Catégorie : Science

Histoire d’eau et de manteau…. // A story of water and mantle….

drapeau-francaisUne étude conjointe de la Carnegie Institution for Science et la Woods Hole Oceanographic Institution, dont les résultats ont été publiés dans la revue Science, a permis de découvrir que la température moyenne du manteau terrestre sous les bassins océaniques est d’une soixantaine de degrés Celsius supérieure à ce que l’on pensait jusqu’à présent, à cause de la présence d’eau dans les minéraux profonds.
Le manteau, la couche intermédiaire entre le noyau et la croûte terrestre, est la principale source du magma qui s’échappe à la surface sous forme de lave lors des éruptions volcaniques. Les minéraux qui composent le manteau contiennent de petites quantités d’eau, pas sous forme liquide, mais sous forme de molécules individuelles dans la structure atomique du minéral. Les dorsales océaniques se forment lorsque les minéraux contenus dans le manteau dépassent leur point de fusion, fondent partiellement et produisent le magma qui monte à la surface. En se refroidissant, le magma forme le basalte qui constitue la base de la croûte océanique. Dans ces dorsales océaniques, le basalte peut avoir de 5 à 7 kilomètres d’épaisseur. L’étude des dorsales sous-marines peut donner des indications sur ce qui se passe dans le manteau, ainsi que sur la géochimie sous la surface de la Terre.
Les scientifiques se sont pendant longtemps posé des questions sur  la mesure de la température potentielle du manteau. La température potentielle est une quantification de la température moyenne d’un système dynamique en supposant que chaque partie de ce système est théoriquement soumise à la même pression. La détermination de la température potentielle d’un système mantellique permet aux scientifiques de mieux comprendre les voies d’écoulement du magma et la conductivité sous la croûte terrestre. On peut estimer avec plus de précision la température potentielle d’une zone du manteau en connaissant le point de fusion des roches qui participent à une éruption sous forme de magma et refroidissent ensuite pour former la croûte océanique.
Dans les conditions d’humidité, le point de fusion de la péridotite, qui fond pour former l’essentiel des basaltes des dorsales médio-océaniques, est considérablement plus bas que dans les conditions sèches, quelle que soit la pression. Cela signifie que la profondeur à laquelle les roches du manteau commencent à fondre et remontent à la surface sera différente si la péridotite contient de l’eau et, sous la croûte océanique, on pense que les minéraux du manteau supérieur contiennent de petites quantités d’eau, entre 50 et 200 ppm.
Les auteurs de l’étude ont mis en oeuvre des expériences de laboratoire afin de déterminer le point de fusion de la péridotite sous des pressions analogues à celles du manteau, en présence de quantités d’eau connues. C’était la première fois que des expériences étaient menées pour déterminer précisément dans quelle mesure la température de fusion du manteau dépendait de petites quantités d’eau. Les chercheurs ont constaté que la température potentielle du manteau sous la croûte océanique est plus élevée que celle qui avait été estimée précédemment. Ces résultats sont importants car ils peuvent changer notre compréhension de la viscosité du manteau et ils permettront peut-être de savoir jusqu’à quel point elle joue un rôle dans certains mouvements des plaques tectoniques.
Source: Carnegie Institution for Science.

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drapeau-anglaisA joint study between the Carnegie Institution for Science  and the Woods Hole Oceanographic Institution, whose results have been published in the journal Science, has determined that the average temperature of Earth’s mantle beneath ocean basins is about 60 degrees Celsius higher than previously thought, due to water present in deep minerals.

Earth’s mantle, the layer just beneath the crust, is the source of most of the magma that erupts at volcanoes. Minerals that make up the mantle contain small amounts of water, not as a liquid, but as individual molecules in the mineral’s atomic structure. Mid-ocean ridges are formed when these mantle minerals exceed their melting point, become partially molten, and produce magma that ascends to the surface. As the magmas cool, they form basalt, the basis of oceanic crust. In these oceanic ridges, basalt can be 5 to 7 kilometres thick. Studying these undersea ridges can teach scientists about what is happening in the mantle, and about the Earth’s subsurface geochemistry.

One longstanding question has been a measurement of the mantle’s potential temperature. The potential temperature is a quantification of the average temperature of a dynamic system if every part of it were theoretically brought to the same pressure. Determining the potential temperature of a mantle system allows scientists to better understand flow pathways and conductivity beneath the Earth’s crust. The potential temperature of an area of the mantle can be more closely estimated by knowing the melting point of the mantle rocks that eventually erupt as magma and then cool to form the oceanic crust.

In damp conditions, the melting point of peridotite, which melts to form the bulk of mid-ocean ridge basalts, is dramatically lower than in dry conditions, regardless of pressure. This means that the depth at which the mantle rocks start to melt and well up to the surface will be different if the peridotite contains water, and beneath the oceanic crust, the upper mantle is thought to contain small amounts of water, between 50 and 200 ppm.

The authors of the study set out to use lab experiments in order to determine the melting point of peridotite under mantle-like pressures in the presence of known amounts of water. This was the first time experiments had ever been conducted to determine precisely how the mantle’s melting temperature depends on such small amounts of water. The researchers found that the potential temperature of the mantle beneath the oceanic crust is hotter than had previously been estimated. These results are important as they may change our understanding of the mantle’s viscosity and how it influences some tectonic plate movements.

Source : Carnegie Institution for Science.

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Nodules de péridotite (Photo: C. Grandpey)

La fonte de la glace de mer arctique (suite) // The melting of Arctic sea ice (continued)

Selon un article écrit dans la revue Nature Climate Change par deux chercheurs britanniques de l’Université d’Exeter, la glace de mer arctique risque fort de disparaître en été au cours de ce siècle, même si les gouvernements atteignent l’objectif fixé lors de la COP 21 de Paris de limiter à deux degrés Celsius la hausse des températures moyennes de la planète par rapport aux niveaux pré-industriels.
Selon ces chercheurs, une hausse de deux degrés comporterait toujours un risque de 39% de voir la glace de mer disparaître dans l’Océan Arctique en été. En revanche, cette même glace aurait des chances de persister si la hausse des températures se limitait à 1,5°C.
Si la tendance actuelle devait persister, les températures augmenteront probablement de 3°C et non de 2°C comme souhaité. Selon les chercheurs britanniques, il y a 73% de chances que la glace de mer disparaisse en été, à moins que les gouvernements réduisent davantage que prévu les émissions de gaz à effet de serre.
En mars 2017, l’étendue de la glace de mer arctique est presque aussi réduite que dans les années record 2015 et 2016. En moins de 40 ans, la surface occupée par la glace de mer en été s’est pratiquement réduite de moitié. À ce rythme, les scientifiques pensent qu’elle disparaîtra de l’Océan Arctique dans les 40 prochaines années.
D’un point de vue scientifique, un Arctique exempt de glace présente moins d’un million de kilomètres carrés de glace car il est accepté que de la glace de mer subsiste encore dans certaines baies, comme au nord du Groenland, même après qu’elle ait disparu du reste de l’océan.
Un autre travail de recherche par des chercheurs de l’Université d’Exeter étudie comment le réchauffement climatique dans l’Arctique pourrait avoir un impact sur les pays des latitudes moyennes comme les États-Unis, le Royaume-Uni et la France. On est en droit de se demander si les conditions météorologiques extrêmes que nous avons connues récemment (la tempête Zeus du 6 mars 2017 en France, par exemple) ont un lien avec la fonte de la glace de mer et de la couverture neigeuse dans l’Arctique. En théorie, cette fonte est susceptible d’affecter le jet stream dont dépend en grande partie la météo dans ces pays. Dans une expérience de modélisation effectuée par ces scientifiques, les changements apportés à la glace de mer ont entraîné un déplacement du jet stream vers le sud en été, ce qui a entraîné un  temps humide au cours de cette période. Les étés très humides observés récemment au Royaume-Uni ont effectivement coïncidé avec une réduction sans précédent de la glace de mer arctique. Au cours d’un bulletin d’information de la chaîne de télévision France 3 Limousin, un météorologue a expliqué que le rail des dépressions qui se trouvait au nord du 50ème parallèle s’est maintenant décalé le long du 45ème parallèle, ce qui entraîne des épisodes météorologiques extrêmes pour cette région. A méditer…

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According to an article written in the journal Nature Climate Change by two British researchers from Exeter University, Arctic sea ice may vanish in summers this century even if governments achieve the target decided at the Paris 2015 COP 21 of a rise in average world temperatures to well below two degrees Celsius above pre-industrial levels.

A two-degree rise would still mean a 39% risk that the ice would disappear in the Arctic Ocean in summers. However, ice would be virtually certain to survive with a 1.5° C of warming.

Referring to current trends, temperatures are likely to rise by 3°C instead of 2°C. According to the British researchers, there is a 73% probability that sea ice will disappear in summer unless governments make deeper cuts in greenhouse gas emissions than their existing plans.

In March 2017, the extent of Arctic sea ice is nearly as low as what it was in the record years 2015 and 2016. In less than 40 years, the summer sea ice cover has been reduced by nearly a half. At this rate, it is predicted that sea ice will vanish from the Arctic Ocean in the next 40 years.

Scientists define an ice-free Arctic as one with less than one million square kilometres of ice because they say some sea ice still lingers in the bays, such as off northern Greenland, even after the ocean is ice-free.

Another research by Exeter University researchers is investigating how climate change is affecting the Arctic and how this could impact on mid-latitude countries such as the US, the UK and France. People have been hypothesising about whether the extreme weather we have had recently is due to the sea ice and snow cover melt in the Arctic. The theory is the melt can affect the jet stream, which brings a lot of weather to these countries. In a modelling experiment performed by these scientists, changing the sea ice caused the jet stream to shift south in the summer, leading to more wet weather of over in that period. The very wet summers observed recently in the UK have coincided with unprecedented low levels of Arctic sea ice. During the local news bulletin of France 3 Limousin, a meteorologist explained that the path of low pressures that used to be to the north of the 50th parallel now lies along the 45th parallel, which means more extreme weather episodes for this region.

Photo: C. Grandpey

Les lacunes de la surveillance volcanique aux Etats-Unis // The gaps in volcano monitoring in the U.S.

drapeau-francaisLa dernière éruption du Bogoslof en Alaska a montré les difficultés rencontrées par les volcanologues américains pour surveiller les volcans éloignés et mal équipés. Malheureusement, le Bogoslof n’est pas une exception aux États-Unis. Selon l’USGS, il existe au moins 169 volcans actifs dans le pays et 55 sont censés constituer une menace élevée ou très élevée pour les populations. Environ un tiers de ces volcans potentiellement actifs sont entrés en éruption, certains d’entre eux à plusieurs reprises, au cours des deux derniers siècles Le Kilauea, le Mont St. Helens, et Yellowstone sont tous les trois parfaitement équipés. Mais beaucoup de volcans de la Chaîne des Cascades n’ont qu’un ou deux instruments pour les surveiller. La situation du Pacifique Nord-Ouest, qui couvre des zones à forte population à proximité de volcans actifs, est préoccupante en matière de sécurité publique.
Globalement, près de la moitié des volcans actifs des États-Unis ne disposent pas de sismomètres dignes de ce nom. Certains sites sont équipés de sismomètres, mais les appareils ont été choisis parce qu’ils coûtent moins cher et consomment moins d’énergie ; ils sont donc inaptes à enregistrer de manière fiable la sismicité au moment d’une éruption.
L’arrivée du GPS a certes permis de combler certaines lacunes. Quand le magma s’accumule à la surface de la Terre, les déformations du sol peuvent être mesurées depuis l’espace. Cependant, selon un professeur de géophysique à l’Université de Stanford, le problème est que «il n’y a rien là-haut qui soit conçu pour effectuer cette tâche, et les passages du satellite ne sont pas assez fréquents pour effectuer un très bon travail.»
Ce manque d’instruments pour surveiller efficacement les volcans américains est la raison pour laquelle trois sénateurs ont présenté un projet de loi visant à améliorer la situation. Selon le sénateur d’Hawaï: «Depuis 34 ans, nous vivons directement sous la menace de l’activité volcanique dans notre vie quotidienne avec l’éruption du Kilauea. En 2014, nous avons eu des évacuations et des dégâts aux infrastructures et aux habitations. »
Le HVO, sur la Grande Ile d’Hawaï, surveille les volcans depuis 1912, soit près de quatre décennies avant que Hawaii soit devenu un Etat. Aujourd’hui, il est considéré comme l’un des meilleurs observatoires au monde. Pourtant, il y a peu de coordination entre les meilleurs observatoires aux États-Unis. Comme je l’ai écrit précédemment, le projet de loi prévoit la création d’un bureau de surveillance des volcans qui offrira une «connaissance de la situation de tous les volcans actifs des États-Unis et de leurs territoires».
Avec davantage de données, il y aura une meilleure possibilité d’identifier les signes avant-coureurs d’une éruption. Les volcanologues pourront analyser ces paramètres et peut-être prévoir l’activité volcanique de la même façon que l’on prévoit des phénomènes météorologiques extrêmes comme les ouragans.
Source: The Atlantic.com.

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drapeau-anglaisThe recent eruption of Bogoslof Volcano in Alaska showed how difficult it can be for USGS experts to monitor distant and poorly equipped volcanoes. Unfortunately, Bogoslof is not an exception in the U.S. According to USGS, there are at least 169 active volcanoes in the United States, 55 of which are believed to pose a high or very high threat to people. About one-third of these potentially active volcanoes have erupted, some of them repeatedly, within the past two centuries  Kilauea, Mt. St. Helens, and Yellowstone all have extensive monitoring. But many volcanoes in the Cascades have only a couple of sensors. The Pacific Northwest, which includes high-population areas in close proximity to active volcanoes, is of particular concern for public safety.

Globally speaking, almost half of the active volcanoes in the U.S. don’t have adequate seismometers. And even at the sites that do have seismometers, many instruments – selected because they are cheaper and consume less power – are unable to take a complete record of seismicity around an eruption.

GPS helps fill in some of the gaps. As magma accumulates at the Earth’s surface, ground deformation can be measured from space. However, according to a professor of geophysics at Stanford University, the trouble is that “there is nothing up there that is designed to do that, and the orbital repeat times aren’t frequent enough to do a really good job.”

The lack of instruments to monitor efficiently US volcanoes is the reason why three U.S. senators have reintroducing legislation aimed at improving the country’s volcano monitoring efforts. Said the Hawaii senator: “For the past 34 years, we have experienced first-hand the threat of volcanic activity to our daily lives with the ongoing eruption at Kilauea. As recently as 2014, we had evacuations and damage to critical infrastructure and residences.”

The Hawaiian Volcano Observatory, on Hawaii’s Big Island, has been monitoring volcanoes since 1912, nearly four decades before Hawaii became a state. Today it’s considered one of the world’s leading observatories. Yet there’s little coordination between even the best observatories in the United States. The Senate bill calls for the creation of a Volcano Watch Office that will provide continuous “situational awareness of all active volcanoes in the U.S. and its territories.”

More data would mean a better opportunity to identify eruption warning signs. It might eventually be possible to analyse and forecast volcanic activity the way we can predict severe weather like hurricanes.

Source: The Atlantic.com.

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Le St Helens, Yellowstone et le Kilauea sont parmi les volcans les mieux surveillés aux Etats Unis. (Photos: C. Grandpey)

 

Acidification de l’Océan Arctique // Acidification of the Arctic Ocean

drapeau-francaisL’Arctique est l’une des principales victimes du changement climatique. Il se réchauffe plus rapidement que n’importe quelle autre partie de la planète; Les glaciers reculent et la glace de mer fond à grande vitesse. La faune, y compris les ours polaires et les morses, est profondément affectée par le réchauffement climatique. Venant s’ajouter à ces maux, une étude publiée dans la revue Nature Climate Change indique que l’Arctique est également de plus en plus acide, une autre conséquence des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. C’est un processus qui se produit lorsque le dioxyde de carbone (CO2) de l’air se dissout dans l’eau de mer, ce qui provoque une baisse du pH de cette dernière. L’étude révèle qu’une surface de plus en plus vaste de l’Océan Arctique a probablement atteint un niveau dangereux pour certains organismes marins.
L’étude se concentre sur les concentrations d’aragonite, une forme de carbonate de calcium que le plancton, les coquillages et les coraux vivant à grande profondeur utilisent pour façonner leurs coquilles externes. Si l’eau devient trop acide, les réactions chimiques empêchent la formation de carbonate de calcium, ce qui représente une véritable menace pour ces animaux. Le niveau d’aragonite est un bon indicateur de la quantité de CO2 dissout dans l’eau de mer. Des expéditions récentes ont montré que certaines régions de l’Océan Arctique de l’Ouest sont largement sous-saturées en aragonite. L’étendue de ces zones a été multipliée par six depuis les années 1990; de plus, elles se sont déplacées vers le nord et ont gagné en profondeur au cours des dernières années. Les scientifiques ont détecté une sous-saturation jusqu’à 250 mètres de profondeur dans des secteurs au-dessus de 85 degrés de latitude nord. Dans ces régions, le niveau d’aragonite se situe en dessous du point que les scientifiques considèrent comme une menace pour les organismes marins.
D’autres facteurs contribuent à l’acidification de l’eau dans l’Arctique. Le CO2 se dissout plus facilement dans l’eau froide. Au fur et à mesure que l’Arctique continue à se réchauffer, la fonte de la glace de mer et des glaciers de la calotte du Groenland constitue un apport d’eau froide pour l’océan et en facilite l’acidification. En outre, moins il y a de glace de mer à la surface de l’océan, plus l’eau se trouve exposée au CO2 de l’atmosphère.
Des recherches récentes ont montré que les eaux de l’Océan Pacifique s’introduisent de plus en plus dans celles de l’Arctique. L’eau du Pacifique semble avoir des propriétés chimiques qui contribuent à l’augmentation de l’acidification. A noter que ces dernières années, on a assisté à augmentation d’arrivée d’eau en provenance du Pacifique par le détroit de Béring.
Les chercheurs soulignent également les changements récents intervenus dans le Gyre de Beaufort, un tourbillon d’eau océanique au nord du Groenland, qui a récemment changé de comportement et transporte maintenant l’eau du Pacifique vers des zones plus vastes et plus profondes.
Des simulations effectuées par des scientifiques indiquent que la surface occupée par la glace de mer continuera de diminuer et que l’Océan Arctique sera probablement dépourvu de glace vers l’été 2030. Si cela se produit, l’ensemble de la surface de l’Océan Arctique sera sous-saturée en aragonite jusqu’à environ 250 mètres de profondeur d’ici quelques décennies.
L’étude met en lumière l’interconnexion qui existe entre les conséquences climatiques dans l’Arctique : les émissions de gaz à effet de serre, la hausse des températures, la fonte des glaces et l’acidification des océans sont toutes liées et se renforcent mutuellement.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau-anglaisThe Arctic is one of the main victims of climate change. It is warming more rapidly than any other part of the planet; the glaciers are melting and the sea ice is retreating. The wildlife, including polar bears and walruses, is deeply impacted by global warming. Adding to these sufferings, a study published in the journal Nature Climate Change indicates that the Arctic is also becoming more acidic, another consequence of greenhouse gases in the atmosphere. It is a process that occurs when carbon dioxide (CO2) dissolves out of the air and into the sea, lowering the water’s pH in the process. The study reveals that an increasing area of the Arctic Ocean may have reached a level that is dangerous for some marine organisms.

The study focuses on the water concentrations of aragonite, a form of calcium carbonate, that plankton, shellfish and deep-sea corals use to build their hard outer shells. If water becomes too acidic, chemical reactions impede the formation of calcium carbonate, which can be a real threat for these animals. Aragonite levels are a good indicator of how much CO2 is dissolving in sea water. Recent expeditions have shown that some areas of the western Arctic Ocean are largely undersaturated with aragonite. These areas have expanded sixfold since the 1990s; besides, they have crept farther north and extended deeper into the ocean over the past years. Scientists found undersaturation as deep as 250 metres and in locations above 85 degrees North latitude. In these areas, aragonite levels are below the point scientists believe is a threat to marine organisms.

Other factors contribute to the acidification of the water in the Arctic. CO2 dissolves more easily in cold water. As the Arctic continues to warm, melt water from the sea ice and the glaciers on the Greenland ice sheet provides an influx of cold water to the ocean, which makes acidification easier. Besides, the less sea ice there is on the surface of the ocean, the more water is exposed to the CO2 in the atmosphere.

Recent research has shown that more and more Pacific Ocean water is intruding into the Arctic. This water has chemical properties that may contribute to the increase in acidification. In recent years, there has been an increase in the influx of Pacific water coming through the Bering Strait.

The researchers also point to recent changes in the Beaufort Gyre, a swirling current to the north of Greenland, which recently changed its behaviour and now carries Pacific water to larger and deeper areas of the sea.

Simulations performed by scientists indicate that sea ice will continue to decrease and that the Arctic Ocean may be ice-free in the summer by 2030. If this occurs, the entire surface of the Arctic Ocean will be undersaturated in aragonite up to about 250 metres deep within a few decades.

The study highlights the interconnected nature of climate consequences in the Arctic – the way that greenhouse gas emissions, rising temperatures, ice melt and ocean acidification are all linked and help to reinforce one another.

Source: Alaska Dispatch News.

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Vers une disparition à court terme de la glace de mer estivale?

(Photo: C. Grandpey)