Catégorie : Science

Pluie, neige et leur impact sur la Faille de San Andreas // The impact of rain and snow on the San Andreas Fault

Selon deux chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley, les séismes le long de la faille de San Andreas sont influencés par les pluies et chutes de neige de l’hiver. La découverte est importante car elle permet de mieux comprendre ce qui provoque les séismes et à quel moment ils sont plus susceptibles de se produire. Les résultats de cette étude sont publiés dans la revue Science.
Les deux scientifiques travaillent sur l’ « impact saisonnier » sur les systèmes de failles On entend par impact saisonnier la façon dont la neige et la pluie pèsent sur le sol  pendant les mois d’hiver, ce qui le fait se comprimer. Quand la sécheresse revient, le poids se retire et le sol rebondit en quelque sorte. Selon les scientifiques, ce processus modifie le stress exercé sur la structure tectonique de l’État de Californie, en poussant et tirant sur les lignes de failles, y compris la Faille de San Andreas.
La Faille de San Andreas se trouve à la limite tectonique entre les plaques Pacifique et nord-américaine, et s’étire sur 1280 km à travers la Californie. En septembre 2016, on a enregistré un essaim d’environ 200 petits événements dans le secteur de la Salton Sea, juste au sud de la Faille. Cela a fait naître les craintes qu’un séisme de plus grande ampleur puisse avoir lieu dans le court terme. La zone de faille où l’essaim s’est produit n’a pas bougé depuis plus de 300 ans. Comme de puissants séismes se produisent normalement le long de la faille tous les 150 à 200 ans, les scientifiques pensent qu’un «Big One» est en retard.
Dans leur dernière étude, les deux chercheurs ont mesuré le mouvement vertical le long des lignes de faille en Californie pour observer les changements résultant de l’impact saisonnier. Ils ont pris en compte neuf années de données GPS sur la déformation verticale pour identifier les modifications de contraintes qui produisent de petits séismes le long des lignes de failles. A partir de ces résultats, ils ont calculé le délai de contrainte saisonnier pour chaque faille afin de calculer un cycle de contrainte moyen. Les résultats montrent que la faille de San Andreas connaît une hausse de petits séismes à la fin de l’été et au début de l’automne, alors que les failles situées le long de la bordure orientale de la Sierra Nevada enregistrent plus de séismes à la fin du printemps et au début de l’été. Les scientifiques précisent que cela ne signifie pas forcément qu’il y a une «saison sismique», mais que l’« impact saisonnier » joue un rôle. Même si la neige et les précipitations annuelles n’augmentent que légèrement le risque sismique, leur découverte fournit de nouvelles informations sur la façon dont les failles se rompent et pourquoi elles se rompent, ainsi que les contraintes qui sont mises en jeu.
L’étude ne prend pas directement en compte les séismes majeurs, mais les chercheurs ont examiné des événements historiques de magnitude supérieure à M 5.5 jusqu’en 1781. Ils ont constaté une légère augmentation de la sismicité lorsque l’impact saisonnier est plus élevé. L’étude ne prend pas en compte, et ne donne donc pas d’explications, sur l’essaim sismique enregistré sur la faille de San Andreas en septembre 2016.
Au début de l’année 2017, les scientifiques de l’Université de Stanford ont déclaré que la Californie connaîtrait à l’avenir plus d’inondations hivernales et de sécheresses estivales en raison du changement climatique. Les auteurs de l’étude disent qu’ils ne savent pas si des conditions météorologiques plus extrêmes entraîneront davantage de séismes dans les années à venir car ils n’ont pas exploré les tendances sur le long terme.
Les scientifiques prévoient maintenant d’affiner leur modèle d’impact saisonnier pour mieux comprendre «ce qui déclenche les séismes». Ils vont continuer d’examiner l’impact saisonnier et les cycles sismiques en Alaska. Dans cet Etat, il y a davantage de précipitations tout au long de l’année, ce qui entraîne un impact saisonnier plus important. En explorant un environnement tectonique différent avec différents modèles d’impact, ils espèrent mieux comprendre la fréquence des séismes en fonction des variations de contraintes saisonnières.
Adapté d’un article paru dans Newsweek.

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According to two researchers from the University of California, Berkeley, earthquakes along the San Andreas Fault in California are being triggered by winter rain and snowfall. The finding is important as it helps us understand what triggers earthquakes—and when they are more likely to strike. Their findings are published in the journal Science.

The scientists were investigating what impact seasonal loading has on fault systems. Seasonal loading refers to how snow and rain over the winter months acts as a weight, causing the land to depress. However, when it dries up, the weight is removed and the ground rebounds. This process, the scientists found, changes the stress placed on California’s state tectonics, pushing and pulling on the fault lines, including the San Andreas Fault.

The San Andreas Fault forms part of the tectonic boundary between the Pacific and North American Plate, stretching 1280 km through California. In September last year, there was a swarm of around 200 small earthquakes in the Salton Sea, just south of the fault. This raised concerns that a much larger earthquake could soon take place. The region of the fault where the swarm occurred had not ruptured for over 300 years. Large earthquakes normally occur along the fault every 150 to 200 years, so scientists think a “Big One” is overdue.

In the latest study, the two researchers measured vertical movement along the state’s fault lines to track changes resulting from seasonal loading. They used nine years’ worth of GPS data on vertical deformation to identify the stress changes on the fault lines that produce small earthquakes. From this, they calculated the seasonal stress time for each fault location to calculate an average stress cycle. Findings showed that the San Andreas Fault has an increase in small earthquakes in late summer and early fall, while the faults along the eastern edge of the Sierra Nevada see more earthquakes in late spring and early summer. The scientists indicate that this does not mean there is an “earthquake season,” but that seasonal loading plays a role. While the annual snow and rainfall increases the chance of earthquakes by a small amount, their discovery provides new information on how and why faults rupture, including the different stresses involved.

The study does not look at large earthquakes directly, but the researchers did look at historic events bigger than M 5.5 going back to 1781. They found there was a slight increase in earthquakes when seasonal loading was high compared to when it was low. However, the current findings do not explain the swarm of earthquakes at the San Andreas Fault in September 2016 which was not taken into account in the study.

Earlier this year, Stanford University scientists said California will experience more winter flooding and summer droughts in the future as a result of climate change. The authors of the study say it is not clear whether more extreme weather would lead to more earthquakes in the future as they did not explore longer-term trends.

Next, the scientists plan to refine their seasonal loading model to better understand “what makes earthquakes go.” They are continuing to look at seasonal loading and the earthquake cycle in Alaska. In that State there is more precipitation throughout the year that results in larger loads. By exploring a different tectonic environment with different loading patterns, they hope to learn more about the timing of the earthquakes with respect to the seasonal stress changes.

Adapted from an article in Newsweek.

Dans la faille de San Andreas… (Photos: C. Grandpey)

Datation d’une éruption du Katla (Islande) // Dating of an eruption of Katla Volcano (Iceland)

Une équipe internationale de chercheurs a réussi à dater une éruption majeure du Katla (Islande) avec une marge d’erreur de quelques mois. L’éruption, qui est la plus ancienne à avoir été datée avec précision dans les hautes latitudes septentrionales, a eu lieu peu de temps avant l’implantation des premières colonies humaines, à une époque où certaines parties de l’île étaient encore couvertes de forêts.
L’équipe scientifique, qui comprenait des volcanologues, des climatologues, des géographes et des historiens, a utilisé un ensemble de données scientifiques et historiques pour situer la date de l’éruption du Katla entre la fin de l’année 822 et le début de l’année 823, quelques décennies avant l’arrivée des premiers colons. Les résultats de leur travail ont été publiés dans la revue Géology.
De la même façon que les fossiles peuvent être utilisés pour comprendre le développement et l’évolution de la vie sur Terre, différents types de preuves environnementales peuvent être utilisés pour comprendre comment était le climat sur Terre dans le passé et pour quelles raisons. Les cernes des troncs d’arbres et les carottes de glace permettent aux scientifiques de déterminer les conditions climatiques du passé et d’améliorer notre compréhension de l’interaction entre les humains et l’environnement il y a des centaines ou des milliers d’années.
Actuellement, la majeure partie de l’Islande est dépourvue de forêts. Cependant, avant l’arrivée des premiers colons à la fin du 9ème siècle, elles occupaient probablement une vaste partie du pays. Les premiers colons ont éliminé la plupart des arbres sur l’île pour établir une société basée sur l’agriculture et les arbres ne se sont jamais réapparus. En 2003, une crue de printemps de la rivière Thverá a mis à jour des centaines de troncs de bouleaux qui étaient restés enfouis pendant des siècles sous des couches de dépôts volcaniques. Cette forêt – dite de Drumbabót – est la forêt préhistorique la mieux préservée en Islande, après avoir été victime d’une éruption du Katla.
L’équipe scientifique qui a effectué l’étude avait indiqué précédemment qu’en 775 une grande éruption solaire avait provoqué une hausse brutale du niveau de carbone 14 dans l’atmosphère terrestre, susceptible d’être stockée dans le bois des arbres présents à l’époque. En mesurant le niveau de carbone 14 dans l’un des arbres de la forêt de Drumbabót, les chercheurs ont pu localiser l’année 775 dans les cernes des troncs d’arbres et compter, en allant vers l’écorce, le nombre d’années jusqu’à l’éruption du Katla qui avait signé l’arrêt de mort de ces arbres. Le cerne le plus extérieur était complètement formé et un nouveau n’était pas encore apparu, ce qui signifie que l’éruption s’est produite après l’automne 822 et avant le printemps 823, avant que la croissance de l’année suivante ait commencé. L’Islande n’a été colonisée que vers 870 ; cette forêt a donc été détruite près d’un demi-siècle avant l’arrivée des humains.
A côté du travail scientifique, l’équipe de chercheurs a également pris en compte les recherches des historiens qui ont analysé des preuves documentaires écrites en provenance d’Europe et d’Asie et ont constaté qu’il y avait eu un épisode de froid intense correspondant au moment de l’éruption du Katla.
Source: Université de Cambridge.

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An international group of researchers has dated a large eruption of Katla volcano in Iceland to within a few months. The eruption, which is the oldest volcanic eruption to be precisely dated at high northern latitudes, occurred shortly before the first permanent human settlements were established, when parts of the now mostly treeless island were still covered with forest.

The team, which included volcanologists, climatologists, geographers and historians among others, used a combination of scientific and historical evidence to pinpoint the eruption date of the Katla volcano between late 822 and early 823, decades before the earliest settlers arrived. Their results are reported in the journal Geology.

In a similar way to how fossils can be used to understand the development and evolution of life on Earth, different types of environmental evidence can be used to understand what the Earth’s climate was like in the past and why. The ‘fingerprints’ contained in tree rings and ice cores help scientists to estimate past climatic conditions and extend our understanding of the interaction between humans and the environment hundreds and thousands of years back in time.

Currently, Iceland is for the most part treeless. However, before the first permanent settlers arrived in the late 9th century, it was most likely covered by extensive woodland. Early settlers harvested most of the trees they found on the island to establish an agricultural-based society, and the trees never recovered. In 2003, a spring flood of the Thverá River exposed hundreds of birch trees which had been buried for centuries beneath layers of volcanic sediment. The so-called Drumbabót forest is the best-preserved prehistoric forest in Iceland, and had been buried by an eruption of the nearby Katla volcano.

The team behind the current study have previously confirmed that in 775, a large solar flare caused a spike in radiocarbon levels in the Earth’s atmosphere, which would be stored in the wood of trees that were alive at the time. By measuring the radiocarbon levels in one of the Drumbabót trees, the researchers were able to pinpoint the year 775 in the tree rings, and measure outward to the bark to count the number of years to the Katla eruption, when the tree died. The outermost tree ring had completely formed and a new one had not yet started, meaning that the eruption occurred after autumn 822 and before spring 823, before the next year’s growth had begun. Iceland was not settled until around 870, so this particular forest was destroyed almost half a century before humans arrived.

In addition to the scientific results, the team also involved historians who analysed written documentary evidence from Europe and Asia, and found that there was a severe cold spell consistent with the timing of the reconstructed Katla eruption.

Source: University of Cambridge.

La dendrochronologie permet de déterminer l’âge des arbres et de dater certains événements naturels.

Corrélation entre la sismicité et la déformation d’un volcan // Correlation between seismicity and deformation of a volcano

À l’aide d’une technique appelée «interférométrie du bruit sismique» combinée à des mesures géophysiques, des chercheurs de l’Université de Cambridge ont mesuré l’énergie qui se déplace à l’intérieur d’un volcan. Ils ont constaté qu’il existe une réelle corrélation entre la vitesse de déplacement de cette énergie et les variations d’inflation et de déflation d’un édifice volcanique. La technique pourrait être utilisée pour prévoir les éruptions volcaniques avec plus de précision. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Science Advances.
Les données ont été recueillies par l’USGS sur le Kilauea à Hawaii où le cratère de l’Halema’uma’u renferme un lac de lave très actif. Les chercheurs ont installé des capteurs pour mesurer au cours d’une période de quatre ans les variations relatives de la vitesse des ondes sismiques qui se déplacent à l’intérieur du volcan. Ils ont ensuite comparé leurs résultats à un deuxième ensemble de données concernant les moindres déformations du volcan au cours de la même période.
Comme le Kilauea est très actif, il connaît en permanence des épisodes d’inflation et de déflation, en même temps que la pression dans la chambre magmatique située sous le sommet augmente et diminue. Les chercheurs de Cambridge ont utilisé le bruit sismique pour détecter les causes des déformations du Kilauea. Le bruit sismique est une vibration persistante de faible intensité à l’intérieur de la Terre ; elle révèle aussi bien les séismes que les mouvements des vagues dans l’océan. En mettant les capteurs en parallèle, les chercheurs ont pu isoler le bruit sismique en provenance du volcan. Ils se sont intéressés aux variations d’énergie entre les capteurs, qu’il s’agisse de son ralentissement ou de son accélération. Ils voulaient savoir si les variations de vitesse des ondes sismiques reflétaient une augmentation de pression à l’intérieur du volcan, en sachant que les volcans gonflent avant une éruption. Ce paramètre est essentiel pour la prévision éruptive.
Le réservoir magmatique du Kilauea se trouve  à un ou deux kilomètres en dessous du lac de la lave de l’Halema’uma’u. Au fur et à mesure que le volume de magma varie dans ce réservoir, tout le sommet du volcan se gonfle et se dégonfle. Dans le même temps, la vitesse sismique varie elle aussi. Lorsque la chambre magmatique se remplit, elle génère une augmentation de pression, ce qui entraîne une fermeture des fractures dans la roche environnante et la production d’ondes sismiques plus rapides, et vice versa.
C’est la première fois que les scientifiques ont pu mettre en parallèle le bruit sismique et la déformation sur une période aussi longue. La forte corrélation entre les deux montre qu’il pourrait s’agir d’une nouvelle approche en matière de prévision des éruptions volcaniques.
Source: Université de Cambridge.

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Using a technique called ‘seismic noise interferometry’ combined with geophysical measurements, researchers from the University of Cambridge measured the energy moving through a volcano. They found that there is a good correlation between the speed at which the energy travelled and the amount of inflation and deflation observed in a volcanic edifice. The technique could be used to predict more accurately when a volcano will erupt. Their results are reported in the journal Science Advances.

Data was collected by USGS across Kilauea in Hawaii, where Halema’uma’u is a lake of bubbling lava just beneath its summit. During a four-year period, the researchers used sensors to measure relative changes in the velocity of seismic waves moving through the volcano over time. They then compared their results with a second set of data which measured tiny changes in the angle of the volcano over the same time period.

As Kilauea is very active, it undergoes constant episodes of inflation and deflation as pressure in the magma chamber beneath the summit increases and decreases. The Cambridge researchers used seismic noise to detect what was controlling Kilauea’s movement. Seismic noise is a persistent low-level vibration in the Earth, caused by everything from earthquakes to waves in the ocean. By pairing sensors together, the researchers were able to isolate the seismic noise that was coming from the volcano. They were interested in how the energy travelling between the sensors changes, whether it is getting faster or slower. They wanted to know whether the seismic velocity changes reflect increasing pressure in the volcano, as volcanoes inflate before an eruption. This is crucial for eruption forecasting.

One to two kilometres below Kilauea’s lava lake, there is a reservoir of magma. As the amount of magma changes in this underground reservoir, the whole summit of the volcano inflates and deflates. At the same time, the seismic velocity changes. As the magma chamber fills up, it causes an increase in pressure, which leads to cracks closing in the surrounding rock and producing faster seismic waves – and vice versa.

This is the first time scientists have been able to compare seismic noise with deformation over such a long period, and the strong correlation between the two shows that this could be a new way of predicting volcanic eruptions.

Source : University of Cambridge.

Système d’alimentation du Kilauea

Exemple de déformation du Kilauea

Lac de lave de l’Halema’uma’u

(Source: USGS / HVO)

 

Ça ressemble à un volcan mais ce n’est pas un volcan ! // It looks like a volcano but it is not a volcano !

Dans la région côtière du Pérou se dresse El Volcán dans la vallée de la Nepeña. Vu de loin, il semble faire partie naturellement du paysage. Pourtant, ce volcan est artificiel. C’est un monticule  – ou une pyramide – construit par des hommes, avec un cratère creusé à son sommet. Certains archéologues essayent de comprendre à quoi il a pu servir.
Un professeur de l’Université du Missouri qui travaille sur l’anthropologie biologique, a déjà découvert une série de monticules en forme d’orques, de condors et d’autres animaux dans les vallées côtières du Pérou. Il était en train de chercher d’autres structures semblables quand il a repéré le cône volcanique d’une quinzaine de mètres de hauteur.
En compagnie de son équipe de chercheurs, le professeur a escaladé le cône pour avoir une meilleure vue de la vallée environnante. Dans les années 1960, des archéologues avaient déjà observé le monticule et avaient conclu qu’il était artificiel, mais le professeur du Missouri et son équipe ont voulu en savoir davantage. Comme ils l’expliquent dans le dernier numéro de la revue Antiquity, ils ont creusé une tranchée dans le cratère du ‘volcan’ et ont découvert un escalier effondré qui descend sous une couche de briques pour atteindre un plancher de plâtre.
Ils ont également découvert foyer au pied de l’escalier, garni de charbon de bois et de coquilles. Les archéologues ont pu déterminer l’âge de ces matériaux organiques par une datation au Carbone 14. Un échantillon provenant du foyer a révélé que le dernier feu avait été allumé entre 1492 et 1602. Cette période est importante. En effet, au cours du 16ème siècle, il y a eu quatre éclipses solaires totales, visibles depuis El Volcán, en 1521, 1538, 1539 et 1543. Ce furent des événements rares.
Dans leur article, les chercheurs ont écrit que «les habitants des régions côtières du centre et du nord du Pérou, les Yungas, accueillaient les éclipses du soleil avec des manifestations de joie, contrairement aux Incas qui les redoutaient». Le charbon de bois découvert dans le foyer était peut-être le reste d’une cérémonie liée à l’une de ces éclipses.
Les chercheurs ne peuvent pas dire avec exactitude quand le monticule a été construit. Il est possible que la structure d’origine soit bien plus ancienne que le foyer. Le site archéologique voisin de San Isidro était encore occupé pendant la période préclassique (900 à 200 avt. J.C.).
De même, le mystère de la forme du monticule n’a toujours pas été élucidé. Il n’y a pas de volcans à proximité d’El Volcán susceptibles de servir de modèles pour sa construction – à supposer qu’il fût destiné à ressembler à un volcan – et aucun autre édifice semblable n’a été découverte au Pérou.
Adapté d’un article dans Live Science.

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In coastal Peru El Volcán in the Nepeña Valley rather looks like a natural feature in the landscape when it is seen from a distance. However, this volcano is artificial, a mound or pyramid built by human hands with a crater dug out of the top. And some archaeologists are trying to figure out what it was used for.

A professor at the University of Missouri who focuses on biological anthropology, had previously found a series of mounds shaped like orcas, condors and other animals in coastal valleys in Peru. He was looking for more of those earthworks when he spotted the 15- metre-tall volcanic cone.

The professor climbed the cone with his team to get a better view of the surrounding valley. In the 1960s, archaeologists had already noted the volcano-like mound and identified it as artificial, but he decided to investigate further. As the researchers report in the latest issue of the journal Antiquity, they dug a trench into the inner crater of the volcano, and found a collapsed stairwell that descends below a layer of adobe bricks to a mud-plaster floor.

They also found a fireplace at the bottom of the stairwell, full of bits of charcoal and shell. Archaeologists could determine the age of such organic material by using radiocarbon dating. A sample of burned material from the hearth showed that the last fire was lit sometime between A.D. 1492 and 1602.

Archaeologists believe this date range is important. During the 16th century, there were four total solar eclipses, visible from El Volcán, in A.D. 1521, 1538, 1539 and 1543. This was a rare occurrence.

In their paper, the researchers wrote that « the people of the northern and central coasts, the Yungas, unlike the later Incas, greeted eclipses of the sun with joy, not fear. » The fire might be all that is left of a ceremony linked to one of these eclipses.

The researchers are not sure when the mound was first built. It is possible that the original structure might be much older than the hearth. The nearby archaeological site at San Isidro was active during the Late Formative period (900 B.C.to 200 B.C.).

The meaning behind the mound’s shape is also still unclear. There are no volcanoes around El Volcán that would have served as models for its construction, if it was indeed meant to look like a volcano, and no other structures like it have been found in Peru.

Adapted from an article in Live Science.

Crédit photo: R. Benfer (University of Missouri)