Catégorie : Science

Les ondes sonores des volcans sous-marins // Sound waves from submarine volcanoes

C’est bien connu: il y a beaucoup plus de volcans actifs au fond des océans que sur la terre ferme. Dissimulés dans les profondeurs des océans, leurs éruptions peuvent être extrêmement violentes et très difficiles à détecter. Cependant, de nouveaux enregistreurs permettront peut-être aux scientifiques de cartographier ces événements  beaucoup plus rapidement.
À l’aide d’hydrophones nouvelle génération, des scientifiques de l’Observatoire des Volcans d’Alaska (AVO) et de l’US Geological Survey (USGS) ont enregistré les éruptions de deux volcans. Lors de la présentation des résultats de leurs recherches à la 174ème réunion de l’Acoustical Society of America à la Nouvelle-Orléans, l’équipe de chercheurs a montré à quel point les éruptions de ces deux volcans sont radicalement différentes. En effet, certaines explosions durent des heures tandis que d’autres transpercent la mer comme des coups de canon. Au-dessus de la surface, les éruptions sous-marines peuvent passer inaperçues. Sous l’eau, cependant, elles peuvent envoyer des ondes de choc incroyablement puissantes sur des kilomètres.
Sur Terre, l’activité volcanique est habituellement contrôlée en utilisant des sismographes. Les scientifiques peuvent ainsi connaître et enregistrer l’intensité et la profondeur de l’activité volcanique en utilisant ces données. En revanche, les ondes sonores se déplacent différemment dans de vastes étendues d’eau comme les océans, si bien que la sismologie classique peut ne pas être en mesure d’enregistrer les éruptions sous-marines.
En utilisant des hydrophones de haute technologie, l’équipe scientifique a enregistré des sons très différents émis par l’éruption de l’Ayhi en 2014 dans les îles Mariannes du Nord et par les éruptions du Bogoslof en 2015 et 2016 dans les Aléoutiennes (Alaska).
Les éruptions de l’Ahyi et du Bogoslof étaient différentes. C’est peut-être dû à la composition de leur magma, à la quantité de gaz émis et la pressurisation du système. L’Ahyi est également complètement sous l’eau, avec son sommet à environ 75 mètres de profondeur, tandis que le sommet du Bogoslof émerge à la surface de l’océan.
L’Ahyi a connu des milliers de brèves explosions sur une période de deux semaines. Cela a donné lieu à des sons semblables à des coups de canon. En revanche, les éruptions du Bogoslof ont été plus soutenues et ont parfois duré des minutes ou des heures. Des séismes et des épisodes de tremor ont accompagné ces éruptions, avec des panaches de cendre qui perçaient la surface de l’océan.
Les puissantes ondes sonores peuvent se déplacer sur des milliers de kilomètres à travers les océans. Les scientifiques ont capté certains signaux de l’Ahyi sur des hydrophones au large des côtes du Chili, à plus de 15 000 kilomètres à travers le Pacifique. Cependant, de nombreux sons volcaniques n’atteignent pas ce niveau car ils sont trop faibles ou peuvent être bloqués par la topographie, des îles par exemple. Tout comme les bruits au-dessus de la mer, des objets comme les murs peuvent rendre plus difficile la perception d’un son.
Les scientifiques peuvent utiliser des instruments sismiques et audio pour dessiner une meilleure image des éruptions volcaniques sous-marines. Selon un communiqué de presse, les signaux émis par une éruption volcanique sous-marine peuvent même être détectés par des dispositifs de surveillance des chants des baleines.
Source: Adapté d’un article publié dans Newsweek.

——————————————

It is a well-known fact: There are far more active volcanoes at the bottom of the oceans than on land. Buried in the depths of the oceans, their violent eruptions can be extremely powerful and very difficult to detect. However, new recordings may help scientists map these incredible events much more quickly.

Using hydrophones, scientists from the Alaska Volcano Observatory (AVO) and the U.S. Geological Survey (USGS) recorded the sounds of two volcanoes erupting. Presenting their findings at the 174th Meeting of the Acoustical Society of America in New Orleans, the team showed how different eruptions sound drastically different. Indeed, some explosions last hours while others rip through the sea like gunshots. Above the surface, submarine eruptions may go unnoticed. Underwater, however, they can send incredibly powerful shockwaves many kilometres.

Volcanic activity is usually monitored using seismology. Scientists can recognize and record the size and depth of volcanic activity using this data. Sound waves travel differently in vast bodies of water like oceans, so normal seismology can fall short in recording underwater eruptions.

Using sophisticated hydrophones, the team recorded vastly different sounds from the 2014 eruption of Ayhi in the Northern Mariana Islands, and from the 2015 and 2016 eruptions of Bogoslof in the Aleutians (Alaska).

The eruption styles of Ahyi and Bogoslof were different. This could be due to differences in the two systems, such as magma composition, amount of gas, and pressurization of the system. Ahyi is also completely submerged at around 75 metres deep, while Bogoslof is very shallow with part of its top peeking out of the water.

Ahyi produced thousands of short explosions over a two-week period. This resulted in sounds akin to gunshots. The Bogoslof recordings, however, showed sustained eruptions lasting anything from minutes to hours. Earthquakes and tremors accompanied these eruptions, with plumes of ash breaking through the surface of the ocean.

The powerful soundwaves can be carried thousands of kilometres through the sea. The scientists have found some of the Ahyi signals on hydrophones off the coast of Chile, more than 15,000 kilometres across the Pacific. Many volcanic sounds won’t reach this far, however, because either they are too weak or they may be blocked by topography, such as islands. Just like noises above the sea, objects like walls can make it harder to listen to a sound.

Scientists can use both seismic and audio instruments to build a better picture of underwater volcano eruptions. According to a press release, the signs of an underwater volcanic eruption can even be picked up by whale song-monitoring devices.

Source : Adapted from an article published in Newsweek.

Nouveau profil de l’Ahyi après l’éruption de 2014 (Source: USGS)

Vue du Bogoslof le 15 août 2017 (Crédit photo: AVO)

 

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.

—————————————–

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.

————————————————

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.

——————————————–

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