Catégorie : Science

Et si le champ magnétique terrestre s’inversait ? // What if the Earth’s magnetic field flipped?

drapeau-francaisTandis que j’observais les aurores boréales en Alaska en septembre dernier, je me disais que les vents solaires jouaient avec le champ magnétique, ce bouclier qui protège notre planète du rayonnement solaire en déviant les particules chargées. Loin d’être constant, ce champ est en constante évolution et l’histoire de la Terre comprend plusieurs centaines d’inversions magnétiques, lorsque les pôles nord et sud ont échangé leurs places. On peut donc se demander ce qui se passerait si une inversion magnétique se produisait de nos jours sur Terre.
Lors d’une inversion, le champ magnétique ne serait pas nul, mais il présenterait une forme plus faible et plus complexe. Il pourrait chuter à 10% de sa force actuelle, avec les pôles magnétiques à l’équateur ou même l’existence simultanée de multiples pôles magnétiques « nord » et « sud ».
Les inversions géomagnétiques se produisent en moyenne quelques fois tous les millions d’années. Cependant, l’intervalle entre les inversions est très variable. La dernière inversion complète, la Brunhes-Matuyama, s’est produite il y a environ 780 000 ans. Une inversion temporaire, baptisée Excursion de Laschamp (par référence au Puy de Laschamp en Auvergne où elle a été découverte), s’est produite il y a environ 41 000 ans. Elle a duré moins de 1000 ans avec un changement réel de polarité d’une durée d’environ 250 ans.
L’altération du champ magnétique pendant une inversion va affaiblir son effet bouclier, ce qui va permettre à un rayonnement plus important d’atteindre la Terre. Si cela se produisait aujourd’hui, l’augmentation des particules chargées atteignant la Terre entraînerait des risques élevés pour les satellites, l’aviation et les infrastructures électriques. Les tempêtes géomagnétiques, provoquées par l’interaction d’éruptions anormalement fortes d’énergie solaire avec notre champ magnétique, nous donnent un avant-goût de ce qui se produirait si le bouclier magnétique venait à s’affaiblir.
En 2003, la tempête magnétique Halloween a causé des pannes ponctuelles dans le réseau électrique suédois ; elle a obligé à modifier la trajectoire de certains vols et elle a perturbé les satellites et les systèmes de communication. Mais cette tempête était mineure à côté d’autres comme l’Evénement de Carrington en 1859 qui a fait apparaître des aurores boréales jusque dans les Caraïbes.
L’impact d’une tempête majeure sur nos systèmes électroniques n’est pas vraiment connu et l’impact direct d’une inversion magnétique sur l’espèce humaine ne peut guère être évalué dans la mesure où l’Homme n’existait pas encore au moment de la dernière inversion complète.
Nous savons que de nombreuses espèces animales comme les oiseaux migrateurs possèdent une certaine forme de réception magnétique qui leur permet de détecter le champ magnétique terrestre. Ils peuvent l’utiliser pour faciliter leur navigation sur de longues distances pendant la migration. On ne sait pas quel impact une inversion pourrait avoir sur ces espèces. Ce qui est sûr, c’est que les premiers êtres humains ont réussi à survivre à l’Excursion de Laschamp et la vie elle-même a survécu aux centaines d’inversions magnétiques complètes mises en évidence par les archives géologiques.
Le champ magnétique terrestre diminue actuellement à raison de 5% par siècle. On pourrait donc en conclure qu’il pourrait s’inverser au cours des 2 000 prochaines années, mais déterminer la date exacte est extrêmement difficile.
Le champ magnétique terrestre a sa source à l’intérieur du noyau externe liquide de notre planète et dans les mouvements du fer en fusion. Comme l’atmosphère et les océans, ses déplacements sont régis par les lois de la physique. Nous devrions donc logiquement être en mesure de prévoir la «météo du noyau» par le suivi de ce mouvement, tout comme nous pouvons prévoir le temps qu’il va faire en observant l’atmosphère et les océans. Une inversion du champ magnétique peut être assimilée à un type particulier de tempête dans le noyau, où la dynamique – et donc le champ magnétique – se déchaînent (au moins pendant une courte période) avant de se stabiliser à nouveau.
Prévoir le comportement du noyau terrestre est difficile car il se cache sous 3000 kilomètres de roches. Nous connaissons la composition du noyau externe et nous savons qu’il est liquide. Un réseau d’observatoires et de satellites en orbite mesure les variations du champ magnétique, ce qui nous donne un aperçu du comportement du noyau liquide.
La découverte récente d’un jet-stream dans le noyau met en évidence les progrès de notre capacité à mesurer et comprendre la dynamique du noyau. Avec des simulations numériques et des expériences en laboratoire pour étudier la dynamique des fluides à l’intérieur de la planète, notre compréhension du champ magnétique terrestre  progresse rapidement. Peut-être pourrons-nous un jour prévoir le comportement du noyau terrestre…
Source: Business Insider.

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drapeau-anglaisWhile I was watching the northern lights – or aurora borealis – in Alaska in last September, I said to myself that the solar winds were playing with the magnetic field that protects our planet from harmful solar radiation by deflecting charged particles away. Far from being constant, this field is continuously changing and the Earth’s history includes several hundred global magnetic reversals, when north and south magnetic poles swap places. So we may wonder how a magnetic reversal would affect life on Earth.

During a reversal, the magnetic field won’t be zero, but will assume a weaker and more complex form. It may fall to 10% of the present-day strength and have magnetic poles at the equator or even the simultaneous existence of multiple « north » and « south » magnetic poles.

Geomagnetic reversals occur a few times every million years on average. However, the interval between reversals is very irregular. The last full reversal, the Brunhes-Matuyama, occurred around 780,000 years ago. A temporary reversal, the Laschamp event, occurred around 41,000 years ago. It lasted less than 1,000 years with the actual change of polarity lasting around 250 years.

The alteration in the magnetic field during a reversal will weaken its shielding effect, allowing heightened levels of radiation on and above the Earth’s surface. If this happened today, the increase in charged particles reaching the Earth would result in high risks for satellites, aviation, and ground-based electrical infrastructure. Geomagnetic storms, driven by the interaction of anomalously large eruptions of solar energy with our magnetic field, give us a foretaste of what we can expect with a weakened magnetic shield.

In 2003, the Halloween storm caused local electricity-grid blackouts in Sweden, required the rerouting of flights, and disrupted satellites and communication systems. But this storm was minor in comparison with other storms of the recent past, such as the 1859 Carrington event, which caused aurorae as far south as the Caribbean.

The impact of a major storm on today’s electronic infrastructure is not fully known and the direct impact of a reversal on our species cannot definitively be predicted as humans did not exist at the time of the last full reversal.

We know that many animal species like migratory birds have some form of magnetoreception that enables them to sense the Earth’s magnetic field. They may use this to assist in long-distance navigation during migration. But it is unclear what impact a reversal might have on such species. What is clear is that early humans did manage to live through the Laschamp event and life itself has survived the hundreds of full reversals evidenced in the geologic record.

The Earth’s magnetic field is currently decreasing at a rate of 5% per century. This has led to suggestions that the field might reverse within the next 2,000 years. But pinning down an exact date would be difficult.

The Earth’s magnetic field is generated within the liquid core of our planet and the movements of molten iron. Like the atmosphere and oceans, the way in which it moves is governed by the laws of physics. We should therefore be able to predict the « weather of the core » by tracking this movement, just like we can predict real weather by looking at the atmosphere and ocean. A reversal can then be likened to a particular type of storm in the core, where the dynamics — and magnetic field — go haywire (at least for a short while), before settling down again.

However, predicting the Earth’s core is difficult, principally because it is buried beneath 3,000 km of rock. We know the major composition of the material inside the core and that it is liquid. A global network of ground-based observatories and orbiting satellites also measure how the magnetic field is changing, which gives us insight into how the liquid core is moving.

The recent discovery of a jet-stream within the core highlights our increasing ability to measure and infer the dynamics of the core. Coupled with numerical simulations and laboratory experiments to study the fluid dynamics of the planet’s interior, our understanding is developing at a rapid rate. The prospect of being able to forecast the Earth’s core is perhaps not too far out of reach.

Source : Business Insider.

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Aurore boréale près de Juneau (Alaska) en septembre 2016.

(Photo: C. Grandpey)

 

Les drones ont un avenir scientifique // Drones have a scientific future

drapeau-francaisLes volcanologues néo-zélandais ont utilisé un drone de loisir pour observer le volcan de White Island. En cliquant sur le lien ci-dessous, vous verrez une très bonne vidéo de l’île tournée en décembre 2016. N’hésitez pas à passer en mode plein écran, car la qualité de la vidéo est excellente.
Http://www.nzherald.co.nz/national/news/video.cfm?c_id=1503075&gal_cid=1503075&gallery_id=171257

On remarque que le lac acide a disparu et l’activité principale se situe au niveau d’une bouche qui vomit de volumineux panaches de vapeur au fond du cratère.
Le drone, équipé d’une caméra [NDLR : Je pense qu’il s’agit d’une GoPro, au vu de la qualité], a également été utilisé ces derniers temps pour examiner les berges des rivières et les sources géothermales de l’Ile du Nord.
GNS Science a maintenant l’intention de se procurer un drone plus performant pour de futures observations, comme l’approche des cratères à l’aide de caméras infrarouges. Les drones pourraient également être utilisés dans des situations à haut risque. Par exemple, peu de temps après une éruption, quand il est encore trop dangereux de pénétrer dans une zone, on pourrait faire voler les drones pour obtenir des photos ou relever des températures. Avec un système d’échantillonnage, les drones pourraient être en mesure de prélever des cendres volcaniques et des roches sans impliquer des risques humains.
Le drone utilisé par GNS Science n’a pas subi de dégâts lors du survol des points chauds, alors qu’une équipe de tournage cinématographique a récemment perdu un appareil pendant qu’il se déplaçait à travers un panache de vapeur sur White Island.
Les chercheurs de l’Université de Canterbury travaillent avec des collègues japonais pour permettre à des patrouilles de plusieurs drones de localiser des personnes prisonnières des décombres suite à des catastrophes naturelles. Les chercheurs ont également étudié comment ces patrouilles pourraient être contrôlées par un ou deux opérateurs, tandis que les drones communiqueraient entre eux.
Les drones sont de plus en plus utilisés au cours des missions scientifiques. Une équipe de l’Institut Universitaire de Technologie d’Auckland a réussi à utiliser des drones en Antarctique – où des enveloppes thermiques étaient nécessaires pour garder les appareils au chaud – et dans le désert du Namib où les températures de 68°C posaient le problème inverse. À la fin de l’année dernière, les techniciens de GNS Science ont utilisé des drones pour effectuer des observations et obtenir des images incroyables de la faille de Kekerengu, qui a subi un décrochement spectaculaire lors de sa rupture pendant le séisme de Kaikoura.
Source: New Zealand Herald.

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drapeau-anglaisNew Zealand volcanologists have used a hobby drone to observe White Island Volcano. By clicking on this link, you will see a great video of the island shot in December 2016. Don’t hesitate to switch to full screen because the quality of the video is excellent.

http://www.nzherald.co.nz/national/news/video.cfm?c_id=1503075&gal_cid=1503075&gallery_id=171257

You can notice that the acid lake has disappeared and the main activity is located in a vent that spews voluminous steam plumes at the far end of the crater.

The drone, fitted with camera technology, has also been used over recent months to survey river terraces and geothermal systems around the North Island.

GNS Science is now moving to get a larger, professional drone for future work that could involve taking infra-red surveys of volcanic craters. The drones could also be used in high-risk situations. For instance, shortly after an eruption, when it is still too dangerous to go into an area, drones could be flown in to get imagery or take temperatures. With sampling gear, they might be able to collect volcanic ash and rock samples without involving human risks.

The GNS drone has not yet sustained any damage from some of the hot spots it has been sent into, although a film company crew recently lost one while flying it through a steam plume on White Island.

Meanwhile, University of Canterbury researchers are working with Japanese colleagues to enable swarms of drones that could locate and potentially triage people buried in wreckage and debris following natural disasters. The researchers were further investigating how entire swarms could be controlled by one or two operators, with the drones also communicating between themselves.

Drones are likely to be used more and more often during scientific missions. An Auckland University of Technology team has succeeded in using drones in Antarctica – where thermal underwear was needed to keep it warm – and in the Namib Desert, where 68°C temperatures posed the opposite problem. Late last year, GNS Science technicians used drones to make field observations and capture incredible footage of the Kekerengu Fault, which created a dramatic wall when it ruptured during the Kaikoura Earthquake.

Source : New Zealand Herald.

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Exemple de drone de loisir (X series -MJX RC)

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White Island en janvier 2009. Un lac d’acide occupait le cratère.

(Photos: C. Grandpey)

La super éruption du Toba : Une affaire de cristaux de quartz ? // The Toba super eruption : A matter of quartz crystals ?

drapeau-francaisIl y a 73 000 ans, le Toba a connu une éruption cataclysmique. Le volcan appartient à la catégorie des « super volcans » dont les impacts sont si importants qu’ils peuvent provoquer un changement climatique à l’échelle de la planète. On estime que l’éruption du Toba a atteint le niveau 8 sur l’indice d’explosivité volcanique (VEI). Elle a expédié un volume de 2800 kilomètres cubes de cendre volcanique sur la région autour du volcan.
Un groupe de chercheurs de l’Université d’Uppsala et leurs collègues de différents pays ont peut-être trouvé ce qui déclenche les éruptions de ces super volcans ; c’es le contenu d’une nouvelle étude publiée dans la revue Scientific Reports.
La création et l’émission de quantités énormes de lave et autres matériaux au cours des super éruptions ont animé les débats entre les scientifiques pendant de longues années. Il est généralement admis que les volcans entrent en éruption quand se produisent des variations de densité et de pression, et qu’ils sont un moyen, pour la Terre, de libérer un excès de chaleur et de pression. Pourtant, le déclencheur précis des super éruptions reste un mystère.
Les chercheurs de l’Université d’Uppsala et leurs collègues ont peut-être apporté une réponse à cette question en étudiant des cristaux de quartz de taille millimétrique incrustés dans les cendres et roches volcaniques. Les cristaux de quartz se développent dans le magma et enregistrent les changements chimiques et thermodynamiques avant une éruption, de la même manière que les cernes des troncs d’arbres enregistrent le changement climatique. Le problème réside dans le fait que chaque cristal de quartz présente une taille millimétrique et il est donc extrêmement difficile de l’analyser en détail.
En étudiant les cristaux de quartz du Toba, les chercheurs ont constaté qu’il y avait une différence de composition et de poids entre la partie externe et la partie interne des cristaux. Sur leur partie externe, les cristaux sont plus lourds et contiennent une forme d’oxygène appelée 18O. À l’intérieur, cependant, il y a une forme plus légère appelée 16O. Selon les auteurs de l’étude, le ratio laisse supposer qu’une profonde modification s’est produite dans le système magmatique juste avant la grande éruption. Les chercheurs pensent que lorsque le magma a fondu, il a emporté avec lui un grand volume de roche à proximité contenant le même ratio. Ce type de roche contient aussi souvent beaucoup d’eau qui peut être libérée dans le magma en produisant de la vapeur et donc une pression accrue de gaz à l’intérieur de la chambre magmatique. Cette augmentation rapide de la pression gazeuse a permis finalement au magma de rompre la croûte qui le surmontait et le volcan a envoyé des milliers de kilomètres cubes de lave dans l’atmosphère.
Les chercheurs rappellent que l’éruption du Toba a été si colossale qu’elle a failli anéantir complètement l’humanité. En 1815, le volcan Tambora, sur l’île Sumbawa en Indonésie, a connu la plus grande éruption jamais observée dans les temps historiques, avec un VEI 7. Quelque 100 000 personnes ont péri des suites de l’éruption qui a provoqué un hiver volcanique sur la planète.
Si une éruption comme celle du Tambora se produisait aujourd’hui, elle provoquerait certainement de gros dégâts dans notre société. Je ne suis pas sûr que nous y soyons préparés quand je vois les perturbations que l’éruption que l’Eyjafjallajökull a causées au trafic aérien en 2010. L’éruption islandaise était une broutille comparée à celle du Tambora!
Source: Business Insider.

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drapeau-anglais73,000 years ago, Toba Volcano produced a cataclysmic eruption. The volcano belongs to the category of super volcanoes whose impacts are so huge that they can cause global climate change. It has been estimated that the Toba eruption reached level 8 on the Volcanic Explosivity Index. It covered 2,800 cubic kilometres of the surrounding area in volcanic ash

A group of researchers at Uppsala University and their international colleagues may have worked out what triggers super volcanoes to erupt in a new study published in the journal Scientific Reports.

How exactly the huge amounts of magma emitted during super eruptions are created has been a cause of debate between scientists for a long time. It is admitted that volcanoes erupt because of density and pressure, and generally it is a way that Earth can release excess heat and pressure. Still, the precise trigger has remained a mystery.

The Uppsala University researchers and their colleagues may have found some answers lying in millimetre-sized quartz crystals embedded in the volcanic ash and rock. Quartz crystals grow in magma, and register chemical and thermodynamical changes before an eruption, which is similar to how tree rings record climate change. The problem is that each ‘tree ring’-analogue is millimetre-sized across, which is why they are extremely challenging to analyse in detail.

While studying the quartz from Toba, the researchers found that there was a difference in the composition and weight of the outer part of the crystals compared to the inside. Around the outside the crystals were heavier and contained a form of oxygen called 18O. On the inside, however, there was a lighter form called 16O. According to the study authors, the ratio suggests that something in the magmatic system had changed drastically just before the big eruption. The researchers think that when the magma melted, it took along with it a large volume of a nearby rock which contained the same ratio. This rock type also often contains a lot of water, which may be released into the magma, producing steam, and thereby an increased gas pressure inside the magma chamber. This rapidly increased gas pressure and eventually allowed the magma to rupture the overlying crust, and send thousands of cubic kilometres of magma into the atmosphere.

Researchers remind us that Toba’s eruption was so colossal that it came close to wiping out humanity entirely. In 1815, the Tambora volcano on Sumbawa Island in Indonesia erupted in what is considered the largest ever eruption in recorded history. It was a VEI 7 on the VEI scale, but an estimated 100,000 people died from the effects, and it caused a global volcanic winter.

Should a Tambora eruption occur today, it would certainly cause heavy damage to our society and I’m not sure we are prepared for it when I see the disruption of Eyjafjallajökull caused to air traffic in 2010. The Icelandic eruption was a trifle compared with a Tambora-like event!

Source: Business Insider.

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Simulation des températures et de l’albédo à surface de la Terre après l’éruption du Toba (Source : Goddard Institute for Space Studies).

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Caldeira sommitale du Tambora (Crédit photo : NASA)

Nouvelle théorie sur l’extinction des dinosaures // New theory about the extinction of dinosaurs

drapeau-francaisLes théories concernant l’extinction massive des dinosaures, il y a 66 millions d’années, n’en finissent pas de faire couler d’encre. Certains géologues pensent que leur brutale disparition est due aux énormes éruptions volcaniques des trapps du Deccan, dans le sud-ouest de l’Inde.

Une dernière étude par des climatologues du Potsdam Institute for Climate Impact Research et publiée dans les Geophysical Research Letters du 13 janvier 2017 affirme que les dinosaures ont disparu à cause du froid engendré par la chute d’un astéroïde sur Terre et que les éruptions volcaniques n’ont joué aucun rôle.

Les chercheurs ont couplé la collision avec l’astéroïde à un modèle de simulation du climat, il y a 66 millions d’années, à la fin du Crétacé. A cette époque, le taux de dioxyde de carbone (CO2) était bien plus élevé qu’aujourd’hui, ainsi que la température moyenne de la Terre, qui atteignait 18,9 °C. C’est dans ce contexte climatique qu’est intervenu l’impact d’un astéroïde d’une dizaine de kilomètres de diamètre, se déplaçant à 20 km/seconde, à Chicxulub, dans la Péninsule du Yucatan au Mexique. Le choc a probablement généré une énergie équivalant à plusieurs milliards de fois celle de la bombe d’Hiroshima.

La collision avec l’astéroïde a creusé un cratère d’environ 180 km de diamètre et projeté dans l’atmosphère de la vapeur d’eau, du CO2 et des aérosols sulfatés, ainsi que du dioxyde soufre (SO2). Au total ce serait une masse de 100 gigatonnes qui aurait été soulevée par l’impact de l’astéroïde, soit 10 000 fois plus que la masse de soufre libérée lors de l’éruption du Pinatubo (Philippines) en 1991 qui fit baisser la température de notre planète de 0,4°C. Dans la stratosphère, les aérosols soufrés ont créé un effet parasol renvoyant le rayonnement solaire vers l’espace. Cela a eu pour effet de refroidir la surface de la Terre, que ce soit au niveau des continents ou des océans, avec mort de la végétation. De plus, selon les climatologues allemands, ce refroidissement important a duré pendant des années, voire plusieurs décennies. La température de l’air serait passée de +19°C à – 15°C. L’hypothèse la plus optimiste prévoit une diminution de la température de 26 °C, avec 3 à 16 années de gel, un net accroissement de la banquise, et un retour à la normale au bout de 30 ans.

En plus d’avoir provoqué la mort des dinosaures, cette collision avec un astéroïde a aussi perturbé les océans. Sous l’effet des basses températures, les eaux de surface se sont alourdies et se sont enfoncées, tandis que les eaux profondes, plus chaudes, sont remontées, accompagnées d’une grande quantité de nutriments issus de la dégradation des organismes marins au fond de la mer. Cet afflux de nutriments en surface a amplifié la production de zoo et de phytoplancton. Or ces blooms planctoniques, qui s’accompagnent d’une grande consommation de l’oxygène dissous dans l’eau et de l’émission de toxines, sont souvent néfastes aux écosystèmes marins.

Source : Presse internationale.

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drapeau-anglaisTheories about the mass extinction of dinosaurs, 66 million years ago, never stop evolving. Some geologists believe their brutal disappearance was due to the enormous volcanic eruptions of the Deccan traps in southwestern India.
A recent study by climatologists at the Potsdam Institute for Climate Impact Research and published in the Geophysical Research Letters of January 13th, 2017 states that dinosaurs disappeared because of the cold caused by the fall of an asteroid on Earth, whereas volcanic eruptions do not hold any responsibility.
The researchers coupled the collision with the asteroid to a model of climate simulation, 66 million years ago, at the end of the Cretaceous. Carbon dioxide (CO2) was much higher than today, as was the average temperature of the Earth, which reached 18.9°C. It was in this climatic context that the impact of an asteroid of about ten kilometres in diameter, travelling at 20 km per second, took place in Chicxulub, in the Yucatan Peninsula in Mexico. The shock probably generated an energy equivalent to several billion times that of the Hiroshima bomb.
The collision with the asteroid dug a crater about 180 km in diameter and projected into the atmosphere water vapour, CO2 and sulphated aerosols, as well as sulphur dioxide (SO2). In total, it was probably a mass of 100 gigatons that was lifted by the impact of the asteroid, 10 000 times more than the mass of sulphur released during the eruption of the Pinatubo (Philippines) in 1991, and which brought down the temperature of our planet by 0.4°C. In the stratosphere, sulphur-based aerosols created a parasol effect that reflected solar radiation back to space. This cooled the surface of the Earth, whether on the continents or the oceans, with the death of the vegetation. Moreover, according to German climatologists, this cooling  lasted for years or even decades. The temperature of the air probably increased from + 19°C to -15°C. The most optimistic hypothesis indicates a decrease in temperature of 26°C, with 3 to16 years of freezing, a net increase of the icefield, and a return to normal after 30 years.
In addition to causing the death of the dinosaurs, this collision with an asteroid also disrupted the oceans. Under the effect of the low temperatures, surface water became heavier and sank, while the warmer, deeper waters came up to the surface, accompanied by a large amount of nutrients generated by the degradation of marine organisms at the bottom of the sea. This influx of surface nutrients boosted the production of zoo- and phytoplankton. However, these planktonic blooms, which are accompanied by a high consumption of oxygen dissolved in water and toxin emissions, are often detrimental to marine ecosystems.

Source: International news media.

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Image radar de la partie SO du cratère d’impact de l’astéroïde dans la Péninsule du Yucatan. (Source: NASA)