Catégorie : Science

Le Vésuve a-t-il pollué l’eau de Pompéi ? // Did Mt Vesuvius pollute water in Pompeii ?

Les anciens Romains étaient célèbres pour leur technique extrêmement avancée d’alimentation en eau, comme on peut s’en rendre compte en visitant les vestiges de leurs bains ou leurs aqueducs (voir les thermes de Chassenon en Charente, par exemple). Toutefois, l’eau potable qui circulait dans les conduites de Pompéi a probablement été empoisonnée à un niveau qui a pu entraîner des problèmes tels que vomissements, diarrhée, voire des lésions hépatiques et rénales.

C’est le résultat d’analyses effectuées dans un fragment de conduite d’eau de Pompéi, et publiées dans la revue Toxicology Letters. Selon un chimiste de l’Université du Danemark Méridional qui a participé à la recherche, «les concentrations étaient élevées et étaient définitivement problématiques pour les anciens Romains. Leur eau potable devait être dangereuse pour la santé». Il a analysé un fragment de conduite d’eau de Pompéi et le résultat a révélé un niveau élevé d’antimoine.
Depuis de nombreuses années, les archéologues sont persuadés que les canalisations d’eau chez les Romains étaient problématiques en matière de santé publique. Elles étaient faites de plomb, un métal lourd qui s’accumule dans le corps et finit par endommager le système nerveux et certains organes. Le plomb est également très dangereux pour les enfants. Il y a toujours eu cette idée reçue selon laquelle les Romains ont été empoisonnés par leur eau potable. Cependant, cette thèse est discutable. En effet, une conduite en plomb se calcifie assez rapidement, ce qui empêche le plomb de pénétrer dans l’eau potable. L’eau n’a pu être contaminée par le plomb que pendant de courtes périodes, par exemple lors de la pose des conduites ou pendant leur réparation.
En revanche, contrairement au plomb, l’antimoine est extrêmement toxique. Il est particulièrement irritant pour les intestins. Les réactions observées sont des vomissements et des diarrhées qui peuvent entraîner une déshydratation. Dans les cas graves, le foie et les reins peuvent être affectés et, dans le pire des cas, les troubles peuvent provoquer un arrêt cardiaque.
Comme indiqué précédemment, les concentrations d’antimoine ont été décelées dans le fragment de conduite de 40 milligrammes prélevé à Pompéi. Il a été analysé avec des équipements de haute technologie qui permettent de détecter les éléments chimiques dans un échantillon et de mesurer les endroits où ils se trouvent en grandes concentrations. Cependant, il faudra plusieurs analyses avant que les chercheurs puissent avoir une idée plus précise des effets de la contamination par l’antimoine sur la santé des anciens Romains.
Quoi qu’il en soit, il ne fait aucun doute que l’eau potable à Pompéi contenait des concentrations alarmantes d’antimoine et que la concentration était encore plus élevée que dans d’autres parties de l’Empire romain car Pompéi se trouve à proximité du Vésuve et on sait qu’il y a des concentrations d’antimoine plus élevées dans les eaux souterraines près des volcans.
Sources: Toxicology Letters (15 juillet 2017) & Science Daily.

—————————————-

The ancient Romans were famous for their advanced water supply, as can be seen when you visit their baths or aqueducts. But the drinking water in the pipelines of Pompeii was probably poisoned on a scale that may have led to daily problems with vomiting, diarrhea, and liver and kidney damage.

This is the finding of analyses of water pipe from Pompeii, published in the journal Toxicology Letters. According to a chemist from University of Southern Denmark who participated in the research, « the concentrations were high and were definitely problematic for the ancient Romans. Their drinking water must have been decidedly hazardous to health. » He analysed a piece of water pipe from Pompeii, and the result surprised both him and his fellow scientists. The pipes contained high levels of antimony.

For many years, archaeologists have believed that the Romans’ water pipes were problematic when it came to public health. They were made of lead, a heavy metal that accumulates in the body and eventually shows up as damage to the nervous system and organs. Lead is also very harmful to children. So there has been a long-lived thesis that the Romans poisoned themselves to a point of ruin through their drinking water. However, this thesis is not always tenable. A lead pipe gets calcified rather quickly, thereby preventing the lead from getting into the drinking water. In other words, there were only short periods when the drinking water was poisoned by lead, for example, when the pipes were laid or when they were repaired.

Unlike lead, antimony is acutely toxic. It is particularly irritating to the bowels, and the reactions are excessive vomiting and diarrhea that can lead to dehydration. In severe cases it can also affect the liver and kidneys and, in the worst-case scenario, can cause cardiac arrest.

This new knowledge of alarmingly high concentrations of antimony comes from a 40-milligram fragment of water pipe found in Pompeii. It was analysed with very high technology equipment which enables to detect chemical elements in a sample and to measure where they occur in large concentrations. However, it will take several analyses before researchers can get a more precise picture of the extent to which Roman public health was affected.

Anyway, there is no question that the drinking water in Pompeii contained alarming concentrations of antimony, and that the concentration was even higher than in other parts of the Roman Empire, because Pompeii was located in the vicinity of Mount Vesuvius and it is well known that antimony occurs naturally in groundwater near volcanoes.

Sources: Toxicology Letters (15 juillet 2017) & Science Daily.

En plus de l’éruption de l’an 79, les Romains ont-ils été contaminés par leur eau? (Photo: C. Grandpey)

 

 

L’esprit d’innovation en volcanologie // Volcanology requires an innovative spirit

Tous les volcanologues savent qu’il faut être inventif lorsque l’on travaille sur le terrain. Je me souviens de l’ »autocuiseur » mis au point par le regretté François Le Guern pour prélever et analyser des gaz sur l’Etna. Personnellement, j’ai conçu une gaine de cuivre spéciale pour protéger la sonde de mon thermomètre lors des mesures de températures au milieu de gaz agressifs sur l’île de Vulcano en Sicile.
Un article écrit par des scientifiques de l’Observatoire des Volcans d’Hawaii (HVO) explique qu’ils continuent une longue tradition d’innovation – débutée avec la naissance du HVO en 1912 – en ce qui concerne les outils utilisés pour surveiller l’activité des volcans de l’archipel. Les géologues créent continuellement des équipements et des méthodes afin de s’adapter aux conditions changeantes et profiter des nouvelles technologies.
Par exemple, une innovation récente a été motivée par un tiltmètre défectueux logé à l’intérieur d’un trou de forage sur le flanc ouest du Mauna Loa. Le tiltmètre, qui a été installé il y a 17 ans, fonctionnait parfaitement jusqu’au jour où il a rendu l’âme. Il fait partie d’un réseau d’instruments logés en profondeur sur le Mauna Loa, avec des sismomètres, des tiltmètres et des jauges de contraintes. Ces instruments extrêmement sensibles sont logés dans des trous de forage de plus de 15 mètres de profondeur pour les protéger des effets de la température, des précipitations et des fluctuations de la pression atmosphérique susceptibles de causer des signaux parasites.
Le tiltmètre proprement dit est un tube en métal d’un mètre de long et 5 centimètres de diamètre qui contient des capteurs électrolytiques de précision capables de détecter les moindres variations d’inclinaison dans deux directions perpendiculaires. Il peut mesurer des inclinaisons inférieures à un microradian, ce qui est à peu près  la pente créée en mettant une pièce d’un centime d’euro sous l’extrémité d’une tige d’un kilomètre de long!
La difficulté consiste à faire descendre ce tube à une quinzaine de mètres dans un trou de 10 centimètres de diamètre avec un tas de câbles qui serpentent déjà à l’intérieur. Il faut positionner le tiltmètre de telle manière qu’il reste debout sans reposer sur aucun de ces câbles, ni sur les côtés du trou pendant que l’on verse du sable pour le maintenir en place. Qui plus est, il faut orienter le tiltmètre pour que ses capteurs soient alignés dans le sens nord-sud et est-ouest. Tout cela demande une bonne dose de technique !

Le HVO a trouvé une solution pour faciliter ce travail complexe. Il s’agit d’un logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) qui a permis de concevoir une gaine qui entoure le tiltmètre tout en mettant à l’écart tous les câbles pendant que l’instrument est descendu dans le trou de forage. Cette gaine a été fabriquée à l’aide d’une imprimante 3-D qui a déposé, l’une après l’autre, plusieurs couches de thermoplastique pour réaliser un objet solide adapté à la tâche à effectuer.

Un autre appareil spécialement conçu, équipé d’une lumière et d’une caméra vidéo, maintient le tiltmètre et donne une vue en temps réel de la descente du tiltmètre à l’intérieur du trou de forage jusqu’à son positionnement final. L’installation a été couronnée de succès et le nouveau tiltmètre enregistre fidèlement les mouvements du sol sur le flanc ouest du Mauna Loa. Ces données sont envoyées au HVO via des liens radio afin que l’observatoire les reçoive en moins d’une minute. La finalité est que ce multimètre puisse alerter le plus tôt possible l’observatoire en cas d’ascension rapide du magma vers la surface, ce qui annoncerait une éruption imminente du Mauna Loa.
Source: USGS / HVO.

—————————————-

All volcanologists know they have to be inventive when they are working on the field. I can remember the late François Le Guern “pressure cooker” to collect gases on Mt Etna. Personally, I devised a special copper sheath to protect the probe of my thermometer to measure temperatures on the island of Vulcano, amidst aggressive gases.

A weekly article written by scientists at the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) explains that they have a long tradition of innovation when it comes to the tools that they use to monitor the status and activity of volcanoes. The tradition that started with HVO’s birth in 1912 continues to this day, with geologists continually adapting and creating equipment and methods in response to changing conditions and to take advantage of new technologies.

For example, a recent innovation was caused by a malfunctioning tiltmeter in a deep borehole on the west flank of Mauna Loa Volcano. The tiltmeter, which was originally installed 17 years ago, was fully operational before giving up. This instrument is part of a network of several deep sites on Mauna Loa that include seismometers, tiltmeters and strainmeters. These extremely sensitive instruments are housed in boreholes more than 15 metres deep to help isolate them from the effects of temperature, rainfall, and atmospheric pressure fluctuations, all of which can cause spurious signals.

The tiltmeter itself is a metal tube, one metre long and 5 centimetres in diameter, which contains precision electrolytic sensors that detect tiny tilt variations in two perpendicular directions. It can measure tilts smaller than one microradian, which is about the same as the slope created by putting a one-cent coin under one end of a board that is one kilometre long!

The difficulty lies with lowering that tube about 15 metres into a 10-centimetre diameter hole that also has a bunch of cables snaking up through it. You also have to position the tiltmeter so that it stays upright and does not rest on any of those cables or the sides of the hole while you pour sand to keep it in place. At that, you must orient the tiltmeter so that its sensors are aligned to north-south and east-west directions. This demands good engineering.

The solution HVO’s technical crew adopted was to use computer assisted drawing (CAD) software to design a specialized jig that sits around the tiltmeter and gently channels all the cables out of the way while the instrument is lowered into the borehole. The jig was manufactured using a 3-D printer, which put down layer after layer of thermoplastic to build a solid object with customized specifications.

Another specially built apparatus holds the jig, the tiltmeter, a light, and a video camera that provides a real-time view of the tiltmeter’s descent as it is lowered into the borehole and positioned at the bottom. The installation was successful, and the new tiltmeter is now faithfully recording ground tilt on the west flank of Mauna Loa. These data are sent back to HVO via radio links so that the observatory receives them in less than a minute. The finality is that this tiltmeter helps provide the earliest possible warning of rapid magma movement toward the surface, which would signal an impending Mauna Loa eruption.

Source: USGS / HVO.

Caldeira sommitale du Mauna Loa (Photo: C. Grandpey)

 

Virée dans les Alpes : souvenirs cyclo, géologie et glaciers – (2) La géologie!

La géologie.

D’un point de vue géologique, les Alpes présentent une belle richesse minérale. La réputation des cristaux de quartz des massifs du Mont Blanc et de la Meije n’est plus à faire. A noter que leur prélèvement est interdit dans le Parc National des Ecrins.

A proximité de Briançon, un site géologique mérite une attention particulière dans le massif du Chenaillet. On peut y accéder par le Col du Montgenèvre, à la frontière entre la France et l’Italie. Le départ de la balade, le long du télésiège des Chalmettes, est un peu raide, mais le relief s’adoucit par la suite avec de longues ondulations de terrain. Je ne suis pas casseur de cailloux (de toute façon, cette pratique est fortement déconseillée au Chenaillet) car je préfère la lave encore chaude aux vieilles pierres datant de plusieurs millions d’années qui me donnent l’impression d’observer un mort.

Quoi qu’il en soit, il faut bien reconnaître que l’on ne se trouve pas tous les quatre matins devant la relique d’un ancien océan qui s’est formé il y a 155 millions d’années, et qui a disparu lors de la formation des Alpes. Les roches les plus célèbres du Chenaillet sont sans aucun doute les pillow lavas, basaltes en coussins, qui cohabitent avec des gabbros et des serpentinites. Au cours de la montée vers le sentier géologique, on peut faire une halte au Lac des Anges où un « géodrome » présente quelques unes des roches que l’on rencontre au Chenaillet.

De nombreux écrits ont été publiés sur ce site géologique d’une grande richesse. Les adhérents de l’association L.A.V.E. se référeront au remarquable Hors Série intitulé « Les Ophiolites » réalisé par Désiré Corneloup.

Le « Géodrome » du Lac des Anges.

Bloc de péridotite serpentinisée.

Gabbro

Vue du départ du sentier géologique.

Photos: C. Grandpey

Du lithium supervolcanique ? // Supervolcanic lithium ?

La majeure partie du lithium utilisé pour fabriquer les batteries lithium-ion qui alimentent les appareils électroniques modernes provient d’Australie et du Chili. Toutefois, les scientifiques de l’Université de Stanford pensent qu’il existe d’importantes réserves de lithium au sein des super volcans américains. Dans une étude publiée dans Nature Communications, les chercheurs détaillent une nouvelle méthode de localisation du lithium dans les dépôts de lacs laissés par ces super volcans.
Comme les gens vont utiliser de plus en plus de véhicules électriques et des batteries de plus en plus puissantes pour réduire l’empreinte carbone, il est important que États-Unis identifient leurs propres ressources en lithium afin de ne pas s’approvisionner uniquement chez des entreprises ou des pays étrangers.
Les super volcans connaissent des éruptions capables de produire des centaines à milliers de kilomètres cubes de magma. Ils produisent également de grandes quantités de pierre ponce et de cendres volcaniques réparties sur de vastes zones. Ces super éruptions laissent derrière elles des caldeiras qui se remplissent souvent d’eau pour former un lac, comme Crater Lake dans l’Oregon. Pendant les dizaines de milliers d’années qui suivent ces éruptions, les précipitations et les sources d’eau chaude font ressortir le lithium des dépôts volcaniques. Le lithium s’accumule, en même temps que les sédiments, au fond du lac de la caldeira où il se concentre dans une argile appelée hectorite.
L’exploration des super volcans à la recherche du lithium permettrait de diversifier l’approvisionnement à l’échelle de la planète. Les principaux gisements de lithium sont actuellement exploités à partir de la saumure dans des salars à haute altitude au Chili et dans des gisements de pegmatite en Australie. [voir ma note du 12 mai 2017]
Depuis sa découverte dans les années 1800, le lithium a été largement utilisé dans les traitements psychiatriques et les armes nucléaires. À partir des années 2000, il est devenu le composant principal des batteries lithium-ion qui fournissent aujourd’hui l’énergie à toutes sortes d’appareils, depuis les téléphones cellulaires et les ordinateurs portables jusqu’aux voitures électriques. Volvo Cars a récemment annoncé son engagement à ne produire que des nouveaux modèles de véhicules hybrides ou alimentés par des batteries à partir de 2019, signe que la demande de batteries lithium-ion continue d’augmenter.
Pour identifier les super volcans qui offrent les meilleures sources de lithium, les chercheurs ont mesuré la concentration initiale de lithium dans le magma. Comme le lithium est un élément volatil qui passe facilement de l’état solide à l’état liquide puis gazeux, il est très difficile de le mesurer directement et les concentrations d’origine sont peu connues. C’est pourquoi les chercheurs ont analysé de minuscules morceaux de magma piégés dans des cristaux pendant leur croissance dans la chambre magmatique. Ces «inclusions fluides» encapsulées dans les cristaux survivent à la super éruption et restent intactes tout au long du processus d’altération. En tant que tel, les inclusions fluides enregistrent les concentrations initiales de lithium et d’autres éléments dans le magma. Les chercheurs ont fait des lamelles avec  les cristaux pour faire apparaître ces petites poches de magma intact qui ont un diamètre de 10 à 100 microns. Ils les ont ensuite analysées dans un laboratoire de haute technologie à l’Université de Stanford.
Les chercheurs ont analysé des échantillons provenant d’une série de contextes tectoniques comme le dépôt de Kings Valley dans le champ volcanique de McDermitt  à la limite entre le Nevada et l’Oregon, dont l’éruption remonte entre16,5 et 15,5 millions d’années, et est connu pour être riche en lithium. Ils ont comparé les résultats de ce site volcanique à des échantillons en provenance du complexe de l’High Rock Caldera au Nevada, la Sierra la Primavera au Mexique, Pantelleria en Sicile, Yellowstone dans le Wyoming et Hideaway Park dans le Colorado. Ils ont conclu que les concentrations de lithium variaient considérablement en fonction du contexte tectonique du super volcan.
En plus de leur recherche du lithium, les chercheurs ont analysé d’autres éléments traces pour déterminer leur corrélation avec les concentrations de lithium. Au final, ils ont découvert une corrélation précédemment inconnue qui permettrait aux géologues d’identifier les super volcans susceptibles d’héberger des dépôts de lithium beaucoup plus facilement qu’en mesurant le lithium directement dans les inclusions fluides. En effet, les éléments traces peuvent servir de révélateur sur la concentration initiale en lithium. Par exemple, une plus grande concentration de rubidium, facilement analysable dans les dépôts, indique qu’il y a plus de lithium, alors que de fortes concentrations de zirconium indiquent qu’il existe moins de lithium.
Source: Université de Stanford.

——————————————-

Most of the lithium used to make the lithium-ion batteries that power modern electronics comes from Australia and Chile. But Stanford University scientists say there are large deposits in America’s supervolcanoes. In a study published in Nature Communications, researchers detail a new method for locating lithium in supervolcanic lake deposits.

As people will use electric vehicles and large storage batteries to decrease the carbon footprint, it is important for the U.S. to identify its own lithium resources in order not to only rely on foreign companies or countries.

Supervolcanoes can produce massive eruptions of hundreds to thousands of cubic kilometres of magma. They also produce vast quantities of pumice and volcanic ash that are spread over wide areas. They appear as huge calderas that often fill with water to form a lake, like Crater Lake in Oregon. Over tens of thousands of years, rainfall and hot springs leach out lithium from the volcanic deposits. The lithium accumulates, along with sediments, in the caldera lake, where it becomes concentrated in a clay called hectorite.

Exploring supervolcanoes for lithium would diversify its global supply. Major lithium deposits are currently mined from brine deposits in high-altitude salt flats in Chile and pegmatite deposits in Australia. [see may note of 12 May 2017]

Since its discovery in the 1800s, lithium has largely been used in psychiatric treatments and nuclear weapons. Beginning in the 2000s, lithium became the major component of lithium-ion batteries, which today provide portable power for everything from cellphones and laptops to electric cars. Volvo Cars recently announced its commitment to only produce new models of its vehicles as hybrids or battery-powered options beginning in 2019, a sign that demand for lithium-ion batteries will continue to increase.

To identify which supervolcanoes offer the best sources of lithium, researchers measured the original concentration of lithium in the magma. Because lithium is a volatile element that easily shifts from solid to liquid to vapour, it is very difficult to measure directly and original concentrations are poorly known. So, the researchers analyzed tiny bits of magma trapped in crystals during growth within the magma chamber. These “melt inclusions,” completely encapsulated within the crystals, survive the supereruption and remain intact throughout the weathering process. As such, melt inclusions record the original concentrations of lithium and other elements in the magma. Researchers sliced through the host crystals to expose these preserved magma blebs, which are 10 to 100 microns in diameter, then analyzed them in a high technology laboratory at Stanford University.

The researchers analyzed samples from a range of tectonic settings, including the Kings Valley deposit in the McDermitt volcanic field located on the Nevada-Oregon border, which erupted 16.5 to 15.5 million years ago and is known to be rich in lithium. They compared results from this volcanic centre with samples from the High Rock caldera complex in Nevada, Sierra la Primavera in Mexico, Pantelleria in the Strait of Sicily, Yellowstone in Wyoming and Hideaway Park in Colorado, and determined that lithium concentrations varied widely as a function of the tectonic setting of the supervolcano.

In addition to exploring for lithium, the researchers analyzed other trace elements to determine their correlations with lithium concentrations. As a result, they discovered a previously unknown correlation that will now enable geologists to identify candidate supervolcanoes for lithium deposits in a much easier way than measuring lithium directly in melt inclusions. The trace elements can be used as a proxy for original lithium concentration. For example, greater abundance of easily analyzed rubidium in the bulk deposits indicates more lithium, whereas high concentrations of zirconium indicate less lithium.

Source: Stanford University.

Le lithium sera-t-il un jour extrait des sédiments au fond de Crater Lake? Il faut espérer que l’appât du gain ne viendra pas souiller ce site superbe. (Photo: C. Grandpey)