Catégorie : Science

Modélisation 3D de la chambre magmatique du Stromboli // 3D model of Stromboli’s magma chamber

Les scientifiques de l’INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) et du CNT (Centro Nazionale Terremoti) viennent de réaliser une modélisation 3D de la chambre magmatique du Stromboli, située entre 2 et 4 km de profondeur. Ils ont pu réaliser cette tâche grâce aux images acquise par technologie tomographique, semblable à celle utilisée dans les hôpitaux. Les résultats ont été publiés dans la revue Geophysical Research Letters.
Domenico Patane, chercheur à l’INGV explique que « le projet est né de la nécessité d’en savoir plus sur la structure interne du volcan.» Pour ce faire, les scientifiques ont installé 20 stations sismiques temporaires sur l’île, en plus du réseau de 13 stations permanentes, et ils l’ont complété par 10 sismomètres au fond de la mer (Ocean-Bottom Seismometers, OBS), ce qui a permis pour la première fois d’explorer la partie sous-marine du volcan.
« La surveillance géophysique et géochimique du Stromboli au cours des dernières années a été renforcée par l’INGV, surtout après la crise éruptive de 2002-2003, le tsunami du 30 décembre 2002 et le paroxysme du 5 avril 2003 ». Les recherches ont intégré les données acquises en 2006 à bord du navire de recherche Urania du CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), en même temps que des enregistrements d’événements sismiques locaux effectués par le réseau permanent.
« Il a été possible de définir pour la première fois la géométrie de la chambre magmatique superficielle du Stromboli, qui s’étend depuis l’île proprement dite jusqu’au Strombolicchio. Ce dernier représente la cheminée centrale de l’ancien volcan, émergé il y a environ 200 000 ans au nord-est de Stromboli et aujourd’hui presque totalement érodé. »
Les images tomographiques montrent deux régions présentant des anomalies, à différentes profondeurs, là où est stocké le magma qui alimente l’activité permanente du Stromboli. De plus, grâce aux images tomographiques de la croûte de surface, les scientifiques possèdent maintenant un modèle physique en 3D de la géométrie de la chambre magmatique, ce qui devrait contribuer à l’avenir à effectuer de meilleures prévisions des phénomènes volcaniques.

Source : ANSA.it.

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Scientists from INGV (CNRS) and CNT (Centro Nazionale Terremoti) have just completed a 3D model of the magma chamber of Stromboli Volcano, located between 2 and 4 km deep. They were able to perform this task with images acquired by tomographic technology, similar to that used in hospitals. The results were published in the journal Geophysical Research Letters.
Domenico Patane, a researcher at INGV, explains that « the project was born of the need to know more about the internal structure of the volcano. » To do this, scientists installed 20 temporary seismic stations on the island, beside the network of 13 permanent stations, and completed it with 10 seismometers at the bottom of the sea (Ocean-Bottom Seismometers, OBS), allowing for the first time to explore the underwater part of the volcano.
« The geophysical and geochemical monitoring of Stromboli in recent years has been reinforced by INGV, especially after the eruptive crisis of 2002-2003, the tsunami of 30 December 2002 and the eruption of 5 April 2003 ». The research incorporated data acquired in 2006 on board the research vessel Urania of CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche), together with records of local seismic events carried out by the permanent network.
« It was possible to define for the first time the geometry of the shallow magma chamber of Stromboli, which extends from the island proper to Strombolicchio. The latter represents the central chimney of the ancient volcano, emerged some 200,000 years ago northeast of Stromboli and now almost totally eroded.  »
The tomographic images show two regions with anomalies at different depths, where the magma that supplies the permanent activity of Stromboli is stored. Moreover, thanks to the tomographic images of the surface crust, scientists now possess a 3D physical model of the geometry of the magmatic chamber, which should contribute in the future to better predictions of volcanic phenomena.
Source: ANSA.it.

Source: INGV / La Sicilia

Photo: C. Grandpey

Le sang de l’Antarctique // Antarctica’s blood

La Nature peut offrir des mystères étonnants. En Antarctique, Blood Falls est une résurgence d’eau salée teintée de rouge par un oxyde de fer, qui s’échappe du front du Taylor Glacier, dans la vallée du même nom.  Cette eau hyper saturée en sel et riche en fer émerge sporadiquement du glacier à partir de petites fissures. Sa source est un bassin sous-glaciaire de taille inconnue qui se cache sous quelque 400 mètres de glace à plusieurs kilomètres en amont de Blood Falls. Le site a été découvert en 1911 par le géologue australien Griffith Taylor, qui a été le premier à explorer la vallée qui porte son nom.
La cause de la couleur rouge de Blood Falls est restée un mystère pendant des années. Différentes hypothèses chimiques ou microbiennes ont été avancées. Certains scientifiques pensaient que c’étaient les algues présentes dans l’eau qui lui donnaient l’étrange couleur rouge.
L’explication officielle vient d’être révélée par des chercheurs de l’Université de Alaska à Fairbanks. Le liquide qui sort du Taylor Glacier est une saumure riche en fer qui s’oxyde lorsqu’elle entre en contact avec l’air, de la même façon que le fer rouille. Les scientifiques expliquent que l’eau rouge provient d’un petit lac d’eau salée piégé sous le glacier, et qui s’y trouve probablement depuis un million d’années. Ils ajoutent que le lac présente une telle salinité qu’il ne peut pas geler à des températures normales, de sorte que l’eau arrache le fer au substrat rocheux au moment où elle s’infiltre dans la glace avant de déboucher à Blood Falls.
Les chercheurs de Fairbanks ont utilisé un certain type de radar pour suivre la saumure qui alimente Blood Falls. Ils ont parcouru le glacier avec les antennes en suivant des modèles en forme de grille afin de «voir» sous la glace, un peu comme une chauve-souris utilise l’écholocation pour «voir» les choses autour d’elle. Ils ont constaté que l’eau restait liquide malgré l’environnement extrêmement froid du glacier, ce que les scientifiques pensaient impossible jusqu’alors. Bien que cela semble contradictoire, l’eau libère de la chaleur en gelant, et c’est cette chaleur qui réchauffe la glace environnante. Le Taylor Glacier est actuellement le glacier le plus froid au monde connu pour laisser échapper de l’eau en permanence.

Source: Université d’Alaska à Fairbanks.

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Nature may offer surprising mysteries. In Antarctica, Blood Falls is an outflow of an iron oxide-tainted plume of saltwater, flowing from the tongue of Taylor Glacier in the Taylor Valley. Iron-rich hypersaline water sporadically emerges from small fissures in the glacier. The saltwater source is a subglacial pool of unknown size overlain by about 400 metres of ice several kilometres from its tiny outlet at Blood Falls. The reddish deposit was found in 1911 by the Australian geologist Griffith Taylor who first explored the valley that bears his name.

The cause of the red colour of the outflow has remained a mystery for years. Different chemical or microbial hypotheses have been suggested. Some experts assumed that algae in the water were behind the strange red colour.

The definite explanation has just been given by researchers from the University of Alaska Fairbanks. What is coming out of the Taylor Glacier is iron-rich brine which oxidises when it comes in contact with air, in the same way that iron rusts. The scientists say that the red water comes from a small saltwater lake trapped beneath a glacier, which may have been there for a million years. They say the lake is so salty it can’t freeze at normal temperatures and scrapes irons from the bedrock as it seeps through the ice to Blood Falls.

The researchers used a type of radar to detect the brine feeding Blood Falls. They moved the antennae around the glacier in grid-like patterns so that they could ‘see’ what was underneath them inside the ice, just like a bat uses echolocation to ‘see’ things around it. They found that the liquid water actually persisted inside an extremely cold glacier, something that scientists previously thought was impossible. While it sounds counterintuitive, water releases heat as it freezes, and that heat warms the surrounding colder ice. Taylor Glacier is now the coldest known glacier to have persistently flowing water.

Source: University of Alaska at Fairbanks.

Crédit photo: US National Science Foundation.

Résultats de l’analyse de Blood Falls par la National Science Foundation en 2009

(Source : US National Science Foundation)

L’avenir inquiétant de l’Antarctique de l’Est // The disturbing future of East Antarctica

En janvier 2015, le brise-glace australien RSV Aurora Australis a failli être pris dans la glace dans l’Est Antarctique. Le navire a finalement réussi à échapper à ce piège et les scientifiques à bord ont eu le temps d’installer des instruments de mesure qui ont confirmé que les eaux plus chaudes de l’océan s’enfoncent sous la bande de glace qui se trouve devant le Glacier Totten et la font fondre par en dessous (voir schéma ci-dessous). Cela pourrait expliquer pourquoi le Glacier Totten, l’un des plus grands de l’hémisphère sud, a perdu de son volume au cours des dernières décennies.
De telles constatations n’annoncent rien de bon pour l’Antarctique de l’Est. Cette région est à peu près aussi grande que les États-Unis et la plus grande partie se situe sur un haut plateau qui s’élève jusqu’à 4 093 mètres au-dessus du niveau de la mer, avec des températures qui peuvent plonger à -95°C. Du fait de l’isolement et des très basses températures de l’Est Antarctique, les chercheurs avaient conclu qu’il avait été stable dans le passé et qu’il était peu susceptible de changer à l’avenir, contrairement à l’Ouest Antarctique.

Au cours des dernières années, ces prévisions concernant l’Est Antarctique se sont avérées fausses. En survolant le continent à bord d’un avion équipé d’instruments capables d’observer sous la glace, une équipe australienne de glaciologues a constaté qu’une grande partie de l’Antarctique de l’Est se trouve en dessous du niveau de la mer, ce qui la rend extrêmement vulnérable à l’eau plus chaude de l’océan. Les chercheurs ont également découvert des indices montrant que l’immense glacier Totten, qui détient à lui seul autant de glace que l’Antarctique de l’Ouest, a rétréci et s’est allongé à plusieurs reprises dans le passé, signe qu’il pourrait à nouveau reculer dans le futur.
Bien que l’Antarctique de l’Est ne semble pas perdre beaucoup de glace aujourd’hui, il y a des signes qui montrent qu’il subit les effets du changement climatique. Si toute la glace au-dessous du niveau de la mer dans l’Antarctique de l’Est devait disparaître, cela entraînerait une hausse de près de 20 mètres du niveau des océans.
Les chercheurs tentent maintenant de recueillir autant d’informations que possible sur l’Antarctique de l’Est pour mieux entrevoir l’avenir. Il se pourrait que pendant les prochains siècles, la couche de glace atteigne un point de non retour. Déjà en 2013, une équipe scientifique avait détaillé le comportement de la glace autour de l’Antarctique en combinant l’imagerie satellitaire, les enquêtes aéroportées et les modèles climatiques. Les chercheurs avaient constaté que six plateformes glaciaires de l’Est de l’Antarctique, y compris le glacier Totten, fondaient par en dessous à une vitesse beaucoup plus grande que prévu. D’autres surprises sont apparues lorsque les chercheurs ont examiné de plus près certains des glaciers de l’Est Antarctique. L’imagerie satellitaire et les mesures aériennes entre 1996 et 2013 ont montré que l’épaisseur du glacier Totten s’était réduite de 12 mètres et que sa ligne de mise à la terre – le point où la glace qui provient du continent commence à flotter sur l’océan – avait reculé de 3 kilomètres.
Chaque été, un avion australien parcourt l’Antarctique dans tous les sens pour observer la glace en utilisant un radar ainsi que des capteurs gravitationnels et magnétiques. Les vols ont révélé un paysage extrêmement spectaculaire sous la calotte de glace. Les résultats préliminaires des survols effectués en janvier 2017 ont confirmé l’existence d’un canyon de 1100 kilomètres, presque aussi profond que le Grand Canyon aux États-Unis. L’équipe scientifique a également découvert des fosses sous-marines qui s’étendent depuis le front du glacier Totten jusqu’à sa ligne de mise à la terre 125 kilomètres à l’intérieur des terres et à 2,7 kilomètres au-dessous du niveau de la mer. Un tel paysage facilite probablement l’arrivée des eaux chaudes océaniques qui viennent éroder rapidement la glace.
Les menaces pour les plateformes glaciaires pourraient également provenir de l’intérieur du continent antarctique, en particulier des lacs qui se cachent sous la calotte de glace et qui envoient périodiquement des eaux de fonte vers la côte. C’est ainsi qu’il y a une dizaine d’années le Lac Cook, sous la calotte de glace de la Terre de Wilkes, s’est vidangé brutalement en libérant 5,2 milliards de mètres cubes d’eau, le plus grand événement de ce type jamais observé en Antarctique. De tels phénomènes pourraient être un autre facteur déstabilisant, provoquant une avancée plus rapide des glaciers et le vêlage d’un plus grand nombre d’iceberg.
Alors que la vulnérabilité de l’Antarctique de l’Est devient de plus en plus évidente, les chercheurs sont de plus en plus inquiets pour le futur. La seule façon de prévoir des décennies ou des siècles à venir est d’utiliser des modèles informatiques qui simulent la réaction de la glace au changement climatique. Au vu des simulations, la calotte de glace antarctique ne changera pas beaucoup au cours des 500 prochaines années si le réchauffement climatique se limite à environ 1,6°C au-dessus des niveaux préindustriels d’ici la fin du siècle, ce qui correspond plus ou moins aux objectifs de la COP 21 de Paris. Cependant, si les températures augmentent de plus de 2,5°C au-dessus des niveaux pré-industriels d’ici 2100 et continuent à grimper par la suite, la fonte de la glace antarctique entraînera une hausse du niveau des océans de 5 mètres en 2500, avec près de la moitié provoquée par la fonte de l’Antarctique de l’Est. Si l’on prend également en compte la glace du Groenland, le niveau de la mer à l’échelle de la planète augmentera d’au moins 7 mètres, assez pour inonder une grande partie des principales villes côtières comme Mumbai, Shanghai, Vancouver et New York.
Source: Scientific American.

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In January 2015, the Australian icebreaker RSV Aurora Australis nearly got caught in the ice in East Antarctica. The ship finally managed to escape the trap and the scientists on board could set up measuring instruments that confirmed that warm waters from the surrounding ocean sneaked underneath the floating tongue of the Totten Ice Shelf – a vast floating ice ledge in front of the largest glacier in East Antarctica – and eat the ice away from below (see figure below). This could explain why Totten has been thinning in the past few decades.

Findings such as these are revealing some frightening truths about East Antarctica. This region is about as big as the entire United States and the majority of it stands on a high plateau up to 4,093 metres above sea level, where temperatures can plunge to −95°C. Because the East Antarctic Ice Sheet seems so cold and isolated, researchers thought that it had been stable in the past and was unlikely to change in the future, a stark contrast to the much smaller West Antarctic Ice Sheet.

In the past few years, however, the knowledge and prediction about East Antarctica turned out to be wrong. By flying across the continent on planes with instruments that probe beneath the ice, an Australian team of glaciologists found that a large fraction of East Antarctica is well below sea level, which makes it more vulnerable to the warming ocean than previously thought. The researchers also uncovered clues that the massive Totten glacier, which holds about as much ice as West Antarctica, has repeatedly shrunk and grown in the past, another sign that it could retreat in the future.

Although East Antarctica doesn’t seem to be losing much ice today, there are indications that it is feeling the heat of climate change and is responding in measurable ways. If all the ice below sea level in East Antarctica were to disappear, the height of the world’s oceans would swell by nearly 20 metres.

Researchers are now trying to gather as much information as possible about East Antarctica to better predict what is to come. Their concern is that over the next few centuries, the ice sheet there might reach a tipping point. Already in 2013, a scientific team detailed the behaviour of ice around the margin of Antarctica by combining satellite imagery, airborne surveys and climate models. The researchers found evidence that six East Antarctic ice shelves, including Totten, were melting from below at rates much higher than expected. More surprises emerged when the researchers took a closer look at some of East Antarctic glaciers. Satellite imagery and airborne surveys between 1996 and 2013 showed that the surface of the Totten glacier dropped by 12 metres and that its grounding line—the point at which the ice flowing off the continent begins to float on the ocean—retreated inland by up to 3 kilometres.

Every Antarctic summer since then, the Australian aircraft have been criss-crossing Antarctica to peer through the ice using radar as well as gravitational and magnetic sensors. The flights have revealed a dramatic landscape hidden beneath the relatively flat ice sheet. Preliminary results from airborne surveys this January 2017 confirmed the existence of a 1,100-kilometre-long canyon, almost as deep as the Grand Canyon in the United States. The team also found underwater troughs that extend all the way from the edge of the Totten Ice Shelf to the grounding line 125 kilometres inland, and as deep as 2.7 kilometres below sea level. This kind of landscape could allow warming waters from offshore to quickly reach and erode the ice.

Threats to ice shelves could also come from the Antarctic interior, namely from lakes under the ice sheet that periodically send flood waters towards the coast. A decade ago, Lake Cook beneath the ice sheet in Wilkes Land suddenly drained, gushing 5.2 billion cubic metres of flood water, the largest event of this type ever reported in Antarctica. Such floods could be another destabilizing factor, causing faster ice flow and more iceberg calving.

As East Antarctica’s vulnerability comes into focus, researchers are increasingly concerned about the future. In their simulations, the entire Antarctic Ice Sheet does not change much in the next 500 years if global warming is limited to less than about 1.6°C above pre-industrial levels by the end of the century, roughly in line with what the Paris COP21 aims to achieve. However, if temperatures rise more than about 2.5°C above pre-industrial levels by 2100 and continue climbing, Antarctic ice melt will raise ocean levels by 5 metres by 2500, with nearly half of that coming from East Antarctica. With Greenland ice also melting, the global sea level would rise by at least 7 metres, enough to inundate large parts of major coastal cities such as Mumbai, Shanghai, Vancouver and New York.

Source : Scientific American.

Source: Wikipedia

Source: NASA

Source: Antarctic Glaciers

 

Voyage au centre de la Terre // Journey to the centre of the Earth

Une équipe scientifique japonaise espère être la première à atteindre et explorer avec succès le manteau terrestre. Les chercheurs de l’Agence Japonaise pour la Science et la Technologie Mer-Terre (JAMSTEC) espèrent mieux comprendre comment la Terre s’est formée et quelle est la composition du manteau. Ce dernier représente plus de 80% de la masse de notre planète, à une dizaine de kilomètres sous le plancher océanique. Le gouvernement japonais, qui participe au financement de l’expédition, espère que les recherches pourront permettre de mieux prévoir les séismes.
Trois sites de forage sont actuellement à l’étude, tous dans l’océan Pacifique. L’un d’eux est au large des côtes hawaiiennes, un autre au large du Costa Rica et le dernier au large du Mexique. Pour accéder au manteau, la JAMSTEC veut utiliser le Chikyu, l’un des navires de forage les plus performants actuellement. C’est le plus grand navire de forage, avec une capacité de forage trois fois plus profonde que les navires précédents. Le trépan du Chikyu descendra à 4 kilomètres de profondeur dans les eaux océaniques avant d’atteindre plancher. Il perforera ensuite la croûte terrestre sur 6 kilomètres avant d’atteindre le manteau.
Les scientifiques ont déjà foré et récupéré des échantillons du fond de l’océan, mais seulement en surface. Ils veulent maintenant creuser le plancher océanique jusqu’au manteau proprement dit. Le forage débutera en 2030 au plus tard. Le projet a quatre objectifs principaux. Le premier (en cours) consiste à accéder au manteau de la planète en traversant le plancher océanique. Le deuxième objectif est d’étudier la frontière entre la croûte océanique et le manteau. Le troisième est de savoir comment s’est formée la croûte océanique. L’objectif final est d’examiner à quelle profondeur existe la vie microbienne à l’intérieur de la planète.
Source: CNN.

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A group of Japanese scientists plans to be the first to successfully drill into the Earth’s mantle. Researchers at Japan’s Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) say they are hoping to discover more about how our planet was formed and what the mantle is composed of. The mantle makes up more than 80% of the entire Earth’s mass, lying about 10 km beneath the ocean floor. The Japanese government, which is helping fund the expedition, hopes the research could help discover ways to better predict earthquakes.

Three drilling sites are currently under consideration, all of them in the Pacific Ocean. One is off Hawaii, another one is off Costa Rica and the last one is off Mexico. To access the mantle, JAMSTEC wants to use one of the most advanced drilling vessels currently available, the Chikyu. It is the biggest drilling ship today, so the drilling capability is three times deeper than the previous vessels. The Chikyu’s drill will drop down through almost 4 kilometres of ocean before reaching the ocean floor. It will then bore through 6 kilometres of the sea floor, or the planet’s crust, before it reaches the mantle.

The scientists have already drilled and have taken some samples from the ocean floor but only from the top. They now want to dig from the ocean floor to the deep pristine mantle. Drilling will start by 2030 at the latest. The project has four primary objectives, only the first of which is to access the planet’s mantle by drilling through the sea floor. The second aim is to investigate the boundary between the oceanic crust and the mantle. The third one is to know how the oceanic crust formed. The final objective is to further examine how deep microbial life exists inside the planet.

Source: CNN.

Nodules de péridotite, roche magmatique qui constitue la majeure partie du manteau supérieur. (Photo : C. Grandpey)