Catégorie : Science

Les volcans de Io // The volcanoes of Io

drapeau francaisUne nouvelle étude publiée par la NASA le 10 Septembre 2015 présente un nouveau modèle pour expliquer l’existence des volcans sur Io, celle des quatre lunes de Jupiter qui est la plus proche de la planète.
Io est considérée comme l’objet le plus actif d’un point de vue volcanique dans notre système solaire, avec des centaines d’éruptions qui ont émis de la lave jusqu’à 400 km de hauteur. La nouvelle étude suggère que l’influence gravitationnelle de Jupiter, couplée à la composition interne de Io – essentiellement de la matière en fusion – explique la position anormale des volcans à la surface de cette lune.
Des études antérieures partaient du principe que Io était un objet solide, mais déformable (un peu comme l’argile). Ces mêmes études ajoutaient que Io subissait une légère déformation due à la pression exercée par l’effet gravitationnel de Jupiter. Toutefois, lorsque les chercheurs ont comparé les modèles informatiques basés sur cette hypothèse avec des photos de la surface de Io prises par des engins spatiaux, ils ont découvert que la plupart des volcans de Io étaient décalés de 30 à 60 degrés par rapport aux régions qui émettent la chaleur la plus intense.
La théorie suggérée par ces études antérieures était la suivante : Etant la lune la plus proche de Jupiter, Io orbite plus vite que les autres lunes plus distantes de la planète. Ainsi, Io effectue deux orbites chaque fois qu’Europa en effectue une seule. En raison de ce phénomène, Io subirait une plus forte attraction gravitationnelle de la même position orbitale, ce qui entraînerait sa déformation. Cette activité géologique intense et cohérente était considérée comme le résultat de l’attraction entre Jupiter et ses autres lunes, ce qui provoquerait un déplacement de la matière à l’intérieur de Io, produirait de la chaleur, provoquerait sa déformation.
Pourtant, cette seule interaction avec Europa ne pouvait pas expliquer le décalage des volcans sur Io. Le comportement volcanique étrange de Io demandait une autre explication qui incorporait non seulement la chaleur produite par l’attraction de Jupiter, mais aussi la chaleur générée par quelque chose d’autre. Dans le nouveau modèle proposé par la NASA, la chaleur provient du mouvement du magma proprement dit. Les auteurs de l’étude sont persuadés que la matière en fusion à l’intérieur de Io est un mélange d’élément liquide (le magma) et de roche en voie de solidification. Comme ce mélange se déplace sous l’influence de l’attraction gravitationnelle de Jupiter, il tourbillonne et vient frotter contre la roche solide qui l’entoure, frottement qui génère la chaleur.
Cette nouvelle recherche de la NASA implique que les océans qui se trouvent sous les croûtes de lunes soumises à une attraction gravitationnelle sont peut-être être plus fréquents qu’ont le pensait jusqu’à présent. Le phénomène s’applique aux océans formés à partir de magma ou d’eau, ce qui augmente les chances d’une vie ailleurs dans l’univers.
Source: NASA
Voici une vue du panache éruptif à la surface de Io (Source : NASA) :
http://en.es-static.us/upl/2015/09/io-volcano-cp.gif

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drapeau anglaisA new study released by NASA on September 10th 2015 explains a new model for what generates the volcanoes on Io, the innermost of Jupiter’s four moons. Io is known as the most volcanically active object in our solar system, with hundreds of eruptions ejecting lava up to 400 km off the moon’s surface. The new research suggests that the gravitational influence of Jupiter on the molten interior of Io is what causes the misplaced volcanoes on Io’s surface. Previous studies had revealed that Io’s volcanoes were offset by 30 to 60 degrees from the places where the most intense heat was produced. These studies assumed Io was a solid object, but deformable (a bit like clay). They added Io was slightly deformed from the effect of Jupiter’s gravitational squeezing its innermost large moon. However, when scientists compared computer models based on this assumption to actual spacecraft photos of Io’s surface, they discovered that most of Io’s volcanoes were offset 30 to 60 degrees.
As an inner moon of Jupiter’s, Io orbits faster than the next large moon outward, Europa, completing two orbits every time Europa completes one. This regular timing leads Io to feel the strongest gravitational pull from the same orbital location, which distorts its shape. This intense and consistent geological activity was known to be the result of a pulling between Jupiter and its other moons – which causes material within Io to shift, generate heat, and distorts it shape. Yet even this interaction with Europa could not explain the misplaced volcanoes on Io.
Io’s odd volcanic activity called for a new explanation, which incorporated heat from not just the tidal flexing by Jupiter, but also the heat generated by something else. In this new model, the heat comes from the magma’s movement itself.
The authors of the study now believe the molten interior of Io is a slurry mix of liquid (magma) and solidifying rock. As this molten mix flows under the influence of tidal flexing, it swirls and rubs against the surrounding solid rock, generating heat due to friction.
This new NASA research implies that oceans beneath the crusts of tidally stressed moons may be more common than expected. The phenomenon applies to oceans made from either magma or water, potentially increasing the odds for life elsewhere in the universe.
Source: NASA
Here is a view of the eruptive plume at the surface of Io (Source: NASA):
http://en.es-static.us/upl/2015/09/io-volcano-cp.gif

Io volcan

Source: NASA

Une chaîne volcanique en Australie // A volcanic chain in Australia

drapeau francaisL’Australie est davantage connue pour Ayers Rock que pour ses volcans actifs, mais l’activité volcanique a fait vibrer le continent australien il y a très longtemps. Selon une étude publiée dans la revue Nature, des scientifiques de l’Université Nationale d’Australie viennent de découvrir la plus longue chaîne volcanique au monde sur un continent.
La découverte n’est pas vraiment une surprise. En effet, les géologues avaient repéré depuis longtemps en Australie des petites chaînes volcaniques isolées les unes des autres. Cependant, la nouvelle étude révèle qu’autrefois un point chaud s’est frayé un chemin sous ces régions et les a reliées en une seule et même très longue chaîne volcanique.
Cette chaîne d’une longueur d’environ 2000 kilomètres traverse une grande partie de l’est de l’Australie, depuis Hillsborough au nord, jusqu’à l’île de Tasmanie au sud, ce qui représente près de trois fois le parcours du point chaud de Yellowstone sur le continent nord-américain.
Les scientifiques savaient depuis longtemps que quatre régions d’activité volcanique bordaient la partie orientale de l’Australie, avec chacune les signes distinctifs d’une activité volcanique passée, depuis les champs de lave jusqu’à d’abondants dépôts de leucitite. Certaines de ces régions sont séparées par des centaines de kilomètres, ce qui avait incité les géologues à déduire que ces zones volcaniques n’étaient pas reliées les unes aux autres.
Les auteurs de la dernière étude ont imaginé que le volcanisme australien avait une source commune: un panache mantellique qui aurait fait fondre la croûte au fur et à mesure que la plaque australienne se dirigeait lentement vers le nord au fil des millénaires. Pour renforcer leur hypothèse, ils ont utilisé des isotopes radioactifs d’argon afin d’estimer à quel moment l’activité volcanique était apparue dans chacune de ces régions. Ils ont associé ces données à des recherches antérieures montrant comment la plaque australienne s’était déplacée au cours des millénaires. Riches de ces informations, ils ont pu estimer où et quand le volcanisme avait affecté certaines régions.
Les chercheurs ont alors découvert que le même point chaud, probablement généré par un panache mantellique, était responsable de l’ensemble de l’activité volcanique dans l’est de l’Australie. La nouvelle chaîne volcanique, que l’équipe scientifique a baptisée Cosgrove (nom d’un volcan éteint de la province de Victoria), s’est formée il y a entre 9 millions et 33 millions d’années.
Cependant, il y a de grands espaces vides dans l’activité volcanique le long de la trajectoire suivie par le panache mantellique. Pour en comprendre la cause, l’équipe scientifique a modélisé l’épaisseur de la lithosphère. Il s’est avéré qu’à certains endroits le long de la plaque tectonique australienne, la lithosphère est si épaisse que le panache mantellique ne pouvait pas se frayer un chemin et provoquer la fusion qui permettrait au magma d’atteindre la surface. Cependant, en d’autres points, la lithosphère était suffisamment mince pour montrer les signes de la présence du magma à la surface. L’un de ces points est une région du nord des Nouvelles Galles du Sud où abonde la leucitite et qui contient de fortes concentrations de potassium, de thorium et d’uranium. Le volcanisme est apparu à la surface uniquement lorsque la lithosphère avait moins de 130 km d’épaisseur.
Ces nouvelles découvertes pourraient permettre aux scientifiques de mieux comprendre comment les panaches mantelliques interagissent avec la croûte continentale pour créer du volcanisme.
Source: Université Nationale d’Australie.

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drapeau anglaisAustralia is not known for its active volcanoes, but volcanic activity existed on the island continent a long time ago. According to a study published in the journal Nature, scientists from the Australian National University have just found the world’s longest chain of volcanoes on a continent.
The discovery is not a complete surprise. Indeed, geologists have long known of small, separate chains of volcanic activity in Australia. However, the new research reveals that a hidden hotspot once churned beneath regions with no signs of surface volcanism, connecting these separate strings of volcanoes into one megachain.
That 2,000-kilometre-long chain of volcanoes spanned most of eastern Australia, from Hillsborough in the north, to the island of Tasmania in the south, which is nearly three times the length of the Yellowstone hotspot track on the North American continent.
Scientists had long known that four separate tracks of past volcanic activity fringed the eastern part of Australia, with each showing distinctive signs of past volcanic activity, from vast lava fields to fields awash leucitite. Some of these regions were separated by hundreds of miles, leading geologists to think the areas weren’t connected.
However, the authors of the study suspected that the Australian volcanism had a common source: a mantle plume that melted the crust as the Australian plate inched northward over millions of years. To bolster their hypothesis, they used the fraction of radioactive argon isotopes to estimate when volcanic activity first appeared in each of these regions. They combined this data with past work showing how the Australian plate had moved over the millennia. From this information, they could estimate where and when volcanism affected certain regions.
The researchers found that the same hotspot, likely from a mantle plume, was responsible for all of the volcanic activity crossing eastern Australia. The new volcanic chain, which the team dubbed the Cosgrove volcanic track, was formed between 9 million and 33 million years ago.
However, there are large gaps in volcanic activity on the surface of this track. To understand why, the team modeled the thickness of the lithosphere. It turned out that, at certain spots along the Australian tectonic plate, the lithosphere was so thick that the mantle plume couldn’t permeate all the way through to create melting that would allow magma to reach the Earth’s surface. However, at other points, the lithosphere was just barely thin enough to show the tiniest hints of magma at the surface. One of these spots is a region of northern New South Wales rich in leucitite, which contains high concentrations of potassium, thorium and uranium. Surface volcanism appeared only when the lithosphere was less than 130 km thick.
The new finds could help scientists model how mantle plumes interact with the continental crust to create volcanism.
Source : Australian National University.

Australie

Chaîne volcanique Cosgrove dans l’est de l’Australie  (Source : Australian National University)

Confirmation de l’éruption de l’Axial Seamount (Etats Unis)

drapeaufrancaisL’éruption du volcan sous-marin Axial Seamount en avril 2015 (voir ma note du 3 mai 2015) a été confirmée par les dernières observations effectuées par l’Université de l’Etat de Washington. L’éruption avait été prévue dès 2014 et c’est, en l’état actuel des choses, la prévision éruptive la plus précise concernant ce volcan.
Rappelons que l’Axial Seamount est un volcan sous-marin qui dresse ses 700 mètres au-dessus de la dorsale Juan de Fuca, avec son sommet à environ 1 400 mètres sous la surface de la mer. C’est le volcan sous-marin le plus actif du Pacifique Nord-Est. Les dernières éruptions documentées ont eu lieu en 1998 et 2011. La première prévision éruptive remonte à l’année 2011, mais elle a été rendue un peu compliquée par des incertitudes au niveau des données. La prévision s’est nettement améliorée depuis cette époque et la dernière prévision faite en septembre 2014 s’est vérifiée le 24 avril 2015 et a été confirmée par une récente mission sur le terrain.
Les données fournies par un sonar multifaisceaux et par un engin de plongée télécommandé ont confirmé que les coulées de lave détectées plus tôt dans l’année provenaient effectivement de l’Axial Seamount. L’équipe de recherche a mené une nouvelle expédition entre le 14 et le 29 août pour observer et échantillonner les coulées de lave du volcan sous-marin, et pour recueillir de nouvelles données sur la déformation du volcan, afin de pouvoir prévoir le prochain événement éruptif.
Deux grandes coulées de lave ont été émises par la zone de rift nord. Des coulées plus modestes ont également été observées dans la caldeira sommitale du NE et sur la lèvre NE. Les dernières données vont maintenant être analysées chimiquement afin d’étudier les variations de la composition de la lave par rapport aux éruptions précédentes.
Les recherches effectuées à l’intérieur et autour de la caldeira ont permis d’établir des cartes haute résolution qui ont révélé le parcours détaillé de la coulée de lave émise en 2015. Les dernières coulées de lave ont recouvert des zones jusque-là inconnues sur la lèvre nord-est de la caldeira.
Les nouvelles cartes bathymétriques seront utilisées pour étudier l’inflation et la déflation de l’Axial Seamount.
Source: Seattle Times.

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drapeau anglaisThe April 2015 eruption of the Axial Seamount underwater volcano (see my note of May 3rd 2015) has been confirmed by the latest research of the University of Washington. The eruption was predicted in 2014 and is currently the most accurate eruption forecast of this volcano made so far.
Axial Seamount is a submarine volcano rising 700 metres above the Juan de Fuca Ridge crest to within about 1 400 metres of the sea surface. It is the most active underwater volcano in the North East Pacific. Previously documented eruptions from the volcano occurred in 1998 and 2011. The first forecasted eruption is dating to year 2011, but was somewhat complicated by data uncertainties. The forecast results have significantly improved since, and the latest eruption prediction, made in September 2014, realized on April 24th, 2015, has been confirmed accurate by the newest survey.
Multibeam sonar data and the data from a ROV dive confirmed that new lava flows detected earlier in the year, were indeed erupted from Axial Seamount. The research team conducted another expedition between August 14th and August 29th to explore and sample lava flows from the underwater volcano, and to collect the new data of volcano deformation to aid in predicting the next eruptive event.
Two large lava flows travelled from the N rift zone. Thinner lava flows were also identified in the NE summit caldera and on the NE rim. The most recently collected data is now being prepared for additional chemical analysis to describe the compositional variation of lava flows with previous eruptions.
The research conducted in and around the volcano caldera has resulted in high resolution maps that have revealed detailed channels of the 2015 lava flow. The most recent lava flows have covered previously unknown areas on the northeast rim of the volcano caldera.
The newest bathymetric maps will be used to study the inflation and deflation of Axial Seamount.
Source: Seattle Times.

Axial

Vue en 3D de la caldeira de l’Axial Seamount et de la coulée de lave de 2015;

(Source: NOAA)

Panaches mantelliques et points chauds // Mantle plumes and hotspots

drapeau-francaisLes sismologues de l’Université de Californie à Berkeley ont réalisé pour la première fois un scan en trois dimensions de l’intérieur de la Terre qui montre comment les panaches de roche à très haute température en provenance du manteau terrestre sont reliés à des points chauds qui génèrent des chaînes d’îles volcaniques à la surface de la Terre, omme Hawaï, les Samoa et l’Islande. Exemple de tomodensitométrie de l’intérieur de la Terre, l’image a été générée par une simulation informatique à l’aide de superordinateurs au Lawrence Berkeley National Laboratory.
Contrairement à la tomographie médicale qui utilise des rayons X pour examiner le corps humain, les chercheurs ont produit une image des panaches mantelliques en analysant le déplacement des ondes sismiques à l’intérieur de la Terre lors de puissants séismes qui ont secoué la planète au cours des 20 dernières années.
Des tentatives précédentes pour fournir une image des panaches mantelliques avaient montré des poches de roche à haute température qui s’élevaient dans les zones où les panaches avaient été proposés, mais il était difficile de savoir si ces poches étaient connectées aux points chauds volcaniques à la surface ou aux racines des panaches à la frontière entre le noyau et le manteau, à 2900 kilomètres sous la surface de la Terre.
La nouvelle carte haute résolution du manteau ne montre pas seulement ces connexions pour de nombreux points chauds de la planète, mais elle révèle aussi qu’en dessous d’environ 1000 km, les panaches présentent une largeur comprise entre 600 et 1000 kilomètres, ce qui est jusqu’à cinq fois plus que celle estimée jusqu’à maintenant par les géophysiciens. Les panaches ont probablement une température d’au moins 400 ° C supérieure à celle de la roche environnante.
Les connexions entre les panaches provenant de la partie inférieure du manteau et les points chauds volcaniques ne sont pas directes. En effet, les sommets des panaches s’étalent comme le delta d’un fleuve lorsqu’ils rencontrent la roche moins visqueuse du manteau supérieur.
Les nouvelles images montrent également que les bases de ces panaches sont ancrées à la frontière entre le noyau et le manteau où elle forment deux énormes masses de roche à très haute température, avec chacune un diamètre d’environ 5.000 kilomètres, probablement plus denses que les roches environnantes. On estime que ces deux points d’ancrage – l’un sous l’Afrique, l’autre sous l’Océan Pacifique – sont dans ces zones qui existent depuis 250 millions d’années.
L’analyse effectuée par les superordinateurs n’a pas détecté de panaches sous tous les volcans de points chauds, comme le Parc de Yellowstone. Les panaches qui les alimentent sont peut-être trop minces pour être détectés et la technique de modélisation informatique présente encore des limites.

Cette étude a été soutenue par la National Science Foundation et le Conseil Européen de la Recherche.
En cliquant sur ce lien, vous pourrez voir une vidéo montrant la simulation par superordinateur des panaches de roche à haute température pendant leur ascension à travers le manteau, avant de former des chaînes d’îles volcaniques.
https://www.youtube.com/watch?v=tCphzt8iaWc&feature=youtu.be

Source: Université de Californie à Berkeley.

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drapeau-anglaisSeismologists of the University of California at Berkeley have produced for the first time a three-dimensional scan of the Earth’s interior that shows how plumes of hot rock rising through the mantle are connected with surface hotspots that generate volcanic island chains like Hawaii, Samoa and Iceland. A computed tomography (or CT scan) of the Earth’s interior, the picture emerged from a supercomputer simulation at the Lawrence Berkeley National Laboratory.

While medical CTs employ X-rays to probe the body, the scientists mapped mantle plumes by analyzing the paths of seismic waves bouncing around Earth’s interior after 273 strong earthquakes that shook the globe over the past 20 years.

Previous attempts to image mantle plumes had detected pockets of hot rock rising in areas where plumes had been proposed, but it was unclear whether they were connected to volcanic hotspots at the surface or to the roots of the plumes at the core/mantle boundary 2,900 kilometres below the surface.

The new, high-resolution map of the mantle not only shows these connections for many hotspots on the planet, but reveals that below about 1,000 kilometres the plumes are between 600 and 1,000 kilometres across, up to five times wider than geophysicists thought. The plumes are likely at least 400°C hotter than surrounding rock.

The connections between the lower-mantle plumes and the volcanic hotspots are not direct because the tops of the plumes spread out like the delta of a river as they merge with the less viscous upper mantle rock.

The new picture also shows that the bases of these plumes are anchored at the core/mantle boundary in two huge blobs of hot rock, each about 5,000 kilometres in diameter, that are likely denser than surrounding rock. It is estimated that those two anchors – directly opposite one another under Africa and the Pacific Ocean – have been in the same spots for 250 million years.

The supercomputer analysis did not detect plumes under all hotspot volcanoes, such as those in Yellowstone National Park. The plumes that feed them may be too thin to be detected given the computational limits of the global modeling technique.

This study was supported by the National Science Foundation and the European Research Council.

By clicking on this link, you will see  a video showing the supercomputer simulation of plumes of hot rock rising through the mantle to form volcanic island chains.

https://www.youtube.com/watch?v=tCphzt8iaWc&feature=youtu.be

Source: University of California at Berkeley.

Vue globale des points chauds dans le monde (Source : Université de Californie à Berkeley)