Catégorie : Science

Le soleil, la lune et la faille de San Andreas

drapeau-francaisUne nouvelle étude conduite par des scientifiques de l’USGS a révélé que l’attraction gravitationnelle du Soleil et de la Lune, responsable du déclenchement des marées, peut également provoquer des types particuliers de séismes le long de la faille de San Andreas.
Il y a une dizaine d’années, les chercheurs ont découvert des séismes basse fréquence sur la portion de faille « Parkfield » en Californie où se libère de l’énergie tectonique entre la partie nord et la partie sud de ce secteur.
Les scientifiques ont examiné les données relatives à 81000 séismes du même type enregistrés entre 2008 et 2015 le long de la portion Parkfield, puis ils les ont comparées aux données représentant la marée bimensuelle, autrement dit un cycle de marée de deux semaines. La comparaison a révélé que les séismes se produisent le plus souvent pendant les périodes où la marée monte au rythme le plus rapide.
Il peut sembler surprenant de voir que la Lune, quand son attraction s’exerce dans le sens de glissement de la faille, intensifie et accélère ce dernier. Cela montre que la faille est extrêmement sensible, surtout quand on pense qu’il y a 30 kilomètres de roche qui la surmontent.
La force des marées dépend de la position relative du Soleil et la Lune l’un par rapport à l’autre. Les marées terrestres sont à leur maximum quand les deux astres sont alignés, et à leur minimum quand ils sont perpendiculaires. Certaines failles sont plus sensibles aux marées que d’autres, et leur réaction dépend aussi de leurs caractéristiques, telles que leur orientation ou leur proximité par rapport à la croûte de la planète.
La faille de San Andreas n’est pas orientée d’une manière qui la rendrait sensible à la force maximale des marées. Il est donc très étonnant qu’elle produise ce type de séismes basse fréquence. Ces derniers ont des magnitudes inférieures à  M1 et ils se situent entre 15 et 30 kilomètres sous la surface, à proximité du point de transition entre la croûte et le manteau. Ces séismes sont importants car ils sont susceptibles de fournir aux sismologues de précieuses informations sur la région la plus profonde de la faille qui n’est accessible d’aucune autre manière. Ils leur montrent aussi que la faille se poursuit en dessous de la zone où cessent les séismes classiques et typiques de la faille de San Andreas, à environ 10 ou 12 km de profondeur. Les séismes basse fréquence peuvent servir à mesurer l’amplitude du glissement en un point particulier de la partie profonde de la faille. Ils fournissent également aux sismologues un outil pour mesurer le temps de recharge de la faille en certains endroits. Ils représentent un moyen pour estimer directement la vitesse à laquelle les contraintes s’exercent sur la faille.

Source: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2016).

Il convient de noter qu’en 2002, un article publié dans la revue Geology abordait les effets des marées sur les microséismes des fonds marins. Au cours de l’été 1994, un petit réseau de sismographes installé au fond de l’océan a enregistré 402 événements microsismiques sur une période de deux mois, sur la caldeira sommitale du volcan sous-marin Axial, sur la dorsale Juan de Fuca. Le tremor harmonique a également été enregistrée sur tous les instruments, et les marées terrestres et océaniques ont été enregistrées sur des inclinomètres installés avec les sismomètres. Les microséismes ont montré une forte corrélation avec les marées basses, ce qui laisse supposer que les fracturations se produisent de préférence quand la « recharge » de l’océan est au minimum. Le tremor harmonique, qui est censé correspondre au mouvement du fluide à très haute température dans les fractures, a également connu une périodicité correspondant aux marées.

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drapeau-anglaisA new study led by USGS scientists revealed that the gravitational pull of Sun and Moon, responsible for inducing the tides, can also trigger special types of earthquakes on the San Andreas fault.

The researchers discovered the low-frequency earthquakes on the Parkfield section in California, some 10 years ago. The San Andreas fault releases tectonic energy from the northern to the southern portion at that location.

The scientists surveyed data from 81 000 earthquakes of the same type in the period between 2008 and 2015 along the Parkfield section and then compared them to the data representing the fortnightly tide, a two-week tidal cycle. The comparison revealed the tremors will probably occur during the time when the tide rose at the fastest pace, the waxing period.

It may seem very surprising to see that the Moon, when it’s pulling in the same direction that the fault is slipping, causes the fault to slip more and faster. What it shows is that the fault is extremely weak, given that there are 30 kilometres of rock sitting on top of it.

The strength of occurring tides depends on the relative location of the Sun and Moon in respect of each other. Earth tides are at their maximum when they are aligned and weakest when they are perpendicular. Some faults are more sensitive to the tides than others, and the response also depends on the faults’ characteristics, such as their orientation or the proximity to the planet’s crust.

The San Andreas fault is not oriented in a way which would make it susceptible to the full tidal strength, and that means it is quite amazing it produces the response tremors. Low-frequency earthquakes are of magnitudes lower than 1.0, located between 15 and 30 kilometres below the surface, close to where the crust transitions to the mantle. These tremors are important because they are capable of providing the scientists valuable information about the deeper parts of the fault that cannot be accessed in other way. They tell them that the fault continues down below where the regular or typical earthquakes stop on the San Andreas, about 10 or 12 km deep. The low-frequency earthquakes can be used as measurements of how much slip is happening at each little spot on the deep part of the fault. They also provide the seismologists with a tool to measure the recharge time of the fault along some locations. It is a way to directly estimate the rate at which stress is accumulating on the fault.

Source: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (2016).

It should be noted that in 2002 an article released in Geology dealt with the tidal effects on seafloor microearthquakes. In the summer of 1994, a small ocean-bottom seismograph array located 402 microseismic events, over a period of two months, on the summit caldera of the Axial seamount on the Juan de Fuca Ridge. Harmonic tremor was also observed on all instruments, and Earth and ocean tides were recorded on tiltmeters installed within the seismometer packages. Microearthquakes showed a strong correlation with tidal lows, suggesting that faulting is occurring preferentially when ocean “loading” is at a minimum. The harmonic tremor, interpreted as the movement of superheated fluid in cracks, also had a tidal periodicity.

Parksfield

Vue (en rouge) de la section « Parkfield » de la faille de San Andreas (Source: USGS)

San Andreas 01

Dragon’s Back Ridge dans la Plaine de Carrizo (Photo: C. Grandpey)

San Andreas 04

Vue de la faille de San Andreas dans la plaine de Carrizo (Photo: C. Grandpey)

Le mystère des cratères de Cérès // The mystery of Ceres’craters

drapeau-francaisUne nouvelle étude publiée dans la revue Nature Communications explique que les volcans de glace sur Cérès pourraient aider à résoudre le mystère de l’absence de grands cratères à la surface de cette planète naine
Avec un diamètre d’environ 940 km, Cérès est le plus grand élément de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. Une grande partie de la surface de Cérès est parsemée de cratères qui ont environ 60 kilomètres de large ou moins. Ils ont probablement été créés par des météorites qui se sont écrasées dans la surface de la planète. Le plus grand cratère d’impact connu sur Cérès a seulement 280 km de large.
Des travaux sur la surface recouverte de cratères de Vesta, le deuxième plus gros astéroïde de la ceinture, ont conclu que Cérès devrait avoir au moins six à sept cratères d’au moins 400 km de diamètre. Une autre recherche a affirmé que 10 à 15 cratères de plus de 400 km de large auraient dû se former à la surface de Cérès pendant sa durée de vie d’environ 4,55 milliards années. L’absence de grands cratères sur Cérès est donc un mystère.
Pour essayer de résoudre le mystère des cratères manquants, les chercheurs ont utilisé les données fournies par la sonde Dawn de la NASA, dont la mise en orbite autour de Cérès a eu lieu en avril 2015. Ils ont utilisé ces données pour modéliser l’évolution de l’astéroïde (qui est en fait assez volumineux pour être considéré comme une planète naine) au fil du temps et ils ont estimé que Cérès s’était formée entre 1 et 10 millions d’années après la naissance du système solaire.
Les scientifiques ont été surpris de constater que Cérès ne possédait pas de cratères géants, mais ne présentait pas non plus de cratères légèrement plus petits. Il ressort de leurs simulations que Cérès devrait avoir 90 à 180 cratères d’environ 100 km de diamètre chacun, alors que la planète semble posséder seulement 40 de ces cratères. Par ailleurs, les simulations indiquent que Cérès aurait dû avoir 40 à 70 cratères d’environ 150 km de diamètre, alors qu’elle ne présente que 20 ces cratères. Ce manque de grands cratères contraste fortement avec d’autres astéroïdes tels que Vesta.
Les chercheurs ont proposé plusieurs explications possibles. Par exemple, la surface de Cérès peut s’être tout simplement relâchée au fil du temps et est devenue plus lisse. Une autre explication concerne les volcans de glace. Des travaux récents suggèrent que l’intérieur de Cérès contient probablement jusqu’à 25% de glace d’eau, ce qui expliquerait l’existence d’une activité cryovolcanique. Certains scientifiques pensent que les éruptions cryovolcaniques ont pu radicalement transformer la surface de Cérès en effaçant de nombreux cratères. Ainsi, les chercheurs ont trouvé des traces d’un, ou peut-être deux, cratères d’environ 800 km de diamètre. Le cryovolcanisme a pu se produire sur Cérès au cours de ses premières années d’existence, quand son intérieur était plus chaud, et les volcans ont pu faire disparaître plusieurs grands cratères. Lorsque le cryovolcanisme a cessé sur Cérès, de plus en plus de cratères ont survécu, de petite taille pour la plupart.
Source: Space.com.

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drapeau-anglaisA new study published in the journal Nature Communications explains that ice volcanoes on Ceres might help solve the mystery of why large craters seem to be missing on the dwarf planet’s surface

With a diameter of about 940 kilometres, Ceres is largest member of the asteroid belt located between Mars and Jupiter. Large portions of Ceres’ surface are saturated in craters that are about 60 kilometres wide or smaller, likely created by meteorites crashing into the dwarf planet’s surface. However, the largest confirmed impact crater on Ceres is only about 280 km wide.

Prior work that analyzed pockmarked Vesta, the second largest asteroid in the asteroid belt, suggested that Ceres should have at least six to seven craters that are 400 km in diameter or larger. Another research suggested that 10 to 15 craters greater than 400 km wide should have formed on Ceres during its lifetime of about 4.55 billion years. The absence of large craters on Ceres was a mystery.

To help solve the puzzle of Ceres’ missing craters, the researchers used data from the NASA Dawn mission, which began orbiting Ceres in April 2015. They used the data to model how the asteroid (which is actually large enough to be considered a dwarf planet) might have evolved over time and they estimated that Ceres formed within 1 million to 10 million years after the solar system was born.

Unexpectedly, the scientists found that Ceres not only lacks giant craters, but is also missing craters that are only slightly smaller. Their simulations predicted that Ceres should have 90 to 180 craters that are each more than about 100 km wide, but Ceres appears to only have about 40 such craters. In addition, the simulations predicted that Ceres should have 40 to 70 craters that are each more than about 150 km across, but Ceres has only about 20 such craters. This lack of large craters was in stark contrast with other asteroids like Vesta.

The researchers had several potential explanations for how this could have happened; for instance, the surface of Ceres may have simply relaxed over time and become less crinkly. Another explanation may be ice volcanoes. Recent work suggests that Ceres may consist of up to 25 percent water- ice in its interior, and so may experience cryovolcanic activity. The scientists proposed that cryovolcanic eruptions might have dramatically transformed the surface of Ceres, erasing many craters. For instance, the researchers found faded evidence of one or possibly two craters about 800 km in diameter. Cryovolcanism may have been more common on Ceres during its earlier years, when its interior was warmer, and the volcanoes may have eliminated many of the larger craters. As cryovolcanism on Ceres died down, more and more craters would have survived, leaving behind mostly smaller ones.

Source : Space.com.

Ceres

Vue d’un cratère sur Cérès, extraite d’une vidéo réalisée à partir de la sonde Dawn en orbite autour de cette planète naine (Source: NASA).

Les éclairs volcaniques en laboratoire // Volcanic lightning in a lab

drapeau-francaisOn aperçoit souvent des éclairs dans les panaches de cendre au cours des éruptions volcaniques. Des photos spectaculaires montrant ce phénomène naturel ont même été mises en ligne. Les éclairs apparaissent lorsque des particules de cendre se frottent les unes contre les autres à des vitesses élevées.
Des volcanologues allemands de l’Université Ludwig Maximilian de Munich étudient ces éclairs volcaniques. Ils utilisent pour leurs expériences un simulateur de volcan, ou tube à choc, qui permet la décompression rapide d’un mélange de gaz (l’argon) et de particules. Il s’agit d’un tube séparé en deux parties par une membrane. D’un côté se trouve le tube moteur, à pression élevée, et de l’autre côté le tube de travail, à pression plus basse. Lorsqu’à l’instant t=0 le diaphragme est rompu, les pressions tendent à s’égaliser: une onde de compression se propage dans le tube de travail, tandis qu’une onde de détente remonte dans le tube moteur. S’agissant du tube à choc utilisé par les universitaires allemands, il possède une bouche de trois centimètres de diamètre et un réceptacle en métal sous pression qui propulse de la véritable cendre volcanique en provenance de divers volcans comme le Popocatépetl (Mexique) et l’Eyjafjallajökull (Islande).
Le  tube à choc reconstitue la pression que l’on rencontre dans les chambres magmatiques des volcans actifs en accélérant les particules de cendre à des vitesses suffisantes, de sorte que le frottement qui se produit lors de la collision leur permet de se charger.
En cliquant sur le lien suivant, vous verrez une vidéo de la manipulation dans laquelle le panache vire du blanc au noir. De minuscules éclairs commencent à apparaître dans la colonne de cendre volcanique. Le tube à choc génère ainsi des éclairs qui ont jusqu’à plusieurs dizaines de centimètres de longueur.
https://youtu.be/3QoiTcQcyTY

Vous trouverez également un descriptif détaillé de l’expérience à cette adresse :

http://mavoiescientifique.onisep.fr/les-eclairs-des-eruptions-volcaniques-reconstitues-au-laboratoire/

A partir d’une série d’expériences effectuées en 2013, les scientifiques allemands ont constaté que les petites particules de cendre créent un plus grand nombre d’éclairs. Récemment, l’équipe scientifique a étudié l’activité du Sakurajima (Japon) et constaté que la fréquence des éclairs varie également avec la quantité de cendre propulsée dans l’atmosphère lors de l’éruption.
Les chercheurs sont persuadés qu’ils pourront mieux comprendre les éruptions volcaniques en observant les éclairs volcaniques. En effet, ces derniers peuvent être mesurés à plusieurs kilomètres de distance et même dans des conditions de mauvaise visibilité. Ils peuvent également être utilisés pour estimer la masse totale et la répartition en fonction de leur taille des cendres présentes dans l’atmosphère. Au bout du compte, cela permettrait d’évaluer rapidement la distribution des particules de cendre dans l’atmosphère et, si nécessaire, d’alerter les autorités en charge du trafic aérien.
Source: Atlas Obscura.

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drapeau-anglaisFlashes of lightning can often be seen in the ash plumes during volcanic eruptions. Dramatic photos have even been posted, showing this dramatic natural phenomenon. Lightning appears when ash particles collide at high speeds.

German volcanologists from Ludwig Maximilian University in Munich study the lightning events that can occur in volcanic plumes. One of the tools they use is a lab volcano simulator, or shock tube, namely a three-centimetre-wide vent and a hot, pressurized metal tub that propels real volcanic ash obtained from various volcanoes, including the active Popocatépetl in Mexico and Eyjafjallajökull in Iceland.

The shock tube mimics the kind of pressure found in magma chambers of active volcanoes by accelerating the ash particles at high enough speeds so that the friction from collision allows them to become charged.

By clicking on the following link, you will see a video in which the plume turns from white to black. Tiny lightning bolts start to flicker and flash in slow-motion in the column of volcanic ash, the shock tube generating lightning up to tens of centimetres in length.

https://youtu.be/3QoiTcQcyTY

From a series of experiments in 2013, the scientists found that smaller particles of ash create a higher number of lightning bolts. Most recently, the team studied the activity at Mount Sakurajima this year and found that the frequency of flashes also varies with the amount of ash spewed into the atmosphere during the eruption.

The researchers believe they can understand more about volcanic eruptions by surveying and monitoring volcanic lighting. Indeed, the lightning is a parameter that can be measured from a distance of several kilometres away and under conditions of poor visibility. It can also be used as a proxy to estimate the total mass and the size distribution of the ash deposited in the atmosphere. Eventually, this would help to rapidly assess the distribution of ash particles in the atmosphere and if necessary alert the aviation authorities.

Source: Atlas Obscura.

Eclair

Orage volcanique sur le Rinjani (Indonédie en 1994).

[Crédit photo : Oliver Spalt / Wikipedia].

Le volcanisme à la surface de Io, lune de Jupiter // Volcanisme on Io, Jupiter’s moon

drapeau-francaisEn février 2001, une éruption s’est produite sur le volcan Surt sur Io, la lune de Jupiter, et a développé une énergie estimée à 78 000 gigawatts. En comparaison, l’éruption de l’Etna en 1991-1994 a été estimée à 12 gigawatts. Au plus fort de l’éruption, observée par le télescope WM Keck II sur le Mauna Kea à Hawaï, cette puissance a presque égalé la celle combinée de tous les volcans actifs de Io.
L’éruption de Surt semble avoir couvert une superficie de 1900 kilomètres carrés, plus grande que toute la ville de Londres. L’énergie enregistrée indique qu’il s’agissait d’une violente éruption, avec des très hautes températures. Les éruptions qui produisent ce type de signature thermique présentent des fontaines de lave de plusieurs kilomètres de hauteur, avec de vastes coulées de lave à la surface.
Le volcanisme de Io a été observé pendant les huit dernières années par la sonde Galileo et maintenant, avec l’avènement de nouveaux systèmes optiques, il est contrôlé par les astronomes en poste dans les observatoires Keck et Gemini à Hawaii.
A cause d’une résonance orbitale avec deux de ses lunes voisines, Europe et Ganymède, Io est soumise à une pression permanente. Le frottement qui en résulte chauffe l’intérieur de la lune suffisamment pour créer un océan de magma à seulement 50 kilomètres sous sa surface. Il est probable que cette asthénosphère partiellement fondue fournit la source de lave basaltique qui alimente les éruptions de centaines de volcans à la surface de Io.
L’activité volcanique de Io a été suivie au cours des 35 dernières années par des observatoires terrestres, le télescope spatial Hubble, et plusieurs sondes qui ont visité Jupiter au fil des ans. Malheureusement, le dernier véhicule spatial à avoir visité le système de Jupiter était la sonde New Horizons il y a sept ans ; le prochain sera le Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE) lancé par l’Agence Spatiale Européenne, qui n’arrivera pas à destination avant 2030.
Beaucoup des volcans de Io sont permanents, ce qui signifie qu’ils maintiennent des niveaux et des styles d’activité relativement constants pendant des années, voire des décennies. Parmi eux figurent Pele, un lac de lave dont la croûte mince est régulièrement brassée par les gaz, et Prométhée, un champ de lave qui chauffe le dioxyde de soufre à l’état de glace qui se trouve en dessous pour produire un panache de gaz et de poussière de 100 kilomètres de hauteur.
et en forme de parapluie.
Beaucoup de lacs et champs de lave d’Io (certains atteignent 300 kilomètres de longueur) sont permanents, mais ils peuvent montrer des fluctuations significatives d’activité. A côté de cela, certains volcans peuvent rester au repos pendant des années avant de connaître des éruptions soudaines et brutales. Ces éruptions peuvent démarrer à partir de fractures dans la croûte de Io et générer des fontaines de lave jaillissant jusqu’à un kilomètre dans l’espace avant de retomber sur le sol et produire de gigantesques coulées de lave. Des observations récentes ont révélé trois éruptions de ce type dans un intervalle de deux semaines en août 2013 à Rarog Patera, Heno Patera, et un volcan sans nom situé à 350 kilomètres à l’ouest de Isum Patera.
Source: The Daily Galaxy.

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drapeau-anglaisIn February 2001 an eruption from the Surt volcano on Io, Jupiter’s moon, occurred with an estimated output of 78,000 Gigawatts. By comparison, the 1991-94 eruption of Mt Etna in Sicily was estimated at 12 Gigawatts. During its peak, observed by the WM Keck II Telescope on Hawaii Mauna Kea, its output almost matched the eruptive power of all of Io’s active volcanoes combined.

The Surt eruption appears to cover an area of 1,900 square kilometres, which is larger than the entire city of London. The observed energy indicates the presence of a vigorous, high-temperature volcanic eruption. The kind of eruption to produce this thermal signature has incandescent fire fountains of molten lava which are kilometres high, accompanied by extensive lava flows on the surface.

Io’s volcanism has been monitored for the last eight years by the Galileo spacecraft and now, with the advent of adaptive optics systems, by Earth-bound astronomers such as those at the Keck and Gemini Observatories.

Thanks to an orbital resonance with two of its neighboring moons, Europa and Ganymede, Io is continuously squeezed. The resulting friction heats Io’s interior enough to create a mushy magma ocean only 50 kilometres beneath its surface. It is likely that this partially molten asthenosphere provides the source for basaltic silicate lava that erupts at hundreds of volcanoes across Io’s surface.

This volcanic activity has been monitored over the last 35 years by ground-based observatories, the Hubble Space Telescope, and several spacecraft that have visited Jupiter over the years. Unfortunately, the most recent spacecraft to visit the Jupiter system was New Horizons seven years ago and the next spacecraft to visit the system, the European Space Agency’s Jupiter Icy Moon Explorer (JUICE), will not arrive until 2030.

Many of Io’s volcanoes are persistent, meaning they maintain relatively consistent levels and styles of activity for years or even decades. Examples include Pele, a lava lake whose thin crust is regularly broken up by churning from below, and Prometheus, a lava flow field that heats up the sulfur dioxide frost below it to produce an umbrella-shaped plume of gas and dust 100 kilometres tall.

Many of Io’s lava lakes and lava flow fields (some reaching 300 kilometres in length) are persistent, but can show significant fluctuations in activity. However, some volcanoes are much less regular in their volcanic activity, remaining quiescent for years before experiencing “outburst” eruptions. These outbursts can begin suddenly, starting at fissures in Io’s crust, and generate fire fountains that can jet lava up to a kilometre into space before falling back to the ground to produce extensive lava flows. Recent observations revealed three outburst eruptions over the course of two weeks in August 2013 at Rarog Patera, Heno Patera, and an unnamed volcano 350 kilometres west of Isum Patera (201308C).

Source: The Daily Galaxy.

Io

Eruption à la surface de Io le 25 avril 2006, vue par la sonde Galileo de la NASA. Le panache a une hauteur d’environ 140 km. (Crédit photo: NASA)