Catégorie : Science

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)

De jeunes volcans ont-ils hébergé la vie sur Mars ? // Did young volcanoes harbour life on Mars ?

Une équipe scientifique a identifié sur la planète Mars ce qui ressemble à des volcans de formation récente. Selon les chercheurs, à une certaine époque, un tel environnement a pu être propice au développement de formes de vie microbiennes.
Sur Mars, Olympus Mons est le plus grand volcan du système solaire; Il mesure 22 km de haut et plus de 500 km à sa base. Il a commencé à croître il y a plus de 3 milliards d’années, mais la lave sur la partie supérieure de ses flancs semble dater de seulement 2 millions d’années, si l’on en juge par le manque relatif de cratères d’impact. Les cratères d’impact permettent de déterminer l’âge d’une surface dans le système solaire. Plus il y a de cratères, plus elle est vieille. La lave récemment émise par un volcan peut recouvrir les anciens cratères, donnant une nouvelle jeunesse à cette surface. C’est ce qui s’est passé sur Olympus Mons et sur plusieurs de ses voisins, ce qui signifie que ces volcans ne sont probablement pas éteints. Il se pourrait même qu’ils émettent de la lave à l’avenir, mais il faudra probablement attendre quelques millions d’années pour assister à un tel événement.
Les chercheurs ont déjà localisé des ensembles de petits cônes, de toute évidence assez jeunes, bien que leur origine ait toujours été controversée. Il se peut que ce soit de véritables sites d’éruption volcanique, mais il pourrait s’agir aussi de volcans de boue, ou des cônes sans racine formés par des explosions lors du passage de la lave sur un sol humide ou glacé.
Une étude récente réalisée par une équipe de chercheurs tchèques, allemands et américains présente la preuve convaincante qu’au moins certains de ces cônes sont de véritables volcans. Les chercheurs ont étudié des cônes dans Coprates Chasma, la partie la plus profonde du vaste système de canyons Valles Marineris de Mars. Cette région est éloignée des principales provinces volcaniques de la planète et on pense que le magma est sorti par des fractures anciennes mais réactivées dans le système de canyons.
Les chercheurs sont convaincus qu’il s’agit de véritables cônes volcaniques, semblables aux cônes de scories et de tuf sur Terre. Ils se réfèrent pour cela aux couches fines visibles à l’intérieur des parois des cratères sur les images envoyées par la caméra HiRISE (High resolution Imaging Science Experiment ) à bord du Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), ainsi que sur d’autres preuves. Les détails visibles sur les images sont suffisants pour prouver que le cône s’est construit en différentes couches, de la même façon que les cônes de tuf sur Terre.
Les cônes eux-mêmes sont trop petits pour qu’on puisse les dater en comptant les cratères d’impact, mais la datation des cratères sur le terrain environnant révèle 200 à 400 millions d’années, époque où les amphibiens géants et les premiers dinosaures sont apparus sur Terre. Sur notre planète, des cônes comme ceux-ci se sont édifiés au cours d’un seul épisode éruptif, de sorte que cette date marque presque certainement sur Mars la naissance de ces petits volcans ainsi que leur disparition.
Les cônes doivent avoir été édifiés par l’éruption explosive de projections de lave, de la taille d’un grain à celle d’une brique, à partir d’une bouche centrale, ce qui a façonné le cône couche par couche, jusqu’à ce qu’il atteigne sa hauteur finale. Selon les chercheurs, la surface de chaque cône révèle parfois une apparence  « blindée » car les projections de lave sont retombées sur une surface encore assez chaude pour qu’elles se soudent partiellement et protègent le cône. Cela pourrait expliquer leur aspect jeune, contrairement aux volcans de boue qui semblent plus vulnérables à l’érosion. Un volcanisme aussi récent sur Mars laisse supposer qu’il y a encore une certaine activité volcanique sur la planète, et que l’on pourrait assister aujourd’hui à la formation de nouveaux volcans.
Jusqu’à présent, l’équipe scientifique a obtenu des informations sur la composition de l’un des cônes en utilisant le Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM), spectromètre d’imagerie embarqué à bord du MRO. Les analyses révèlent la présence de silice opalisée ainsi que de minéraux sulfatés, ce qui laisse supposer que les roches chaudes, avant ou après l’éruption, ont réagi avec les eaux souterraines martiennes. Si tel est le cas, il a pu y avoir, ne serait-ce que brièvement pour chaque volcan, un mélange adéquat d’eau, de chaleur et d’énergie chimique pour permettre une vie microbienne du genre de celle que l’on trouve dans les sources thermales sur Terre. Étant donné que les cônes de cette étude ont au moins 200 millions d’années, il est peu probable qu’ils hébergent de la vie aujourd’hui, mais ils représentent un terrain favorable pour rechercher des microbes fossilisés avec un risque minimal de contamination d’un écosystème actif.
Source: Scientific American.

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Scientists have identified on Mars what looks like more recently formed volcanoes which may have once provided the perfect environment for microbial lifeforms to thrive.

Mars’ Olympus Mons is the solar system’s largest volcano ; it is 22km high and more than 500 km across its base. It began to grow over 3 billion years ago, but some lava flows high on its flanks appear to be as young as 2 million years, judging from the relative lack of overlapping impact craters. Craters caused by asteroid impacts show how old a surface in the solar system is. The more craters the longer it has been around. However, fresh lava from a volcano can bury former craters, resetting this clock.

This is exactly what happened at Olympus Mons and several of its neighbours, which means these volcanoes are unlikely to be extinct. They may even be able to squeeze out some lava again in the future, although we might have to wait a few million years to see it happen.

Researchers have previously spotted various clusters of small and evidently quite young “cones” but their origin has always been controversial. They could be true sites of volcanic eruption, but they could equally well be “mud volcanoes” formed by expulsion of mud from below ground or “rootless cones” formed by explosions caused by lava flowing across wet or icy ground.

A recent study by a Czech-German-American team presents convincing new evidence that at least some of these are genuine volcanoes. The researchers studied cones in Coprates Chasma, the deepest part of Mars’s Valles Marineris canyon system. This region is far from Mars’s main volcanic provinces and suggest magma has erupted from the interior though ancient but reactivated fractures in the canyon system.

The researchers are convinced that these are true volcanic cones, similar to scoria and tuff cones on Earth. They base this on the fine layers visible on the inside of the crater walls on images from the HiRISE (High resolution Imaging Science Experiment) camera of NASA’s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) and other evidence. The detail in the images is sufficient to reveal that the cone is built of layers in a similar way as in tuff cones on Earth.

The cones themselves are too small to date by counting impact craters, but crater-dating of the surrounding terrain comes out at about 200 to 400 million years, around the time giant amphibians and early dinosaurs roamed the Earth. On our planet, cones like these are built in a single episode of eruption, so this date almost certainly pinpoints the birth of these small volcanoes as well as their demise.

The cones must have been built by explosive eruption of clots of lava, from the size of a grain to that of a brick, from a central vent, growing the cone layer by layer until reaching its final height. According to the researchers, each cone’s surface may be “armour-plated” because these clots hit ground still hot enough to partially weld together and protect it. This could account for their fresh appearance, in contrast to mud volcanoes, which would be more vulnerable to erosion.

using MRO’s Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM). This Volcanism this young on Mars suggests there’s still some volcanic action on the planet, and there could still be volcanoes forming today.

So far, the scientific team has obtained compositional information from just one of the cones reveals the presence of opaline silica as well as sulfate minerals, which suggests that the hot rocks, whether before or after eruption, reacted with martian ground water. If so, there could have been, even if only briefly at each volcano, a suitable mixture of water, warmth and chemical energy to support microbial life of the kind that inhabits hot springs on Earth. Given that the cones in this study are at least 200 million years old, they are unlikely to host life today, but they would be good targets to search for fossilised microbes with minimal risk of contaminating an active ecosystem.

Source: Scientific American.

Vue du système de canyons Valles Marineris sur la planète Mars (Source: NASA)

Découverte d’un nouveau minéral sur l’Hekla (Islande) // Discovery of a new mineral on Mt Hekla (Iceland)

En janvier 1991, l’Hekla a été secoué par une éruption qui a duré deux mois.
Six mois après l’éruption, un géologue danois a entrepris d’étudier certaines fractures dans la lave. À l’intérieur de ces fractures, la température atteignait 170°C et des gaz toxiques s’échappaient encore du volcan. Le scientifique a recueilli des incrustations jaunâtres dans les fractures afin de les analyser dans son laboratoire de l’Université de Copenhague.
Aujourd’hui, 25 ans plus tard, les recherches conduisent les scientifiques à conclure que les matériaux analysés contiennent un minéral inconnu décrit dans le dernier numéro de la revue Mineralogical Magazine. Les chercheurs ont choisi de le baptiser Topsøeite, par référence à la famille Topsøe dont les membres ont beaucoup apporté à la science.
La Topsøeite est l’un des sept nouveaux minéraux découverts en Islande depuis 2009. Il est constitué d’éléments de fer et de fluor, ainsi que de molécules d’eau. Les scientifiques avaient déjà observé cette structure chimique, mais c’est sa première identification sous forme minérale.
Il existe environ 5 200 minéraux connus sur Terre. Toute découverte doit passer par l’International Mineralogical Association (IMA) avant d’être officiellement reconnue comme nouveau minéral. Une centaine de nouveaux minéraux sont enregistrés chaque année. On observe une augmentation du nombre de nouveaux minéraux ces dernières années. La moitié des minéraux connus aujourd’hui ont été découverts depuis 1980. C’est dû au fait que nous disposons de nouvelles méthodes qui permettent de décrire plus facilement les minéraux et d’identifier leur composition chimique.
Récemment, une étude américaine a montré que les activités humaines ont entraîné un changement spectaculaire dans les minéraux sur Terre.

Source : Science Nordic

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In January 1991, Mt Hekla went through an eruption that lasted for two months.

Six months after the eruption, a Danish geologist set out to study some of the cracks in the lava. Inside the cracks, temperatures reached 170°C and toxic gases were oozing out from the volcano. The scientist collected some of yellowish encrustations inside the cracks and took them to the laboratory at the University of Copenhagen, where they were studied carefully.

Now, 25 years later, these investigations have led scientists to conclude that the volcanic material contained a previously unknown mineral described in the latest issue of the journal Mineralogical Magazine. The researchers chose to name the new mineral Topsøeite, after the Topsøe family which has given many important people to science.

Topsøeite is one of seven new minerals discovered in Iceland since 2009. It is formed by the elements iron and fluorine, along with water molecules. Scientists have seen this chemical structure before, but this is the first identification of it in mineral form.

There are approximately 5,200 known minerals on Earth. Any new discovery has to go through the International Mineralogical Association (IMA) before it is officially recognised as a mineral. About 100 new minerals are registered every year. There has been an increase in the number of new minerals in recent years. Half of the minerals we know today were discovered since 1980. It is because we have new methods that make it easier to describe minerals and identify their chemical composition.

Recently, an American study showed that human activities have led to a dramatic change in the Earth’s minerals.

Source: Science Nordic.

Crédit photo : Université de Copenhague

 

Séismes et glaciers en Alaska // Earthquakes and glaciers in Alaska

Le 28 février 1979, un séisme de M 7.7 a secoué les Chugach Mountains et la région du Mont Saint-Elias dans la partie méridionale de l’Alaska. Les géologues pensent que  l’événement a été provoqué par des mouvements tectoniques complexes dans cette région où se rencontrent les plaques Pacifique et nord-américaine. Aujourd’hui, les scientifiques étudient un autre élément susceptible d’avoir un effet sur l’activité sismique de la région: la fonte des glaciers.
Les chercheurs du Goddard Space Flight Center de la NASA et de l’USGS ont cherché à savoir si les fluctuations glaciaires avaient une relation avec les séismes enregistrés dans les environs des glaciers Malaspina et Bering, au sud du Parc national Wrangell-St. Elias et au nord de Yakutat. Une étude datant de 2004 a conclu que si les plaques tectoniques jouent le rôle le plus important dans le déclenchement des séismes majeurs, les mouvements des glaciers proches de ces sites peuvent également avoir un impact.
De 1993 à 1995, le glacier de Béring a avancé rapidement au cours d’une surge glaciaire. Au cours des cinq années qui ont suivi cette surge, la masse de glace nouvellement accumulée a reculé et s’est amincie sous l’effet de la hausse des températures. Lorsque la glace s’est épaissie pendant la surge glaciaire, le nombre de séismes a diminué dans la région. Par contre, quand elle s’est amincie, le nombre de petits séismes a augmenté, avec des événements de M 1 à M 2 sur l’échelle de Richter.
Les chercheurs ont également calculé la pression accumulée sous les glaciers dans la région de Icy Bay, entre les glaciers de Béring et Malaspina, de 1899 à 1979. La masse imposante d’un glacier peut contribuer à la stabilité de la région, mais une fois la fonte démarrée, les plaques tectoniques sont plus libres de leurs mouvements et peuvent créer des frottements sous la surface. Entre 1899 et 1979, les glaciers ont perdu assez de glace pour que la perte de poids en surface ait contribué au séisme de la région du Mont St. Elias.
Le sud de l’Alaska est un lieu unique pour étudier ce type d’interactions entre séismes et glaciers. En effet, il y a très peu d’endroits dans le monde où la fonte rapide d’une masse de glace interagit avec des plaques tectoniques qui se trouvent à des dizaines de kilomètres sous la surface de la Terre.
Dans une étude publiée en 2008, deux chercheurs de  l’Alaska Earthquake Center (Université de l’Alaska à Fairbanks) ont constaté qu’entre 2002 et 2006, le nombre de petits mouvements tectoniques dans la région de Icy Bay avait augmenté par rapport à l’activité sismique entre 1988 et 1992. Ils ont émis l’hypothèse que cela était dû à une augmentation significative de la perte de glace en 2002-2006.
Un certain nombre d’événements glaciaires tels que la formation de crevasses, le vêlage et le déplacement sur la roche sous-jacente peuvent provoquer des séismes, mais ils ne sont pas liés aux mouvements tectoniques.
Source: Alaska Dispatch News.

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On February 28th, 1979, an M 7.7 earthquake shook the Chugach and St. Elias mountains in Southcentral Alaska. The event is believed by geologists to be the result of complex tectonic movements in the area, where the vast Pacific and North American plates meet and accumulate pressure. Now, scientists are studying another element that may also influence the region’s seismic activity: glacial melting.

Researchers with NASA’s Goddard Space Flight Center and the U.S. Geological Survey sought to find out if glacial fluctuations had any relation to earthquakes in the area around the Malaspina and Bering glaciers, south of the Wrangell-St. Elias National Park and north of Yakutat. While their 2004 study concluded that moving tectonic plates had the largest role in major earthquakes, they also acknowledged that ice movements close to these sites may have also had an impact.

From 1993 to 1995, the Bering glacier advanced rapidly in a movement known as a glacial surge. In the five years that followed the surge, the newly-formed mass of ice retreated and thinned, a response to warming temperatures. When the ice thickened during the surge, the number of earthquakes decreased in the region. During the thinning, the number of small quakes increased, hovering around M 1 to M 2 on the Richter scale.

The researchers also calculated the amount of pressure that would have built up under the glaciers in the Icy Bay region, between the Bering and Malaspina glaciers, from 1899 to 1979. The large mass of a glacier can help keep things stable, but once that melts away, the tectonic plates are freer to move and create friction beneath the surface. Between 1899 and 1979, the glaciers lost enough ice for the weight loss to have contributed to the St. Elias earthquake.

Southern Alaska is a unique location to study these type of interactions: few places have a rapidly melting mass interacting with plates tens of kilometres beneath the Earth’s surface.

In a later study released in 2008, two researchers from the Alaska Earthquake Center at the University of Alaska Fairbanks, found that between 2002 and 2006, the number of small tectonic movements in the Icy Bay region increased when compared to the seismic rate between 1988 and 1992. They hypothesized that this was due to a significant increase in the rate of ice wastage in 2002-2006.

A variety of glacial activities such as crevassing, calving and moving along the underlying rock trigger earthquakes but these are not related to tectonic movements.

Source: Alaska Dispatch News.

 Partie méridionale de l’Alaska, avec glaciers Bering et Malaspina, et Icy Bay entre les deux glaciers (Google Maps)

Glacier de Béring (Crédit photo : Wikipedia)

Vue du massif du Mont St Elias (Photo : C. Grandpey)