New Scientist / Earth and Planetary Science Letters.

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A recent study published in Earth and Planetary Science Letters reveals that 3.5 billion years ago an atmosphere was wrapping the Moon. Though today it retains only a few tenuous wisps of atmosphere, new calculations show that massive volcanic eruptions released enough hot gas to create one that took 70 million years to leak away.

Astronomers had long thought the Moon was perfectly dry, yet researchers recently discovered that the magma ocean covering the newborn moon 4.5 billion years ago released hot vapours of sodium and silica that formed a short-lived atmosphere. Now it seems a second lunar atmosphere developed 3.5 billion years ago as a result of eruptions flooding a large crater to form Mare Imbrium, a lava plain on the near side of the Moon.

Starting nearly a decade ago, studies using sensitive new instruments revealed volatile material embedded in lunar volcanic glass collected by Apollo astronauts. The glass came from the dark lunar basins and hinted that the large volcanic eruptions that formed them between 3.8 and 3.1 billion years ago also emitted vast amounts of gas.

Scientists at the Lunar and Planetary Institute in Houston have calculated these emissions based on the estimated volumes of the lava flows. The largest emission was the roughly 10 trillion tonnes of gas that erupted along with the 5.3 million cubic kilometres of lava that filled the Imbrium basin. That would have raised lunar air pressure to about 1 per cent that of modern Earth, or 1.5 times the density of today’s Martian atmosphere.

A researcher at the Scripps Institution of Oceanography in California says this atmosphere formation process could account for the distribution of water and other volatiles on the surface of the Moon. It could also help us understand how planetary atmospheres form.

Source : The New Scientist /  Earth and Planetary Science Letters.

La Lune pendant l’éclipse du 28 septembre 2015 (Photo: C. Grandpey)

Les mystères du vieux Fidèle (Parc de Yellowstone) // The mysteries of Old Faithful (Yellowstone National Park)

Le Vieux Fidèle est l’une des principales attractions du Parc National de Yellowstone. Chaque année, des millions de visiteurs viennent voir le geyser se manifester toutes les 44 à 125 minutes. Cependant, on connaît mal l’anatomie géologique du geyser ainsi que le fonctionnement des fluides de son système d’alimentation en profondeur.
Les scientifiques de l’Université de l’Utah ont essayé de combler cette lacune et ont cartographié la géologie du Vieux Fidèle proche de la surface (soir schéma ci-dessous). L’étude montre la morphologie du réservoir d’eau à haute température qui alimente le geyser ainsi que les mouvements du sol entre les éruptions. La cartographie a été rendue possible par l’implantation d’un important réseau de sismographes portables et par de nouvelles techniques d’analyse sismique. Les résultats de l’étude ont été  publiés dans les Geophysical Research Letters.
Le Vieux Fidèle – Old Faithful – est un exemple typique de l’activité hydrothermale du Parc National de Yellowstone qui repose sur deux réservoirs magmatiques actifs à des profondeurs de 5 à 40 km. Ce sont eux qui fournissent la chaleur aux eaux de surface. Dans certains endroits de Yellowstone, l’eau chaude se manifeste sous la forme de mares ou de sources. Dans d’autres, elle prend la forme de geysers qui entrent en éruption.
La géologie du sous-sol peu profond du Parc est longtemps restée un mystère. En effet, la cartographie nécessite d’enregistrer tous les jours les moindres mouvements du sol et l’énergie sismique émise à très faible échelle. Afin de détecter cette sismicité, l’Université de l’Utah a placé 30 sismomètres permanents dans le parc pour enregistrer la sismicité et l’activité volcanique. Le coût de ces sismomètres peut facilement dépasser 10 000 dollars. C’est pourquoi les scientifiques utilisent maintenant des petits sismomètres mis au point par Fairfield Nodal pour l’industrie pétrolière et gazière ; ils réduisent le coût à moins de 2 000 dollars par unité. Ce sont de petits boîtiers d’environ 15 cm de hauteur qui sont totalement autonomes. En 2015, les scientifiques de l’Université de l’Utah ont installé 133 de ces nouveaux sismomètres dans les secteurs du Vieux Fidèle et de Geyser Hill lors d’une campagne d’observations de deux semaines.
Les capteurs ont enregistré les pics d’activité sismique autour du Vieux Fidèle. Ils ont une durée d’environ 60 minutes et sont séparés par environ 30 minutes de calme. L’une des premières conclusions est que, étrangement, les éruptions du Vieux Fidèle ne se produisent pas au moment où la sismicité est la plus forte, mais vers la fin, juste avant que tout se calme.
Après une éruption, le réservoir du geyser se remplit à nouveau d’eau chaude. Au fur et à mesure que cette cavité se remplit, il y a beaucoup de bulles sous pression à haute température. Quand elles remontent vers la surface, elles se refroidissent très rapidement, puis s’effondrent et implosent. L’énergie libérée par ces implosions provoque les séismes qui précèdent une éruption.
Lors de l’analyse des données fournies par les capteurs, les chercheurs ont remarqué que les signaux sismiques du Vieux Fidèle n’arrivaient pas jusqu’au sentier en caillebotis situé à l’ouest du geyser. Les ondes sismiques en provenance d’une autre source hydrothermale plus au nord ralentissaient et se dispersaient de manière significative dans quasiment le même secteur. Cela laissait supposer qu’à l’ouest du Vieux Fidèle se trouvait une activité souterraine qui affectait les ondes sismiques du geyser d’une manière anormale. Grâce au réseau dense de sismomètres installés à cet endroit, l’équipe scientifique a pu déterminer la forme, la taille et l’emplacement de cette activité hydrothermale qui, selon toute probabilité, provient du réservoir du Vieux Fidèle. On estime que ce réservoir, qui consiste en un réseau de fissures et de fractures au travers duquel s’écoule l’eau, a un diamètre d’environ 200 mètres et peut contenir environ 300 000 mètres cubes d’eau. En comparaison, chaque éruption du Vieux Fidèle libère environ 30 m3 d’eau.
Source: Université de l’Utah.

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Old Faithful is Yellowstone National Park’s most famous landmark. Millions of visitors come to the park every year to see the geyser erupt every 44-125 minutes. However, little is known about the geologic anatomy of the structure and the fluid pathways that fuel the geyser below the surface.

University of Utah scientists have tried to fill this gap and mapped the near-surface geology around Old Faithful. It reveals the reservoir of heated water that feeds the geyser’s surface vent and how the ground shaking behaves in between eruptions. The map was made possible by a dense network of portable seismographs and by new seismic analysis techniques. The results are published in Geophysical Research Letters.

Old Faithful is an iconic example of a hydrothermal feature, and particularly of the features in Yellowstone National Park, which is underlain by two active magma reservoirs at depths of 5 to 40 km depth that provide heat to the overlying near-surface groundwater. In some places within Yellowstone, the hot water manifests itself in pools and springs. In others, it takes the form of explosive geysers.

The shallow subsurface geology of the park has remained a mystery, because mapping it out required capturing everyday miniature ground movement and seismic energy on a much smaller scale. In order to detect this seismicity, the University of Utah has placed 30 permanent seismometers around the park to record ground shaking and monitor for earthquakes and volcanic events. The cost of these seismometers, however, can easily exceed $10,000. Small seismometers, developed by Fairfield Nodal for the oil and gas industry, reduce the cost to less than $2,000 per unit. They’re small white canisters about six inches high and are totally autonomous and self-contained. In 2015, with the new instruments, the Utah team deployed 133 seismometers in the Old Faithful and Geyser Hill areas for a two-week campaign.

The sensors picked up bursts of intense seismic tremors around Old Faithful, about 60 minutes long, separated by about 30 minutes of quiet. One of the first conclusions was that, surprisingly, the peaks of shaking during the Old Faithful eruptions do not occur at the end, but just before everything goes quiet again.

After an eruption, the geyser’s reservoir fills again with hot water. As that cavity fills up, there are a lot of hot pressurized bubbles. When they come up, they cool off really rapidly and they collapse and implode. The energy released by those implosions causes the tremors leading up to an eruption.

When analyzing data from the seismic sensors, the researchers noticed that tremor signals from Old Faithful were not reaching the western boardwalk. Seismic waves extracted from another hydrothermal feature in the north slowed down and scattered significantly in nearly the same area suggesting somewhere west of Old Faithful was an underground feature that affects the seismic waves in an anomalous way. With a dense network of seismometers, the team could determine the shape, size, and location of the feature, which they believe is Old Faithful’s hydrothermal reservoir. It is estimated that the reservoir, a network of cracks and fractures through which water flows, has a diameter of around 200 metres and can hold approximately 300,000 cubic metres of water. By comparison, each eruption of Old Faithful releases around 30 m3 of water.

Source : University of Utah.

Ce schéma montre bien le décalage entre le réservoir du Vieux Fidèle et sa bouche éruptive (Source: University of Utah)

Eruption du Vieux Fidèle (Photo: C. Grandpey)

El Niño et les éruptions tropicales // El Niño and tropical eruptions

Un article récent publié sur le site EarthSky suggère que les volcans des zones tropicales pourraient déclencher le phénomène El Niño et donc que des éruptions explosives sous les tropiques peuvent conduire à des périodes de réchauffement de l’Océan Pacifique, avec des impacts spectaculaires sur le climat de la planète. C’est ce qu’indique une nouvelle étude publiée le 3 octobre 2017 dans Nature Communications.
L’étude a utilisé des simulations de modèles climatiques pour montrer qu’El Niño a tendance à s’intensifier après de grandes éruptions volcaniques, comme celle du Mont Pinatubo aux Philippines en 1991.
El Niño apparaît périodiquement lorsque la température de surface de l’Océan Pacifique équatorial se réchauffe. L’augmentation de la température de surface de l’océan influence les mouvements de l’air et de l’humidité dans le monde entier, ce qui a des répercussions sur le climat de la planète.
Les chercheurs pensent que d’énormes éruptions volcaniques sont susceptibles de déclencher El Niño en diffusant des millions de tonnes de dioxyde de soufre dans la stratosphère. Cela contribue à former un nuage d’acide sulfurique qui renvoie le rayonnement solaire et réduit la température moyenne à la surface de la Terre.
Selon l’étude, les données concernant la température de la surface de la mer depuis 1882 laissent apparaître des phénomènes El Niño de grande ampleur après quatre des cinq grandes éruptions: Santa María (Guatemala) en octobre 1902, Mont Agung (Indonésie) en mars 1963, El Chichón Avril 1982 et Pinatubo en juin 1991. La dernière étude a porté sur l’éruption du Pinatubo car c’est la plus importante et la mieux documentée des régions tropicales au cours de la période moderne. Le volcan a envoyé environ 20 millions de tonnes de dioxyde de soufre dans l’atmosphère.
L’étude indique que le refroidissement en Afrique tropicale après les éruptions volcaniques affaiblit la mousson d’Afrique de l’Ouest et entraîne des anomalies de vent d’ouest près de l’équateur sur le Pacifique occidental. Ces anomalies sont amplifiées par les interactions air-mer dans le Pacifique, ce qui favorise une réaction de type El Niño. Les simulations de modèles climatiques montrent que les éruptions du type Pinatubo ont tendance à raccourcir les phénomènes La Niña (périodes où la température de surface est inférieure à la moyenne dans la partie centre-est du Pacifique équatorial, et qui ont tendance à avoir des effets opposés à El Niño), allonger les périodes El Niño et provoquer un réchauffement inhabituel durant les périodes neutres intermédiaires.
Source: EarthSky.
http://earthsky.org/earth/tropical-volcanoes-trigger-el-ninos

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A recent article released on the EarthSky website suggests that tropical volcanoes might trigger El Niño and that explosive eruptions in the tropics can lead to El Niño events, the warming periods in the Pacific Ocean that have dramatic impacts on global climate. The suggestion comes from a new study published on October 3rd, 2017 in Nature Communications.

The study used climate model simulations to show that El Niño tends to peak during the year after large volcanic eruptions, such as the one at Mount Pinatubo in the Philippines in 1991.

An El Niño event happens on a periodic scale when sea surface temperatures in the equatorial Pacific Ocean warm up. The increased ocean surface temperatures influence air and moisture movement around the globe, causing worldwide impacts on the climate.

The researchers think that enormous volcanic eruptions trigger El Niño events by pumping millions of tons of sulfur dioxide into the stratosphere, which then forms a sulfuric acid cloud, reflecting solar radiation and reducing the average global surface temperature,

According to the study, sea surface temperature data since 1882 document large El Niño-like patterns following four out of five big eruptions: Santa María (Guatemala) in October 1902, Mount Agung (Indonesia) in March 1963, El Chichón (Mexico) in April 1982 and Pinatubo in June 1991. The latest study focused on the Mount Pinatubo eruption because it’s the largest and best-documented tropical one in the modern technology period. It ejected about 20 million tons of sulfur dioxide.

The research indicates that cooling in tropical Africa after volcanic eruptions weakens the West African monsoon, and drives westerly wind anomalies near the equator over the western Pacific. The anomalies are amplified by air-sea interactions in the Pacific, favoring an El Niño-like response. Climate model simulations show that Pinatubo-like eruptions tend to shorten La Niñas (periods of below-average sea surface temperatures across the east-central Equatorial Pacific that tend to have opposite impacts of El Niño), lengthen El Niños and lead to unusual warming during neutral periods.

Source : EarthSky.

http://earthsky.org/earth/tropical-volcanoes-trigger-el-ninos

Vue de l’éruption du Pinatubo en 1991 (Source: Wikipedia)

Volcans et risques volcaniques // Volcanoes and volcanic risks

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université de Bristol et publiée récemment dans le Journal of Applied Volcanology, permet de mieux comprendre les risques volcaniques et la menace des volcans pour ceux qui les fréquentent. L’étude est intitulée: “Volcanic fatalities database: analysis of volcanic threat with distance and victim classification.” – «Base de données sur les accidents mortels sur les volcans: analyse de la menace volcanique en fonction de la distance et classification des victimes».
Un dixième de la population mondiale vit dans des zones potentiellement exposées aux risques volcaniques et plus de 800 millions de personnes vivent à moins de 100 km de volcans actifs.
Entre 1500 et 2017, plus de 278 000 personnes sont mortes sur ou autour des volcans, ce qui correspond à une moyenne d’environ 540 personnes par an.
Les volcans sont source de danger en fonction de la distance, que ce soit en période d’éruption ou lorsque le volcan est calme. Les chercheurs de Bristol ont mis à jour d’anciennes bases de données concernant les décès causés par les volcans. Pour ce faire, ils ont ajouté des événements et inclus des informations sur le lieu des décès en fonction de la distance par rapport au volcan. Le lieu des accidents mortels a été déterminé à partir de rapports officiels, bulletins d’activité volcanique, rapports scientifiques et de récits dans les médias.

On aboutit aux statistiques suivantes :
– Près de la moitié de tous les accidents mortels ont été enregistrés dans un rayon de10 km des volcans, mais il faut aussi noter que certaines victimes se trouvaient jusqu’à 170 km de distance.
– À proximité des volcans (à moins de 5 km), les projections de matériaux comme les bombes volcaniques sont les principales causes de mortalité.
– Les coulées pyroclastiques sont la cause principale de décès à des distances moyennes, de l’ordre de 5 à 15 km.
– Les coulées de boue (lahars), les tsunamis et les retombées de cendre sont les principales causes de décès à de plus grandes distances.
En plus des distances, les chercheurs ont également fourni un classement plus détaillé des victimes que les études précédentes. Alors que la plupart d’entre elles sont des personnes qui vivent sur ou à proximité d’un volcan, plusieurs groupes ont été identifiés comme n’appartenant pas à des régions volcaniques. Il s’agit de touristes, de médias, de personnel d’intervention d’urgence et de scientifiques (principalement des volcanologues).
– 561 accidents mortels ont été enregistrés, principalement lors de petites éruptions ou en période de repos lorsque le volcan n’était pas vraiment en éruption. La plupart de ces décès ont eu lieu près du volcan (à moins de 5 km) ; dans ce cas, les projections de matériaux sont la cause la plus fréquente des décès.
Un exemple récent de décès parmi des touristes a été l’éruption de l’Ontake en 2014 au Japon, lorsque des randonneurs ont été surpris par une éruption soudaine qui a tué 57 d’entre eux.
Il y a quelques semaines, un enfant et ses parents sont morts dans les Champs Phlégréens en Italie, probablement asphyxiés par des gaz mortels lorsque le sol s’est effondré sous leur poids dans une zone interdite d’accès.
– 67 scientifiques (principalement des volcanologues et des personnes qui leur viennent en aide) sont morts, avec plus de 70% d’entre eux à moins de 1 km du sommet du volcan. Cette statistique met en évidence le danger auquel sont confrontés les scientifiques de terrain qui visitent le sommet des volcans actifs.
– Les personnels de prévention et d’intervention en cas de catastrophe, les services militaires et d’urgence venus évacuer, sauver ou retrouver les victimes d’éruptions volcaniques ont malheureusement également perdu la vie, avec 57 décès recensés.
– On enregistre également les décès de 30 journalistes. Ils relataient des éruptions et se trouvaient souvent dans les zones de danger.
Les chercheurs font remarquer que, alors que les volcanologues et le personnel d’intervention d’urgence ont des raisons valables de se trouver dans des zones dangereuses, les risques concernant les autres catégories doivent être soigneusement évalués. Les médias et les touristes auraient intérêt à respecter les zones d’exclusion et suivre les directives des autorités et des observatoires volcanologiques. Les accidents mortels pourraient également être réduits avec des restrictions d’accès appropriées, des mises en garde et une meilleure éducation.
Source: Université de Bristol.

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A new study by University of Bristol researchers, published recently in the Journal of Applied Volcanology, will help increase our understanding of volcanic hazards and the subsequent threat to life. The study is entitled “Volcanic fatalities database: analysis of volcanic threat with distance and victim classification.”

A tenth of the world’s population lives within areas of potential volcanic hazards, and more than 800 million people are living within 100 km of active volcanoes.

Between 1500 and 2017 more than 278,000 people died as a result of volcanic hazards, which corresponds to an average of about 540 people per year.

Volcanoes produce numerous hazards which affect different distances, in both times of eruption and when the volcano is quiet. The Bristol researchers updated previous databases of volcanic fatalities by correcting data, adding events and including information on the location of the fatalities in terms of distance from the volcano. The location of fatal incidents was identified from official reports, volcano activity bulletins, scientific reports and media stories.

– Nearly half of all fatal incidents were recorded within 10 km of volcanoes but fatalities are recorded as far away as 170 km.

– Close to volcanoes (within 5 km) ballistics or volcanic bombs dominate the fatality record.

– Pyroclastic flows are the dominant cause of death at more medial distances (5-15 km).

– Volcanic mudflows (lahars), tsunami and ashfall are the main cause of death at greater distances.

As well as the distances, the researchers were also able to classify the victims in more detail than any previous studies. While most victims were people who live on or near the volcano, several groups were identified as common victims. These were tourists, media, emergency response personnel and scientists (mostly volcanologists).

– 561 tourist fatalities were recorded, mostly during small eruptions or in times of quiescence when the volcano was not actively erupting. Most of these fatalities occurred close to the volcano (within 5 km), with ballistics being the most common cause of death in eruptions.

A recent example of tourist fatalities was the 2014 Ontake eruption in Japan when hikers on the volcano were caught out by a sudden eruption which tragically killed 57 people.

And, just a few weeks ago, a child and his parents died in Campi Flegri in Italy, likely overcome by deadly gases when the ground collapsed beneath them in a restricted area.

– The fatalities of 67 scientists (mostly volcanologists and those supporting their work) were recorded with more than 70 per cent of these within 1 km of the volcano summit, highlighting the danger to field scientists visiting the summit of active volcanoes.

– Disaster prevention and response personnel, military and emergency services working to evacuate, rescue or recover victims of volcanic eruptions have unfortunately also lost their lives, with 57 fatalities of emergency response personnel.

– The deaths of 30 media employees are also recorded; they were reporting on eruptions and were often within the declared danger zones.

The researchers indicate that while volcanologists and emergency response personnel might have valid reasons for their approach into hazardous zones, the benefits and risks must be carefully weighed. The media and tourists should observe exclusion zones and follow direction from the authorities and volcano observatories. Tourist fatalities could be reduced with appropriate access restrictions, warnings and education.

Source : University of Bristol.

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« Volcans et risques volcaniques » est le titre de l’une de mes conférences. Les statistiques montrent que les volcans ont souvent été meurtriers dans le passé. Les techniques modernes permettent-elles d’en savoir plus sur les humeurs des monstres de feu ? Sommes-nous capables aujourd’hui d’éviter que les volcans tuent ? Ce sont quelques unes des questions auxquelles j’essaye de répondre.

Comme indiqué dans la colonne de gauche de ce blog, mon exposé se poursuit avec deux diaporamas (une vingtaine de minutes chacun) en fondu-enchaîné sonorisé destinés à illustrer les deux grands types de volcans. La Java des Volcans conduit le public auprès des volcans gris d’Indonésie tandis que Hawaii le Feu de la Terre fait côtoyer les coulées de lave rouge du Kilauea.

Si votre commune ou votre comité d’entreprise est intéressé, merci de me contacter par courrier électronique (grandpeyc@club-internet.fr) pour définir les modalités de mon intervention.

Vue du Mont Ontake (Japon) dont l’éruption soudaine en 2014 a tué 57 randonneurs (Crédit photo: JMA)