Catégorie : Science

La Terre il y a 56 millions d’années, aujourd’hui et demain // The Earth 56 million years ago, today and tomorrow

Dans une étude récente publiée dans la revue Nature, des scientifiques ont examiné le réchauffement climatique qui s’est produit pendant le PETM (Maximum thermique du passage Paléocène-Éocène) et ont tiré des conclusions sur le réchauffement climatique qui affecte actuellement notre planète.
Le climat de la Terre a connu un réchauffement rapide pendant le PETM, il y a 56 millions d’années. Dans leur dernière études, les chercheurs ont identifié la cause de cette période de réchauffement climatique et ils ont établi un lien avec le changement climatique que nous connaissons actuellement.
Juste avant le PETM, la Terre ne ressemblait pas à ce qu’elle est aujourd’hui. Les régions polaires étaient dépourvues de glace ; il y avait des forêts tempérées ou même subtropicales le long des côtes de l’Antarctique et le Canada arctique ressemblait aux marécages des Everglades de la Floride d’aujourd’hui. La température des océans était de 10°C supérieure à ce qu’elle est aujourd’hui et les zones climatiques chaudes s’étaient toutes déplacées vers les pôles.
Au début du PETM, la planète s’est réchauffée d’au moins 5°C en quelques milliers d’années. La vie dans les profondeurs des océans a souffert de façon disproportionnée. De nombreuses espèces ont disparu et certaines zones des océans ont devenues anoxiques. Il a fallu environ 150 000 ans pour que le climat de la Terre retrouve un certain équilibre.
Une augmentation de 5°C sur quelques milliers d’années est extrêmement rapide à l’échelle géologique, mais n’est rien comparé à la vitesse actuelle du réchauffement climatique. Si nous continuons à brûler des combustibles fossiles au même rythme, les scénarios les plus pessimistes indiquent que nous pourrions atteindre 5°C d’ici la fin du siècle !
Le PETM peut nous éclairer sur l’avenir de notre planète. On pense depuis longtemps que la période chaude du PETM a été provoquée par l’augmentation des concentrations de gaz à effet de serre dans l’atmosphère. En effet, nous savons qu’il y a eu une énorme libération de carbone dans l’atmosphère et dans les océans à cette époque, grâce à l’analyse de sédiments datant de 56 millions d’années. Pourtant, l’origine de ce carbone a toujours été l’objet de désaccords. La dernière étude a identifié l’empreinte chimique de ce carbone. Il semble provenir des émissions produites par une activité volcanique intense et prolongée. L’étude montre également que le niveau atmosphérique de CO2 a plus que doublé en moins de 25 000 ans. Cela s’explique par le fait que le Groenland et l’Amérique du Nord s’éloignaient de l’Europe en créant l’Océan Atlantique Nord, avec une activité volcanique le long de ce qui est aujourd’hui la dorsale médio-atlantique. D’énormes quantités de carbone ont probablement été libérées dans l’atmosphère par l’activité volcanique pendant le PETM, en volumes beaucoup plus importants que toutes les réserves de combustibles fossiles actuellement accessibles. Toutefois la vitesse d’émission était probablement au moins 20 fois plus lente qu’aujourd’hui.

Le volcanisme du PETM a eu lieu en grande partie sous l’eau et à un rythme lent. L’équivalent moderne serait sûrement les «fumeurs noirs» que l’on rencontre dans les profondeurs de l’Atlantique.
Le carbone libéré par ces bouches au fond de l’océan est remonté à la surface et a déclenché un cycle qui a fini par affecter les océans proprement dits. Tout d’abord, la chaleur extrême du PETM a conduit à une altération plus rapide des roches et du sol, ce qui signifie que plus de nutriments comme le phosphore se sont propagés dans la mer, ce qui a stimulé la croissance du plancton. Lorsque le plancton est mort, il descend vers les fonds marins et stocke progressivement ce même carbone dans des sédiments profonds.
Alors que cette chaîne d’événements a provoqué l’élimination du carbone de l’atmosphère ancienne, elle a également entraîné une perte d’oxygène dans certaines parties des océans, comme cela se produit de nos jours dans les «zones mortes» du Golfe du Mexique où un excès de nutriments se répand dans l’eau chaude de l’océan.
La dernière étude a révélé que le PETM a été causé par des émissions massives de carbone provenant de l’intérieur de la Terre. Cette situation présente beaucoup de points commun avec celle que nous connaissons aujourd’hui, avec une élévation du niveau de CO2 dans notre atmosphère et nos océans par la combustion des combustibles fossiles qui ont été enterrés pendant des millions d’années. Le PETM nous donne une image de plus en plus claire de ce que sera la Terre si nous continuons à émettre des gaz à effet de serre. Il se pourrait que notre planète connaisse une situation qu’elle n’a jamais traversée en 56 millions d’années.
Source: The Guardian / Nature.

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In a recent study published in Nature, scientists examined the global warming that occurred during the PETM 56 million years ago and drew conclusions about the global warming that currently affects our planet.

Earth’s climate experienced rapid warming during the Palaeocene-Eocene Thermal Maximum (PETM), 56 million years ago. In their latest research, scientists have identified the cause of this well-known warm period. Its links to present day climate change are clear.

Just prior to the PETM, Earth looked very different than it does today. The polar regions were devoid of ice sheets, with temperate or even subtropical forests along the coastlines of Antarctica, and Arctic Canada resembling the swamplands of modern Florida. The deep oceans were about 10°C warmer than today, and warm climate zones were all shifted polewards.

Next, the planet warmed by at least a further 5°C over a few thousand years at the onset of the PETM. Life in the deep sea suffered disproportionately; many species went extinct and parts of the deep ocean became anoxic. It took about 150,000 years for Earth’s climate to naturally recover and regain some sort of equilibrium.

An increase of 5°C over a few thousand years is breakneck speed in geological terms, but is still nothing compared to our current rate of warming. In fact, if we keep burning fossil fuels at our current rate, the worst-case scenarios suggest we could hit 5°C by the end of the century.

What can the PETM tells us about the future? It has long been suspected that the warm period was triggered by increasing greenhouse gas concentrations in the atmosphere. We know there was a huge release of “new” carbon into the atmosphere and oceans at the time, thanks to analysis of 56million-year-old sediments. Yet where this carbon came from has always been disputed. The latest study identified the distinctive chemical fingerprint of this carbon; it pointed not to methane, but to emissions from intense and prolonged volcanic activity. The research also show that atmospheric CO2 levels more than doubled in less than 25,000 years. This makes sense: at the same time, Greenland and North America were drifting away from Europe, creating the North Atlantic Ocean and a string of volcanic activity along what is now the Mid-Atlantic Ridge. Huge quantities of carbon must have been released into the atmosphere by volcanic activity during the PETM, which is an order of magnitude higher than all currently-accessible fossil fuel reserves taken together. But the rate of emissions would have been at least 20 times slower than today. Given how much CO2 was released, the resulting global warming was about what we would predict based on calculations of current climate sensitivity.

PETM volcanism largely took place under water and at a slower pace, perhaps the best modern equivalent would be the “black smokers” still found today in the deep North Atlantic.

The carbon released by these vents would bubble up to the surface and kick off a cycle that would eventually affect the oceans themselves. First, extreme PETM warmth led to faster weathering of rocks and soil, which meant more nutrients like phosphorus were being washed into the sea. This in turn stimulated plankton growth. When the plankton died they drifted down to the seafloor and gradually stored that same carbon in deep marine sediments.

While this chain of events aided the removal of carbon from the ancient atmosphere it also led to oxygen starvation in some parts of the deep sea, analogous to the “dead zones” that form today in areas like the Gulf of Mexico where an excess of nutrients is washed into warm water.

The latest study found the PETM was caused by massive carbon emissions from Earth’s interior. It thus has many parallels to today, where we are ratcheting up CO2 levels in our atmosphere and oceans by burning fossil fuels that have been buried for millions of years. The PETM is giving us an increasingly clearer picture of what Earth will be like if we carry on, and take our planet to places it has not been in at least 56 million years.

Source: The Guardian / Nature.

Evolution du climat sur 65 millions d’années

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.

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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.

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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