Catégorie : Science

Etude de volcans sous-marins dans la perspective de voyages dans l’espace // Underwater volcano study with implications for space travel

La NASA et la NOAA vont participer à l’étude de deux volcans sous-marins du Pacifique, en relation avec la recherche de vie sur Encelade, l’une des lunes de Saturne. Le titre de l’étude est « Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration Analog (SUBSEA) ». Son objectif est de comprendre le potentiel d’habitabilité des mondes océaniques dans notre système solaire.

L’étude portera sur deux volcans, Lō’ihi au sud d’Hawaï et Teahitia près de Tahiti, car on pense qu’ils correspondent le mieux au type de volcans sous-marins qui pourraient être présents sur Encelade. Les chercheurs étudieront les volcans sur le plancher de l’Océan Pacifique en utilisant des submersibles non habités, comme ce sera le cas pour les lunes du système solaire.

Encelade est une cible de choix car elle semble en mesure d’accueillir la vie dans le système solaire. Elle est entièrement recouverte de glace et il y a un océan d’eau sous forme liquide sous cette glace. Les scientifiques ont également des preuves qu’il existe un intérieur rocheux entre ces deux couches. De la même façon, la Terre se présente en plusieurs couches avec une croûte de roche, puis un manteau et un noyau.
Il se peut qu’Encelade possède des volcans au-dessous de l’eau, ce qui signifie que la lune pourrait héberger à la fois la chaleur et l’eau, deux éléments essentiels à la vie. Les chercheurs s’intéressent à des situations similaires sur le plancher du Pacifique. L’étude portera sur les réactions chimiques qui se déroulent entre la roche et l’eau, afin d’examiner comment elles favorisent la présence de communautés microbiennes. Des échantillons prélevés sur les fonds océaniques seront envoyés au laboratoire ISU de Nawotniak pour effectuer des analyses.
Toutefois, les chercheurs ne se rendront ni à Hawaii ni à Tahiti pour effectuer leurs recherches. Ils effectueront ce type de mission de la même façon que dans l’espace, comme s’ils étaient une équipe scientifique sur Terre en charge du  contrôle de la mission. La NOAA pilotera les submersibles à distance.

Source: Idaho State University.

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NASA and NOAA are going to start a study of two underwater volcanoes that has implications for searching for life on Enceladus, one of Saturn’s moons. The title of the study is “Systematic Underwater Biogeochemical Science and Exploration Analog (SUBSEA). Its focus is to understand the habitability potential of ocean worlds in our solar system.

The study will focus on two volcanoes, Lō’ihi near Hawaii and Teahitia near Tahiti, because they are a better possible match for the type of underwater volcanoes that could be present on Enceladus. Researchers will be studying volcanoes on the Pacific Ocean seafloor using unmanned submersibles as an analog for moons in the solar system. In particular, they are targeting Enceladus, one of Saturn’s moons, that right now is NASA’s top pick for hosting other life in solar system.

Enceladus is entirely covered in ice, and there is a liquid ocean of water under that ice. There is also evidence that inside of these two layers it has a rocky interior. Similarly, Earth is layered with a crust of rock, then its mantle and core.

Enceladus could have hotspot volcanoes underneath the water, which means it could feature heat and water, two really critical things in our understanding of what it takes to support life. The researchers are interested in looking at similar situations on the Pacific sea floor. The study will focus on the chemical reactions going on between the rock and water, to examine how they facilitate microbial communities. Samples collected from the ocean floor will be sent to Nawotniak’s ISU lab for preparation and analyses.

The researchers won’t travel to either Hawaii or Tahiti to complete their investigations. Part of what they are doing is practicing this type of mission that might be conducted in space, as if they were a science team back on Earth stuck in mission control. NOAA will run the unmanned, remotely operated submersibles.

Source : Idaho State University.

Vue en coupe de l’intérieur d’Encelade, laissant apparaître une zone d’eau liquide d’où pourrait provenir la matière s’échappant des geysers froids. (Source: JPL / NASA)

Les premiers hommes ont-ils assisté à l’éruption du Toba (Indonésie)? // Could the early humans see the Toba eruption (Indonesia)?

Selon une récente étude publiée dans la revue Nature, les premiers êtres humains sont arrivés en Indonésie beaucoup plus tôt qu’on le pensait initialement, ce qui pourrait signifier qu’ils étaient présents au moment de l’éruption du Toba il y a plus de 71 000 ans. Les fossiles récemment analysés placent ces premiers hommes dans des environnements de forêt tropicale, différents de ceux que l’on imaginait jusqu’à présent. Les chercheurs ont longtemps pensé que les premiers êtres humains s’étaient déplacés le long de la côte pour des raisons de sécurité et parce qu’ils y trouvaient de meilleures ressources que dans la jungle.
Les trajets migratoires des premiers hommes à travers le monde sont l’objet de nombreuses questions, avec des réponses qui varient lorsque de nouvelles preuves fossiles sont mises à jour. Par exemple, les plus anciens fossiles d’Homo Sapiens ont été récemment découverts au Maroc, loin de l’Afrique du Sud et de l’Est qui était censée être le «berceau de l’humanité».
Dans l’étude publiée dans la revue Nature, les scientifiques révèlent qu’ils ont daté avec précision deux dents humaines découvertes pour la première fois sur l’île de Sumatra à la fin du 19ème siècle, ce qui montre que nos ancêtres y vivaient entre 73 000 et 63 000 ans avant notre ère. Des études génétiques avaient fait pénétrer les êtres humains en Asie du Sud-Est il y a 60 000 ans, mais des données fossiles antérieures les ont font remonter à seulement 45 000 ans. La nouvelle datation des dents change la donne complètement. Ces dents sont la première preuve de la présence d’êtres humains en Indonésie et la preuve qu’ils ont vécu dans un environnement de forêt tropicale.
Les chercheurs soulignent également le lien potentiel entre la présence des premiers hommes et l’éruption du Toba. Si les premiers humains sont arrivés il y a 73 000 ans, il n’est pas impossible qu’ils aient assisté à l’événement. Une datation récente indique que l’éruption du Toba est survenue il y a 71,600 ans. En tout cas, si les hommes étaient présents, ils ont été affectés par le nuage de cendre volcanique et ses effets dévastateurs sur l’environnement. Cependant, les scientifiques pensent qu’il est plus probable qu’ils sont arrivés après l’éruption.
D’autres preuves fossiles seront nécessaires pour établir la date exacte d’arrivée des premiers hommes en Indonésie, mais la nouvelle chronologie correspond à des recherches récentes montrant l’époque où ils sont arrivés en Australie. Les dernières études ont repoussé leur date d’arrivée de 15 000 ans en arrière, avec des preuves fossiles montrant qu’ils sont probablement arrivés dans le nord de l’Australie il y a au moins 65 000 ans.
Source: Newsweek.

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According to a recent study published in the journal Nature, the first humans arrived in Indonesia thousands of years before previously thought, which could mean they were probably present for the eruption of Toba just over 71,000 years ago. Newly analyzed fossil evidence also places these early humans in rainforest environments, causing a major rethink of how these people migrated across the land after leaving Africa. Researchers have long theorized that early humans likely moved along the coast because it was safer and had better resources than the jungle terrain.

How and when humans dispersed across the globe are ongoing questions that grow more difficult to answer as new fossil evidence is unearthed. For example, the earliest Homo Sapiens fossils ever found were recently discovered in Morocco, far away from the parts of south and east Africa that were supposed to be the “cradle of humanity.”

In the study published in Nature, scientists have now accurately dated two human teeth first discovered on the island of Sumatra in the late 19th century, showing our ancestors were living there between 73,000 and 63,000 years ago. Genetic studies have placed humans in Southeast Asia by 60,000 years ago, but the previous oldest fossil evidence dated to just 45,000 years. This new evidence pushes the timeline back thousands of years farther.

The teeth are the first evidence of humans in Indonesia and the first evidence of humans occupying a rainforest environment.

The researchers also highlight the potential link with the eruption at Lake Toba during this period. Had these early humans arrived at the upper limit of the new timeline – 73,000 years ago – they would have been there for the event. A recent recalibration indicates the Toba eruption occurred 71,600 years ago. This means that there is a slim chance that the modern humans arrived in the region just before the event. If so, they would have been affected by the extensive volcanic ash cloud and the devastating effects on the environment. However, the scientists think it is more probable they arrived after the event.

More fossil evidence will be required to put an exact time of arrival in Indonesia, but the new chronology fits with recent research showing when humans reached Australia. The latest study pushed back the date of arrival by 15,000 years, with fossil evidence showing they must have arrived in northern Australia by at least 65,000 years ago.

Source : Newsweek.

La caldeira du Toba vue depuis l’espace (Source : NASA)

Des volcans sous la glace de l’Antarctique // Volcanoes below the Antarctic ice sheet

Des scientifiques ont découvert ce qui pourrait bien être la plus vaste région volcanique sur Terre. Elle se trouve à deux kilomètres de profondeur sous la calotte de glace qui recouvre l’Antarctique de l’Ouest. La mission scientifique, réalisé par des chercheurs de l’Université d’Édimbourg, a révélé près de 100 volcans dont le plus haut a la taille que l’Eiger qui culmine à près de 4 000 mètres en Suisse.
Les géologues affirment que cette vaste région dépasse en taille celle du rift d’Afrique de l’Est, considérée actuellement comme ayant la plus forte concentration de volcans dans le monde. L’activité de cette chaîne volcanique antarctique pourrait avoir des conséquences inquiétantes. En effet, si l’un de ces volcans devait entrer en éruption, cela pourrait déstabiliser encore davantage la couche de glace qui recouvre l’Antarctique de l’Ouest. Une telle éruption provoquerait inévitablement la fonte de la glace.

La grande question est de savoir quel est le niveau d’activité de ces volcans.
L’étude des chercheurs écossais a consisté à examiner la partie inférieure de la couche de glace de l’Antarctique de l’Ouest afin d’y détecter des  structures basaltiques semblables aux autres volcans de la région. Leurs sommets se dressent au-dessus de la glace et ont été repérés par les explorateurs polaires au cours du siècle dernier.
L’étude a consisté à analyser les mesures effectuées par des missions précédentes avec utilisation d’un radar capable de pénétrer la glace, installé à bord d’avions ou de véhicules terrestres. Les résultats ont ensuite été comparés aux données satellitaires et à la base de données, ainsi qu’aux informations géologiques fournies par d’autres relevés aériens.
Après avoir rassemblé toutes ces données, l’équipe scientifique a recensé 91 volcans inconnus qui sont venus s’ajouter aux 47 autres déjà découverts au cours des explorations de la région le siècle dernier. Ces volcans récemment découverts sont des hauteurs allant de 100 à 3 850 mètres. Tous sont recouverts d’une glace dont l’épaisseur atteint parfois 4 km. La région concernée s’étend sur 3 500 km entre la plate-forme glaciaire de Ross et la Péninsule Antarctique.
La découverte est particulièrement importante parce que l’activité de ces volcans pourrait avoir des conséquences terribles pour le reste de la planète. Une éruption pourrait déstabiliser et faire fondre encore davantage la glace de la région qui est déjà affectée par le réchauffement climatique. L’arrivée massive d’eau de fonte dans l’Océan Antarctique entraînerait probablement la hausse du niveau de la mer.
Il convient de noter que la plus grande partie du volcanisme dans le monde à l’heure actuelle se déroule dans des régions comme l’Islande et l’Alaska qui ont récemment perdu leur couverture glaciaire à la fin de la dernière période glaciaire. La plupart des scientifiques pensent que ce volcanisme a lieu  parce que, la couche de glace ayant disparu, il y a une pression moindre exercée sur les volcans de ces régions et ils deviennent plus actifs. Il en va de même dans l’Antarctique de l’Ouest où le réchauffement climatique a commencé à affecter la calotte glaciaire. Si cette dernière continue à s’amincir de manière significative, elle exercera moins de pression sur les volcans qui se trouvent en dessous et cela pourrait conduire à des éruptions susceptibles de déstabiliser les calottes de glace et faire monter le niveau de la mer, phénomène qui affecte déjà nos océans.

La situation doit donc être surveillée très attentivement.

Source: The Guardian.

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Scientists have uncovered the largest volcanic region on Earth, two kilometres below the surface of the vast ice sheet that covers West Antarctica. The project, by Edinburgh University researchers, has revealed almost 100 volcanoes, with the highest as tall as the Eiger, which stands at almost 4,000 metres in Switzerland.

Geologists say this huge region is likely to dwarf that of east Africa’s volcanic ridge, currently rated the densest concentration of volcanoes in the world. And the activity of this range could have worrying consequences. Indeed, if one of these volcanoes were to erupt it could further destabilise west Antarctica’s ice sheets. Anything, like an eruption, that causes the melting of ice is likely to speed up the flow of ice into the sea.

The big question is to know how active these volcanoes are.

The Edinburgh volcano survey involved studying the underside of the West Antarctica ice sheet for hidden peaks of basalt rock similar to those produced by the region’s other volcanoes. Their tips actually lie above the ice and have been spotted by polar explorers over the past century.

The study involved analysing measurements made by previous surveys, which involved the use of ice-penetrating radar, carried either by planes or land vehicles, to survey strips of the west Antarctic ice. The results were then compared with satellite and database records and geological information from other aerial surveys.

After the team had collated the results, it reported a staggering 91 previously unknown volcanoes, adding to the 47 others that had been discovered over the previous century of exploring the region. These newly discovered volcanoes range in height from 100 to 3,850 metres. All are covered in ice, which sometimes lies in layers that are more than 4km thick in the region which stretches 3,500km from Antarctica’s Ross ice shelf to the Antarctic peninsula.

The discovery is particularly important because the activity of these volcanoes could have crucial implications for the rest of the planet. If one erupts, it could further destabilise some of the region’s ice sheets, which have already been affected by global warming. Meltwater outflows into the Antarctic Ocean could trigger sea level rises.

It should be noted that the most volcanism that is going in the world at present is in regions like Iceland and Alaska that have only recently lost their glacier covering after the end of the last ice age. Theory suggests that this is occurring because, without ice sheets on top of them, there is a release of pressure on the regions’ volcanoes and they become more active. The same could happen in West Antarctica where significant warming in the region caused by climate change has begun to affect its ice sheets. If they are reduced significantly, this could release pressure on the volcanoes that lie below and lead to eruptions that could further destabilise the ice sheets and enhance sea level rises that are already affecting our oceans.

It is something scientists will have to watch closely.

Source: The Guardian.

Emplacement des volcans (Source: Université d’Edimbourg)

 

 

Antarct

La source de la lave des volcans islandais // Where Icelandic volcanoes get their lava from

Depuis plus de deux décennies, les scientifiques travaillent sur la nature des Ultra-Low Velocity Zones (ULVZ), zones à vitesse ultra faible à la frontière entre le noyau et le manteau terrestre et dont le nom s’explique par le déplacement très lent des ondes sismiques qui les traversent. Selon certains chercheurs, une cause de cette vitesse très lente pourrait être leur état de fusion partielle. D’autres pensent que la chute de vitesse peut s’expliquer par le fait que les ULVZ sont constituées d’un type de roche différent et plus dense, peut-être enrichi en fer et chimiquement distinct du reste du manteau.
Des chercheurs de l’Université de Californie qui ont examiné l’une de ces zones à près de 3000 kilomètres sous l’Islande, ont enfin apporté une réponse à cette question. Les ULVZ seraient les racines, à l’état de fusion partielle, des panaches de roches très chaudes qui s’élèvent lentement à travers le manteau pour alimenter les volcans. Cela signifierait que ces zones seraient les marqueurs en profondeur de la base des panaches volcaniques dans le monde.
Pour libérer la chaleur du noyau externe liquide, la roche solide à l’intérieur du manteau terrestre se déplace en lents mouvements convectifs. Les scientifiques ont longtemps pensé que des remontées au niveau de ces courants de convection mantelliques se manifestent sous formes de panaches responsables des points chauds sur Terre. Plus récemment, ils ont commencé à examiner leurs parties supérieures au travers de modèles informatiques très élaborés qui utilisent les ondes des grands séismes pour créer des images tomographiques de l’intérieur de la Terre.
Des études antérieures avaient tenté d’établir des liens entre les ULVZ et les panaches mantelliques sous les îles Hawaii et Samoa. Toutefois, les chercheurs californiens pensent que ce qui se passe sous l’Islande offre une meilleure image. En effet, les ondes sismiques qui passent sous cette région du monde proviennent de différentes directions et peuvent être reçues par des capteurs dans des parties opposés de la planète, contrairement aux îles du Pacifique.
À l’aide d’ondes sismiques captées par tout un ensemble de capteurs aux États-Unis et en Chine, l’équipe scientifique a pu mieux identifier la position et la forme des ULVZ. Il en ressort que la forme est celle d’un cylindre de 800 kilomètres de base et 15 kilomètres de hauteur, plus ou moins directement sous le panache qui alimente les volcans islandais. Ces résultats vont dans le sens du scénario de la fusion partielle, car l’autre option, celle d’une roche chimiquement différente, donnerait probablement une forme plus irrégulière et n’aurait pas nécessairement terminé sa course directement sous un panache.
Cependant, selon certains scientifiques, la nouvelle étude ne doit pas exclure le scénario concernant la roche chimiquement différente. En effet, un spécialiste en géodynamique à l’Université d’État du Michigan a modélisé les lents courants mantelliques et a constaté que, le long de la limite entre le noyau et le manteau, les courants sont latéraux et attirés vers la base des panaches. Ces courants pousseraient, tel un bulldozer, la roche dense et chimiquement distincte vers les panaches et, au fil du temps, ils pourraient finir par lui donner une forme à peu près circulaire.
Les chercheurs affirment que le mystère sera résolu avec l’amélioration des images du manteau inférieur grâce aux nouvelles technologies. Des ordinateurs plus puissants permettront d’utiliser davantage le contenu haute fréquence des ondes sismiques, partie qui est la plus favorable pour mettre en lumière les structures peu profondes comme les ULVZ. Un autre progrès pourrait être réalisé grâce aux capteurs sismiques installés au fond de l’océan. Comme la plupart des capteurs sismiques se trouvent actuellement sur la terre ferme, les deux tiers de la Terre (autrement dit les océans) sont une zone blanche.

Source: Science Mag.

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For more than 2 decades, scientists have pondered the nature of ultralow-velocity zones (ULVZs). The regions get their name from the way that earthquake waves travel so much more slowly through them. One way to explain that speed drop would be if they were partially molten. Another camp has held that the speed drops can be explained if ULVZs are made of a dense, different type of rock, perhaps enriched with iron, and chemically distinct from the rest of the mantle.

Researchers from the University of California who examined one of these zones nearly 3000 kilometres below Iceland finally have an answer: They may be the partially molten roots of plumes of hot rock that slowly rise through the mantle to feed volcanoes. That would make ULVZs deep signposts that mark the base of the world’s plumes.

To release heat from the liquid outer core, the solid rock in Earth’s mantle moves in slow, convective swirls. Earth scientists have long suspected that upwellings in these mantle convection currents would manifest themselves as the plumes responsible for Earth’s volcanic hot spots. Now they have started to see their upper parts with sophisticated computer models that use the waves from large earthquakes to create CT scan–like tomographic pictures of Earth’s interior.

Previous studies had made tentative connections between ULVZs and the plumes underneath Hawaii and Samoa. But the Californian researchers think the scene underneath Iceland provides a better picture. Indeed, earthquake waves pass underneath the region from different directions and can be picked up by sensors on opposite sides of the world, unlike the Pacific islands.

Using earthquake waves picked up by arrays of sensors in the United States and China, the team better identified the position and shape of the ULVZ. They found its shape was a stubby cylinder 800 kilometres across and 15 kilometres tall, more or less directly under the plume that feeds Iceland’s volcanoes. The team’s results favour the partially molten scenario, since the other option, a chemically distinct rock, would likely have a more irregular shape and would not necessarily wind up sitting directly underneath a plume.

However, the new study might not rule out the chemically distinct rock scenario. A geodynamicist at Michigan State University has modelled the mantle’s slow-motion currents and found that, along the core-mantle boundary, the currents are lateral, drawn toward the bases of plumes. These currents would bulldoze the dense, chemically distinct rock toward the plumes, and, over time, they could pack it into a roughly circular shape.

The researchers say that the debate will get resolved as pictures of the lower mantle improve. More powerful computers will allow to use more of the high-frequency content of earthquake waves, the part that is best at illuminating shallow structures like ULVZs. Another boost could come from ocean-bottom earthquake sensors. With most earthquake sensors sitting on land, two-thirds of Earth (namely the oceans) is a blank spot.

Source : Science Mag.

Schéma montrant la limite entre le noyau externe et le manteau inférieur, ainsi que les ULVZ (Source : Science Direct)