Catégorie : Science

Découverte d’une nouvelle microplaque au large de l’Equateur // Discovery of a new microplate off Ecuador

Des scientifiques de l’Université Rice (Texas) viennent de découvrir une nouvelle microplaque tectonique au large des côtes de l’Equateur. Elle vient s’ajouter à ses compagnes qui forment un puzzle à la surface de la Terre.

Les chercheurs ont découvert la microplaque, qu’ils ont baptisée «Malpelo», en analysant le point de convergence de trois autres plaques dans l’Océan Pacifique oriental. La plaque de Malpelo est la 57ème plaque découverte et la première depuis près d’une décennie. Les chercheurs sont certains qu’il en existe d’autres.
L’étude, publiée dans la revue Geophysical Research Letters, explique comment les géologues ont découvert cette nouvelle plaque. Ils ont observé attentivement les mouvements d’autres plaques et leur évolution les unes par rapport aux autres, en sachant que les plaques se déplacent à une vitesse de quelques millimètres ou quelques centimètres par an.
La plaque lithosphérique du Pacifique – qui définit grosso modo la Ceinture de Feu du Pacifique – est l’une des 10 plaques tectoniques majeures qui se déplacent au-dessus du manteau terrestre. Il y a beaucoup de petites plaques qui viennent combler les vides entre les plus grandes, et la plaque Pacifique entre en contact avec deux de ces plus petites plaques, celle des Cocos et celle de Nazca, à l’ouest des îles Galapagos.
Pour comprendre le mode de déplacement des plaques, on étudie leurs circuits de mouvements, ce qui permet de quantifier comment la vitesse de rotation de chaque objet dans un groupe (sa vitesse angulaire) affecte tous les autres. La vitesse d’expansion des fonds océaniques, déterminée à partir des anomalies magnétiques marines, combinée avec les angles auxquels les plaques glissent les unes contre les autres au fil du temps, indique aux scientifiques la vitesse de rotation des plaques. Lorsque l’on additionne les vitesses angulaires de ces trois plaques, elles doivent être égales à zéro. Dans le cas présent, la vitesse n’est pas égale à zéro. Elle équivaut à 15 millimètres par an, ce qui est énorme.
Cela signifie que le circuit tectonique Pacific-Cocos-Nazca présente une anomalie et qu’au moins une autre plaque à proximité doit compenser la différence. Les chercheurs se sont appuyés sur une base de données de la Columbia University, réalisée précédemment avec des sonars à faisceaux multiples à l’ouest de l’Équateur et de la Colombie, pour identifier une limite de plaque alors inconnue entre les îles Galapagos et la côte. Les chercheurs qui avaient effectué cette étude avaient supposé que la majeure partie de la région située à l’est de la faille transformante de Panama faisait partie de la plaque de Nazca, mais leurs homologues de la Rice University ont conclu qu’elle se déplace de manière indépendante.
Les preuves de la présence de la plaque de Malpelo ont été confirmées par l’identification par les chercheurs d’une limite de plaque diffuse entre la faille transformante de Panama et l’endroit où la limite de la plaque diffuse coupe une profonde fosse océanique au large de l’Équateur et de la Colombie. (Une limite diffuse consiste en une série de nombreuses petites failles au lieu d’une dorsale ou d’une faille transformante qui définit nettement la limite entre deux plaques.)
Malgré tout, même en prenant en compte la microplaque de Malpelo, le nouveau circuit ne se referme toujours pas à zéro mais seulement à 10 ou 11 millimètres par an, et le rétrécissement de la plaque Pacifique ne suffit pas à expliquer la différence. Les chercheurs pensent qu’il y a une autre plaque – la Plaque 58 – qui manque à l’appel. Affaire à suivre.
Source: Rice University (Texas).

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A microplate discovered off the west coast of Ecuador by Rice University scientists adds another piece to Earth’s tectonic puzzle. The researchers discovered the microplate, which they have named “Malpelo,” while analyzing the junction of three other plates in the eastern Pacific Ocean. The Malpelo Plate is the 57th plate to be discovered and the first in nearly a decade. The researchers are sure there are more to be found.

The research, published in Geophysical Research Letters, explains how the geologist discovered the new plate. They carefully studied the movements of other plates and their evolving relationships to one another as the plates move at a rate of millimetres to centimetres per year.

The Pacific lithospheric plate that roughly defines the volcanic Ring of Fire is one of about 10 major rigid tectonic plates that move atop Earth’s mantle. There are many small plates that fill the gaps between the big ones, and the Pacific Plate meets two of those smaller plates, the Cocos and Nazca, west of the Galapagos Islands.

One way to judge how plates move is to study plate-motion circuits, which quantify how the rotation speed of each object in a group (its angular velocity) affects all the others. Rates of seafloor spreading determined from marine magnetic anomalies combined with the angles at which the plates slide by each other over time tells scientists how fast the plates are turning. When you add up the angular velocities of these three plates, they ought to sum to zero. In this case, the velocity doesn’t sum to zero at all. It sums to 15 millimetres a year, which is huge.

That made the Pacific-Cocos-Nazca circuit a misfit, which meant at least one other plate in the vicinity had to make up the difference.  Knowing the numbers were amiss, the researchers drew upon a Columbia University database of extensive multibeam sonar soundings west of Ecuador and Colombia to identify a previously unknown plate boundary between the Galapagos Islands and the coast. Previous researchers had assumed most of the region east of the known Panama transform fault was part of the Nazca plate, but the Rice researchers determined it moves independently.

Evidence for the Malpelo plate came with the researchers’ identification of a diffuse plate boundary that runs from the Panama Transform Fault eastward to where the diffuse plate boundary intersects a deep oceanic trench just offshore of Ecuador and Colombia. A diffuse boundary is best described as a series of many small, hard-to-spot faults rather than a ridge or transform fault that sharply defines the boundary of two plates.

With the Malpelo accounted for, the new circuit still doesn’t close to zero and the shrinking Pacific Plate is not enough to account for the difference. The nonclosure around this triple junction does not go down to zero, but only to 10 or 11 millimetres a year. The researchers need to understand where the rest of that velocity is going. They think there is another plate – Plate 58 – they are missing.

Source : Rice University (Texas).

Source: Rice University

Des drones sur l’Etna (Sicile) // Drones on Mt Etna (Sicily)

DJI (http://store.dji.com/fr), le leader mondial des drones civils et de l’imagerie aérienne, a collaboré avec l’Université de Mayence (Allemagne) au cours d’une mission volcanologique innovante dont le but était de prélever directement des gaz dans l’un des cratères de l’Etna.
Les volcanologues ont effectué cette mission de nouvelle génération en utilisant un DJI Inspire 1 couplé à la caméra thermique Zenmuse XT pour détecter la température du cratère, avec le DJI Matrice 600 Pro comme support d’un caisson destiné à analyser la composition des gaz depuis le ciel.
Le caisson de mesure de gaz renfermait des capteurs électrochimiques avec des détecteurs spéciaux pour analyser les vapeurs du volcan et fournir une estimation instantanée de la concentration de gaz au moment où le drone revient au camp de base.
La mission a révélé que les concentrations de soufre sont beaucoup plus élevées près des bouches actives. En outre, le drone a pu échantillonner les solides qui se forment au moment de la réaction du soufre dans l’atmosphère avec de l’eau et d’autres composants. Cela a permis aux scientifiques de mieux comprendre l’évolution chimique des panaches de gaz volcaniques.
L’expédition de 6 jours sur l’Etna, à plus de 3000 mètres d’altitude, a été une expérience tout à fait exceptionnelle pour DJI et l’Université de Mayence. Les drones ont permis une collecte de données plus rapide et plus précise. Ils contribuent également à réduire l’exposition à des conditions de travail dangereuses.
Source: sUAS News
Il convient de noter que cette mission avec des drones a eu lieu pendant une période où l’Etna était très calme. Il faudra voir si des mesures similaires peuvent être effectuées au cours d’une période pré-éruptive, lorsque les émissions de gaz sont beaucoup plus intenses et lorsque les explosions peuvent détruire les drones ! Le seul drone utilisé pendant la mission coûte environ 4000 euros !

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DJI (http://store.dji.com/fr), the world’s leader in civilian drones and aerial imaging technology, and the University of Mainz, Germany, have completed a ground-breaking mission for volcano research by collecting gas directly from the crater of Mount Etna.

The scientists took innovation in their field to an unprecedented level by using a DJI Inspire 1 with Zenmuse XT thermal camera to detect the crater’s temperature in combination with the DJI Matrice 600 Pro as a frame for a multi-gas measurement box to analyse gas composition  from the air.

The gas measurement box used electrochemical sensors with special detectors that captured the volcano’s vapours and provided an instant estimate of the gas concentration when the drone returned to the base camp.

The mission found that sulphur concentrations are much higher near active vents. In addition, the drone was able to sample solids that were forming due to sulphur reacting in the atmosphere with water and other components helping the scientists to better grasp the chemical evolution of volcanic gas plumes.

The 6-day expedition to Mount Etna, operating at more than 3000 meters above sea level, was a one-of-a kind experience for DJI and the University of Mainz. Drones allow for faster and accurate data collection. They also help reduce exposure to hazardous working conditions.

Source: sUAS News

It should be noted that the mission with drones was performed during a period when Mt Etna was very quiet. It remains to be seen if similar measurements could de done during a pre-eruptive period when gas emissions are far more intense and when explosions may destroy the drones. The one used during the mission cost around 4,000 euros!

Source: sUAS News

 

Les secrets des carottes de glace // The secrets of ice cores

Une carotte de glace vieille de 2,7 millions d’années a été prélevée en Antarctique. Cette carotte et les bulles d’air qu’elle renferme racontent beaucoup de choses sur l’histoire du climat terrestre et pourraient même révéler ce qui a provoqué les âges de glace. La carotte est la seule de son genre à pouvoir révéler à quoi ressemblait l’atmosphère terrestre à cette époque reculée.
La carotte montre que le niveau de dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère au moment où elle s’est formée était inférieur à 300 parties par million. Actuellement, ce niveau est supérieur à 400 ppm (voir la courbe de Keeling ci-dessous) et ce nombre est en hausse constante. Le niveau de CO2 a toujours montré des tendances cycliques, mais depuis l’époque industrielle, il ene cesse de grimper, ce qui aboutit aujourd’hui à des niveaux sans précédent.
Grâce aux carottes de glace, les climatologues peuvent connaître l’atmosphère des années passées. Après avoir prélevé de fines carottes dans les glaciers et les icebergs, les scientifiques analysent les bulles d’air piégées dans ces échantillons. La composition des bulles révèle la composition de l’air au moment où il a été piégé et au moment où la carotte s’est formée.
Pour extraire l’air des carottes de glace, les scientifiques peuvent écraser la carotte ou la faire fondre sous vide afin que l’air qu’elle contient ne soit pas contaminé avant l’analyse. La carotte est ensuite examinée à l’aide d’instruments de haute technologie qui analysent les niveaux de pollution en contrôlant les sulfates, les aérosols de métaux et les gaz. Selon la NOAA, le type d’isotope d’oxygène contenu dans la carotte peut également révéler la température de la Terre au moment où la carotte s’est formée.
La carotte vieille de 2,7 millions d’années n’a pas été prélevée très profondément dans la «glace bleue» qui est fréquemment ignorée lors de la collecte d’échantillons de glace. Cette glace bleue est le résultat de la chute de neige sur la glace formée et de sa compression. La glace n’est pas vraiment bleue; La couleur provient des courtes longueurs d’ondes de la diffusion de la lumière et plus la lumière se déplace dans la glace, plus elle est bleue.
Les chercheurs de l’Université de Princeton qui ont prélevé la carotte de glace espèrent retourner dans la zone qui a été forée dans l’espoir de trouver des glaces encore plus anciennes qui leur permettront d’effectuer de nouvelles recherches dans les années à venir.
Source: Science Magazine.

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A 2.7 million-year-old ice core has been collected in Antarctica. The core’s age and the air bubbles it contains reveal a lot about the Earth’s climate history and possibly reveal what caused the Ice Ages. The core is the only of its kind that can reveal what the atmosphere on Earth was like so long ago.

This specific core shows that the level of carbon dioxide (CO2) in the atmosphere at the time it was formed was no greater than 300 parts per million.. Currently the Earth’s atmosphere is at more than 400 ppm (see Keeling Curve below), a number that is increasing. Levels of CO2 have always shown some cyclical trends, but since the industrial era CO2 levels have spiked leading to unprecedented levels never recorded.

Ice cores are a key means by which climate scientists learn about the atmosphere of years past. By removing thin ice cores from glaciers and icebergs scientists then test the air bubbles trapped in those cores. The composition of the bubbles reveal what the air was like around the time it was trapped and the core was formed.

To extract the air from the cores scientists can crush the core or melt it in a vacuum so no other air contaminates it before testing. The core then goes through sophisticated instruments that measure levels of pollution by checking for sulfates, metals aerosols and any gases. According to NOAA, the type of oxygen isotope found in the core can also reveal what the temperature on Earth was like when the core formed.

The 2.7 million year old core was found not very deep down in “blue ice” which is frequently ignored when looking for ice cores. That blue ice is the result of snow falling on formed ice and compressing down. The ice is not actually blue; the colour comes from the short wavelengths of light scattering and the further the light travels in the ice the bluer it looks.

The researchers from Princeton University who found the core are hoping to return to the area where it was drilled to find possibly even older ice for further research in the future.

Source : Science Magazine.

Ce graphique de la NASA montre les niveaux de CO2 dans des carottes de glace au coours des 400 000 dernères années.

Courbe de Keeling montrant les concentrations de CO2 dans l’atmosphère au cours des 800 000 dernières années. Depuis 1958, la courbe se réfère aux mesures en continu effectuées à l’observatoire du Mauna Loa à Hawaii. Les données antérieures s’appuient sur les carottes de glace. On remarquera que la concentration actuelle de CO2 est supérieure à 405 ppm.

 

La NASA peut-elle empêcher les super éruptions ? // Can NASA prevent super eruptions ?

On a recensé une vingtaine de super volcans sur terre, avec des éruptions majeures qui se produisent en moyenne une fois tous les 100 000 ans. Si une telle éruption se produisait aujourd’hui, l’une des plus grandes conséquences serait la famine, avec un long hiver volcanique qui pourrait empêcher notre civilisation d’avoir suffisamment de vivres pour nourrir la population actuelle. En 2012, les Nations Unies ont estimé à 74 jours les réserves alimentaires dans le monde.
Lorsque les scientifiques de la NASA ont étudié le problème, ils ont conclu que la solution la plus logique serait simplement de « refroidir » un super volcan. Un volcan de la taille de Yellowstone est avant tout un gigantesque générateur de chaleur, l’équivalent de six centrales industrielles. Yellowstone laisse échapper actuellement dans l’atmosphère environ 60 à 70% de la chaleur stockée dans les profondeurs, via l’eau qui s’infiltre dans la chambre magmatique par des fissures. Le reste s’accumule à l’intérieur du magma, ce qui lui permet de dissoudre de plus en plus de gaz volatils et de roches environnantes. Une fois que cette chaleur atteint un certain seuil, une éruption explosive est inévitable.
Les scientifiques de la NASA pensent que si une grande partie de cette chaleur pouvait être extraite, le super volcan n’entrerait jamais en éruption. Ils estiment que si une augmentation de 35% du transfert de chaleur pouvait être obtenue à partir de sa chambre magmatique, Yellowstone ne constituerait plus une menace. La seule question est de savoir quelle est la solution pour y parvenir.

Une solution serait d’augmenter la quantité d’eau à l’intérieur du super volcan, mais il sera probablement impossible de convaincre les hommes politiques de cautionner une telle initiative. Construire un grand aqueduc dans une région montagneuse serait à la fois coûteux et difficile et la population n’accepterait pas que l’eau soit utilisée de cette façon. On manque d’eau potable partout dans le monde et un tel projet consistant à utiliser de l’eau pour refroidir un super volcan serait forcément très controversé.
Au lieu de cela, la NASA a imaginé un plan très différent. La solution la plus envisageable serait de forer jusqu’à 10 km de profondeur à l’intérieur du super volcan et d’injecter de l’eau à haute pression. En circulant, l’eau remonterait à une température d’environ 350°C, tout en extrayant lentement, jour après jour, la chaleur du volcan. Un tel projet, dont le coût atteindrait environ 3,46 milliards de dollars, pourrait décider les hommes politiques à risquer un tel investissement. Yellowstone laisse échapper actuellement environ 6GW sous forme de chaleur. Avec un tel forage, cette chaleur pourrait être utilisée dans une centrale géothermique qui génèrerait de l’énergie électrique à un prix extrêmement compétitifs estimé à environ 0,10 dollars par kWh. Au final, en forant un peu plus profondément, on aurait rapidement un retour sur investissement et une électricité qui pourrait alimenter la région autour du super volcan pendant une période de plusieurs dizaines de milliers d’années. L’avantage sur le long terme est que l’on empêche une éruption du super volcan qui serait un désastre pour l’humanité. Toutefois, le forage à l’intérieur d’un super volcan n’est pas sans risques et pourrait déclencher l’éruption que l’on veut éviter à tout prix !
Une autre solution serait de démarrer le forage en dehors des limites du Parc National de Yellowstone et d’extraire la chaleur de la partie inférieure de la chambre magmatique. De cette façon, on empêche la chaleur qui vient d’en bas d’atteindre le haut de la chambre, là même où se trouve la véritable menace. Cependant, ceux qui défendent un tel projet ne verront jamais si c’est une réussite au cours de leur vie. Le refroidissement de Yellowstone de cette manière interviendrait à raison d’un mètre par an et il faudrait donc des dizaines de milliers d’années pour que la roche soit refroidie.
Même si ce dernier projet semble peu réaliste, il mérite réflexion et pourrait faire partie des solutions pour éviter une catastrophe. Un tel plan pourrait être appliqué à tous les super volcans actifs de la planète et les scientifiques de la NASA espèrent que leurs idées encourageront une discussion scientifique et un débat pour s’attaquer à cette menace.
Source: La BBC.

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There are around 20 known supervolcanoes on Earth, with major eruptions occurring on average once every 100,000 years. One of the greatest threats an eruption may pose is thought to be starvation, with a prolonged volcanic winter potentially prohibiting civilisation from having enough food for the current population. In 2012, the United Nations estimated that food reserves worldwide would last 74 days.

When NASA scientists came to consider the problem, they found that the most logical solution could simply be to cool a supervolcano down. A volcano the size of Yellowstone is essentially a gigantic heat generator, equivalent to six industrial power plants. Yellowstone currently leaks about 60-70% of the heat coming up from below into the atmosphere, via water which seeps into the magma chamber through cracks. The remainder builds up inside the magma, enabling it to dissolve more and more volatile gases and surrounding rocks. Once this heat reaches a certain threshold, then an explosive eruption is inevitable.

But if more of the heat could be extracted, then the supervolcano would never erupt. NASA estimates that if a 35% increase in heat transfer could be achieved from its magma chamber, Yellowstone would no longer pose a threat. The only question is how to proceed.

One possibility is to simply increase the amount of water in the supervolcano. But from a practical perspective, it would likely be impossible to convince politicians to sanction such an initiative. Building a big aqueduct uphill into a mountainous region would be both costly and difficult, and people do not want their water spent that way. People are desperate for water all over the world and so a major infrastructure project, where the only way the water is used is to cool down a supervolcano, would be very controversial.

Instead NASA have conceived a very different plan. They believe the most viable solution could be to drill up to 10 km down into the super volcano, and pump down water at high pressure. The circulating water would return at a temperature of around 350°C, thus slowly day by day extracting heat from the volcano. And while such a project would come at an estimated cost of around 3.46 billion dollars, it could convince politicians to make the investment. Yellowstone currently leaks around 6GW in heat. Through drilling in this way, it could be used to create a geothermal plant which generates electric power at extremely competitive prices of around $0.10/kWh. In the end, by drilling somewhat deeper, you would pay back your initial investment and get electricity which can power the surrounding area for a period of potentially tens of thousands of years. And the long-term benefit is that you prevent a future supervolcano eruption which would devastate humanity. But drilling into a supervolcano does not come without certain risks. Namely triggering the eruption you are intending to prevent.

Instead, the idea is to drill in starting outside the boundaries of Yellowstone National Park, and extracting the heat from the underside of the magma chamber. This way you are preventing the heat coming up from below from ever reaching the top of the chamber which is where the real threat arises. However those who instigate such a project will never see it to completion, or even have an idea whether it might be successful within their lifetime. Cooling Yellowstone in this manner would happen at a rate of one metre a year, taking of the order of tens of thousands of years until just cold rock was left.

But to prevent a catastrophe, such long-term thinking and planning may be the only choice. Such a plan could be potentially applied to every active supervolcano on the planet, and NASA’s scientists are hoping that their blueprints will encourage more practical scientific discussion and debate for tackling the threat.

Source : The BBC.

Cette coupe sud-ouest / nord-est sous Yellowstone a été obtenue grâce à l’imagerie sismique. (Source: University of Utah)

Un forage à Yellowstone, n’est-ce pas jouer avec le feu et risquer de saccager un site d’une beauté exceptionnelle? (Photo: C. Grandpey)